Pöörlevate masinate tasakaalustamatuse (tasakaalustamatuse) mõistmine
Tasakaalustamatus — kasutatakse sünonüümina tasakaalustamatus — on seisund, kus rootor„… massikese ei lange kokku selle pöördeteljega. Mass on jaotunud võlli ümber ebaühtlaselt, mistõttu tekitab nihutatud mass rootori pöörlemisel neto- tsentrifugaaljõud mis tõmbab rootori keskpunktist eemale ja paneb kogu masina värisema. See massikeskme nihkumine geomeetrilisest keskpunktist on rootori ekstsentrilisus, ning selle tekitatud vibratsioon muudab tasakaalustamatuse pöörlevate masinate kõige levinumaks rikkeks – ja tavaliselt on see esimene asi, mida diagnostik kontrollib.
1. Mõiste: mis tekitab jõu
Häiriv jõud on tsentrifugaaljõud: F = m·r·ω², kus m·r on tasakaalustamatus (massinihe korrutatuna selle raadiusega) ja ω on nurkkiirus. Sellest tuleneb kohe kaks järeldust. Esiteks pöörleb jõud koos võlliga, mistõttu avaldab see laagritele survet üks kord iga pöörde jooksul. Teiseks on see proportsionaalne ruut kiiruse ruuduga – rootor, mida käsitsi aeglaselt pöörates tundub kõik korras olevat, võib täiskiirusel muutuda väga koormavaks, mistõttu tasakaalu kvaliteet Nõuded muutuvad teenuse kiiruse kasvades märkimisväärselt rangemaks. Tasakaalustamatust väljendatakse massi ja raadiuse korrutisena, tavaliselt ühikutes gramm-millimeeter (g·mm), sest jõudu mõjutavad nii massi nihke suurus kui ka selle kaugus teljest.
2. Tasakaalustamatuse diagnoosimine: klassikaline tunnusmärk
Tasakaalustamatust on suhteliselt lihtne tuvastada, sest selle vibratsioon signatuur on nii järjepidev – see on peamine põhjus, miks see on loomulik lähtepunkt vibratsioonianalüüsis vibratsioonianalüüs:
- Sagedus: vibratsioon asub täpselt 1× pöörlemiskiirus (süsteemi töökiirus). Kui masina kiirust suurendada või vähendada, järgib tippkiirus seda täpselt.
- Suund: energia on peamiselt radiaalne — horisontaalselt ja vertikaalselt — tavaliselt vähe aksiaalne (tõukejõu) vibratsioon.
- Amplituud: on pöörlemiskiiruse ruuduga proportsionaalne, mistõttu kiiruse kahekordistamine suurendab tasakaalustamatuse jõudu ja sellest tulenevat vibratsiooni ligikaudu neljakordselt.
- Faas: 1× faas mõõtmistulemus on stabiilne ja korratav, mis võimaldab raskepunkti kindlaks teha.
Sest domineeriv 1×-piik võib tekkida ka joondusviga, a painutatud võll või resonants, kinnitab hoolikas analüütik selle põhjal tasakaalustamatust terve muster: kõrge 1×, madal harmoonilised, peamiselt radiaalne energia, ja püsiv faas. Seevastu suur 2×-komponent viitab diagnoosile, et tegemist on telje nihkega või mehaaniline lõtvus.
3. Kolm tasakaalustamatuse liiki
Staatiline tasakaalutus
Seda nimetatakse ka „jõudude tasakaalustamatuseks“ ja see on kõige lihtsam tüüp, kus mass on nihutatud ühes tasapinnas – kujutage ette üht rasket kohta õhukesel kettal. See on „staatiline“, kuna avaldub seisukorras: hõõrdumisteta terade servadel tasakaalus pöörleb rootor seni, kuni raske koht jääb allapoole. Üksainus raskus, mis asetatakse raske koha suhtes 180° vastas, korrigeerib seda, mis on ühe tasapinna tasakaalustamine.
