Balanceo de rotores: desbalance estático y dinámico, resonancia y procedimiento práctico
Esta guía explica el balanceo de rotores para rotores rígidos: qué significa “desbalance”, cómo difieren el desbalance estático y dinámico, por qué la resonancia y la no linealidad pueden impedir un resultado de calidad, y cómo se realiza típicamente el balanceo en uno o dos planos de corrección.
Contenido
- ¿Qué es un rotor y qué corrige el balanceo?
- Tipos de rotores y tipos de desbalance
- Vibración de los mecanismos: qué puede y qué no puede eliminar el balanceo
- Resonancia: un factor que impide el balanceo
- Modelos lineales vs. no lineales: cuándo dejan de funcionar los cálculos
- Dispositivos de balanceo y máquinas de balanceo
- Balanceo de rotores rígidos (notas prácticas)
- Cómo se realiza el balanceo dinámico (método de tres carreras)
- Criterios para evaluar la calidad del balanceo
- Normas y referencias
- Preguntas frecuentes
¿Qué es un rotor y qué corrige el balanceo?
El rotor es un cuerpo que gira alrededor de un eje y se sostiene mediante sus superficies de apoyo en los soportes. Las superficies de apoyo del rotor transmiten las cargas a los soportes a través de rodamientos de rodadura o de fricción. Las superficies de apoyo son las superficies de los muñones o las superficies que los reemplazan.
En un rotor perfectamente balanceado, su masa está distribuida simétricamente alrededor del eje de rotación, es decir, cualquier elemento del rotor puede emparejarse con otro elemento ubicado simétricamente alrededor del eje de rotación. En un rotor balanceado, la fuerza centrífuga que actúa sobre cualquier elemento del rotor se compensa con la fuerza centrífuga que actúa sobre el elemento simétrico. Por ejemplo, las fuerzas centrífugas F1 y F2, iguales en magnitud y opuestas en dirección, actúan sobre los elementos 1 y 2 (marcados en verde en la Fig. 1). Esto es cierto para todos los elementos simétricos del rotor, y por lo tanto la fuerza centrífuga total que actúa sobre el rotor es 0 y el rotor está balanceado.
Pero si se rompe la simetría del rotor (el elemento asimétrico está marcado en color rojo en la Fig. 1), entonces una fuerza centrífuga desbalanceada F3 actúa sobre el rotor. Al girar, esta fuerza cambia de dirección con la rotación del rotor. La carga dinámica resultante de esta fuerza se transmite a los rodamientos, lo que provoca un desgaste acelerado.
Además, bajo la influencia de esta fuerza de dirección variable, hay una deformación cíclica de los soportes y la cimentación, sobre los cuales está fijado el rotor, es decir, hay vibración. Para eliminar el desbalance del rotor y la vibración acompañante, se deben instalar masas de balanceo para restaurar la simetría del rotor.
El balanceo de rotores es una operación para corregir el desbalance agregando masas de corrección.
La tarea del balanceo es encontrar el tamaño y la ubicación (ángulo) de una o más masas de corrección.
Tipos de rotores y tipos de desbalance
Teniendo en cuenta la resistencia del material del rotor y la magnitud de las fuerzas centrífugas que actúan sobre él, los rotores se pueden dividir en dos tipos: rotores rígidos y flexibles.
Los rotores rígidos se deforman insignificantemente bajo la acción de la fuerza centrífuga en los modos de trabajo y la influencia de esta deformación en los cálculos puede desestimarse.
La deformación de los rotores flexibles ya no se puede ignorar. La deformación de los rotores flexibles complica la solución del problema de balanceo y requiere la aplicación de otros modelos matemáticos en comparación con el problema de balanceo de rotores rígidos. Cabe señalar que el mismo rotor a bajas velocidades puede comportarse como rígido, y a altas velocidades, como flexible. A continuación, consideraremos solo el balanceo de rotores rígidos.
Dependiendo de la distribución de las masas desbalanceadas a lo largo de la longitud del rotor, se pueden distinguir dos tipos de desbalance: estático y dinámico (momentáneo). En consecuencia, se hace referencia al balanceo estático y dinámico de rotores. El desbalance estático del rotor ocurre sin la rotación del rotor, es decir, en estática, cuando el rotor se invierte por la gravedad con su “punto pesado” hacia abajo. Un ejemplo de un rotor con desbalance estático se muestra en la Fig. 2
El desbalance dinámico ocurre solo cuando el rotor está girando.
