Zwei-Ebenen-Auswuchten verstehen
Zwei-Ebenen-Auswuchten ist ein dynamisches Auswuchten Verfahren, bei dem Korrekturgewichte sind entlang der Länge eines Rotors in zwei getrennten Ebenen angeordnet, um sowohl statische Unwucht und Momentenunwucht gleichzeitig. Dies ist die Standardmethode für die überwiegende Mehrheit der industriellen rotierenden Maschinen – für jeden Rotor, dessen axiale Länge mit seinem Durchmesser vergleichbar oder größer ist. Im Gegensatz zu Ein-Ebenen-Auswuchten, das lediglich den Versatz des Massenschwerpunkts des Rotors korrigiert, während das Zweiflächenauswuchten sowohl die translatorische Zentrifugalkraft und der Moment, der einen Rotor um seine eigene Achse schwingen oder taumeln lässt.
1. Definition: Warum zwei Ebenen?
Jeder starre Rotor Unwucht kann in zwei unabhängige Komponenten zerlegt werden. Statische Unwucht ist eine netto vorhandene Schwerstelle, deren Massenmittelpunkt gegenueber der Wellenachse versetzt ist; sie erzeugt an beiden Lagern eine gleichphasige Kraft und wuerde sich auch dann bemerkbar machen, wenn der Rotor auf Messerschneiden aufgelegt und nicht gedreht wuerde. Ungleichgewicht in der Beziehung ist ein Paar gleich schwerer Schwerstellen (Unwuchten), die im Abstand von 180° an den gegenueberliegenden Enden des Rotors angeordnet sind: Es bewirkt keine Netto-Verschiebung des Massenmittelpunkts und ist daher statisch nicht erkennbar, erzeugt jedoch bei Drehung ein Kippmoment (Momentenunwucht), das die beiden Lager in entgegengesetzte Phasenlagen zwingt.
Eine einzelne Korrekturebene kann nur die statische Komponente ausgleichen. Um eine Momentenunwucht auszugleichen, sind zwei Korrekturen erforderlich, die zusammen ein entgegengesetztes Moment bilden – und das erfordert per Definition zwei Ebenen. Da reale Rotoren eine beliebige Mischung aus statischer Unwucht und Momentenunwucht aufweisen (ein Zustand, der oft als quasi-statische Unwucht (wenn beide miteinander kombiniert werden), sind zwei Korrekturebenen das Minimum, das erforderlich ist, um die Bewegung eines starren Rotors vollständig zu beschreiben und zu korrigieren. Vibration.
2. Wann ist ein Zweiflächenauswuchten erforderlich?
Wählen Sie zwei Ebenen, sobald eine der folgenden Bedingungen zutrifft:
Lange oder schlanke Rotoren
Als Faustregel gilt, dass jeder Rotor mit einem Verhältnis von Länge zu Durchmesser von mehr als etwa 0,5 bis 1,0 in zwei Ebenen ausgewuchtet werden sollte. Typische Beispiele hierfür sind:
- Elektromotor-Anker
- Pumpen- und Kompressorwellen
- Mehrstufige Lüfterrotoren
- Antriebswellen und Kupplungen
- Spindeln und rotierende Werkzeuge
- Turbinenrotoren
Eine schmale Scheibe – eine Schleifscheibe, eine einzelne Riemenscheibe, ein dünnes Schwungrad – bildet das andere Extrem und lässt sich in der Regel in einer Ebene korrigieren, da sie zu kurz ist, um ein nennenswertes Momentenpaar aufzunehmen.
Sichtbare Momentenunwucht
Wenn der gemessene 1× Phase Wenn die 1×-Messwerte an den beiden Lagerträgern deutlich phasenverschoben sind – mit einem Phasenunterschied von nahezu 180°, was auf eine Schaukel- oder Kippbewegung hindeutet –, liegt eine Momentenunwucht vor, die nur durch eine Zweiflächenkorrektur beseitigt werden kann.
Wenn das Ein-Ebenen-Auswuchten nicht ausreicht
Ein klassischer diagnostischer Hinweis: Der Versuch, die Auswuchtung in einer Ebene durchzuführen, verringert die Schwingungen an einem Lager, verstärkt sie jedoch am anderen. Dieses Verhalten ist das typische Anzeichen für eine nicht korrigierte Momentenunwucht und zeigt an, dass eine zweite Ebene erforderlich ist.
Starre Rotoren mit verteilter Masse
Auch ein starrer Rotor deutlich unter seiner ersten kritischen Drehzahl kritische Geschwindigkeit profitiert von zwei Ebenen, wenn sich seine Masse über eine nennenswerte axiale Länge erstreckt, wodurch sichergestellt wird, dass Schwingungen an jedem Lager und nicht nur an einem einzigen minimiert werden.
