Rootori tasakaalustamine: staatiline ja dünaamiline tasakaalustamatus, resonants ja praktiline protseduur
See juhend selgitab rootori tasakaalustamist jäigad rootorid: mida tähendab “tasakaalutus”, kuidas staatiline ja dünaamiline tasakaalutus erinevad, miks resonants ja mittelineaarsus võivad kvaliteetset tulemust takistada ning kuidas tasakaalustamist tavaliselt tehakse ühes või kahes korrektsioonitasandis.
Sisukord
- Mis on rootor ja mida tasakaalustamine õigesti teeb?
- Rootorite tüübid ja tasakaalustamatuse tüübid
- Mehhanismide vibratsioon: mida tasakaalustamine saab ja mida mitte eemaldada
- Resonants: tegur, mis takistab tasakaalustamist
- Lineaarsed vs. mittelineaarsed mudelid: millal arvutused enam ei tööta
- Tasakaalustusseadmed ja tasakaalustusmasinad
- Jäikade rootorite tasakaalustamine (praktilised märkused)
- Dünaamilise tasakaalustamise teostamine (kolmeastmeline meetod)
- Tasakaalustamise kvaliteedi hindamise kriteeriumid
- Standardid ja viited
- KKK
Mis on rootor ja mida tasakaalustamine õigesti teeb?
Rootor on keha, mis pöörleb ümber mingi telje ja mida hoiavad toetuspinnad. Rootori laagripinnad edastavad koormusi tugedele valtsimis- või liuglaagrite kaudu. Laagripinnad on kandepinnad või neid asendavad pinnad.
Ideaalselt tasakaalustatud rootoris on selle mass jaotatud pöörlemistelje suhtes sümmeetriliselt, st iga rootori elementi saab sobitada teise elemendiga, mis asub pöörlemistelje suhtes sümmeetriliselt. Tasakaalustatud rootoris on mis tahes rootorielemendile mõjuv tsentrifugaaljõud tasakaalustatud sümmeetrilisele elemendile mõjuva tsentrifugaaljõuga. Näiteks elementidele 1 ja 2 (joonisel 1 rohelisega tähistatud) mõjuvad võrdse suurusega ja vastupidise suunaga tsentrifugaaljõud F1 ja F2. See kehtib kõigi sümmeetriliste rootorielementide kohta ja seega on rootorile mõjuv kogutsentrifugaaljõud 0 ja rootor on tasakaalus.
Aga kui rootori sümmeetria on rikutud (asümmeetriline element on joonisel 1 tähistatud punasega), siis mõjub rootorile tasakaalustamata tsentrifugaaljõud F3. Pöörlemisel muudab see jõud suunda koos rootori pöörlemisega. Sellest jõust tulenev dünaamiline koormus kandub laagritele, mille tulemuseks on kiirenenud kulumine.
Lisaks sellele toimub selle muutuva suunajõu mõjul tugede ja vundamendi, millele rootor on kinnitatud, tsükliline deformatsioon, st tekib vibratsioon. Rootori tasakaalustamatuse ja sellega kaasneva vibratsiooni kõrvaldamiseks tuleb paigaldada tasakaalustusmassid, et taastada rootori sümmeetria.
Rootori tasakaalustamine on operatsioon tasakaalustamatuse korrigeerimiseks tasakaalustusmasside lisamise teel.
Tasakaalustamise ülesanne on leida ühe või mitme tasakaalustava massi suurus ja asukoht (nurk).
Rootorite tüübid ja tasakaalustamatuse tüübid
Arvestades rootori materjali tugevust ja sellele mõjuvate tsentrifugaaljõudude suurust, saab rootorid jagada kahte tüüpi - jäigad rootorid ja painduvad rootorid.
Jäigad rootorid deformeeruvad töörežiimidel tsentrifugaaljõu mõjul vähe ja selle deformatsiooni mõju arvutustes võib tähelepanuta jätta.
Paindlike rootorite deformatsiooni ei saa enam tähelepanuta jätta. Paindlike rootorite deformatsioon raskendab tasakaalustusülesande lahendamist ja nõuab jäikade rootorite tasakaalustamisega võrreldes teiste matemaatiliste mudelite rakendamist. Tuleb märkida, et sama rootor võib madalatel kiirustel käituda jäigana ja suurtel kiirustel painduvana. Järgnevalt käsitleme ainult jäikade rootorite tasakaalustamist.