Un ejemplo de un rotor con desbalance dinámico se muestra en la Fig. 3.
En este caso, las masas iguales desbalanceadas M1 y M2 están en planos diferentes: en lugares diferentes a lo largo de la longitud del rotor. En posición estática, es decir, cuando el rotor no gira, solo la gravedad actúa sobre el rotor y las masas se compensan entre sí. En dinámica, cuando el rotor gira, las fuerzas centrífugas Fc1 y Fc2 comienzan a actuar sobre las masas M1 y M2. Estas fuerzas son iguales en magnitud y opuestas en dirección. Sin embargo, dado que se aplican en lugares diferentes a lo largo de la longitud del eje y no están en la misma línea, estas fuerzas no se compensan entre sí. Las fuerzas Fc1 y Fc2 crean un par aplicado al rotor. Por lo tanto, este desbalance también se llama desbalance de par. En consecuencia, las fuerzas centrífugas no compensadas actúan sobre las posiciones de los rodamientos, lo que puede superar ampliamente los valores calculados y reducir la vida útil de los rodamientos.
Dado que este tipo de desbalance ocurre solo dinámicamente durante la rotación del rotor, se llama desbalance dinámico. No se puede corregir en condiciones estáticas mediante el balanceo “en cuchillas” o métodos similares. Para eliminar el desbalance dinámico, se deben instalar dos pesos compensadores, que produzcan un momento igual en magnitud y opuesto en dirección al momento que surge de las masas M1 y M2. Las masas compensadoras no tienen que colocarse opuestas e iguales en magnitud a las masas M1 y M2. Lo principal es que produzcan un momento que compense completamente el momento de desbalance.
En general, las masas M1 y M2 pueden no ser iguales entre sí, por lo que habrá una combinación de desbalance estático y dinámico. Está teóricamente probado que para un rotor rígido, dos pesos espaciados a lo largo de la longitud del rotor son necesarios y suficientes para eliminar su desbalance. Estos pesos compensarán tanto el par resultante del desbalance dinámico como la fuerza centrífuga resultante de la asimetría de la masa con respecto al eje del rotor (desbalance estático). Típicamente, el desbalance dinámico es característico de rotores largos, como ejes, y el desbalance estático es característico de rotores estrechos. Sin embargo, si el rotor estrecho está inclinado con respecto al eje, o deformado (“ocho”), entonces el desbalance dinámico será difícil de eliminar. (ver Fig. 4), porque en este caso es difícil instalar pesos correctores que creen el momento compensador necesario.
Las fuerzas F1 y F2 no están en la misma línea y no se compensan entre sí.
Debido a que el brazo para crear el par es pequeño debido al rotor estrecho, pueden requerirse grandes pesos de corrección. Sin embargo, esto también resulta en un "desbalance inducido" debido a la deformación del rotor estrecho por las fuerzas centrífugas de los pesos de corrección. (Véase, por ejemplo, "Instrucciones metodológicas para el balanceo de rotores rígidos (según GOST 22061-76; su contraparte internacional moderna es ISO 21940-11, anteriormente ISO 1940-1)". Sección 10. SISTEMA ROTOR-SOPORTES. )
Esto es notable para impulsores estrechos de ventiladores, en los que, además del desbalance de fuerza, también está activo el desbalance aerodinámico. Y debe entenderse que el desbalance aerodinámico, o más bien la fuerza aerodinámica, es directamente proporcional a la velocidad angular del rotor, y para su compensación se utiliza la fuerza centrífuga de la masa correctora, que es proporcional al cuadrado de la velocidad angular. Por lo tanto, el efecto de balanceo solo puede tener lugar a una frecuencia de balanceo específica. A otras frecuencias de rotación hay un error adicional.
Lo mismo se puede decir de las fuerzas electromagnéticas en un motor eléctrico, que también son proporcionales a la velocidad angular. Por lo tanto, no es posible eliminar todas las causas de vibración en una máquina mediante el balanceo.
