Forståelse af statisk afbalancering (enkeltplansafbalancering)
Statisk afbalancering er den enkleste form for rotor afbalancering. It corrects statisk ubalance — en tilstand, hvor en Rotor’s tyngdepunkt ligger forskudt i forhold til dens rotationsakse, hvilket skaber et enkelt »tungt punkt«. Da dette tunge punkt kun kommer til udtryk under indvirkning af tyngdekraften, kan korrektion i princippet udføres, mens rotoren står stille: Placer en rotor med ren statisk ubalance på en friktionsfri overflade, såsom en knivskær, og den vil rulle, indtil den tunge del lander nederst. Løsningen udføres i en enkelt plan — én korrigerende vægt placeret 180° modsat tyngdepunktet for at bringe tyngdepunktet tilbage til rotationscentret. Denne enkelhed i ét plan er metodens store styrke og, som vi skal se, også dens afgørende begrænsning.
1. Statisk ubalance kontra dynamisk ubalance
Statisk ubalance kaldes også »kraftubalance«, fordi den forårsager en centrifugalkraft der virker radialt udad fra rotationscentret. Det afgørende er, at den ikke skaber noget »moment« eller nogen vippebevægelse. Det adskiller den fra dynamisk ubalance, som kombinerer kraft og parubalance og kræver korrektioner i mindst to planer for at blive fuldstændigt afbalanceret. En rotor kan være perfekt statisk afbalanceret og alligevel have en betydelig momentubalance, der får den til at vibrere kraftigt, når den først er i rotation — og det er netop derfor, at statisk afbalancering i sig selv kun er egnet til en bestemt type rotorer.
2. Hvornår er statisk afbalancering tilstrækkelig?
Statisk afbalancering er kun egnet til en bestemt type rotorer. Den anvendes generelt kun til komponenter, der er meget smalle eller skiveformede, hvor den aksiale længde er lille i forhold til diameteren. For sådanne rotorer er det usandsynligt, at der overhovedet forekommer en væsentlig ubalance i drejningsmomentet, så en korrektion i ét plan løser faktisk problemet.
Typiske eksempler, hvor statisk afbalancering i ét plan ofte er tilstrækkelig, omfatter:
- Slibeskiver
- Bilfælge og dæk
- Enkelt, smalt ventilator- eller blæserhjul
- Svinghjul
- Remskiver og skiver
For enhver rotor af betydelig længde – en motoranker, en flertrinspumpe eller en lang aksel – er statisk afbalancering alene ikke tilstrækkelig, og dynamisk afbalancering i to planer er påkrævet. Selve tilgangen med ét plan beskrives nærmere under enkeltplansbalancering.
3. Metoder til statisk afbalancering
1. Knivægsbalancering
Dette er den klassiske metode, hvor rotoren ikke roterer. Rotoren placeres på et par parallelle, vandrette knivkanter med lav friktion. Den ruller, indtil dens tungeste punkt befinder sig nederst; derefter tilføjes en midlertidig vægt øverst (180° modsat), indtil rotoren kan hvile i en vilkårlig position uden at rulle. Denne vægt gøres derefter permanent. Det kræver hverken strøm eller elektronik – kun tålmodighed og et par ægte, vandrette kanter – og det er stadig en perfekt gyldig feltkontrol for en smal skive.
2. Vertikal afbalanceringsmaskine
Moderne statisk afbalancering udføres ofte på en lodret afbalanceringsmaskine. Rotoren – for eksempel et svinghjul eller et dæk – er monteret på en vandret plade, der hviler på kraftsensorer. Maskinen drejer den med lav hastighed, og sensorerne måler størrelsen og retningen af ubalancestyrken og viser den nødvendige korrektion på en skærm. Specielt for hjul og dæk er en Beregner til hjulafbalanceringsvægte omregner disse vægtangivelser til vægte med fastgørelsesklips eller klæbende vægte.
3. Feltafbalancering i et enkelt plan (Balanset-1A)
Statisk (enplan) afbalancering kan også udføres på en færdigmonteret maskine ved hjælp af et bærbart afbalanceringssystem — det er kernen i feltafbalancering. With the Balanset-1A, måler tilstanden »Balancering i ét plan (»statisk«)« rotorhastigheden (RPM) og vektoren for 1× vibration — its RMS value and fase. Ud fra målingerne fra ”Kørsel nr. 0” og ”Kørsel nr. 1” beregner softwaren automatisk masse og Installationsvinkel af den korrigerende vægt, der er nødvendig for at reducere rotorens ubalance, ved hjælp af indflydelseskoefficient method.
Afbalanceringsresultaterne gemmes i et arkiv, og når processen er afsluttet, kan en afbalanceringsrapport kan oprettes, redigeres og udskrives i den indbyggede rapporteditor.
Sådan udføres single-plane-balancering i Balanset-1A-programmet
- Installer sensorer og tilslut systemet. Monter vibrationssensoren på det valgte målepunkt, og tilslut den til enheden. Monter fasesensoren (omdrejningstæller), apply refleksbånd på rotoren, og tilslut enheden til en Windows-bærbar computer.