Sõltuvalt tasakaalustamata masside jaotusest rootori pikkuses saab eristada kahte tüüpi tasakaalustamatust - staatiline ja dünaamiline (hetkeline). Sellest lähtuvalt viidatakse staatilisele ja dünaamilisele rootori tasakaalustamisele. Staatiline rootori tasakaalustamatus tekib ilma rootori pöörlemiseta, st staatikas, kui rootorit pööratakse raskusjõu mõjul selle "raske punkt" allapoole. Staatilise tasakaalustamatusega rootori näide on näidatud joonisel 2.
Dünaamiline tasakaalustamatus tekib ainult siis, kui rootor pöörleb.
Joonisel 3 on esitatud näide dünaamilise tasakaalustamatusega rootori kohta.
Sellisel juhul asuvad tasakaalustamata võrdsed massid M1 ja M2 eri tasapindadel – erinevates kohtades piki rootori pikkust. Staatilises asendis, st kui rootor ei pöörle, mõjub rootorile ainult gravitatsioon ja massid tasakaalustavad üksteist. Dünaamikas hakkavad rootori pöörlemisel massidele M1 ja M2 mõjuma tsentrifugaaljõud Fc1 ja Fc2. Need jõud on suuruselt võrdsed ja suunalt vastupidised. Kuna need aga mõjuvad võlli pikkuses erinevates kohtades ja ei asu samal sirgel, siis need jõud ei kompenseeri üksteist. Jõud Fc1 ja Fc2 tekitavad rootorile rakendatava pöördemomendi. Seetõttu nimetatakse seda tasakaalustamatust ka momentide tasakaalustamatuseks. Seega mõjuvad laagrite positsioonidele kompenseerimata tsentrifugaaljõud, mis võivad arvutatud väärtusi oluliselt ületada ja lühendada laagrite kasutusiga.
Kuna seda tüüpi tasakaalustamatus tekib ainult dünaamiliselt rootori pöörlemise ajal, nimetatakse seda dünaamiliseks tasakaalustamatuseks. Staatilistes tingimustes ei saa seda korrigeerida "nugadel" tasakaalustamise või sarnaste meetoditega. Dünaamilise tasakaalustamatuse kõrvaldamiseks tuleb paigaldada kaks kompenseerivat raskust, mis tekitavad massidest M1 ja M2 tulenevale momendile võrdse suurusega ja sellele vastassuunalise momendi. Kompenseerivaid masse ei pea seadma massidele M1 ja M2 vastassuunas ja nendega võrdse suurusega. Peaasi, et need tekitaksid momendi, mis tasakaalustamatuse momendi täielikult kompenseerib.
Üldiselt ei pruugi massid M1 ja M2 olla üksteisega võrdsed, seega tekib nii staatiline kui ka dünaamiline tasakaalustamatus. Teoreetiliselt on tõestatud, et jäiga rootori puhul on kaks rootori pikkuses teineteisest eemal paiknevat raskust vajalikud ja piisavad tasakaalustamatuse kõrvaldamiseks. Need raskused kompenseerivad nii dünaamilisest tasakaalustamatusest tuleneva pöördemomendi kui ka massi asümmeetriast rootori telje suhtes tuleneva tsentrifugaaljõu (staatiline tasakaalustamatus). Tavaliselt on dünaamiline tasakaalustamatus iseloomulik pikkadele rootoritele, näiteks võllidele, ja staatiline tasakaalustamatus kitsastele rootoritele. Kui aga kitsas rootor on telje suhtes viltu ehk deformeerunud ("joonis kaheksa"), on dünaamilist tasakaalustamatust raske kõrvaldada (vt joonis 4), sest sel juhul on keeruline paigaldada korrigeerivaid raskusi, mis loovad vajaliku kompenseeriva momendi.
Jõud F1 ja F2 ei asu samal joonel ja ei kompenseeri teineteist.
Kuna kitsa rootori tõttu on pöördemomendi tekitamiseks vajalik õlg väike, võib vaja minna suuri korrektsioonraskusi. See aga põhjustab ka "indutseeritud tasakaalustamatust", mis on tingitud kitsa rootori deformatsioonist korrektsioonraskuste tsentrifugaaljõudude toimel. (Vt näiteks "Jäikade rootorite tasakaalustamise metoodilised juhised (vastavalt standardile ISO 22061-76)". Jaotis 10. ROOTORI TUGISÜSTEEM.)