Vibración de los mecanismos
La vibración es la reacción del diseño del mecanismo a los efectos de una fuerza excitadora cíclica. Esta fuerza puede ser de diferente naturaleza.
La fuerza centrífuga resultante del rotor desbalanceado es una fuerza no compensada que actúa sobre el “punto pesado”. Es esta fuerza y la vibración causada por ella las que se pueden eliminar mediante el balanceo del rotor.
Fuerzas de interacción de naturaleza “geométrica” que surgen de errores de fabricación y montaje de las piezas acopladas. Estas fuerzas pueden, por ejemplo, surgir como resultado de la falta de redondez de los muñones del eje, errores en los perfiles de los dientes en los engranajes, ondulación de las pistas de rodadura de los rodamientos, desalineación de los ejes acoplados, etc. En el caso de la falta de circularidad de los muñones, el eje del eje se desplazará dependiendo del ángulo de rotación del eje. Aunque esta vibración también ocurre a la velocidad del rotor, es casi imposible eliminarla mediante el balanceo.
Fuerzas aerodinámicas resultantes de la rotación de los impulsores de ventiladores y otros mecanismos de álabes. Fuerzas hidrodinámicas resultantes de la rotación de impulsores de bombas hidráulicas, turbinas, etc.
Fuerzas electromagnéticas resultantes del funcionamiento de máquinas eléctricas, por ejemplo, devanados de rotor asimétricos, devanados en cortocircuito, etc.
La magnitud de la vibración (por ejemplo, su amplitud Av) depende no solo de la fuerza excitadora Fv que actúa sobre el mecanismo con frecuencia circular ω, sino también de la rigidez k del mecanismo, su masa m, así como del coeficiente de amortiguamiento C.
Se pueden utilizar varios tipos de sensores para medir la vibración y balancear mecanismos, incluyendo:
- sensores de vibración absoluta diseñados para medir la aceleración de vibración (acelerómetros) y sensores de velocidad de vibración;
- sensores de vibración relativa: de corrientes parásitas o capacitivos, diseñados para medir el desplazamiento de vibración;
- en algunos casos (cuando el diseño del mecanismo lo permite), también se pueden utilizar sensores de fuerza para evaluar su carga de vibración; en particular, se utilizan ampliamente para medir la carga de vibración de los soportes de las máquinas de balanceo de rodamientos rígidos.
Así, la vibración es la reacción de una máquina a la acción de fuerzas externas. La magnitud de la vibración depende no solo de la magnitud de la fuerza que actúa sobre el mecanismo, sino también de la rigidez del diseño del mecanismo. Una misma fuerza puede provocar diferentes vibraciones. En una máquina de rodamientos rígidos, incluso si la vibración es pequeña, los rodamientos pueden estar sometidos a cargas dinámicas significativas. Por esta razón, se utilizan sensores de fuerza en lugar de sensores de vibración (acelerómetros de vibración) al balancear máquinas de rodamientos rígidos.
Los sensores de vibración se utilizan en mecanismos con soportes relativamente flexibles, cuando la acción de las fuerzas centrífugas desbalanceadas provoca una deformación notable de los soportes y vibración. Los sensores de fuerza se utilizan para soportes rígidos, cuando incluso fuerzas significativas debidas al desbalance no provocan una vibración significativa.
La resonancia es un factor que impide el balanceo
Anteriormente mencionamos que los rotores se dividen en rígidos y flexibles. La rigidez o flexibilidad del rotor no debe confundirse con la rigidez o movilidad de los soportes (cimentación) sobre los cuales se instala el rotor. Un rotor se considera rígido cuando su deformación (flexión) bajo la acción de fuerzas centrífugas puede desestimarse. La deformación del rotor flexible es relativamente grande y no puede desestimarse.
En este artículo, solo consideramos el balanceo de rotores rígidos. Un rotor rígido (no deformable) puede, a su vez, montarse sobre soportes rígidos o móviles (flexibles). Es claro que esta rigidez/flexibilidad de los soportes también es relativa, dependiendo de la velocidad del rotor y la magnitud de las fuerzas centrífugas resultantes. Un límite condicional es la frecuencia de las vibraciones naturales de los soportes del rotor.
