Esialgse tasakaalustamatuse mõistmine
Esialgne tasakaalustamatus — mida nimetatakse ka algseks ehk algolekus tasakaalustamatuseks — on tasakaalustamatus seisund, mis esineb rootoris rootor enne mis tahes tasakaalustamine enne korrektsiooni rakendamist. See on rootori lähteseisund, mis registreeritakse tasakaalustamisprotseduuri kõige esimesel käigul. Selle suurus ja nurkasukoht leitakse mõõtmise teel vibratsioon amplituud ja faas kui rootor pöörleb oma tasakaalustamiskiirusel. Kõik, mis tasakaalustamisel järgneb, viitab sellele algvektorile: see on võrdlusalus, mille alusel hinnatakse töö tulemuslikkust, ning seda, mis pärast korrigeerimise lõppu alles jääb, nimetatakse jääktasakaalustamatus.
1. Esialgse tasakaalustamatuse põhjused
Esialgne tasakaalutus tekib rootori kasutusaja jooksul mitmest allikast – tootmise, kokkupaneku, kasutamise ja isegi selle parandamiseks mõeldud hooldustööde käigus.
Tootmistolerantsid
Isegi täppistöötlemise puhul on täiuslik sümmeetria võimatu:
- Materjali tiheduse kõikumised: ebahomogeenne materjal, sisemised tühimikud või lisandid põhjustavad massi asümmeetriat.
- Töötlemistolerantsid: väikesed kõrvalekalded tõelisest kontsentrilisusest — väljajooks või ekstsentrilisus — põhjustavad tasakaalustamatust.
- Seina paksuse kõikumine: valatud või valmistatud rootorite puhul tähendavad ebaühtlased seinad massi ebaühtlast jaotust.
- Poorsus ja valuvead: õhupesad, kokkutõmbumine või räbu lisandid nihutavad massi.
Kokku panemise vead ja erinevused
Kui rootor on valmistatud mitmest osast, võib tasakaalustamatus tekkida isegi siis, kui iga osa eraldi on korras:
- Tolerantside summeerumine: hästi tasakaalustatud osad võivad ikkagi liituda vektoriaalselt märkimisväärseks kogusummaks.
- Võtmega ühendused: kiilud, kiiluavad ja nuudid on oma olemuselt asümmeetrilised.
- Kruviaugud ja kinnitusdetailid: ebavõrdselt paigutatud augud või sobimatud kinnitusdetailid tekitavad tasakaalustamatust.
- Termilised ja pressühendused: kahandus- või pressliites paigaldatud detailid ei pruugi paigalduda täiesti kontsentriliselt.
Operatiivsed põhjused
Tasakaalustamatust tekib ka töötamise käigus, mil see kaldub kõrvale rootori algsest tasakaalustatud seisundist:
- Materjali kogunemine: mustus, tolm, katlakivi või tootmisjäägid, mis kogunevad tiivikud, ventilaatorilabad või rootori pinnad.
- Erosioon ja kandma: ebaühtlane materjalikadu hõõrdumise, korrosioonvõi kavitatsioon.
- Purunenud või puuduvad osad: kadunud ventilaatorilaba, murdunud tiivik, lahti tulnud osa.
- Deformatsioon: Löökide, ülekuumenemise või ülekoormuse tagajärjel tekkinud painutamine, moonutamine või plastiline deformatsioon.
- Lahtised komponendid: osad, mis on lahti tulnud ja oma asendit muutnud.
Hooldus- ja remonditööd
Irooniliselt võib hooldus tekitada just selle tasakaalustamatuse, mida ta püüab kõrvaldada:
- Erineva massi või massijaotusega varuosade paigaldamine.
- Keevitusremont, mille käigus lisatakse metalli asümmeetriliselt.
- Ümbertöötlus või mehaaniline töötlemine, mis eemaldab materjali ebaühtlaselt
- Värv või kate on kantud ebaühtlaselt.