See on märgatav ventilaatorite kitsaste tiivikute puhul, kus lisaks jõu tasakaalustamatusele on aktiivne ka aerodünaamiline tasakaalustamatus. Ja tuleb mõista, et aerodünaamiline tasakaalustamatus ehk aerodünaamiline jõud on otseselt proportsionaalne rootori nurkkiirusega ja selle kompenseerimiseks kasutatakse korrigeeriva massi tsentrifugaaljõudu, mis on proportsionaalne nurkkiiruse ruuduga. Seetõttu saab tasakaalustav mõju toimuda ainult teatud tasakaalustamissagedusel. Teistel pöörlemissagedustel tekib täiendav viga.
Sama võib öelda elektromagnetiliste jõudude kohta elektrimootoris, mis on samuti proportsionaalsed nurkkiirusega. Seega ei ole võimalik kõiki vibratsiooni põhjuseid masinas tasakaalustamise teel kõrvaldada.
Mehhanismide vibratsioon
Vibratsioon on mehhanismi konstruktsiooni reaktsioon tsüklilise ergutava jõu mõjule. See jõud võib olla erineva iseloomuga.
Tasakaalustamata rootori tekitatud tsentrifugaaljõud on kompenseerimata jõud, mis mõjub "raskele punktile". Just seda jõudu ja sellest tingitud vibratsiooni saab rootori tasakaalustamisega kõrvaldada.
"Geomeetrilise" iseloomuga vastastikmõjujõud, mis tulenevad vastastikuste osade tootmis- ja montaaživigadest. Need jõud võivad tekkida näiteks võllikaelte ebaühtlase kuju, hammasrataste hammasprofiilide vigade, laagrite radade lainelisuse, vastastikuste võllide joonduse hälbe jms tagajärjel. Mitteümmarguse laagritapi korral nihkub võlli telg sõltuvalt võlli pöördenurgast. Kuigi see vibratsioon tekib ka rootori kiirusel, on seda tasakaalustamise abil peaaegu võimatu kõrvaldada.
Ventilaatorite tiivikute ja muude tiivikumehhanismide pöörlemisest tulenevad aerodünaamilised jõud. hüdrodünaamilised jõud, mis tulenevad hüdropumpade, turbiinide jne. tiivikute pöörlemisest.
Elektromagnetilised jõud, mis tulenevad elektrimasinate töötamisest, nt ebasümmeetrilised rootori mähised, lühendatud mähised jne.
Vibratsiooni suurus (nt selle amplituud Av) ei sõltu mitte ainult mehhanismi suhtes mõjuvast ergutusvahendist Fv ringisagedusega ω, vaid ka mehhanismi jäikusest k, selle massist m ning summutustegurist C. See sõltub mitte ainult mehhanismist, vaid ka mehhanismi jäikusest k, selle massist m ja summutustegurist C. See sõltub ka mehhanismi jäikusest k, selle massist m ja summutustegurist C.
Vibratsiooni ja tasakaalumehhanismide mõõtmiseks saab kasutada eri tüüpi andureid, sealhulgas:
- absoluutsed vibratsiooniandurid, mis on ette nähtud vibratsioonikiirenduse (kiirendusandurid) ja vibratsioonikiiruse mõõtmiseks;
- suhtelise vibratsiooni andurid - pöörisvoolu- või mahtuvuslikud, mis on loodud vibratsiooni nihke mõõtmiseks;
- Mõnel juhul (kui mehhanismi konstruktsioon seda võimaldab) saab jõuandureid kasutada ka selle vibratsioonikoormuse hindamiseks; eelkõige kasutatakse neid laialdaselt kõvade laagritega tasakaalustusmasinate tugede vibratsioonikoormuse mõõtmiseks.
Seega on vibratsioon masina reaktsioon väliste jõudude mõjule. Vibratsiooni suurus ei sõltu mitte ainult mehhanismi suhtes toimiva jõu suurusest, vaid ka mehhanismi konstruktsiooni jäikusest. Üks ja sama jõud võib põhjustada erinevaid vibratsioone. Kõva laagriga masina puhul võib laagritele mõjuda märkimisväärne dünaamiline koormus, isegi kui vibratsioon on väike. Seetõttu kasutatakse kõvalaagermasinate tasakaalustamisel pigem jõu kui vibratsiooniandureid (vibratsioonikiirendusmõõturid).