Para los sistemas mecánicos, la forma y la frecuencia de las vibraciones naturales están determinadas por la masa y la elasticidad de los elementos del sistema mecánico. Es decir, la frecuencia de las vibraciones naturales es una característica interna del sistema mecánico y no depende de las fuerzas externas. Al desviarse del estado de equilibrio, los soportes, debido a la elasticidad, tienden a volver a la posición de equilibrio. Pero debido a la inercia del rotor masivo, este proceso tiene la naturaleza de oscilaciones amortiguadas. Estas vibraciones son las vibraciones naturales del sistema rotor-soportes. Su frecuencia depende de la relación entre la masa del rotor y la elasticidad de los soportes.
Cuando el rotor comienza a girar y la frecuencia de su rotación se acerca a la frecuencia de vibraciones naturales, la amplitud de la vibración aumenta bruscamente, lo que puede llevar a la destrucción de la estructura.
Se produce el fenómeno de resonancia mecánica. En el área de resonancia, un cambio de velocidad de rotación de 100 rpm puede provocar un aumento de la vibración en decenas de veces. Al mismo tiempo (en el área de resonancia) la fase de la vibración cambia en 180°.
Si el diseño del mecanismo es inadecuado y la frecuencia de funcionamiento del rotor está cerca de la frecuencia de las vibraciones naturales, entonces el funcionamiento del mecanismo se vuelve imposible debido a la vibración inadmisiblemente alta. Esto no es posible de la manera habitual, ya que incluso un pequeño cambio en la velocidad provocará un cambio drástico en los parámetros de vibración. Para el balanceo en el área de resonancia, se utilizan métodos especiales que no se consideran en este artículo.
Es posible determinar la frecuencia de las vibraciones naturales del mecanismo durante el paro por inercia (al apagar la rotación del rotor) o mediante el método de impacto con el posterior análisis espectral de la respuesta del sistema al impacto.
Para los mecanismos cuya frecuencia de trabajo de rotación está por encima de la frecuencia de resonancia, es decir, que trabajan en el régimen supercrítico (post-resonante), los soportes se consideran móviles y para la medición se utilizan sensores de vibración, principalmente acelerómetros, que miden la aceleración de los elementos estructurales. Para los mecanismos que operan en modo pre-resonante, los soportes se consideran rígidos. En este caso, se utilizan sensores de fuerza.
Modelos lineales y no lineales de un sistema mecánico. La no linealidad es un factor que impide el balanceo
Al balancear rotores rígidos, se utilizan modelos matemáticos llamados modelos lineales para los cálculos de balanceo. Un modelo lineal significa que en dicho modelo, una cantidad es proporcional (lineal) a la otra. Por ejemplo, si la masa no compensada en el rotor se duplica, entonces el valor de la vibración también se duplicará. Para rotores rígidos, se puede utilizar un modelo lineal, ya que no se deforman.
Para rotores flexibles, ya no se puede utilizar el modelo lineal. Para un rotor flexible, si la masa del punto pesado aumenta durante la rotación, se producirá una deformación adicional y, además de la masa, el radio de la ubicación del punto pesado también aumentará. Por lo tanto, para un rotor flexible, la vibración aumentará más del doble, y los métodos habituales de cálculo no funcionarán.
También, el cambio de elasticidad de los soportes en sus grandes deformaciones, por ejemplo, cuando en pequeñas deformaciones de los soportes algunos elementos estructurales trabajan, y en grandes otros elementos estructurales se involucran. Por esta razón, no se pueden balancear mecanismos que no estén fijados en una cimentación, sino que, por ejemplo, simplemente se coloquen en el suelo. Con vibraciones significativas, la fuerza del desbalance puede arrancar el mecanismo del suelo, cambiando así significativamente las características de rigidez del sistema. Los pies del motor deben estar firmemente asegurados, los soportes de pernos deben estar apretados, el grosor de las arandelas debe proporcionar suficiente rigidez de montaje, etc. Si los rodamientos están rotos, es posible una desalineación significativa del eje y golpes, lo que también resultará en una mala linealidad y la imposibilidad de realizar un balanceo de calidad.
