Οδηγίες Δυναμικής Εξισορρόπησης Άξονα: Στατικό έναντι Δυναμικού, Διαδικασία πεδίου και βαθμοί ISO 21940

Τι είναι η Δυναμική Ισορροπία;

Κάθε περιστρεφόμενο εξάρτημα — από έναν ρότορα εδαφοβελτιωτικού 200 κιλών έως έναν άξονα οδοντιατρικού τρυπανιού 5 γραμμαρίων — παρουσιάζει κάποια υπολειμματική ανισορροπία. Οι κατασκευαστικές ανοχές, οι ασυνέπειες υλικών, η διάβρωση και οι συσσωρευμένες εναποθέσεις μετατοπίζουν το κέντρο μάζας μακριά από τον γεωμετρικό άξονα περιστροφής. Το αποτέλεσμα είναι μια φυγόκεντρος δύναμη που αυξάνεται με το τετράγωνο της ταχύτητας: διπλασιάζονται οι στροφές και η δύναμη τετραπλασιάζεται.

Ένας ρότορας που περιστρέφεται στις 3.000 σ.α.λ. με μόλις 10 g ανισορροπίας σε ακτίνα 150 mm παράγει περίπου 150 N δύναμης περιστροφής — αρκετή για να καταστρέψει τα ρουλεμάν σε εβδομάδες. Η δυναμική ζυγοστάθμιση μειώνει αυτή τη δύναμη σε ένα επίπεδο που καθορίζεται από τα διεθνή πρότυπα (ISO 21940‑11, πρώην ISO 1940), παρατείνοντας τη διάρκεια ζωής των ρουλεμάν από μήνες σε χρόνια και μειώνοντας τον χρόνο διακοπής λειτουργίας που σχετίζεται με τους κραδασμούς.

Στατική έναντι Δυναμικής Ισορροπίας

Μονό επίπεδο

Στατική ισορροπία

Το κέντρο βάρους του ρότορα είναι μετατοπισμένο από τον άξονα περιστροφής σε ένα επίπεδο. Όταν τοποθετείται σε στηρίγματα με κόψη μαχαιριού, η βαριά πλευρά κυλάει προς τα κάτω — μπορείτε να το εντοπίσετε χωρίς να περιστραφεί.

Διόρθωση: Προσθέστε ή αφαιρέστε μάζα σε μία μόνο γωνιακή θέση απέναντι από το βαρύ σημείο. Ένα επίπεδο διόρθωσης είναι αρκετό.

Ισχύει για: στενά εξαρτήματα σε σχήμα δίσκου όπου το L/D είναι κάτω από περίπου 0.5 - σφόνδυλοι, τροχοί λείανσης, πτερωτές μονού δίσκου, δίσκοι πριονιού, δίσκοι φρένων.

Δύο αεροπλάνα

Δυναμική ισορροπία

Δύο (ή περισσότερες) μετατοπίσεις μάζας βρίσκονται μέσα διαφορετικά επίπεδα κατά μήκος του ρότορα. Μπορεί να αλληλοεξουδετερώνονται στατικά — ο ρότορας βρίσκεται ακίνητος σε άκρες μαχαιριού — αλλά δημιουργούν ένα κουνιστό ζευγάρι κατά την περιστροφή. Αυτό το ζεύγος δεν μπορεί να ανιχνευθεί ή να διορθωθεί χωρίς περιστροφή.

Διόρθωση: δύο αντισταθμιστικά βάρη σε δύο ξεχωριστά επίπεδα. Το όργανο υπολογίζει τη μάζα και τη γωνία για κάθε επίπεδο από τον πίνακα συντελεστών επιρροής.

Ισχύει για: επιμήκεις ρότορες — άξονες, ανεμιστήρες με φαρδιές πτερωτές, ρότορες εδαφοκάλυψης, κύλινδροι, πτερωτές πολλαπλών σταδίων αντλιών, στρόβιλοι.

Τέσσερις τύποι ανισορροπίας

Το πρότυπο ISO 21940‑11 διακρίνει τέσσερα θεμελιώδη μοτίβα ανισορροπίας. Η κατανόηση του κυρίαρχου μοτίβου βοηθά στην επιλογή της σωστής στρατηγικής εξισορρόπησης.