Vibratsiooniandureid kasutatakse suhteliselt nõtkete tugedega mehhanismidel, kui tasakaalustamata tsentrifugaaljõudude toime põhjustab tugede märgatavat deformatsiooni ja vibratsiooni. Jõuandureid kasutatakse jäikade tugede puhul, kui isegi tasakaalustamatusest tingitud märkimisväärsed jõud ei põhjusta märkimisväärset vibratsiooni.
Resonants on tegur, mis takistab tasakaalustamist.
Varem mainisime, et rootorid jagunevad jäigaks ja paindlikuks. Rootori jäikust või paindlikkust ei tohi segi ajada nende tugede (vundament) jäikuse või liikuvusega, millele rootor on paigaldatud. Rootor loetakse jäigaks, kui selle deformatsioon (paindumine) tsentrifugaaljõudude mõjul on tähelepanuta jäetav. Paindliku rootori deformatsioon on suhteliselt suur ja seda ei saa tähelepanuta jätta.
Käesolevas artiklis käsitleme ainult jäikade rootorite tasakaalustamist. Jäik (mitte deformeeruv) rootor võib omakorda olla paigaldatud jäigale või liikuvale (painduvale) toele. On selge, et see tugede jäikus/vedruvus on samuti suhteline, sõltuvalt rootori kiirusest ja sellest tulenevate tsentrifugaaljõudude suurusest. Tingimuslikuks piiriks on rootori tugede omavõngete sagedus.
Mehaaniliste süsteemide puhul määravad omaalgsete võnkumiste kuju ja sageduse mehaanilise süsteemi elementide mass ja elastsus. See tähendab, et omaalgsete võnkumiste sagedus on mehaanilise süsteemi sisemine omadus ja ei sõltu välistest jõududest. Tasakaalust kõrvale kaldudes kipuvad kandurid tänu elastsusele tasakaaluasendisse tagasi pöörduma. Kuid massiivse rootori inertsuse tõttu on see protsess summutatud võnkumiste iseloomuga. Need võnkumised on rootori-tugede süsteemi loomulikud võnkumised. Nende sagedus sõltub rootori massi ja tugede elastsuse suhtest.
Kui rootor hakkab pöörlema ja selle pöörlemissagedus läheneb omavõngete sagedusele, suureneb vibratsiooni amplituud järsult, mis võib viia konstruktsiooni hävitamiseni.
Tekib mehaanilise resonantsi nähtus. Resonantsi piirkonnas võib pöörlemiskiiruse muutmine 100 pööret minutis põhjustada vibratsiooni suurenemist kümneid kordi. Samal ajal (resonantspiirkonnas) muutub vibratsiooni faas 180° võrra.
Kui mehhanismi konstruktsioon ei ole õnnestunud ja rootori töösagedus on lähedane loodusvibratsiooni sagedusele, siis muutub mehhanismi toimimine lubamatult suure vibratsiooni tõttu võimatuks. Tavapäraselt ei ole see võimalik, sest isegi väike kiiruse muutus põhjustab vibratsiooniparameetrite drastilise muutuse. Resonantsi piirkonnas tasakaalustamiseks kasutatakse erimeetodeid, mida käesolevas artiklis ei käsitleta.
Võimalik on määrata mehhanismi omavõnkumissagedus rannikulähedasel (rootori pöörlemise väljalülitamisel) või löögimeetodil koos sellele järgneva süsteemi löögile reageerimise spektraalanalüüsiga.
Mehhanismide puhul, mille pöörlemissagedus on resonantssagedusest kõrgem, st mis töötavad resonantsrežiimis, loetakse toed liikuvateks ja mõõtmiseks kasutatakse vibratsiooniandureid, peamiselt vibroakeleromeetreid, mis mõõdavad konstruktsioonielementide kiirendust. Eelresonantsrežiimil töötavate mehhanismide puhul loetakse toed jäigaks. Sel juhul kasutatakse jõuandureid.