2. Kuidas mõõdetakse algset tasakaalustamatust
Esialgne tasakaalustamatus määratakse kindlaks tasakaalustamisprotseduuri esimese mõõtmistsükli käigus.
Mõõtmisparameetrid
- Vibratsiooni amplituud: 1× (üks kord pöörde kohta) komponendi suurus, mida väljendatakse tavaliselt mm/s, in/s või milides. See on otseselt seotud tasakaalustamatuse raskusastmega.
- Faasinurk: 1× vibratsioonitipu ajastus kraadides võrreldes viitemärgiga, mille tuvastab võtmefaasor või tahhomeeter. See on reaktsioon faas, mitte otseselt raske koha nurk: vibratsioon jääb tegelikust raskest kohast maha määral, mis sõltub sellest, kui lähedal on töökiirus resonants (sellest tunduvalt allpool ligi 0°, resonantsil 90°, sellest kõrgemal ligi 180°), lisaks anduri ja mõõteahela viited. Raske koha ja korrektsioonimassi nurk järeldatakse seetõttu tasakaalustamisalgoritmiga — proovimassi (mõjuteguri) meetodi kaudu — mitte ei loeta otse faasinäidikult.
- Kiirus: mõõtmiste tegemise pöörlemiskiirus — see on oluline, sest tsentrifugaaljõud ebatasakaalust tulenev jõud kasvab kiiruse ruudu võrra.
Vektori esitus
Esialgset tasakaalustamatust kujutatakse vektorina „O“ (lühend sõnast „Original“), millel on nii suurus kui ka suund, ning see on tavaliselt joonistatud polaargraafik kus:
- vektori pikkus väljendab vibratsiooni amplituudi ning
- vektori nurk tähistab mõõdetud reaktsioonifaasi (mille põhjal hiljem järeldatakse raske koha asukoht).
3. Tähtsus tasakaalustamisprotsessis
Esialgse tasakaalustamatuse mõõtmine täidab mitut ülesannet korraga.
Korrektsioonide alus
Kõik tasakaalustamisarvutused tuginevad esialgsele tasakaalustamatusele. Eesmärk on lisada paranduskaalud mis tekitavad algvektoriga võrdse, kuid vastassuunalise vibratsioonivektori, tühistades selle.
Raskusastme hindamine
Esialgse tasakaalustamatuse ulatus näitab, kui tõsine on probleem, ja aitab otsustada:
- kas tasakaalustamine on õige tegevus või kas tegemist on mõne muu mehaanilise rikkega — lõtvus või joondusviga — tuleks kõigepealt parandada;
- sobiv suurus proovikaalud; ja
- kas piisab ühest parandusest või on vaja mitut korda korrata.
Enne rootori puudutamist on kasulik teha kontroll, et teisendada mõõdetud amplituud jõuks, mida rootor tegelikult tekitab; meie Tasakaalustamatusest tuleneva tsentrifugaaljõu kalkulaator muudab antud tasakaalustamatuse ja pöörlemiskiiruse otse njuutoniteks, mis teeb olukorra kiireloomulisuse selgeks.
Edu jälgimine
Esialgse tasakaalustamatuse võrdlemine parandamisejärgse jääktasakaalustamatusega annab ülevaate töö tulemuslikkusest. Hea tasakaalustamine vähendab vibratsiooni tavaliselt 70–90% või enam võrreldes esialgse tasemega.
Mõjukoefitsiendi arvutamine
Sisse mõju koefitsiendi meetod, et eraldada katsekaalu mõju, lahutatakse katsekaaluga sõidu ajal mõõdetud vibratsioonist esialgne tasakaalustamatuse vektor:
T = (O + T) − O, kus O on algne tasakaalutus ja T on proovikaalu mõju.
Selle eraldatud mõju põhjal arvutab analüsaator mõjukoefitsiendi ning sellest lähtuvalt õige korrigeerimismassi ja nurga. Ühe tasandi ülesande puhul saab seda arvutust korrata, kasutades Mõjukoefitsiendi kalkulaator.