- Start tilstanden Single-Plane Balancing. Vælg tilstanden »Single-plane« i hovedvinduet, og start afbalanceringen. Programmet åbner arkivvinduet for afbalancering i et enkelt plan.
- Opret en arkivpost. Indtast rotornavn, installationssted, tolerancer (vibrationer og restubalance) samt dato. Softwaren opretter en arkivmappe, hvor diagrammer og rapportfiler gemmes.
- Indstil balanceringsparametre under »Balanceringsindstillinger«.
- Indflydelseskoefficient: Vælg »Ny rotor« (to gennemløb til kalibrering) eller »Gemte koefficienter« (ét gennemløb, til samme maskintype med gemte påvirkningskoefficienter).
- Prøvevægt masse: Vælg »Gram« eller »Procent«. Hvis du senere vil bruge tilstanden »Gemte koefficienter«, skal du indtaste prøvevægt vægt i gram (vej det på vægten).
- Metode til fastgørelse af vægt: Vælg »Circum« (en vilkårlig vinkel på omkredsen) eller »Fast position« (faste huller/klinger/positioner; indtast antallet af positioner).
- Radius for massemontering: Indtast den radius, der bruges til montering af prøve- og korrektionsvægte.
- Lad prøvevægten stå i Plane1: Aktivér kun dette, hvis du ikke kan fjerne prøvevægten under processen.
- Kør #0 (første kørsel, ingen prøvevægt). Bring maskinen op på en stabil hastighed, og start »Run #0« for at måle den indledende vibration. Softwaren registrerer omdrejningstal, RMS-værdi og fase for 1×-vibrationskomponenten. Fanen »Charts« viser bølgeformen og spektret.
- Monter prøvevægten. Stop maskinen, og monter prøvevægten i en kendt radius. Prøvevægten skal ændre vibrationsamplituden eller -fasen markant. Et almindeligt kriterium er »30/30-reglen«: Prøvevægten bør ændre amplituden med ca. 30 % (nedad eller opad) eller fasen med ca. 30° eller mere. Hvis du senere har tænkt dig at bruge tilstanden »Gemte koefficienter«, skal du montere prøvevægten i samme vinkel som refleksmærket.
- Kør #1 (prøvevægt installeret). Genstart maskinen, vent til hastigheden er stabil, og udfør »Kørsel nr. 1«. Softwaren beregner de korrigerende vægtparametre.
- Installer korrektionsvægten. Stop maskinen, fjern prøvevægten, og monter korrektionsvægt. Monteringsvinklen måles fra prøvevægten i retning af rotorens omdrejningsretning. Monter korrektionsvægten på samme radius som prøvevægten.
- RunTrim (tjek balancekvaliteten). Kør „RunTrim“ for at kontrollere resultatet. Hvis der stadig er restvibrationer og/eller resterende ubalance Hvis tolerancen overholdes, kan afbalanceringen afsluttes. Hvis ikke, beregner softwaren en yderligere korrigerende vægt, og afbalanceringen fortsætter ved hjælp af successive tilnærmelser.
Resultatvisning: polargraf og faste positioner
Balanset-1A kan vise korrektionsvægtens masse og vinkel i en polarkoordinatsystem. Hvis man vælger »Fast position«, kan programmet automatisk opdele udligningsvægten i to dele og vise de positionsnumre, hvor hver del skal monteres — en funktion, der også findes i Beregner til bladkorrektion til ventilatorer og løbehjul med faste monteringspunkter.
4. Sammenligning af resultatet med tolerancegrænserne
En statisk afbalancering er først »færdig«, når restvibrationerne og restubalancen ligger inden for en aftalt tolerance, og det er her, RunTrim-trinnet viser sit værd. Den tilladte restubalance fastsættes normalt ud fra en afbalanceringskvalitet G-klasse i den moderne ISO 21940-11 standarden (som har overtaget den ældre ISO 1940-1). Det går hurtigt at omregne en G-klasse og en driftshastighed til et tilladt gram-millimeter-tal — og vælge en fornuftig første prøvevægt — med en Beregner for restubalance (ISO 21940-11) og en Beregner til prøvevægt. Ved at registrere både den indledende og den endelige restubalance får man et retvisende billede af, hvor effektivt arbejdet var, og dette udgør kernen i afbalanceringsrapporten.
5. Begrænsninger
Den største begrænsning ved statisk afbalancering er, at den ikke kan påvise eller korrigere momentubalance. Anvendelse af statisk afbalancering på en rotor, der faktisk har dynamisk ubalance, kan undertiden forværre situationen — ved at korrigere kraftkomponenten, mens momentkomponenten ignoreres eller endda forværres. Af denne grund er dynamisk afbalancering i to planer standard og påkrævet praksis for de fleste industrielle maskiner, og statisk afbalancering bør forbeholdes de smalle, skiveformede rotorer, hvor antagelsen om ét plan faktisk holder.
