Mehrebenen-Auswuchten verstehen
Definition: Was ist Mehrebenen-Auswuchten?
Mehrebenen-Auswuchten ist ein fortgeschrittenes Bilanzierung Verfahren, das drei oder mehr Korrekturebenen verteilt entlang der Länge eines Rotors, um akzeptable Vibrationspegel zu erreichen. Diese Technik ist notwendig für flexible Rotoren—Rotoren, die sich während des Betriebs stark verbiegen oder verformen, weil sie mit einer Geschwindigkeit von über einem oder mehreren kritische Geschwindigkeiten.
Während Zwei-Ebenen-Auswuchten ist für die meisten starren Rotoren ausreichend, das Mehrebenen-Auswuchten erweitert das Prinzip, um den komplexen Auslenkungsformen (Modusformen) Rechnung zu tragen, die flexible Rotoren bei hohen Geschwindigkeiten aufweisen.
Wann ist ein Mehrebenen-Auswuchten erforderlich?
Das Auswuchten mehrerer Ebenen ist in mehreren speziellen Situationen erforderlich:
1. Flexible Rotoren, die oberhalb der kritischen Drehzahlen arbeiten
Die häufigste Anwendung ist für flexible Rotoren– lange, schlanke Rotoren, die mit einer höheren Drehzahl als ihrer ersten (und manchmal zweiten oder dritten) kritischen Drehzahl arbeiten. Beispiele hierfür sind:
- Dampf- und Gasturbinenrotoren
- Hochgeschwindigkeits-Kompressorwellen
- Papiermaschinenrollen
- Große Generatorrotoren
- Zentrifugenrotoren
- Hochgeschwindigkeitsspindeln
Diese Rotoren unterliegen während des Betriebs einer erheblichen Biegung, und ihre Schwingungsform ändert sich je nach Drehzahl und angeregtem Modus. Zwei Korrekturebenen reichen schlicht nicht aus, um die Schwingung bei allen Betriebsdrehzahlen zu kontrollieren.
2. Sehr lange starre Rotoren
Sogar bei einigen starren Rotoren, die im Verhältnis zu ihrem Durchmesser extrem lang sind, können drei oder mehr Korrekturebenen von Vorteil sein, um die Vibration an mehreren Lagerstellen entlang der Welle zu minimieren.
3. Rotoren mit komplexer Massenverteilung
Bei Rotoren mit mehreren Scheiben, Rädern oder Laufrädern an verschiedenen axialen Positionen kann es erforderlich sein, jedes Element einzeln auszuwuchten, was zu einem Auswuchtverfahren auf mehreren Ebenen führt.
4. Wenn sich das Auswuchten in zwei Ebenen als unzureichend erweist
Wenn ein Auswuchtversuch in zwei Ebenen die Vibration an den gemessenen Lagerstellen reduziert, die Vibration an den Zwischenstellen entlang des Rotors (z. B. bei der Durchbiegung in der Mitte der Spannweite) jedoch hoch bleibt, sind möglicherweise zusätzliche Korrekturebenen erforderlich.
Die Herausforderung: Flexible Rotordynamik
Flexible Rotoren stellen einzigartige Herausforderungen dar, die das Auswuchten auf mehreren Ebenen komplex machen:
Eigenformen
Wenn ein flexibler Rotor durch eine kritische Geschwindigkeit, vibriert es in einem bestimmten Muster, das als Eigenform bezeichnet wird. Die erste Eigenform zeigt typischerweise eine Wellenbiegung in einem einzigen glatten Bogen, die zweite eine S-Kurve mit einem Knotenpunkt in der Mitte und höhere Eigenformen zunehmend komplexere Formen. Jede Eigenform erfordert eine spezifische Verteilung der Korrekturgewichte.
Geschwindigkeitsabhängiges Verhalten
Das Unwuchtverhalten eines flexiblen Rotors ändert sich mit der Drehzahl drastisch. Eine Korrektur, die bei einer Drehzahl gut funktioniert, kann bei einer anderen Drehzahl unwirksam oder sogar kontraproduktiv sein. Das Mehrebenen-Auswuchten muss den gesamten Betriebsdrehzahlbereich berücksichtigen.
Kreuzkopplungseffekte
Beim Mehrebenen-Auswuchten beeinflusst ein Ausgleichsgewicht in einer beliebigen Ebene die Schwingung an allen Messstellen. Bei drei, vier oder mehr Ausgleichsebenen werden die mathematischen Zusammenhänge deutlich komplexer als beim Zweiebenen-Auswuchten.
Das Mehrebenen-Auswuchtverfahren
Das Verfahren erweitert die Einflusskoeffizientenmethode wird beim Zwei-Ebenen-Auswuchten verwendet:
Schritt 1: Erste Messungen
Messen Sie die Vibrationen an mehreren Stellen entlang des Rotors (normalerweise an jedem Lager und manchmal an Zwischenstellen) bei der gewünschten Betriebsdrehzahl. Bei flexiblen Rotoren müssen die Messungen möglicherweise bei mehreren Drehzahlen durchgeführt werden.
Schritt 2: Korrekturebenen definieren
Identifizieren Sie N Korrekturebenen, an denen Gewichte angebracht werden können. Diese sollten entlang der Rotorlänge an zugänglichen Stellen wie Kupplungsflanschen, Radfelgen oder speziell konstruierten Ausgleichsringen verteilt werden.