Στην πράξη, σχεδόν κάθε ρότορας που συναντάτε στο πεδίο παρουσιάζει δυναμική ανισορροπία — έναν συνδυασμό δύναμης και ζευγών συνιστωσών. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο η εξισορρόπηση δύο επιπέδων είναι η προεπιλεγμένη διαδικασία για κάθε ρότορα που δεν είναι λεπτός δίσκος.

Πότε να χρησιμοποιείτε εξισορρόπηση ενός επιπέδου έναντι δύο επιπέδων

Ο καθοριστικός παράγοντας είναι ο ρότορας γεωμετρική αναλογία L/D (αξονικό μήκος προς εξωτερική διάμετρο) σε συνδυασμό με την ταχύτητα λειτουργίας του.

Βαθμοί ποιότητας ισορροπίας ISO 21940‑11

Το ISO 21940‑11 (ο διάδοχος του ISO 1940‑1) αντιστοιχίζει σε κάθε κατηγορία περιστρεφόμενων μηχανημάτων ένα βαθμός ποιότητας ισορροπίας G, που ορίζεται ως η μέγιστη επιτρεπόμενη ταχύτητα του κέντρου βάρους του ρότορα σε mm/s. Η επιτρεπόμενη υπολειμματική ειδική ανισορροπία e_ανά (σε g·mm/kg) προκύπτει από την ποιότητα και την ταχύτητα λειτουργίας:

Παράδειγμα εργασίας: Ρότορας ανεμιστήρα

Ένας φυγοκεντρικός ρότορας ανεμιστήρα ζυγίζει 80 kg, λειτουργεί στις 1.450 RPM και η ακτίνα διόρθωσης είναι 250 mm. Απαιτούμενη κατηγορία: G 6.3.

Σχετικά πρότυπα: ISO 21940‑11 (άκαμπτοι ρότορες), ISO 21940‑12 (εύκαμπτοι ρότορες), ISO 10816‑3 (όρια έντασης κραδασμών), ISO 1940 (κληρονομικός προκάτοχος).

Διαδικασία εξισορρόπησης πεδίου επτά βημάτων

Αυτή είναι η μέθοδος συντελεστή επιρροής για εξισορρόπηση πεδίου δύο επιπέδων, που εφαρμόζεται με ένα φορητό όργανο όπως το Balanset-1A. Η ίδια λογική λειτουργεί με οποιονδήποτε αναλυτή εξισορρόπησης δύο καναλιών.

1

Προετοιμασία των αισθητήρων ρότορα και βάσης

Καθαρίστε τα περιβλήματα ρουλεμάν από βρωμιά και γράσο — οι αισθητήρες πρέπει να εφαρμόζουν στο ίδιο επίπεδο με την μεταλλική επιφάνεια. Τοποθετήστε τον αισθητήρα κραδασμών 1 στο περίβλημα ρουλεμάν που βρίσκεται πιο κοντά στο Επίπεδο 1 (συνήθως το άκρο του συστήματος κίνησης). Τοποθετήστε τον αισθητήρα 2 κοντά Επίπεδο 2 (άκρο εκτός κίνησης). Κολλήστε ανακλαστική ταινία στον άξονα για το στροφόμετρο λέιζερ. Συνδέστε όλα τα καλώδια στη μονάδα μέτρησης.

2

Μέτρηση Αρχικής Δόνησης (Εκτέλεση 0)

In the software, open the balancing wizard — F3 - Two-plane (ή F7 - Balancing) — and start on the Run 0 - Initial tab. Start the rotor and bring it to stable operating speed. The instrument measures vibration amplitude (mm/s) and phase angle (°) at both sensors simultaneously. This is the γραμμή βάσης — η "ασθένεια" του ρότορα πριν από την επεξεργασία. Καταγράψτε τις τιμές και σταματήστε το μηχάνημα.