Mehaanilise süsteemi lineaarsed ja mittelineaarsed mudelid. Mitte-lineaarsus on tegur, mis takistab tasakaalustamist
Jäikade rootorite tasakaalustamisel kasutatakse tasakaalustamisarvutuste tegemiseks matemaatilisi mudeleid, mida nimetatakse lineaarseteks mudeliteks. Lineaarne mudel tähendab, et sellises mudelis on üks suurus proportsionaalne (lineaarne) teise suurusega. Näiteks kui rootori kompenseerimata massi kahekordistatakse, siis kahekordistub ka vibratsiooni väärtus. Jäikade rootorite puhul võib kasutada lineaarset mudelit, kuna need ei deformeeru.
Paindlike rootorite puhul ei saa enam kasutada lineaarset mudelit. Kui painduva rootori puhul suureneb raskuspunkti mass pöörlemise ajal, tekib täiendav deformatsioon ja lisaks massile suureneb ka raskuspunkti asukoha raadius. Seetõttu suureneb vibratsioon painduva rootori puhul rohkem kui kaks korda ja tavalised arvutusmeetodid ei toimi.
Samuti tugede elastsuse muutumine nende suurte deformatsioonide korral, näiteks kui väikeste deformatsioonide korral töötavad mõned konstruktsioonielemendid ja suurte deformatsioonide korral teised konstruktsioonielemendid. Seetõttu ei saa tasakaalustada mehhanisme, mis ei ole fikseeritud vundamendile, vaid näiteks lihtsalt põrandale asetatud. Oluliste vibratsioonide korral võib tasakaalustamatuse jõud tõmmata mehhanismi põrandalt ära, muutes seeläbi oluliselt süsteemi jäikusomadusi. Mootori jalad peavad olema kindlalt kinnitatud, poldi kinnitused peavad olema pingutatud, seibide paksus peab tagama piisava paigaldusjäikuse jne. Kui laagrid on katki, võivad tekkida märkimisväärsed võlli nihked ja löögid, mille tulemuseks on samuti halb lineaarsus ja võimetus teostada kvaliteetset tasakaalustamist.
Tasakaalustusseadmed ja tasakaalustusmasinad
Nagu eespool märgitud, on tasakaalustamine protsess, mille käigus joondatakse rootori pöörlemistelje keskne inertsitelje.
Seda protsessi saab teostada kahe meetodi abil.
Esimene meetod hõlmab rootori kandurite töötlemist nii, et kandurite keskpunkte läbiv telg ristub rootori peamise keskteljega. Sellist meetodit kasutatakse praktikas harva ja seda käesolevas artiklis üksikasjalikult ei käsitleta.
Teine (kõige tavalisem) meetod hõlmab rootorile korrektsioonikaalide teisaldamist, paigaldamist või eemaldamist, mis paigutatakse nii, et rootori inertsustelg oleks võimalikult lähedal selle pöörlemisteljele.
Tasakaalustamise käigus võib korrektsioonikaalu liigutada, lisada või eemaldada mitmesuguste tehnoloogiliste toimingute abil, sealhulgas: puurimine, freesimine, pindamine, keevitamine, kruvimine või lahti kruvimine, laser- või elektronkiirega põletamine, elektrolüüs, elektromagnetiline pindamine jne.
Tasakaalustamisprotsessi saab teostada kahel viisil:
- kokkupandud rootorite tasakaalustamine (oma laagrites), kasutades tasakaalustusmasinaid;
- rootorite tasakaalustamine tasakaalustusmasinatel. Rootorite tasakaalustamiseks oma laagrites kasutatakse tavaliselt spetsiaalseid tasakaalustamisseadmeid (komplekte), mis võimaldavad mõõta tasakaalustatud rootori vibratsiooni selle pöörlemissagedusel vektorina, st mõõta nii vibratsiooni amplituudi kui ka faasi. Praegu valmistatakse eespool nimetatud seadmeid mikroprotsessoritehnoloogia alusel ja need võimaldavad (lisaks vibratsiooni mõõtmisele ja analüüsile) automaatselt välja arvutada nende korrigeerivate raskuste parameetrid, mis tuleks paigaldada rootorile selle tasakaalustamatuse kompenseerimiseks.
Nende seadmete hulka kuuluvad:
- arvutil või tööstuslikul kontrolleril põhinev mõõte- ja arvutusüksus;
- Kaks (või rohkem) vibratsiooniandurit;
- Faasinurga andur;
- tarvikud andurite paigaldamiseks kohapeal;
- spetsialiseeritud tarkvara, mis on mõeldud rootori vibratsiooniparameetrite mõõtmise täielikuks tsükliks ühes, kahes või mitmes korrigeerimistasandis.