4. Seos jääktasakaalustamatusega
Tasakaalustamise peamine eesmärk on vähendada esialgset tasakaalustamatust vastuvõetavalt madalale jääktasemele. See on lihtne enne-ja-pärast-suhe:
- Esialgne tasakaalutus: „enne“ seisund.
- Parandus: tasakaalustamisprotseduur ja raskuste paigaldamine.
- Järelejäänud tasakaalustamatus: „pärast“ tingimus.
Ideaaljuhul peaks jääk olema väiksem kui 10–30% algväärtusest, kusjuures täpne sihtmärk määratakse kindlaks vastavalt rootori tasakaalustamise kvaliteedinõuetele ISO 21940-11 (tänapäevane järeltulija ISO 1940-1). Valitud kvaliteediklassi G-klass ja töökiiruse teisendamine lubatud gramm-millimeetri väärtuseks on kiire, kui kasutada Jääktasakaalustamatuse kalkulaator (ISO 21940-11).
5. Tüüpilised esialgsed tasakaalustamatuse tasemed
Esialgse tasakaalustamatuse suurus sõltub suuresti seadme tüübist ja varasemast kasutusajaloost.
Uued või hiljuti tasakaalustatud rootorid
Tööstusmasinate puhul on vibratsioonitase tavaliselt 0,5–2,0 mm/s (0,02–0,08 tolli/s) – see on hea kuni rahuldav tasakaaluseisund.
Mõõdukalt tasakaalustamata rootorid
Vibratsioon 2,0–7,0 mm/s (0,08–0,28 tolli/s) tähendab, et rootor tuleks peagi tasakaalustada. See on tavaline seisund seadmetel, millel on aeg teha korraline hooldus.
Tugevalt tasakaalustamata rootorid
Vibratsioon, mis ületab 7,0 mm/s (0,28 tolli/s), viitab tõsisele tasakaalutusele, mis nõuab viivitamatut sekkumist; selle põhjuseks on sageli puuduv laba, tugev ladestumine või oluliste komponentide kahjustused.
Märkus: need on üldised juhised tüüpiliste tööstusmasinate jaoks. Konkreetne lubatud tase sõltub masina tüübist, suurusest, kiirusest ja paigaldusviisist, nagu on määratletud sellistes standardites nagu ISO 20816 seeria (varem ISO 10816).
6. Kohapealne mõõtmine ja dokumenteerimine
Kokkupandud masinal registreeritakse esialgne tasakaalutus kohapeal, mitte tasakaalustusmasin. Kahekanaliline kaasaskantav analüsaator, nagu näiteks Balanset-1A loeb töökäigul masina enda laagrite 1× amplituudi ja faasi, salvestab algse „O“-vektori ning juhib seejärel katse- ja korrigeerimiskatseid, mille abil seda vähendatakse – jäädvustades rootori tegeliku algse seisundi, milles see tegelikult töötab, sealhulgas kokkupanekust ja soojusest tingitud mõjud, mida töökoda tasakaalustusseade kunagi ei suudaks tuvastada.
Sõltumata sellest, millist vahendit kasutatakse, tuleb esialgse tasakaalustamatuse mõõtmistulemus kanda tasakaalustamisprotokolli:
- vibratsiooni amplituud ja faas igas mõõtepunktis;
- mõõtmise ajal kasutatav töökiirus;
- kuupäev ja seadme identifitseerimisandmed; ning
- Kontrolli käigus tuvastatud kõik nähtavad tasakaalustamatuse põhjused
Käesolev dokumentatsioon annab ülevaate rootori seisukorrast ajas ning toetab trendianalüüs aja jooksul — näiteks selgitades välja, kas tasakaalustamatust põhjustab materjali kuhjumine või kulumine, ning võimaldades hooldustöid planeerida enne, kui vibratsioon muutub tõsiseks.
