Forståelse af flerplansbalancering

Enheder

Bærbar afbalanceringsenhed og vibrationsanalysator Balanset-1A.

$2,358.31

Dele

Vibrationssensor

$107.47

Dele

Optisk sensor (laser-tachometer)

$148.07

Enheder

Balanset-4

$8,123.32

Dele

Magnetisk stativ i størrelse 60 kgf

$54.93

Dele

Reflekterende tape

$11.94

Enheder

Dynamisk afbalancering "Balanset-1A" OEM.

$2,071.73

Definition: Hvad er flerplansbalancering?

Multiplanbalancering er en avanceret afbalancering procedure, der bruger tre eller flere korrektionsplaner fordelt langs rotorens længde for at opnå acceptable vibrationsniveauer. Denne teknik er nødvendig for fleksible rotorer—rotorer, der bøjer eller flekser betydeligt under drift, fordi de kører med hastigheder over en eller flere kritiske hastigheder.

Mens toplansbalancering er tilstrækkeligt for de fleste stive rotorer, udvider flerplansbalancering princippet til at imødekomme de komplekse afbøjningsformer (tilstandsformer), som fleksible rotorer udviser ved høje hastigheder.

Hvornår er flerplansbalancering påkrævet?

Flerplansbalancering bliver nødvendig i flere specifikke situationer:

1. Fleksible rotorer, der opererer over kritiske hastigheder

Den mest almindelige anvendelse er til fleksible rotorer—lange, slanke rotorer, der opererer ved hastigheder højere end deres første (og nogle gange anden eller tredje) kritiske hastighed. Eksempler inkluderer:

• Damp- og gasturbinrotorer
• Højhastighedskompressoraksler
• Papirmaskineruller
• Store generatorrotorer
• Centrifugerotorer
• Højhastighedsspindler

Disse rotorer udsættes for betydelig bøjning under drift, og deres afbøjningsform ændrer sig afhængigt af rotationshastigheden og hvilken tilstand der exciteres. To korrektionsplaner er simpelthen utilstrækkelige til at kontrollere vibrationer på tværs af alle driftshastigheder.

2. Meget lange stive rotorer

Selv nogle stive rotorer kan, hvis de er ekstremt lange i forhold til deres diameter, drage fordel af tre eller flere korrektionsplaner for at minimere vibrationer på flere lejeplaceringer langs akslen.

3. Rotorer med kompleks massefordeling

Rotorer med flere skiver, hjul eller impeller på forskellige aksiale placeringer kan kræve individuel afbalancering af hvert element, hvilket resulterer i en afbalanceringsprocedure i flere plan.

4. Når toplansbalancering viser sig at være utilstrækkelig

Hvis et forsøg på at afbalancere i to planer reducerer vibrationerne ved de målte lejeplaceringer, men vibrationerne forbliver høje på mellemliggende steder langs rotoren (f.eks. afbøjning midt i spændet), kan yderligere korrektionsplaner være nødvendige.

Udfordringen: Fleksibel rotordynamik

Fleksible rotorer præsenterer unikke udfordringer, der gør flerplansbalancering kompleks:

Tilstandsformer

Når en fleksibel rotor passerer gennem en kritisk hastighed, vibrerer den i et specifikt mønster kaldet en modusform. Den første modus viser typisk akselbøjningen i en enkelt jævn bue, den anden modus viser en S-kurve med et knudepunkt i midten, og højere modus viser stadig mere komplekse former. Hver modus kræver specifik korrektionsvægtfordeling.

Hastighedsafhængig adfærd

Ubalanceresponsen i en fleksibel rotor ændrer sig dramatisk med hastigheden. En korrektion, der fungerer godt ved én hastighed, kan være ineffektiv eller endda kontraproduktiv ved en anden hastighed. Multiplanbalancering skal tage højde for hele driftshastighedsområdet.

Krydskoblingseffekter

Ved flerplansbalancering påvirker en korrektionsvægt i et hvilket som helst plan vibrationerne på alle målesteder. Med tre, fire eller flere korrektionsplaner bliver de matematiske sammenhænge betydeligt mere komplekse end ved toplansbalancering.

Proceduren for afbalancering af flere planer

Proceduren forlænger påvirkningskoefficientmetoden brugt i toplansbalancering:

Trin 1: Indledende målinger

Mål vibrationer flere steder langs rotoren (typisk ved hvert leje og nogle gange på mellemliggende steder) ved den pågældende driftshastighed. For fleksible rotorer kan det være nødvendigt at foretage målinger ved flere hastigheder.