Praegu on kõige levinumad kahte tüüpi tasakaalustusmasinad:
- Pehme laagriga masinad (pehmete tugedega);
- Kõvade laagritega masinad (jäikade tugedega).
Pehmete laagritega masinatel on suhteliselt painduvad toed, näiteks lamevedrudel põhinevad. Nende tugede omavõnkumiste sagedus on tavaliselt 2-3 korda madalam kui neile kinnitatud tasakaalustusrootori pöörlemissagedus. Masina eelresonantstugede vibratsiooni mõõtmiseks kasutatakse tavaliselt vibratsiooniandureid (kiirendusmõõtureid, vibratsioonikiiruse andureid jne).
Eelresonantsi tasakaalustusmasinates kasutatakse suhteliselt jäiku tugesid, mille vibratsiooni omastussagedus peaks olema 2-3 korda suurem kui tasakaalustatava rootori pöörlemissagedus. Eelresonantsi masina tugede vibratsioonikoormuse mõõtmiseks kasutatakse tavaliselt jõuandureid.
Eelresonantsi tasakaalustusmasinate eeliseks on see, et neil saab tasakaalustada suhteliselt madalatel rootori kiirustel (kuni 400–500 p/min), mis lihtsustab oluliselt masina ja selle vundamendi konstruktsiooni ning suurendab tasakaalustamise tootlikkust ja ohutust.
Jäikade rootorite tasakaalustamine
Oluline!
- Tasakaalustamine kõrvaldab ainult rootori massi ebasümmeetrilisest jaotumisest põhjustatud vibratsiooni selle pöörlemistelje suhtes. Muid vibratsiooniliike tasakaalustamine ei kõrvalda!
- Tehnilised mehhanismid, mille konstruktsioon tagab resonantside puudumise töösagedusel, mis on usaldusväärselt kinnitatud vundamendile, paigaldatud töökorras laagritesse, kuuluvad tasakaalustamisele.
- Defektne masin tuleb enne tasakaalustamist parandada. Vastasel juhul ei ole kvaliteetne tasakaalustamine võimalik.
Tasakaalustamine ei asenda remonti!
Tasakaalustamise põhiülesanne on leida tasakaalustavate tsentrifugaaljõudude suhtes olevate kompenseerivate raskuste mass ja asukoht.
Nagu eespool mainitud, on jäikade rootorite puhul üldiselt vajalik ja piisav kahe kompenseeriva raskuse paigaldamine. Sellega kõrvaldatakse nii rootori staatiline kui ka dünaamiline tasakaalustamatus. Üldine skeem vibratsiooni mõõtmiseks tasakaalustamise ajal on järgmine.
Vibratsiooniandurid on paigaldatud laagri tugedele punktide 1 ja 2 juures. Rootorile kinnitatakse pöörlemismärgis, tavaliselt peegeldava teibiga. Lasertahomeetriga kasutatakse pöördemärki rootori kiiruse ja vibratsioonisignaali faasi määramiseks.
Dünaamilise tasakaalustamise teostamine (kolmeastmeline meetod)
Enamikul juhtudel toimub dünaamiline tasakaalustamine kolme alguse meetodil. Meetod põhineb asjaolul, et rootori peale asetatakse tuntud kaaluga katseraskused järjestikku tasanditel 1 ja 2 ning kaalud ja tasakaalustuskaalude asukoht arvutatakse vibratsiooniparameetrite muutuste tulemuste põhjal.
Kaalude paigaldamise kohta nimetatakse korrigeerimistasandiks. Tavaliselt valitakse korrektsioonitasandid laagritugede piirkonnas, millele rootor paigaldatakse.
Esimesel käivitamisel mõõdetakse esialgset vibratsiooni. Seejärel asetatakse rootori peale ühele laagrile lähemale teadaoleva kaaluga katseraskus. Tehakse teine käivitamine ja mõõdetakse vibratsiooniparameetrid, mis peaksid muutuma katsekaalu paigaldamise tõttu. Seejärel eemaldatakse esimesel tasapinnal olev katsekaal ja paigaldatakse teisele tasapinnale. Tehakse kolmas katsekäik ja mõõdetakse vibratsiooniparameetrid. Katsekaalu eemaldatakse ja tarkvara arvutab automaatselt tasakaaluraskuste massid ja paigaldusnurgad.