Dispositivos de balanceo y máquinas de balanceo
Como se mencionó anteriormente, el balanceo es el proceso de alinear el eje central principal de inercia con el eje de rotación del rotor.
Este proceso puede realizarse mediante dos métodos.
El primer método implica mecanizar los muñones del rotor de tal manera que el eje que pasa por los centros de los muñones cruce el eje central principal de inercia del rotor. Esta técnica rara vez se utiliza en la práctica y no se discutirá en detalle en este artículo.
El segundo método (el más común) implica mover, instalar o retirar pesos de corrección en el rotor, los cuales se colocan de tal manera que el eje de inercia del rotor esté lo más cerca posible de su eje de rotación.
El movimiento, adición o retiro de pesos de corrección durante el balanceo puede lograrse mediante diversas operaciones tecnológicas, que incluyen: perforación, fresado, rectificado, soldadura, atornillado o desatornillado, quemado con láser o haz de electrones, electrólisis, recubrimiento electromagnético, etc.
El proceso de balanceo puede realizarse de dos maneras:
- balanceo de rotores ensamblados (en sus propios rodamientos) utilizando máquinas de balanceo;
- balanceo de rotores en máquinas de balanceo. Para el balanceo de rotores en sus propios rodamientos, generalmente se utilizan dispositivos de balanceo especializados (kits), que permiten medir la vibración del rotor balanceado a su frecuencia de rotación en forma vectorial, es decir, medir tanto la amplitud como la fase de la vibración. En la actualidad, los dispositivos anteriores se fabrican sobre la base de tecnología microprocesadora y (además de la medición y el análisis de vibración) proporcionan el cálculo automático de los parámetros de los pesos de corrección, que deben instalarse en el rotor para compensar su desbalance.
Estos dispositivos incluyen:
- una unidad de medición y cálculo basada en una computadora o controlador industrial;
- Dos (o más) sensores de vibración;
- Un sensor de ángulo de fase;
- accesorios para montar los sensores en el sitio;
- software especializado, diseñado para realizar un ciclo completo de medición de parámetros de vibración del rotor en uno, dos o más planos de corrección.
Actualmente, los dos tipos de máquinas de balanceo más comunes son:
- Máquinas de rodamientos blandos (con soportes blandos);
- Máquinas de rodamientos duros (con soportes rígidos).
Las máquinas de rodamientos flexibles tienen soportes relativamente flexibles, por ejemplo, basados en resortes planos. La frecuencia de las vibraciones naturales de estos soportes suele ser 2-3 veces menor que la frecuencia de rotación del rotor de balanceo, que está montado sobre ellos. Los sensores de vibración (acelerómetros, sensores de velocidad de vibración, etc.) se utilizan generalmente al medir la vibración de los soportes prerresonantes de la máquina.
Las máquinas de balanceo prerresonantes utilizan soportes relativamente rígidos, cuyas frecuencias naturales de vibración deben ser 2-3 veces mayores que la frecuencia de rotación del rotor que se está balanceando. Los transductores de fuerza se utilizan generalmente para medir la carga de vibración de los soportes de la máquina prerresonante.
La ventaja de las máquinas de balanceo prerresonantes es que el balanceo en ellas se puede realizar a velocidades de rotor relativamente bajas (hasta 400 - 500 rpm), lo que simplifica enormemente el diseño de la máquina y su cimentación, y aumenta la productividad y la seguridad del balanceo.
Balanceo de rotores rígidos
¡Importante!
- ¡El balanceo solo elimina la vibración causada por la distribución asimétrica de la masa del rotor con respecto a su eje de rotación. ¡Otros tipos de vibración no se eliminan con el balanceo!
- Los mecanismos técnicos, cuyo diseño garantiza la ausencia de resonancias a la frecuencia de rotación de operación, fijados de manera confiable en la cimentación, instalados en rodamientos en buen estado, están sujetos a balanceo.
- La maquinaria defectuosa debe repararse antes del balanceo. De lo contrario, no es posible un balanceo de calidad.
¡El balanceo no es un sustituto de la reparación!
La tarea principal del balanceo es encontrar la masa y la ubicación de los pesos de compensación que contrarresten las fuerzas centrífugas.