3. Das Zweiebenen-Auswuchtverfahren
Das Auswuchten in zwei Ebenen ist aufwendiger als das Auswuchten in einer Ebene, da eine Korrektur in einer der beiden Ebenen die Schwingung an beide Lager. Die gängige Lösung ist die Einflusskoeffizientenmethode, aufgetragen mit zwei Versuchsgewichte über eine Abfolge von Messläufe.
Schritt 1 – Erstmessung
Lassen Sie die Maschine mit der gewählten Auswuchtdrehzahl laufen und notieren Sie die anfänglichen 1×-Schwingungsvektoren (Amplitude und Phase) an beiden Lagern. Beschriften Sie diese mit „Lager 1“ und „Lager 2“. Dieses Paar erfasst die Gesamtwirkung aller Unwuchten im Rotor.
Schritt 2 – Definieren Sie die Korrekturebenen
Wählen Sie zwei Korrekturebenen an denen Masse hinzugefügt oder entfernt werden kann. Platzieren Sie diese so weit auseinander und so gut zugänglich wie möglich – in der Regel in der Nähe der Rotorenden, an Kupplungsflanschen oder an Lüfternaben. Ein großer Ebenenabstand sorgt für eine starke, gut konditionierte Paarkorrektur.
Schritt 3 – Probegewicht in Ebene 1
Halten Sie die Maschine an und bringen Sie ein Probegewicht bekannter Masse in einem bekannten Winkel in der ersten Ebene an. Starten Sie die Maschine erneut und notieren Sie die neuen Schwingungswerte an beiden Lagern. Der Vektor ändern An jedem Lager lassen sich zwei Einflusskoeffizienten erkennen: der Einfluss von Ebene 1 auf Lager 1 und der Einfluss von Ebene 1 auf Lager 2.
Schritt 4 – Probegewicht in Ebene 2
Entfernen Sie das erste Prüfgewicht, setzen Sie ein Prüfgewicht in die zweite Ebene ein, führen Sie den Test durch und messen Sie erneut. Dadurch erhalten Sie die verbleibenden beiden Koeffizienten: Ebene 2 auf Lager 1 und Ebene 2 auf Lager 2.
Schritt 5 – Berechnen Sie die Korrekturen
Das Instrument enthält nun vier komplexe Einflusskoeffizienten, die als 2×2-Matrix angeordnet sind. Unter Verwendung von Vektormathematik und durch Matrixinversion löst es ein Gleichungssystem, um die exakte Masse und den exakten Winkel zu ermitteln, die in jeder Ebene erforderlich sind, um die Schwingungen an beiden Lagern gleichzeitig auf Null zu bringen. Ein Rechner für den Ein-Ebenen-Einflusskoeffizienten veranschaulicht die zugrunde liegende Vektorarithmetik für eine Ebene; der Fall mit zwei Ebenen erweitert diese lediglich zu einer Matrix, während eine Rechner für das Probegewicht hilft dabei, eine sinnvolle erste Probegewichtsmasse zu bestimmen.
Schritt 6 – Installieren und überprüfen
Beide berechneten Gewichte dauerhaft anbringen und zur Überprüfung laufen lassen. Die Schwingungen an beiden Lagern sollten nun deutlich innerhalb der Zielwerte liegen. Falls noch ein kleiner Restwert verbleibt, eine kurze Trimmbalance — die Wiederverwendung der bereits gemessenen Koeffizienten — verfeinert das Ergebnis, ohne dass weitere Testläufe erforderlich sind.
4. Die Einflusskoeffizientenmatrix erklärt
Die Stärke dieser Methode liegt in dieser 2×2-Matrix, denn jede Ebene beeinflusst beide Lager:
- Direkte Auswirkungen: Ein Gewicht in Ebene 1 wirkt sich am stärksten auf das benachbarte Lager 1 aus, ein Gewicht in Ebene 2 auf das benachbarte Lager 2.
- Wechselwirkungen: Ein Gewicht in Ebene 1 bewegt auch Lager 2 (in der Regel weniger stark), und ein Gewicht in Ebene 2 bewegt auch Lager 1.
Durch die Lösung der Matrix werden alle vier Wechselwirkungen gleichzeitig berücksichtigt, sodass sich die beiden Korrekturen gegenseitig ergänzen, anstatt sich zu widersprechen. Die Berechnung von Hand ist äußerst anspruchsvoll – ein Vorzeichenfehler oder ein kleiner Phasenfehler überträgt sich auf die Inversion –, und genau deshalb macht sich ein spezielles Auswuchtgerät bezahlt.
Für zwei Ebenen (1, 2) und zwei Lager (A, B) ist das System VA = αA1-W1 + αA2-W2 und VB = αB1-W1 + αB2-W2, wobei jeder Term V, α und W ein komplexer (Amplituden- und Phasen-)Vektor ist. Die Auswuchtsoftware löst dieses 2×2-System, um die Korrekturgewichte W zu ermitteln1 und W2 die VA und VB verschwinden.
