Epälineaariset objektit roottorin tasapainotuksessa
Miksi tasapainotus "ei toimi", miksi vaikutuskertoimet muuttuvat ja miten edetä todellisissa kenttäolosuhteissa
Yleiskatsaus
Käytännössä roottorin tasapainotus ei juuri koskaan rajoitu pelkästään korjauspainon laskemiseen ja asentamiseen. Muodollisesti algoritmi on hyvin tunnettu ja laite suorittaa kaikki laskelmat automaattisesti, mutta lopputulos riippuu paljon enemmän itse kappaleen käyttäytymisestä kuin tasapainotuslaitteesta. Siksi käytännön työssä syntyy jatkuvasti tilanteita, joissa tasapainotus "ei toimi", vaikutuskertoimet muuttuvat, värähtelystä tulee epävakaa eikä tulosta voida toistaa ajosta toiseen.
Lineaariset ja epälineaariset värähtelyt, niiden ominaisuudet ja tasapainotusmenetelmät
Onnistunut tasapainottaminen edellyttää ymmärrystä, kuinka esine reagoi massan lisäämiseen tai poistamiseen. Tässä yhteydessä lineaaristen ja epälineaaristen objektien käsitteet ovat avainasemassa. Sen ymmärtäminen, onko objekti lineaarinen vai epälineaarinen, mahdollistaa oikean tasapainotusstrategian valinnan ja auttaa saavuttamaan halutun tuloksen.
Lineaarisilla kohteilla on erityinen paikka tällä alalla ennustettavuuden ja vakauden vuoksi. Niiden avulla voidaan käyttää yksinkertaisia ja luotettavia diagnostiikka- ja tasapainotusmenetelmiä, mikä tekee heidän tutkimuksestaan tärkeän askeleen tärinädiagnostiikassa.
Lineaariset vs. epälineaariset objektit
Useimmat näistä ongelmista juontavat juurensa lineaaristen ja epälineaaristen kappaleiden väliseen perustavanlaatuiseen, mutta usein aliarvioituun eroon. Tasapainotuksen näkökulmasta lineaarinen kappale on järjestelmä, jossa vakiopyörimisnopeudella värähtelyn amplitudi on verrannollinen epätasapainon määrään ja värähtelyvaihe seuraa epätasapainoisen massan kulma-asentoa tarkasti ennustettavalla tavalla. Näissä olosuhteissa vaikutuskerroin on vakioarvo. Kaikki standardin mukaiset dynaamiset tasapainotusalgoritmit, mukaan lukien Balanset-1A:ssa toteutetut, on suunniteltu juuri tällaisia kappaleita varten.
Lineaarisella kappaleella tasapainotusprosessi on ennustettava ja vakaa. Koepainon asentaminen tuottaa suhteellisen muutoksen värähtelyn amplitudissa ja vaiheessa. Toistetut käynnistykset antavat saman värähtelyvektorin, ja laskettu korjauspaino pysyy voimassa. Tällaiset kappaleet soveltuvat hyvin sekä kerta- että sarjatasapainotukseen tallennettuja vaikutuskertoimia käyttäen.
Epälineaarinen objekti käyttäytyy perustavanlaatuisesti eri tavalla. Tasapainotuslaskelman perusta rikkoutuu. Värähtelyn amplitudi ei ole enää verrannollinen epätasapainoon, vaiheesta tulee epävakaa ja vaikutuskerroin muuttuu koepainon massan, toimintatavan tai jopa ajan mukaan. Käytännössä tämä ilmenee värähtelyvektorin kaoottisena käyttäytymisenä: koepainon asentamisen jälkeen värähtelyn muutos voi olla liian pieni, liian suuri tai yksinkertaisesti toistumaton.
Mitä ovat lineaariset objektit?
Lineaarinen kohde on järjestelmä, jossa värähtely on suoraan verrannollinen epätasapainon suuruuteen.
Tasapainotuksen yhteydessä lineaarinen kappale on idealisoitu malli, jolle on ominaista suora verrannollinen suhde epätasapainon (epätasapainoisen massan) suuruuden ja värähtelyamplitudin välillä. Tämä tarkoittaa, että jos epätasapaino kaksinkertaistuu, myös värähtelyamplitudi kaksinkertaistuu, edellyttäen että roottorin pyörimisnopeus pysyy vakiona. Käänteisesti epätasapainon pienentäminen vähentää värähtelyjä suhteellisesti.
Toisin kuin epälineaariset järjestelmät, joissa kohteen käyttäytyminen voi vaihdella monista tekijöistä riippuen, lineaariset objektit mahdollistavat korkean tarkkuuden vähäisellä vaivalla.
Lisäksi ne toimivat pohjana tasapainottajien harjoitteluun ja harjoitteluun. Lineaaristen objektien periaatteiden ymmärtäminen auttaa kehittämään taitoja, joita voidaan myöhemmin soveltaa monimutkaisempiin järjestelmiin.
Lineaarisuuden graafinen esitys
Kuvittele kuvaaja, jossa vaaka-akseli edustaa epätasapainon (epätasapainon) suuruutta ja pystyakseli värähtelyn amplitudia. Lineaarisella kappaleella tämä kuvaaja on suora viiva, joka kulkee origon (pisteen, jossa sekä epätasapainon suuruus että värähtelyn amplitudi ovat nolla) kautta. Tämän viivan kulmakerroin kuvaa kappaleen herkkyyttä epätasapainolle: mitä jyrkempi kulmakerroin, sitä suurempia värähtelyt samassa epätasapainossa.