Como se mencionó anteriormente, para rotores rígidos, generalmente es necesario y suficiente instalar dos pesos de compensación. Esto eliminará tanto el desbalance estático como el dinámico del rotor. El esquema general para medir la vibración durante el balanceo es el siguiente.
Los sensores de vibración se instalan en los soportes de los rodamientos en los puntos 1 y 2. Se fija un marcador de revolución al rotor, generalmente con cinta reflectante. La marca de RPM se utiliza por el tacómetro láser para determinar la velocidad del rotor y la fase de la señal de vibración.
Cómo se realiza el balanceo dinámico (método de tres carreras)
En la mayoría de los casos, el balanceo dinámico se realiza mediante el método de tres arranques. El método se basa en el hecho de que se colocan pesos de prueba de peso conocido en el rotor en serie en el plano 1 y 2 y se calculan los pesos y la ubicación de los pesos de balanceo en función de los resultados de los cambios en los parámetros de vibración.
El lugar de instalación de los pesos se llama plano de corrección. Generalmente, los planos de corrección se seleccionan en el área de los soportes de los rodamientos en los que está instalado el rotor.
En el primer arranque se mide la vibración inicial. Luego se coloca un peso de prueba de peso conocido en el rotor más cerca de uno de los rodamientos. Se realiza un segundo arranque y se miden los parámetros de vibración, que deben cambiar debido a la instalación del peso de prueba. Luego se retira el peso de prueba en el primer plano y se instala en el segundo plano. Se realiza una tercera prueba y se miden los parámetros de vibración. Se retira el peso de prueba y el software calcula automáticamente las masas y los ángulos de instalación de los pesos de balanceo.
El punto de instalar los pesos de prueba es determinar cómo reacciona el sistema a los cambios en el desbalance. Los pesos y las ubicaciones de los pesos de prueba son conocidos, por lo que el software puede calcular los llamados coeficientes de influencia, que muestran cómo la introducción de un desbalance conocido afecta los parámetros de vibración. Los coeficientes de influencia son características del propio sistema mecánico y dependen de la rigidez de los soportes y la masa (inercia) del sistema rotor-soportes.
Para el mismo tipo de mecanismos del mismo diseño, los coeficientes de influencia serán cercanos. Es posible guardarlos en la memoria de la computadora y utilizarlos para el balanceo de mecanismos del mismo tipo sin pruebas de arranque, lo que aumenta significativamente la productividad del balanceo. Tenga en cuenta que la masa de los pesos de prueba debe elegirse de tal manera que los parámetros de vibración cambien notablemente cuando se instalan los pesos de prueba. De lo contrario, el error de cálculo de los coeficientes de influencia aumenta y la calidad del balanceo se deteriora.
Como se puede ver en la Fig. 1, la fuerza centrífuga actúa en la dirección radial, es decir, perpendicular al eje del rotor. Por lo tanto, los sensores de vibración deben instalarse de manera que su eje de sensibilidad también apunte en la dirección radial. Por lo general, la rigidez de la cimentación en la dirección horizontal es menor, por lo que la vibración en la dirección horizontal es mayor. Por lo tanto, para aumentar la sensibilidad, los sensores deben instalarse de manera que su eje de sensibilidad también esté dirigido horizontalmente. Aunque no hay diferencia fundamental. Además de la vibración en la dirección radial, se debe monitorear la vibración en la dirección axial, a lo largo del eje de rotación del rotor. Esta vibración generalmente no es causada por el desbalance, sino por otras causas, principalmente relacionadas con la desalineación de los ejes conectados a través del acoplamiento.
Esta vibración no se puede eliminar mediante el balanceo, en cuyo caso se requiere alineación. En la práctica, tales máquinas suelen tener tanto desbalance del rotor como desalineación del eje, lo que hace que la tarea de eliminar la vibración sea mucho más difícil. En tales casos, es necesario centrar la máquina primero y luego balancearla. (Aunque con un fuerte desbalance de par, también ocurre vibración en la dirección axial debido al “torsión” de la estructura de la cimentación.)