Συμβουλή για το πεδίο: Περιμένετε τουλάχιστον 10-15 δευτερόλεπτα αφού σταθεροποιηθούν οι στροφές πριν από την εγγραφή. Οι θερμικές μεταβατικές φαινόμενες και τα ρεύματα αέρα υποχωρούν στα πρώτα δευτερόλεπτα.

3

Εγκατάσταση Δοκιμαστικού Βάρους στο Επίπεδο 1 (Εκτέλεση 1)

Σταματήστε τον ρότορα. Συνδέστε ένα δοκιμαστικό βάρος of known mass at an arbitrary angular position in Plane 1. Mark this position clearly — it becomes your 0° reference for angle measurement later. Enter the trial weight Mass, g και Radius, mm in the software's Trial weight group — without the mass entered, the program can only report the correction as a percentage of the trial weight. Switch to the Run 1 - Trial Pl.1 tab, restart the rotor and record vibration at both sensors. The instrument now knows how the rotor's vibration field changes when mass is added in Plane 1.

Field tip: Use a bolt with a washer clamped to the rotor rim, or a hose clamp with a nut for quick attachment. The trial weight should produce a measurable vibration change (20–30% amplitude change or 20–30° phase shift at either sensor).

⚖

Πόσο πρέπει να ζυγίζει το δοκιμαστικό βάρος; Χρησιμοποιήστε τον εμπειρικό τύπο: Mt = Mr × Ksupport × Kvibration / (Rt × (N/100)²) όπου Μ_r = rotor mass (g), K_support = support stiffness coefficient (0.5–5.0, use 3 for standard pedestals), K_δόνηση = vibration level coefficient (0.5–3.0, use 1.0 for normal vibration of 5–10 mm/s), R_t = ακτίνα εγκατάστασης (cm), N = RPM. Ή χρησιμοποιήστε το ηλεκτρονική αριθμομηχανή βάρους δοκιμής — εισάγετε τις παραμέτρους του ρότορα σας και λάβετε αμέσως τη συνιστώμενη μάζα.

4

Μετακίνηση Δοκιμαστικού Βάρους στο Επίπεδο 2 (Εκτέλεση 2)

Stop the rotor. Remove the trial weight from Plane 1. Attach the same trial weight (or one of similar known mass) at an arbitrary position in Plane 2. Mark this second reference point. Switch to the Run 2 - Trial Pl.2 tab, restart and record vibration at both sensors. Now the instrument has the complete influence coefficient matrix — four complex coefficients linking unbalance in either plane to vibration at either sensor.

Συμβουλή: Εάν χρησιμοποιείτε διαφορετική μάζα δοκιμαστικού βάρους στο Επίπεδο 2, εισαγάγετε τη σωστή τιμή στο λογισμικό — οι μαθηματικοί υπολογισμοί προσαρμόζονται αυτόματα.

5

Υπολογισμός Βαρών Διόρθωσης

The instrument solves the influence coefficient equations and displays the Correction mass (g) και Angle (°) for Plane 1 and Plane 2. The angle is measured from the trial weight position in the direction of rotor rotation. In the Correction method group you choose Add mass (weld or bolt a counterweight) or Remove mass (drill or grind material). The displayed angle is always the angle you actually work at: with Remove mass selected the software has already added 180° to the computed angle, so drill or remove exactly where it indicates — do not add another 180°.

6

Εγκατάσταση βαρών διόρθωσης

Remove the trial weight from Plane 2. Fabricate or select correction weights matching the calculated masses. Install each correction weight at the same radius as the trial weight — the calculated mass is valid only at that radius. If you must use a different radius, enter both radii in the software so it recalculates the mass. Measure the angle from the trial weight reference mark in the direction of rotation. Attach the correction weights firmly — welding, hose clamps, set‑screw weights, or bolts depending on the machine type and speed.

Field tip: If you cannot place a weight at the exact angle (e.g. only bolt holes available), use the Weight Installing Method setting — Free positions, Fixed positions, Circular groove, or Drill. With Fixed positions the instrument decomposes the correction vector into two components at the nearest available positions.

