Kahe tasapinna tasakaalustamise mõistmine
Kahe tasapinna tasakaalustamine on dünaamiline tasakaalustamine protseduur, mille käigus paranduskaalud paigutatakse kahele eraldi tasapinnale piki rootori pikkust, et kõrvaldada nii staatiline tasakaalustamatus ja paari tasakaalutus samal ajal. See on standardmeetod enamiku tööstuslike pöörlevate masinate puhul – iga rootori puhul, mille telje pikkus on võrreldav selle läbimõõduga või sellest suurem. Erinevalt ühe tasapinna tasakaalustamine, mis korrigeerib ainult rootori massikeskme nihke, kahe tasandi tasakaalustamine võtab arvesse nii piki- tsentrifugaaljõud ja hetk, mil rootor hakkab oma telje ümber kõikumisele või vappumisele.
1. Mõiste: miks just kaks tasandit?
Iga jäiga rootori tasakaalutus võib jagada kaheks eraldiseisvaks osaks. Staatiline tasakaalustamatus on neto-raskuskese, mille massikese on nihkunud võlli teljest kõrvale; see tekitab mõlemas laagris samafaasilist jõudu ja avaldub isegi siis, kui rootor oleks tasakaalustatud terava serva peal ilma pöörlemata. Paari tasakaalustamatus on paar võrdse massiga punkti, mis asuvad 180° vahekaugusel rootori vastasotstes: see ei põhjusta massikeskme netomuutust, mistõttu on see staatiliselt märkamatu, kuid kiiruse juures tekitab see kõikumishetke, mis viib kaks laagrit üksteisest faasist välja.
Üksainus korrigeerimistasand suudab tühistada ainult staatilise komponendi. Paari tühistamiseks on vaja kahte korrigeerimist, mis koos moodustavad vastassuunalise pöördemomendi – ja see eeldab määratluse järgi kaht tasandit. Kuna tegelikud rootorid sisaldavad staatilise ja paari tasakaalustamatuse suvalist kombinatsiooni (seda seisundit nimetatakse sageli kvasi-staatiline tasakaalutus (kui need kaks on ühendatud), on kaks korrigeerimistasandit minimaalne vajalik arv, et jäiga rootori vibratsioon.
2. Millal on vaja kahe tasandi tasakaalustamist?
Vali kaks tasandit, kui kehtib mõni järgmistest tingimustest:
Pikad või peenikesed rootorid
Üldreeglina tuleks tasakaalustada kahes tasapinnas kõik rootorid, mille pikkuse ja läbimõõdu suhe on suurem kui umbes 0,5–1,0. Tüüpilised näited on järgmised:
- Elektrimootori armatuurid
- Pumba ja kompressori võllid
- Mitmeastmelised ventilaatori rootorid
- Veovõllid ja sidurid
- Spindlid ja pöörlevad tööriistad
- Turbiini rootorid
Teisel äärmusel asub kitsas ketas – lihvketas, üksik rihmaratas, õhuke hooratas –, mida saab tavaliselt korrigeerida ühes tasapinnas, kuna see on liiga lühike, et tekitada märkimisväärset pöördemomenti.
Nähtav paari tasakaalustamatus
Kui mõõdetud 1× faas kahe laagertugede vaheline faasinihe on märkimisväärne – ligi 180° – mis viitab kiikumisele või kallutamisele; esineb võlli tasakaalustamatust ja seda saab kõrvaldada ainult kahe tasandi korrigeerimisega.
Kui ühetasandiline tasakaalustamine ei ole piisav
Klassikaline diagnostiline märk: ühe tasandi korrigeerimine vähendab vibratsiooni ühel laagril, kuid suurendab seda teisel. See kompromiss on korrigeerimata paarisvõlli tunnusmärk ja näitab, et vaja on teist tasandit.
Jäigad rootorid jaotatud massiga
Even a jäik rootor jääb oluliselt alla oma esimesele kriitiline kiirus saab kasu kahe tasandi kasutamisest, kui selle mass on jaotunud märkimisväärsele telje pikkusele, tagades vibratsiooni minimeerimise igas laagris, mitte ainult ühes.
3. Kahe tasandi tasakaalustamisprotseduur
Kahe tasandi tasakaalustamine on keerulisem kui ühe tasandi töö, sest korrigeerimine kummaski tasandis muudab vibratsiooni mõlemad laagrid. Tunnustatud lahendus on mõju koefitsiendi meetod, mida kantakse kahe proovikaalud järjekorras mõõtmistsüklid.
