Forståelse af den indledende ubalance
Indledende ubalance — også kaldet oprindelig ubalance eller ubalance i den tilstand, den blev fundet i — er ubalance en tilstand, der findes i en Rotor before any afbalancering Der er foretaget en korrektion. Det er rotorens udgangstilstand, som er registreret under den allerførste gennemløb af en afbalanceringsprocedure. Dens størrelse og vinkelplacering bestemmes ved at måle vibrationer amplitude og fase mens rotoren drejer med sin afbalanceringshastighed. Alt, hvad der følger i et afbalanceringsarbejde, tager udgangspunkt i denne startvektor: den udgør det referencepunkt, som arbejdets effektivitet bedømmes ud fra, og det, der er tilbage, når korrektionerne er afsluttet, kaldes resterende ubalance.
1. Årsager til den indledende ubalance
Den oprindelige ubalance opstår fra mange forskellige kilder i løbet af en rotors levetid – under fremstillingen, ved samlingen, under drift og endda under det vedligeholdelsesarbejde, der netop har til formål at forbedre den.
Produktionstolerancer
Selv ved præcisionsbearbejdning er det umuligt at opnå fuldstændig symmetri:
- Variationer i materialets massefylde: Ujævnt materiale, indre hulrum eller indeslutninger skaber asymmetri i massen.
- Bearbejdningstolerancer: små afvigelser fra den egentlige koncentricitet — udløb eller excentricitet — skabe ubalance.
- Variation i vægtykkelse: I støbte eller svejste rotorer medfører ujævne vægge en ujævn massefordeling.
- Porøsitet og støbefejl: Luftlommer, svind eller slaggindeslutninger forskyder massen.
Monteringsfejl og afvigelser
Når en rotor består af flere komponenter, kan der opstå ubalance, selvom hver enkelt del i sig selv er i orden:
- Samlet tolerance: velafbalancerede dele kan stadig bidrage med vectorially til et betydeligt samlet beløb.
- Tilslutninger med nøgle: tapper, tapsporer og splines er i sagens natur asymmetriske.
- Skruehuller og fastgørelseselementer: Ujævnt placerede huller eller uensartede fastgørelseselementer skaber ubalance.
- Termiske og pressetilpasninger: Komponenter, der er monteret ved krympning eller presning, sidder muligvis ikke helt koncentrisk.
Operationelle årsager
Der opstår også ubalance under drift, hvor rotoren bevæger sig væk fra sin oprindelige afbalancerede tilstand:
- Materialet opbygges: snavs, støv, kalk eller produktrester, der samler sig på Skovlhjul, ventilatorblade eller rotoroverflader.
- Erosion and slid: ujævnt materialetab som følge af slid, korrosion, eller kavitation.
- Ødelagte eller manglende dele: et manglende ventilatorblad, en brækket skovl, en løsnet komponent.
- Deformation: Bøjning, vridning eller plastisk deformation som følge af stød, overophedning eller overbelastning.
- Løse komponenter: dele, der har løsnet sig og flyttet sig.
Vedligeholdelses- og reparationsarbejder
Ironisk nok kan vedligeholdelse netop skabe den ubalance, den ellers har til formål at afhjælpe:
- Montering af reservedele med en anden masse eller massefordeling.
- Svejsereparationer, hvor der tilføjes metal på en asymmetrisk måde.
- Omarbejdning eller maskinbearbejdning, der fjerner materiale ujævnt
- Malingen eller belægningen er påført ujævnt.
2. Hvordan måles den indledende ubalance?
Den indledende ubalance kvantificeres ved den første målerunde i en afbalanceringsprocedure.
Måleparametre
- Vibrationsamplitude: størrelsen af 1×-komponenten (én gang pr. omdrejning), typisk angivet i mm/s, in/s eller mil. Den afspejler direkte ubalancens omfang.
- Fasevinkel: vinkelpositionen for den mørke plet i grader, i forhold til et referencemærke, der registreres af en nøglefase eller omdrejningstæller. Fasen fortæller dig hvor der, hvor den ubalancerede masse befinder sig.
- Hastighed: den omdrejningshastighed, hvor målingerne foretages — hvilket er vigtigt, fordi centrifugalkraft Ubalancen stiger med hastighedens kvadrat.
Vektorrepræsentation
Den oprindelige ubalance angives som en vektor ”O“ (for ”Original“) med både størrelse og retning, som normalt tegnes på en polarplot hvor:
- vektorens længde angiver svingningsamplituden, og
- Vektorens vinkel angiver fasen – placeringen af det tunge punkt.
3. Betydningen i afbalanceringsprocessen
Målingen af den indledende ubalance udfører flere opgaver på én gang.
Grundlag for korrektioner
Alle udligningsberegninger tager udgangspunkt i den oprindelige ubalance. Formålet er at tilføje korrektionsvægte der genererer en vibrationsvektor, der er lig med og modsat den oprindelige vektor, og dermed ophæver den.