7

Επαλήθευση Υπολοίπου (Έλεγχος Εκτέλεσης)

Restart the rotor and record the final vibration. Compare against the initial baseline and against the ISO 21940‑11 tolerance for your machine class — enter the tolerance in the Balancing tolerance, g*mm field, or press the ISO 1940... button to calculate it from the G‑grade, rotor mass, and RPM (divide the g·mm result by the correction radius to get grams). If vibration is within specification, you are done. If not, the instrument can perform a δοκιμή λεπτορύθμισης on the Run T - Trim tab — it uses the existing influence coefficients to calculate a small additional correction without new trial weights.

Συμβουλή: Μία διαδρομή τριμαρίσματος είναι συνήθως αρκετή. Εάν χρειάζεστε περισσότερες από δύο διαδρομές τριμαρίσματος, κάτι έχει αλλάξει μεταξύ των διαδρομών — ελέγξτε για χαλαρά βάρη, θερμική ανάπτυξη ή διακύμανση ταχύτητας.

Υπολογισμός Δοκιμαστικού Βάρους

The trial weight must be heavy enough to produce a noticeable vibration change, but light enough not to overload bearings or create a dangerous condition. The standard empirical formula accounts for rotor mass, correction radius, operating speed, support stiffness, and the measured vibration level:

Δεν θέλετε να κάνετε τους υπολογισμούς χειροκίνητα; Χρησιμοποιήστε το ηλεκτρονική αριθμομηχανή βάρους δοκιμής ↗ — εισαγάγετε τις παραμέτρους του ρότορα, τον τύπο στήριξης και το επίπεδο κραδασμών και λάβετε αμέσως τη συνιστώμενη μάζα.

Worked Examples (K_support = 3, K_δόνηση = 1.0)

Values shown assume K_support = 3 (standard bearing pedestals) and K_δόνηση = 1.0 (normal vibration of 5–10 mm/s); scale accordingly for other support and vibration conditions.

Μέτρηση γωνίας διόρθωσης

Το όργανο εξισορρόπησης εξάγει δύο αριθμούς ανά επίπεδο: μάζα (πόσο βάρος) και γωνία (πού να το τοποθετήσετε). Η γωνία αναφέρεται πάντα στη θέση του δοκιμαστικού βάρους.

Πώς να μετρήσετε τη γωνία

• Σημείο αναφοράς (0°): τη γωνιακή θέση όπου τοποθετήσατε το δοκιμαστικό βάρος. Σημειώστε την ευκρινώς στον ρότορα πριν από τη δοκιμαστική λειτουργία.
• Κατεύθυνση μέτρησης: πάντα προς την κατεύθυνση περιστροφής του ρότορα.
• Ανάγνωση της γωνίας: the result window shows the Correction mass και Angle for each plane. From the trial weight mark, count that many degrees in the rotation direction — that is where the correction weight goes.
• Εάν αφαιρείτε μάζα: select Remove mass in the Correction method group — the software adds 180° to the computed angle automatically, so drill or grind exactly at the displayed angle.

Κατανομή βάρους σε σταθερές θέσεις

When the rotor has pre‑drilled holes or fixed mounting positions (e.g. fan blade bolts), you may not be able to place a weight at the exact calculated angle. In the Balanset‑1A software this is handled by the Weight Installing Method setting, which offers four modes: Ελεύθερες θέσεις, Σταθερές θέσεις, Κυκλικό αυλάκι, και Drill (material removal, with drilling-depth calculation). With Fixed positions you enter the angles of the two nearest available positions, and the software decomposes the single correction vector into two smaller weights at those positions. The combined effect matches the original vector.