1. samm – Esmane mõõtmine
Käivita masin valitud tasakaalustamiskiirusel ja registreeri mõlema laagri esialgsed 1× vibratsioonivektorid (amplituud ja faas). Märgi need „Laager 1” ja „Laager 2”. See paar kajastab kogu rootori tasakaalustamatuse koondmõju.
2. samm – Määra korrigeerimistasandid
Valige kaks parandustasandid kus on võimalik massi lisada või eemaldada. Paigutage need üksteisest võimalikult kaugele ja nii ligipääsetavasse kohta kui võimalik – tavaliselt rotori otste lähedusse, ühendusflantsidele või ventilaatori rummudele. Suur tasapinnaline vahekaugus tagab tugeva ja hästi reguleeritud pöördemomendi korrigeerimise.
3. samm – Katsekaal tasapinnal 1
Peatage masin ja paigaldage teadaoleva massiga katsekaal teadaoleva nurga all esimesele tasapinnale. Käivitage masin uuesti ja registreerige uus vibratsioon mõlemal laagril. Vektor muutus iga suuna puhul ilmnevad kaks mõjukoefitsienti: tasandi 1 mõju suunale 1 ja tasandi 1 mõju suunale 2.
4. samm – Katsekaal tasapinnas 2
Eemalda esimene proovikaal, paigalda proovikaal teisele tasapinnale, käivita seade ja mõõda uuesti. Selle tulemusena saadakse ülejäänud kaks koefitsienti: tasapind 2 laagril 1 ja tasapind 2 laagril 2.
5. samm – Arvuta välja parandused
Seadmes on nüüd neli keerukat mõjukoefitsienti, mis on paigutatud 2×2 maatriksina. Kasutades vektori matemaatika ja maatriksi pööramise abil lahendab see kahe võrrandi süsteemi, et leida täpne mass ja nurk, mida on vaja igas tasapinnas, et viia mõlema laagri vibratsioon korraga nullini. A ühe tasandi mõjukoefitsiendi arvutaja näitab ühe tasandi puhul aluseks olevat vektoriaritmeetikat; kahe tasandi puhul laiendatakse seda lihtsalt maatriksiks, samas kui proovikaalu kalkulaator aitab määrata mõistliku esialgse katse massi.
6. samm – Paigaldamine ja kontrollimine
Paigaldage mõlemad arvutatud raskused püsivalt ja tehke kontrollkäik. Mõlema laagri vibratsioon peaks nüüd jääma mugavalt sihtväärtuse piiresse. Kui jääb veidi jääkvibratsiooni, siis kiire trimmi tasakaalu — juba mõõdetud koefitsientide taaskasutamine — täpsustab tulemust ilma täiendavate katsetusteta.
4. Mõjukoefitsientide maatriksi selgitus
Selle meetodi tugevus peitub selles 2×2 maatriksis, sest iga tasand mõjutab mõlemad bearings:
- Otsesed mõjud: tasandi 1 kaal mõjutab kõige tugevamalt lähedal asuvat suunda 1 ning tasandi 2 kaal lähedal asuvat suunda 2.
- Ristseostumise mõjud: tasapinnas 1 asuv raskus liigutab ka suunda 2 (tavaliselt vähem) ning tasapinnas 2 asuv raskus liigutab ka suunda 1.
Matriisi lahendamine võtab arvesse kõiki nelja vastasmõju korraga, mistõttu need kaks parandust täiendavad üksteist, mitte ei ole omavahel vastuolus. Käsitsi arvutamine on matemaatiliselt väga keeruline – märgi nihkumine või faasivea väike muutus kandub edasi pööramisel –, mis ongi just see põhjus, miks spetsiaalne tasakaalustusseade oma hinna ära teenib.
Kahe tasandi (1, 2) ja kahe suuna (A, B) puhul on süsteem VA = αA1·W1 + αA2·W2 and VB = αB1·W1 + αB2·W2, kus iga liige V, α ja W on kompleksvektor (amplituudi ja faasiga). Tasakaalustustarkvara lahendab selle 2×2 süsteemi, et leida korrigeerimiskaalud W1 and W2 that make VA and VB vanish.