Artículos relacionados (ejemplos de soportes de balanceo)
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Criterios para evaluar la calidad de los mecanismos de balanceo
La calidad de balanceo de los rotores (mecanismos) se puede evaluar de dos maneras. El primer método implica comparar la cantidad de desbalance residual determinada durante el proceso de balanceo con la tolerancia para el desbalance residual. Estas tolerancias para las diferentes clases de rotores se especifican en ISO 21940-11 (anteriormente ISO 1940-1).
Sin embargo, el cumplimiento de las tolerancias especificadas no puede garantizar completamente la fiabilidad operativa del mecanismo, asociada con el logro del nivel mínimo de su vibración. Esto se explica por el hecho de que la magnitud de la vibración del mecanismo está determinada no solo por la magnitud de la fuerza asociada con el desbalance residual de su rotor, sino que también depende de varios otros parámetros, incluyendo: la rigidez k de los elementos estructurales del mecanismo, su masa m, el factor de amortiguamiento, así como la frecuencia de rotación. Por lo tanto, para estimar las cualidades dinámicas del mecanismo (incluida la calidad de su balanceo) en una serie de casos se recomienda estimar el nivel de vibración residual del mecanismo, que está regulado por una serie de normas.
La norma más común, que regula los niveles admisibles de vibración de los mecanismos es ISO 10816-3-2002. Con su ayuda, es posible establecer tolerancias para cualquier tipo de máquinas, teniendo en cuenta la potencia de su accionamiento eléctrico.
Además de este estándar universal, existe una serie de estándares especializados desarrollados para tipos específicos de máquinas. Por ejemplo, ISO 31350-2007, ISO 7919-1-2002, etc.
Normas y referencias
- ISO 1940-1:2007. Vibración. Requisitos para la calidad de balanceo de rotores rígidos. Parte 1. Determinación del desbalance permisible.
- ISO 10816-3:2009. Vibración mecánica — Evaluación de la vibración de máquinas mediante mediciones en partes no rotativas — Parte 3: Máquinas industriales con potencia nominal superior a 15 kW y velocidades nominales entre 120 r/min y 15 000 r/min cuando se mide in situ.
- ISO 14694:2003. Ventiladores industriales — Especificaciones para la calidad de balanceo y los niveles de vibración.
- ISO 7919-1:2002. Vibración de máquinas sin movimiento alternativo — Mediciones en ejes rotativos y criterios de evaluación — Orientación general.
Preguntas frecuentes
¿El balanceo elimina toda la vibración?
No. El balanceo elimina la vibración causada por la distribución asimétrica de la masa del rotor con respecto a su eje de rotación. La vibración por desalineación, defectos en los rodamientos, fuerzas aerodinámicas/hidrodinámicas, fuerzas electromagnéticas y otras causas requiere diagnósticos y acciones correctivas por separado.
¿Por qué puede fallar el balanceo cerca de la resonancia?
Cerca de la resonancia, pequeños cambios de velocidad pueden causar grandes cambios en la amplitud de vibración y un cambio de fase de 180°. En tales condiciones, los resultados de medición se vuelven inestables, y los procedimientos de balanceo convencionales pueden no converger sin métodos especiales.
¿Cuándo se necesita balanceo en un plano versus balanceo en dos planos?
Para un rotor rígido, generalmente son necesarios y suficientes dos pesos separados a lo largo de la longitud del rotor para eliminar el desbalance estático y dinámico combinado. Los rotores estrechos a menudo presentan principalmente desbalance estático, pero la deformación y la geometría pueden introducir un componente dinámico que puede requerir corrección en dos planos.
¿Qué se debe hacer antes del balanceo?
Asegúrese de que la máquina esté en condiciones de servicio: montaje confiable en la cimentación, rodamientos en buen estado, sin holgura mecánica severa y sin fuentes obvias de no linealidad. El balanceo no es un sustituto de la reparación.
Puntos clave
- El balanceo corrige la excitación relacionada con la masa (centrífuga); no resuelve la desalineación, el daño en los rodamientos o las fuentes electromagnéticas/aerodinámicas.
- La resonancia y la no linealidad pueden hacer que el balanceo convencional sea ineficaz o inseguro.
- Para rotores rígidos, el balanceo en dos planos es la solución general para el desbalance estático + dinámico combinado.