Schritt 3: Sequentielle Testgewichtsläufe
Führen Sie N Probeläufe durch, jeweils mit einem Probegewicht in einer Korrekturebene. Zum Beispiel mit vier Korrekturebenen:
- Lauf 1: Testgewicht nur in Ebene 1
- Lauf 2: Testgewicht nur in Ebene 2
- Lauf 3: Testgewicht nur in Ebene 3
- Lauf 4: Testgewicht nur in Ebene 4
Messen Sie bei jedem Durchlauf die Vibrationen an allen Sensorpositionen. Dadurch wird eine vollständige Einflusskoeffizientenmatrix erstellt, die beschreibt, wie sich jede Korrekturebene auf jeden Messpunkt auswirkt.
Schritt 4: Korrekturgewichte berechnen
Die Auswuchtsoftware löst ein System von N simultanen Gleichungen (wobei N die Anzahl der Korrekturebenen ist), um die optimale Korrekturgewichte für jede Ebene. Diese Berechnung verwendet Matrizenalgebra und ist viel zu komplex, um sie manuell durchzuführen – spezielle Software ist unerlässlich.
Schritt 5: Installieren und überprüfen
Installieren Sie alle berechneten Korrekturgewichte gleichzeitig und überprüfen Sie die Vibrationsstärke. Bei flexiblen Rotoren sollte die Überprüfung über den gesamten Betriebsdrehzahlbereich durchgeführt werden, um eine akzeptable Vibration bei allen Drehzahlen sicherzustellen.
Modal Balancing: Ein alternativer Ansatz
Für hochflexible Rotoren wird eine fortschrittliche Technik namens modaler Ausgleich kann effektiver sein als das konventionelle Mehrebenen-Auswuchten. Das modale Auswuchten zielt auf bestimmte Schwingungsmodi statt auf bestimmte Drehzahlen ab. Durch die Berechnung von Korrekturgewichten, die den natürlichen Eigenformen des Rotors entsprechen, lassen sich mit weniger Probeläufen bessere Ergebnisse erzielen. Diese Methode erfordert jedoch ausgefeilte Analysewerkzeuge und ein tiefes Verständnis der Rotordynamik.
Komplexität und praktische Überlegungen
Das Auswuchten auf mehreren Ebenen ist wesentlich komplexer als das Auswuchten auf zwei Ebenen:
Anzahl der Probeläufe
Die Anzahl der erforderlichen Probeläufe steigt linear mit der Anzahl der Ebenen. Eine Vier-Ebenen-Auswuchtung erfordert vier Probeläufe plus Initial- und Kontrollläufe – insgesamt sechs Starts und Stopps. Dies erhöht Kosten, Zeitaufwand und Maschinenverschleiß.
Mathematische Komplexität
Das Lösen von N Korrekturgewichten erfordert die Invertierung einer N×N-Matrix, was rechenintensiv ist und numerisch instabil sein kann, wenn die Messungen verrauscht sind oder die Korrekturebenen schlecht positioniert sind.
Messgenauigkeit
Da beim Mehrebenen-Auswuchten viele Gleichungen gleichzeitig gelöst werden müssen, wirken sich Messfehler und Rauschen stärker aus als beim Zweiebenen-Auswuchten. Hochwertige Sensoren und eine sorgfältige Datenerfassung sind daher unerlässlich.
Zugänglichkeit der Korrekturebene
Das Auffinden von N zugänglichen und effektiven Korrekturebenenpositionen kann eine Herausforderung sein, insbesondere bei Maschinen, die ursprünglich nicht für das Auswuchten auf mehreren Ebenen konzipiert wurden.
Geräte- und Softwareanforderungen
Das Auswuchten mehrerer Ebenen erfordert:
- Erweiterte Auswuchtsoftware: Kann N×N-Einflusskoeffizientenmatrizen verarbeiten und Systeme komplexer Vektorgleichungen lösen.
- Mehrere Vibrationssensoren: Es werden mindestens N Sensoren (einer pro Messort) empfohlen, einige Instrumente können jedoch mit weniger Sensoren arbeiten, indem sie zwischen den Läufen neu positioniert werden.
- Drehzahlmesser/Keyphasor: Unverzichtbar für genaue Phase Messung.
- Erfahrenes Personal: Die Komplexität des Mehrebenen-Auswuchtens erfordert Techniker mit einer fortgeschrittenen Ausbildung in Rotordynamik und Schwingungsanalyse.
Typische Anwendungen
Das Auswuchten auf mehreren Ebenen ist in Branchen mit Hochgeschwindigkeitsmaschinen Standard:
- Stromerzeugung: Große Dampf- und Gasturbinen-Generatorsätze
- Petrochemie: Hochgeschwindigkeits-Kreiselkompressoren und Turboexpander
- Zellstoff und Papier: Lange Papiermaschinen-Trocknerwalzen und Kalanderwalzen
- Luft- und Raumfahrt: Rotoren und Turbomaschinen für Flugzeugtriebwerke
- Herstellung: Hochgeschwindigkeitsspindeln für Werkzeugmaschinen
Bei diesen Anwendungen ist die Investition in das Auswuchten mehrerer Ebenen durch die Kritikalität der Ausrüstung, die Folgen eines Ausfalls und die betrieblichen Effizienzgewinne durch den Betrieb mit minimaler Vibration gerechtfertigt.
EN 
AR 
AZ 
BG 
ZH 
HR 
CS 
DA 
NL 
ET 
FI 
FR 
DE 
KA 
EL 
HE 
HI 
HU 
ID 
IT 
JA 
KO 
LV 
LT 
MS 
NB 
FA 
PL 
PT_BR 
PT 
RO 
SR 
SK 
SL 
ES 
SV 
TH 
TR 
UR 
UK 
VI 