Επίπεδα διόρθωσης και τοποθέτηση αισθητήρων

Το επίπεδο διόρθωσης είναι η αξονική θέση στον ρότορα όπου προσθέτετε ή αφαιρείτε μάζα. Ο αισθητήρας μετρά τους κραδασμούς στο πλησιέστερο ρουλεμάν. Μερικοί βασικοί κανόνες:

• Ο αισθητήρας τοποθετείται στο περίβλημα του ρουλεμάν — όσο το δυνατόν πιο κοντά στον κεντρικό άξονα του ρουλεμάν, κατά την ακτινική κατεύθυνση (κατά προτίμηση οριζόντια).
• Το επίπεδο 1 αντιστοιχεί στον αισθητήρα 1, Επίπεδο 2 προς Αισθητήρα 2. Διατηρήστε την αρίθμηση συνεπή, διαφορετικά το λογισμικό θα αλλάξει τα επίπεδα διόρθωσης.
• Μεγιστοποίηση της απόστασης μεταξύ των επιπέδων: Όσο πιο μακριά απέχουν τα δύο επίπεδα διόρθωσης, τόσο καλύτερη είναι η ανάλυση του ζεύγους. Η ελάχιστη πρακτική απόσταση είναι το ⅓ του εύρους του ρουλεμάν.
• Επιλέξτε προσβάσιμες θέσεις: Το επίπεδο διόρθωσης πρέπει να είναι μια θέση όπου μπορείτε να στερεώσετε φυσικά βάρη — μια άκρη φλάντζας, ένας κύκλος μπουλονιού, ένα χείλος ή μια επιφάνεια συγκόλλησης.

Στην παραπάνω φωτογραφία, ένας ρότορας εδαφοκάλυψης είναι προετοιμασμένος για εξισορρόπηση δύο επιπέδων. Οι μπλε δείκτες 1 και 2 υποδεικνύουν τις θέσεις των αισθητήρων στα περιβλήματα των ρουλεμάν. Οι κόκκινοι δείκτες 1 και 2 δείχνουν τα επίπεδα διόρθωσης — σε αυτήν την περίπτωση, τα φλαντζωτά άκρα του σώματος του ρότορα όπου θα συγκολληθούν τα βάρη.

Ρότορας με προβόλους (προεξοχή)

Οι ρότορες προβόλου — πτερωτές ανεμιστήρων, σφόνδυλοι τοποθετημένοι εξωτερικά του ανοίγματος των ρουλεμάν, πτερωτές αντλιών — απαιτούν διαφορετική διάταξη αισθητήρα και επιπέδου. Και τα δύο επίπεδα διόρθωσης βρίσκονται στην ίδια πλευρά των ρουλεμάν και η τοποθέτηση του αισθητήρα πρέπει να λαμβάνει υπόψη την ανισορροπία του ζεύγους ενίσχυσης της προεξοχής μάζας.

Εφαρμογές ανά τύπο μηχανής

Μέθοδοι σύνδεσης βάρους

Συνηθισμένα λάθη στην εξισορρόπηση πεδίου

Αναφορά πεδίου: Εξισορρόπηση ρότορα Mlcher

Δυναμική εξισορρόπηση δύο επιπέδων ενός ανεμιστήρα

Οι βιομηχανικοί ανεμιστήρες — φυγοκεντρικοί, αξονικοί και μικτής ροής — είναι από τους πιο συνηθισμένους ρότορες που ζυγοσταθμίζονται στο πεδίο. Η παρακάτω διαδικασία περιγράφει μια πραγματική εργασία δύο επιπέδων σε έναν ακτινικό ανεμιστήρα χρησιμοποιώντας το Balanset‑1A.

Καθορισμός επιπέδων και εγκατάσταση αισθητήρων

Καθαρίστε τις επιφάνειες για την εγκατάσταση του αισθητήρα από βρωμιά και λάδι. Οι αισθητήρες πρέπει να εφαρμόζουν άνετα στην μεταλλική επιφάνεια του περιβλήματος ρουλεμάν — ποτέ μην τοποθετείτε σε καλύμματα, προστατευτικά ή μη υποστηριζόμενα μεταλλικά πάνελ.

• Αισθητήρας 1 (κόκκινο): Εγκαταστήστε πιο κοντά στο μπροστινό μέρος του ανεμιστήρα (πλευρά Επιπέδου 1).
• Αισθητήρας 2 (πράσινος): Εγκαταστήστε πιο κοντά στο πίσω μέρος του ανεμιστήρα (πλευρά Επιπέδου 2).
• Επίπεδο 1 (κόκκινη ζώνη): Επίπεδο διόρθωσης στον δίσκο της πτερωτής, πιο κοντά στο μπροστινό μέρος.
• Επίπεδο 2 (πράσινη ζώνη): Επίπεδο διόρθωσης πιο κοντά στην πίσω πλάκα ή την πλήμνη.