Vurdering af alvorlighedsgrad
Omfanget af den oprindelige ubalance viser, hvor alvorligt problemet er, og er med til at afgøre:
- om det er den rigtige løsning at afbalancere, eller om der er tale om en anden mekanisk fejl — løshed eller fejljustering — bør udbedres først;
- den rette størrelse af prøvevægte; og
- om én rettelse er tilstrækkelig, eller om der er behov for flere gentagelser.
En god sikkerhedskontrol, inden man rører ved rotoren, er at omregne den målte amplitude til den kraft, rotoren rent faktisk udøver; vores Centrifugalkraft fra ubalanceberegner omregner en given ubalance og hastighed direkte til newton, hvilket gør alvoren tydelig.
Statusopfølgning
Ved at sammenligne den oprindelige ubalance med den resterende ubalance efter afbalancering kan man vurdere, hvor godt arbejdet er gået. En god afbalancering reducerer typisk vibrationerne med 70–90 % eller mere i forhold til det oprindelige niveau.
Beregning af indflydelseskoefficienten
I påvirkningskoefficientmetoden, trækkes den oprindelige ubalancvektor fra den vibration, der er målt under kørslen med prøvevægten, for at isolere prøvevægtens effekt:
T = (O + T) − O, hvor O er den oprindelige ubalance og T er effekten af prøvevægten.
Ud fra denne isolerede effekt beregner analysatoren indflydelseskoefficienten og dermed den korrekte korrektionsmasse og -vinkel. Ved en opgave i et enkelt plan kan du gentage denne beregning med Indflydelseskoefficientberegner.
4. Forholdet til den resterende ubalance
Hele formålet med afbalancering er at reducere den oprindelige ubalance til et acceptabelt lavt restniveau. Forholdet kan kort sagt beskrives som før og efter:
- Indledende ubalance: tilstanden »før«.
- Rettelse: afbalanceringsproceduren og montering af vægte.
- Resterende ubalance: tilstanden »efter«.
Ideelt set bør restvægt være mindre end 10–30 % af den oprindelige vægt, idet det nøjagtige mål fastsættes ud fra kravene til rotorens afbalancering i henhold til ISO 21940-11 (den moderne efterfølger til ISO 1940-1). Oversættelse af et valgt G-klasse og omregningen af hastigheden til et tilladt tal i gram-millimeter går hurtigt med Beregner af restubalance (ISO 21940-11).
5. Typiske indledende ubalanceværdier
Omfanget af den oprindelige ubalance varierer meget afhængigt af udstyrets type og driftshistorik.
Nye eller nyligt afbalancerede rotorer
Vibrationerne ligger typisk på 0,5 til 2,0 mm/s (0,02 til 0,08 tommer/s) for industrimaskiner — hvilket er en god til acceptabel balance.
Moderat ubalancerede rotorer
En vibration på 2,0 til 7,0 mm/s (0,08 til 0,28 tommer/sek.) betyder, at rotoren snart skal afbalanceres. Dette er en almindelig tilstand for udstyr, der skal have udført rutinemæssigt vedligehold.
Alvorligt ubalancerede rotorer
Vibrationer på over 7,0 mm/s (0,28 tommer/s) er tegn på alvorlig ubalance, der kræver øjeblikkelig indgriben, ofte forårsaget af en manglende vinge, kraftig tilsmudsning eller alvorlige skader på komponenter.
Bemærk: Dette er generelle retningslinjer for typiske industrimaskiner. Det specifikke acceptable niveau afhænger af maskintype, størrelse, hastighed og montering, som fastlagt i standarder såsom ISO 20816 serien (tidligere ISO 10816).
6. Måling og dokumentation i felten
På en samlet maskine registreres den oprindelige ubalance på selve maskinen i stedet for på en afbalanceringsmaskine. En bærbar tokanalsanalysator som f.eks. Balanset-1A måler 1×-amplituden og -fasen i maskinens egne lejer ved driftshastighed, registrerer den oprindelige »O«-vektor og styrer derefter prøvevægt- og korrektionskørslerne, der reducerer den — og indfanger dermed den faktiske tilstand, som rotoren reelt kører i, herunder monterings- og termiske effekter, som en værkstedsafbalanceringsmaskine aldrig ville kunne registrere.
Uanset hvilket værktøj der anvendes, skal målingen af den indledende ubalance anføres i afbalanceringsprotokollen:
- vibrationsamplituden og -fasen ved hvert målepunkt;
- driftshastigheden under målingen;
- datoen og udstyrets identifikationsoplysninger; og
- Eventuelle synlige årsager til ubalance, der blev bemærket under inspektionen
Denne dokumentation danner grundlag for en historisk oversigt over rotorens tilstand og understøtter trendanalyse over tid — hvilket f.eks. afslører, om der langsomt opstår ubalance på grund af aflejringer eller erosion, og gør det muligt at planlægge vedligeholdelse, inden vibrationerne bliver alvorlige.