Testkaalude paigaldamise eesmärk on kindlaks teha, kuidas süsteem reageerib tasakaalustamatuse muutustele. Kaalud ja katseraskuste asukohad on teada, nii et tarkvara saab arvutada nn mõjukoefitsiendid, mis näitavad, kuidas teadaoleva tasakaalustamatuse lisamine mõjutab vibratsiooniparameetreid. Mõjutegurid on mehaanilise süsteemi enda omadused ja sõltuvad tugede jäikusest ja rootori-tugede süsteemi massist (inertsusest).
Sama tüüpi ja sama konstruktsiooniga mehhanismide puhul on mõju koefitsiendid lähedased. Neid on võimalik salvestada arvuti mällu ja kasutada neid sama tüüpi mehhanismide tasakaalustamiseks ilma katsesõitudeta, mis suurendab oluliselt tasakaalustamise tootlikkust. Pange tähele, et katseraskuste mass tuleks valida nii, et vibratsiooniparameetrid muutuksid katseraskuste paigaldamisel märgatavalt. Vastasel juhul suureneb mõju koefitsientide arvutamise viga ja tasakaalustamise kvaliteet halveneb.
Nagu jooniselt 1 näha, mõjub tsentrifugaaljõud radiaalses suunas, st risti rootori teljega. Seetõttu tuleb vibratsiooniandurid paigaldada nii, et nende tundlikkuseline telg oleks samuti radiaalses suunas. Tavaliselt on vundamendi jäikus horisontaalsuunas väiksem, seega on vibratsioon horisontaalsuunas suurem. Seetõttu tuleks tundlikkuse suurendamiseks paigaldada andurid nii, et nende tundlikkuseline telg oleks samuti horisontaalselt suunatud. Kuigi põhimõttelist erinevust ei ole. Lisaks vibratsioonile radiaalses suunas tuleb jälgida ka vibratsiooni aksiaalses suunas, piki rootori pöörlemistelge. See vibratsioon ei ole tavaliselt tingitud mitte tasakaalustamatusest, vaid muudest põhjustest, mis on peamiselt seotud haakeseadme kaudu ühendatud võllide paigutus- ja joondusviga.
Seda vibratsiooni ei saa tasakaalustamisega kõrvaldada, sellisel juhul on vaja joondamist. Praktikas on sellistel masinatel tavaliselt nii rootori tasakaalustamatus kui ka võlli joondusviga, mis muudab vibratsiooni kõrvaldamise ülesande palju raskemaks. Sellistel juhtudel on vaja masin kõigepealt tsentreerida ja seejärel tasakaalustada. (Kuigi tugeva pöördemomendi tasakaalustamatuse korral tekib vibratsioon ka aksiaalsuunas vundamendistruktuuri "keerdumise" tõttu.)
Seotud artiklid (näited tasakaalustuspukkidest)
- Tasakaalustusalus pehme toega
- Elektrimootorite rootorite tasakaalustamine
- Lihtsad, kuid tõhusad tasakaalustusseadmed
Tasakaalustusmehhanismide kvaliteedi hindamise kriteeriumid
Rootorite (mehhanismide) tasakaalustamise kvaliteeti saab hinnata kahel viisil. Esimene meetod hõlmab tasakaalustamisprotsessi käigus tuvastatud jääkebalansside suuruse võrdlemist jääkebalansside tolerantsiga. Need tolerantsid eri rootorklasside jaoks on määratletud standardis ISO 1940-1-2007. Osa 1. Lubatud tasakaalustamatuse määratlus.
Siiski ei saa ettenähtud tolerantside järgimine täielikult tagada mehhanismi töökindlust, mis on seotud selle vibratsiooni miinimumtaseme saavutamisega. See on seletatav asjaoluga, et mehhanismi vibratsiooni suurus ei sõltu mitte ainult selle rootori jääktasakaalustamatusega seotud jõu suurusest, vaid ka mitmetest muudest parameetritest, sealhulgas mehhanismi konstruktsioonielementide jäikusest k, selle massist m, summutustegurist ja pöörlemissagedusest. Seetõttu on mehhanismi dünaamiliste omaduste (sealhulgas selle tasakaalu kvaliteedi) hindamiseks mitmel juhul soovitatav hinnata mehhanismi jääkvibratsiooni taset, mida reguleerivad mitmed standardid.