Paaristasakaalustamatus
Kaks võrdse massiga punkti rootori vastasotstes, mis asuvad üksteisest 180° kaugusel, tühistavad üksteist netojõuna, kuid moodustavad paar — pöördemoment, mis keerab rootorit ümber oma telje. Selline rootor on staatiliselt tasakaalustatud (ta ei veere terava serva peal), kuid töötab tugevalt vibreerides, ning selle pöördemomendi neutraliseerimiseks on vaja kahte korrigeerivat raskust kahes erinevas tasapinnas.
Dünaamiline tasakaalutus
Peaaegu kõigil tegelikel masinatel esinev nähtus, dünaamiline tasakaalutus, ühendab endas staatilised ja pöördemomendi mõjud. Selle korrigeerimine nõuab massi ümberpaigutamist vähemalt kahes tasapinnas piki rootorit — dünaamiline (kahe tasandi) tasakaalustamine. Kui staatiline ja paariskomponent satuvad nurgaliselt ühele joonele, nimetatakse seda erijuhtumit kvasi-staatiline tasakaalutus.
4. Tavapärased põhjused
Tasakaalustamatust võib esineda juba tootmisest alates või tekkida kasutamise käigus. Sagedased põhjused on järgmised:
- Tootmisvead: Valandite poorsus, ebaühtlane materjali tihedus ja töötlemistolerantsid.
- Kokkupaneku vead: valesti paigaldatud komponendid, ebaühtlaselt kinni keeratud poldid või valesti paigaldatud võtmed.
- Kulumine: ebaühtlane erosioon, korrosioon või kandma ventilaatorilabadel ja pumba tiivikutel tiivikud.
- Materjali kogunemine: ventilaatorite, puhurite ja tsentrifuugide tiivikutele kogunev mustus, tolm või tootepuru.
- Komponendi rike: kadunud tasakaalustuskaal või purunenud laba tekitab kohe tõsise tasakaalutuse.
5. Miks tasakaalustamatuse korrigeerimine on ülioluline
Masina töötamine märkimisväärse tasakaalustamatuse korral kahjustab seda järk-järgult, kuna tsükliline jõud koormab konstruktsiooni iga pöörde ajal:
- Laagri enneaegne rike: laagrid on suurele dünaamilisele koormusele avatud ja kuluvad kiiresti.
- Väsimus ja pragunemine: korduv pinge kogub väsimus kahjustusi võllis, vundamendis ja ümbritsevates osades.
- Vähendatud tõhusus: energia kaob vibratsiooni ja soojusena, selle asemel et anda kasulikku väljundit.
- Ohutusriskid: äärmuslikel juhtudel võib tõsine tasakaalustamatus viia katastroofilise rikkeni.
6. Tasakaalustamatuse kõrvaldamine kohapeal
Tasakaalustamatust saab parandada süstemaatilise tasakaalustamine protseduur – üks tõhusamaid meetmeid masinate töökindluse parandamiseks. Eesmärgiks ei ole null-tasakaalustamatus, vaid väike, kindlaksmääratud jääktasakaalustamatus lubatud piirides. Kehtivad piirid tulenevad G-klass süsteem ISO 21940-11 (mis hõlmas endas varasemat standardit ISO 1940-1); tekkinud vibratsiooni võrreldakse seejärel raskusastme piirväärtustega standardis ISO 20816 (ISO 10816 kaasaegne järglane). Tasuta Jääktasakaalustamatuse kalkulaator (ISO 21940-11) muudab valitud kvaliteediklassi ja töökiiruse ühe tasapinna lubatud g·mm-väärtuseks.
Kokkupandud masina puhul tehakse tööd kohapeal, mitte tasakaalustusmasin. Kahekanaliline kaasaskantav analüsaator, nagu näiteks Balanset-1A mõõdab 1× amplituudi ja faasi ning arvutab välja rootori mõjukoefitsiendid alates proovikaalja arvutab igaühe massi ja nurga korrektsioonikaal ühe- või kahetasapinnaliseks välitasakaalustamine. Kuna see töötab masina enda laagrites töökäigul, korrigeerib see tasakaalustamatust ja kontrollib, et jääk jääb valitud ISO-klassi piiridesse.