5. Zweiebenen-Auswuchten vor Ort
Das Zweiebenen-Auswuchten ist die gängige Methode zum Feldauswuchten, und genau dafür ist ein tragbarer Zweikanal-Analysator konzipiert. Mit einem Gerät wie dem Balanset-1A, montiert ein Techniker einen Beschleunigungsmesser an jedem Lager ist ein optisches Element angebracht Laserdrehzahlmesser als Phasenreferenz und durchläuft die oben genannten sechs Schritte – Erstlauf, zwei Testläufe, Berechnung, Korrektur, Überprüfung – ohne die Maschine zu zerlegen oder die Rotor zu einer Auswuchtwerkstatt. Denn die Arbeit wird in situ… in den eigentlichen Lagern der Maschine und bei realer Betriebsdrehzahl spiegelt das Ergebnis die tatsächlichen Betriebsbedingungen wider – Lagersteifigkeit, Fundamentnachgiebigkeit, thermische und prozessbedingte Belastungen –, mit denen eine Werkstatt Auswuchtmaschine lässt sich nicht reproduzieren. Das Gerät überprüft dann das Endergebnis Restunwucht anhand der gewählten ISO-Klasse, bevor der Bericht unterzeichnet wird.
6. Vorteile des Zweiflächenauswuchtens
- Vollständige Korrektur: beseitigt sowohl statische als auch Paarunwucht – das gesamte Bild des starren Rotors.
- Minimiert Vibrationen an allen Lagern: optimiert das gesamte Rotorsystem, nicht nur ein Ende.
- Verlängert die Lebensdauer der Komponenten: Geringere Schwingungen an beiden Lagerstellen bedeuten weniger Verschleiß an Lagern, Dichtungen und Kupplungen sowie ein geringeres Risiko von Ermüdung knacken.
- Branchenstandard: von vielen Geräteherstellern gefordert und für starre Rotoren in ISO 21940-11 (der moderne Nachfolger von ISO 1940-1).
- Geeignet für die meisten Maschinen: wirksam für starre Rotoren, die unterhalb ihrer ersten kritischen Drehzahl betrieben werden, was auf die überwiegende Mehrheit der Industrieanlagen zutrifft.
7. Lage: Ein-, Zwei- und Mehrflächen
| Verfahren | Flugzeuge | Korrigiert | Typischer Rotor |
|---|---|---|---|
| Einzelebene | 1 | Nur statisch | Dünne Scheiben, schmale Riemenscheiben, Einzelventilatoren |
| Zwei Ebenen | 2 | Statische + Momentenunwucht | Die meisten starren Industrierotoren |
| Mehrere Ebenen | 3 oder mehr | Statische + Momenten- + modale Biegung | Flexible Rotoren oberhalb der kritischen Drehzahl |
Im Vergleich zum Einflächenauswuchten ist das Zweiflächenauswuchten aufwändiger und dauert länger, bietet jedoch eine deutlich bessere Schwingungsreduzierung – außer bei den schmalsten Scheibenrotoren. Am anderen Ende des Spektrums liegt ein flexibler Rotor Beim Betrieb oberhalb einer oder mehrerer kritischer Drehzahlen sind unter Umständen drei oder mehr Ebenen erforderlich – siehe Mehrflächenauswuchten –, doch für den Großteil der Industriemaschinen reichen zwei Ebenen völlig aus.
8. Häufige Herausforderungen und Lösungen
Nicht zugängliche Korrekturebenen
Herausforderung: An einer montierten Maschine sind die idealen Positionen der Korrekturebenen möglicherweise nicht erreichbar.
Lösung: Verwenden Sie alles, was zur Verfügung steht – Kupplungsnaben, Lüfterflügel, Außenflansche – und lassen Sie die Koeffizienten des Messgeräts die nicht ganz ideale Geometrie ausgleichen, da die Matrix an der tatsächlichen Maschine gemessen wird.
Schwache Reaktion auf das Probegewicht
Herausforderung: Wenn ein Probegewicht die Messwerte kaum verändert, werden die Einflusskoeffizienten verrauscht und die Lösung unzuverlässig.
Lösung: Verwenden Sie eine größere Probemasse oder verlagern Sie diese auf einen größeren Radius, um ihre Wirkung deutlich über die Messrauschschwelle hinaus zu heben.
Nichtlineares Verhalten
Herausforderung: Rotoren mit mechanische Lose, weicher Fußoder Betrieb in der Nähe von Resonanz reagiert möglicherweise nicht linear auf Gewichte – eine Voraussetzung, von der die Methode ausgeht.
Lösung: Beheben Sie zunächst die mechanischen Fehler (Befestigungselemente festziehen, Weichfuß beseitigen) und wuchten Sie, soweit möglich, außerhalb der kritischen Drehzahlen. Vergewissern Sie sich, dass es sich tatsächlich um eine Unwucht handelt und nicht um Fehlausrichtung sich als solches ausgeben