Trin 2: Definer korrektionsplaner

Identificér N-korrektionsniveauer, hvor vægte kan tilføjes. Disse skal fordeles langs rotorens længde på tilgængelige steder, såsom koblingsflanger, hjulfælge eller specialdesignede balanceringe.

Trin 3: Sekventielle prøvevægtkørsler

Udfør N prøvekørsler, hver med en prøvevægt i ét korrektionsplan. For eksempel med fire korrektionsplaner:

• Kørsel 1: Prøvevægt kun i plan 1
• Kørsel 2: Prøvevægt kun i plan 2
• Kørsel 3: Prøvevægt kun i plan 3
• Kørsel 4: Prøvevægt kun i plan 4

Under hver kørsel måles vibrationer på alle sensorplaceringer. Dette opbygger en komplet indflydelseskoefficientmatrix, der beskriver, hvordan hvert korrektionsplan påvirker hvert målepunkt.

Trin 4: Beregn korrektionsvægte

Afbalanceringssoftwaren løser et system af N samtidige ligninger (hvor N er antallet af korrektionsplaner) for at beregne den optimale korrektionsvægte for hvert plan. Denne beregning bruger matrixalgebra og er alt for kompleks til at udføre manuelt – specialiseret software er afgørende.

Trin 5: Installer og verificer

Installer alle beregnede korrektionsvægte samtidigt, og verificer vibrationsniveauerne. For fleksible rotorer bør verifikationen udføres på tværs af hele driftshastighedsområdet for at sikre acceptabel vibration ved alle hastigheder.

Modal balancering: En alternativ tilgang

For meget fleksible rotorer bruges en avanceret teknik kaldet modal balancering kan være mere effektiv end konventionel flerplansbalancering. Modal balancering er rettet mod specifikke vibrationstilstande snarere end specifikke hastigheder. Ved at beregne korrektionsvægte, der matcher rotorens naturlige tilstandsformer, kan den opnå bedre resultater med færre prøvekørsler. Denne metode kræver dog sofistikerede analyseværktøjer og en dyb forståelse af rotordynamik.

Kompleksitet og praktiske overvejelser

Flerplansbalancering er betydeligt mere kompleks end toplansbalancering:

Antal prøvekørsler

Antallet af nødvendige prøvekørsler stiger lineært med antallet af planer. En afbalancering med fire planer kræver fire prøvekørsler plus den indledende og verifikationskørsler – i alt seks starter og stop. Dette øger omkostninger, tid og slid på maskinen.

Matematisk kompleksitet

Løsning for N korrektionsvægte kræver invertering af en N×N-matrix, som er beregningsintensiv og kan være numerisk ustabil, hvis målingerne er støjende, eller hvis korrektionsplanerne er dårligt placeret.

Målenøjagtighed

Da flerplansbalancering er afhængig af at løse mange samtidige ligninger, har målefejl og støj en større indflydelse end ved toplansbalancering. Sensorer af høj kvalitet og omhyggelig dataindsamling er afgørende.

Tilgængelighed i korrektionsplanet

Det kan være udfordrende at finde tilgængelige og effektive korrektionsplanplaceringer for N, især på maskiner, der ikke oprindeligt var designet til afbalancering i flere planer.

Krav til udstyr og software

Multiplanbalancering kræver:

• Avanceret balanceringssoftware: I stand til at håndtere N×N påvirkningskoefficientmatricer og løse systemer af komplekse vektorligninger.
• Flere vibrationssensorer: Mindst N sensorer (én pr. målested) anbefales, selvom nogle instrumenter kan fungere med færre sensorer ved at flytte dem mellem kørsler.
• Omdrejningstæller/nøglefase: Vigtigt for præcision fase måling.
• Erfarent personale: Kompleksiteten af flerplansbalancering kræver teknikere med avanceret træning i rotordynamik og vibrationsanalyse.

Typiske anvendelser

Flerplansbalancering er standardpraksis i industrier med højhastighedsmaskiner:

• Strømproduktion: Store damp- og gasturbinegeneratorsæt
• Petrokemisk: Højhastighedscentrifugalkompressorer og turboekspandere
• Papirmasse og papir: Lange papirruller til tørremaskiner og kalenderruller
• Luftfart: Flymotorrotorer og turbomaskineri
• Fremstilling: Højhastigheds-maskinværktøjsspindler

I disse applikationer er investeringen i flerplansbalancering berettiget af udstyrets kritiske karakter, konsekvenserne af fejl og de driftsmæssige effektivitetsgevinster ved at køre med minimal vibration.

---

← Tilbage til hovedindekset