5. Kahe tasandi tasakaalustamine välitingimustes
Kahe tasandi tasakaalustamine on igapäevane meetod põllu tasakaalustamine, ja just selleks ongi kaasaskantav kahekanaliline analüsaator loodud. Sellise seadmega nagu Balanset-1A, paigaldab tehnik kiirendusmõõtur iga laagri juurde sobib optiline lasertahhomeeter et saada faasiviidet ning läbib otse eespool nimetatud kuus etappi – esmane käivitamine, kaks proovikäivitust, lahendamine, parandamine, kontrollimine – ilma masinat lahti monteerimata või rootor remonditöökotta. Kuna töö on tehtud kohapeal, masina enda laagrites ja tegelikul töökäigul, peegeldab tulemus tegelikke paigaldustingimusi – laagrite jäikust, vundamendi paindlikkust, soojus- ja protsessikoormusi –, millega töökoda tasakaalustusmasin ei õnnestu korrata. Seejärel kontrollib seade lõpptulemust jääktasakaalustamatus valitud ISO-klassiga enne aruande kinnitamist.
6. Kahe tasandi tasakaalustamise eelised
- Täielik parandus: kõrvaldab nii staatilise kui ka paaris-tasakaalustamatuse, st kogu jäiga rootori olukorra.
- Vähendab vibratsiooni kõigil laagritel: optimeerib kogu rootorisüsteemi, mitte ainult ühte otsa.
- Pikendab komponendi kasutusiga: väiksem vibratsioon mõlemal toel tähendab laagrite, tihendite ja ühendusdetailide väiksemat kulumist ning väiksemat ohtu väsimus cracking.
- Tööstusstandard: mida nõuavad paljud seadmetootjad ja mis on jäikade rootorite puhul sätestatud ISO 21940-11 (ISO 1940-1 kaasaegne järglane).
- Sobib enamiku masinate jaoks: See kehtib jäikade rootorite puhul, mis töötavad alla oma esimese kriitilise pöörlemiskiiruse, mis hõlmab valdavalt enamikku tööstusseadmetest.
7. Asukoht: ühe-, kahe- ja mitmetasandiline
| Meetod | Lennukid | Parandab | Typical rotor |
|---|---|---|---|
| Ühetasandiline | 1 | Ainult staatiline | Õhukesed kettad, kitsad rihmarattad, ühe tiivikuga ventilaatorid |
| Kahe tasapinnaga | 2 | Staatiline + paar | Kõige jäigemad tööstuslikud rootorid |
| Multi-plane | 3 or more | Staatiline + paarisjõud + modaalne painde | Paindlikud rootorid kriitilise pöörlemiskiiruse ületamisel |
Võrreldes ühe tasandi tasakaalustamisega on kahe tasandi tasakaalustamine keerulisem ja võtab rohkem aega, kuid tagab märksa parema vibratsioonivähenduse kõigi ketastüüpi rootorite puhul, välja arvatud kõige kitsamad. Teisest küljest, painduv rootor ühe või mitme kriitilise pöörlemiskiiruse ületamisel võib vaja minna kolme või enamat tasandit – vt mitmetasandiline tasakaalustamine –, kuid enamiku tööstusmasinate puhul piisab täiesti kahest tasandist.
8. Tüüpilised probleemid ja lahendused
Kättesaamatud korrigeerimistasandid
Väljakutse: kokkupandud masinal võivad ideaalsed paigalduskohtad olla käeulatusest väljas.
Lahendus: kasutage kõike, mis käepärast on – ühendusmuhve, ventilaatorilabadeid, välisäärikuid – ja laske seadme koefitsientidel kompenseerida ebaideaalset geomeetriat, kuna maatriks mõõdetakse tegelikul masinal.
Nõrk reaktsioon proovikaalule
Väljakutse: kui proovikaal mõjutab näiteid vaid vähesel määral, muutuvad mõjukoefitsiendid ebamääraseks ja tulemus ebausaldusväärseks.
Lahendus: kasutage suuremat katseproovi massi või paigutage see suuremale kaugusele, et tõsta selle mõju märkimisväärselt üle mõõtmismüra taseme.
Mittelineaarne käitumine
Väljakutse: rotors with mehaaniline lõtvus, pehme jalgvõi tegevus läheduses resonants ei pruugi kaaludele lineaarselt reageerida – see on eeltingimus, millest meetod lähtub.
Lahendus: kõigepealt kõrvaldage mehaanilised vead (pingutage kinnitusdetailid, kõrvaldage jalade ebastabiilsus) ja tasakaalustage mootor võimaluse korral kriitilistest pöörlemiskiirustest eemale. Veenduge, et probleem on tõepoolest tasakaalustamatuses ja mitte joondusviga seda endaks teeseldes