Kõige levinum standard, mis reguleerib mehhanismide lubatud vibratsioonitasemeid, on ISO 10816-3-2002. Selle abil on võimalik kehtestada mis tahes tüüpi masinate tolerantsid, võttes arvesse nende elektrilise ajami võimsust.
Lisaks sellele universaalsele standardile on välja töötatud mitmeid spetsiifilisi standardeid konkreetsete masinatüüpide jaoks. Näiteks 31350-2007 , ISO 7919-1-2002 jne.
Standardid ja viited
- ISO 1940-1:2007. Vibratsioon. Jäikade rootorite tasakaalustuskvaliteedi nõuded. 1. osa. Lubatud tasakaalustamatuse määramine.
- ISO 10816-3:2009. Mehaaniline vibratsioon — Masina vibratsiooni hindamine mittepöörlevate osade mõõtmise teel — Osa 3: Tööstusmasinad nimivõimsusega üle 15 kW ja nimikiirusega vahemikus 120 p/min kuni 15 000 p/min kohapeal mõõdetuna.
- ISO 14694:2003. Tööstusventilaatorid — tasakaalu kvaliteedi ja vibratsioonitasemete spetsifikatsioonid.
- ISO 7919-1:2002. Edasi-tagasi liikumiseta masinate vibratsioon — Pöörlevate võllide mõõtmised ja hindamiskriteeriumid — Üldised juhised.
KKK
Kas tasakaalustamine eemaldab kogu vibratsiooni?
Ei. Tasakaalustamine eemaldab vibratsiooni, mis on põhjustatud rootori massi asümmeetrilisest jaotusest selle pöörlemistelje suhtes. Vibratsioon, mis on tingitud joondamise hälbest, laagridefektidest, aerodünaamilistest/hüdrodünaamilistest jõududest, elektromagnetilistest jõududest ja muudest põhjustest, nõuab eraldi diagnostikat ja parandusmeetmeid.
Miks võib tasakaalustamine resonantsi lähedal ebaõnnestuda?
Resonantsi lähedal võivad väikesed kiiruse muutused põhjustada suuri muutusi vibratsiooni amplituudis ja 180° faasinihet. Sellistes tingimustes muutuvad mõõtmistulemused ebastabiilseks ja tavapärased tasakaalustusprotseduurid ei pruugi ilma spetsiaalsete meetoditeta ühtlustuda.
Millal on vaja ühetasandilist ja kahetasandilist tasakaalustamist?
Jäiga rootori puhul on kaks rootori pikkuses eraldatud raskust üldiselt vajalikud ja piisavad, et kõrvaldada nii staatiline kui ka dünaamiline tasakaalustamatus. Kitsad rootorid esinevad sageli peamiselt staatilise tasakaalustamatusega, kuid deformatsioon ja geomeetria võivad tekitada dünaamilise komponendi, mis võib vajada kahetasandilist korrektsiooni.
Mida tuleks enne tasakaalustamist teha?
Veenduge, et masin on töökorras: usaldusväärne kinnitus vundamendile, terved laagrid, tõsine lõtk puudub ja puuduvad ilmsed mittelineaarsuse allikad. Tasakaalustamine ei asenda remonti.
Peamised järeldused
- Tasakaalustamine korrigeerib massiga seotud (tsentrifugaal)ergastust; see ei lahenda joondusvigu, laagrikahjustusi ega elektromagnetilisi/aerodünaamilisi allikaid.
- Resonants ja mittelineaarsus võivad muuta tavapärase tasakaalustamise ebaefektiivseks või ohtlikuks.
- Jäikade rootorite puhul on kahetasandiline tasakaalustamine üldine lahendus kombineeritud staatilise ja dünaamilise tasakaalustamatuse korral.
EN 
AR 
AZ 
BG 
ZH 
HR 
CS 
DA 
NL 
ET 
FI 
FR 
DE 
KA 
EL 
HE 
HI 
HU 
ID 
IT 
JA 
KO 
LV 
LT 
MS 
NB 
FA 
PL 
PT_BR 
PT 
RO 
SR 
SK 
SL 
ES 
SV 
TH 
TR 
UR 
UK 
VI 