Συνδέστε και τους δύο αισθητήρες κραδασμών και το στροφόμετρο λέιζερ στο Balanset‑1A. Κολλήστε ανακλαστική ταινία στον άξονα ή την πλήμνη για αναφορά στροφών.

Διαδικασία εξισορρόπησης

Εκκινήστε τον ανεμιστήρα και λάβετε τις αρχικές μετρήσεις κραδασμών (Εκτέλεση 0). Εγκαταστήστε ένα δοκιμαστικό βάρος γνωστής μάζας στο Επίπεδο 1 σε ένα αυθαίρετο σημείο, λειτουργήστε τον ανεμιστήρα και καταγράψτε την αλλαγή κραδασμών (Εκτέλεση 1). Μετακινήστε το δοκιμαστικό βάρος στο Επίπεδο 2 σε ένα αυθαίρετο σημείο, λειτουργήστε ξανά τον ανεμιστήρα και καταγράψτε (Εκτέλεση 2). Το λογισμικό Balanset‑1A χρησιμοποιεί και τις τρεις μετρήσεις για να υπολογίσει τη διορθωτική μάζα και γωνία για κάθε επίπεδο.

Μέτρηση γωνίας για διόρθωση βαρών ανεμιστήρα

Η γωνία μετριέται από τη θέση του δοκιμαστικού βάρους προς την κατεύθυνση περιστροφής του ανεμιστήρα — ακριβώς όπως περιγράφεται στο Μέτρηση γωνίας διόρθωσης παραπάνω ενότητα. Σημειώστε πού τοποθετήθηκε το δοκιμαστικό βάρος (αναφορά 0°) και, στη συνέχεια, μετρήστε την υποδεικνυόμενη γωνία κατά μήκος της κατεύθυνσης περιστροφής για να βρείτε τη θέση του διορθωτικού βάρους.

Με βάση τις γωνίες και τις μάζες που υπολογίζονται από το λογισμικό, εγκαταστήστε τα διορθωτικά βάρη στο Επίπεδο 1 και στο Επίπεδο 2. Θέστε ξανά σε λειτουργία τον ανεμιστήρα και βεβαιωθείτε ότι οι κραδασμοί έχουν μειωθεί σε αποδεκτό επίπεδο ανά ISO 21940‑11 (συνήθως G 6.3 για ανεμιστήρες γενικής χρήσης). Εάν η υπολειπόμενη δόνηση εξακολουθεί να είναι πάνω από τον στόχο, εκτελέστε μία λειτουργία trim.

Συχνές ερωτήσεις

Εξοπλισμός για εξισορρόπηση πεδίου

Balanset-1A είναι ένα φορητό όργανο δύο καναλιών που χειρίζεται δυναμική εξισορρόπηση σε ένα και δύο επίπεδα, καθώς και ανάλυση κραδασμών (συνολική ταχύτητα, φάσματα, κυματομορφή). Διατίθεται ως πλήρες κιτ:

• 2x αισθητήρες κραδασμών MEMS (επιταχυνσιόμετρα βασισμένα σε ADXL335) με μαγνητικές βάσεις
• Στροφόμετρο λέιζερ (αισθητήρας στροφών χωρίς επαφή) με ανακλαστική ταινία
• Μονάδα μέτρησης USB (συνδέεται με οποιοδήποτε φορητό υπολογιστή με Windows)
• Λογισμικό: οδηγός εξισορρόπησης, μετρητής κραδασμών, αναλυτής φάσματος
• Θήκη μεταφοράς με όλα τα καλώδια και τα αξεσουάρ

RPM range: 250-90,000. Vibration range: 0.2-80 mm/s RMS. Frequency range: 5-1000 Hz. Phase accuracy: ±1°. Weight splitting, trim runs, tolerance checking, and report generation included in the software. Full kit weighs approximately 4 kg.