Kaavio 1: Värähtelyamplitudin (µm) ja epätasapainoisen massan (g) välinen suhde
Kaavio 1 havainnollistaa lineaarisen tasapainottavan kohteen värähtelyamplitudin (µm) ja roottorin epätasapainoisen massan (g) välistä suhdetta. Suhteellisuuskerroin on 0,5 µm/g. Yksinkertaisesti jakamalla 300 600:lla saadaan 0,5 µm/g. 800 g:n epätasapainossa (UM=800 g) tärinä on 800 g * 0,5 µm/g = 400 µm. Huomaa, että tämä pätee roottorin vakionopeudella. Eri pyörimisnopeudella kerroin on erilainen.
Tätä suhteellisuuskerrointa kutsutaan vaikutuskertoimeksi (herkkyyskerroin), ja sen mitat ovat µm/g tai epätasapainoa koskevissa tapauksissa µm/(g*mm), missä (g*mm) on epätasapainon yksikkö. Vaikutuskertoimen (IC) tuntemalla on myös mahdollista ratkaista käänteinen ongelma, nimittäin määrittää epätasapainoinen massa (UM) värähtelyn suuruuden perusteella. Voit tehdä tämän jakamalla värähtelyn amplitudin IC:llä.
Esimerkiksi, jos mitattu tärinä on 300 µm ja tunnettu kerroin on IC=0,5 µm/g, jaa 300 0,5:llä saadaksesi 600 g (UM=600 g).
Vaikutuskerroin (IC): Lineaaristen objektien avainparametri
Lineaarisen kappaleen kriittinen ominaisuus on vaikutuskerroin (IC). Se on numeerisesti yhtä suuri kuin viivan kaltevuuskulman tangentti värähtelyn ja epätasapainon kuvaajassa ja osoittaa, kuinka paljon värähtelyn amplitudi (mikroneina, µm) muuttuu, kun massayksikkö (grammoina, g) lisätään tiettyyn korjaustasoon tietyllä roottorin nopeudella. Toisin sanoen IC mittaa kappaleen herkkyyttä epätasapainolle. Sen mittayksikkö on µm/g tai, kun epätasapaino ilmaistaan massan ja säteen tulona, µm/(g*mm).
IC on pohjimmiltaan lineaarisen kappaleen "passi"-ominaisuus, jonka avulla voidaan ennustaa sen käyttäytymistä massaa lisättäessä tai poistettaessa. IC:n tunteminen mahdollistaa sekä suoran ongelman – värähtelyn suuruuden määrittämisen tietylle epätasapainolle – että käänteisen ongelman – epätasapainon suuruuden laskemisen mitatusta värähtelystä.
Suora ongelma:
Käänteinen ongelma:
Värähtelyvaihe lineaarisissa objekteissa
Amplitudin lisäksi värähtelylle on tunnusomaista myös sen vaihe, joka osoittaa roottorin asennon hetkella, jolloin se poikkeaa suurimmalla mahdollisella tavalla tasapainoasennostaan. Lineaarisella kappaleella värähtelyvaihe on myös ennustettavissa. Se on kahden kulman summa:
- Kulma, joka määrittää roottorin kokonaisepätasapainoisen massan sijainnin. Tämä kulma osoittaa suunnan, johon ensisijainen epätasapaino keskittyy.
- Vaikutuskertoimen argumentti. Tämä on vakiokulma, joka kuvaa kappaleen dynaamisia ominaisuuksia eikä riipu epätasapainoisen massan asennuksen suuruudesta tai kulmasta.
Näin ollen IC-argumentin tuntemalla ja värähtelyvaihetta mittaamalla on mahdollista määrittää epätasapainoisen massaasennuksen kulma. Tämä mahdollistaa paitsi korjaavan massan suuruuden laskemisen myös sen tarkan sijoittamisen roottoriin optimaalisen tasapainon saavuttamiseksi.
Lineaaristen objektien tasapainottaminen
On tärkeää huomata, että lineaarisen kohteen osalta tällä tavalla määritetty vaikutuskerroin (IC) ei riipu koemassaasennuksen suuruudesta tai kulmasta eikä alkuvärähtelystä. Tämä on lineaarisuuden keskeinen ominaisuus. Jos IC pysyy muuttumattomana, kun koemassaparametreja tai alkuvärähtelyä muutetaan, voidaan varmuudella väittää, että kohde käyttäytyy lineaarisesti tarkastellun epätasapainoalueen sisällä.
Lineaarisen objektin tasapainottamisen vaiheet
- Alkuvärähtelyn mittaus: Ensimmäinen askel on mitata tärinä sen alkutilassa. Määritetään amplitudi ja värähtelykulma, jotka osoittavat epätasapainon suunnan.
- Kokeilumassan asentaminen: Roottoriin asennetaan tunnetun painoinen massa. Tämä auttaa ymmärtämään, kuinka kohde reagoi lisäkuormitukseen ja mahdollistaa värähtelyparametrien laskemisen.
- Värähtelyn uudelleenmittaus: Koemassan asennuksen jälkeen mitataan uudet tärinäparametrit. Vertaamalla niitä alkuarvoihin on mahdollista määrittää, miten massa vaikuttaa järjestelmään.
- Korjaavan massan laskeminen: Mittaustietojen perusteella määritetään korjauspainon massa ja asennuskulma. Tämä paino asetetaan roottorille epätasapainon poistamiseksi.
- Lopullinen vahvistus: Korjaavan painon asennuksen jälkeen tärinää tulee vähentää merkittävästi. Jos jäännösvärinä ylittää edelleen hyväksyttävän tason, toimenpide voidaan toistaa.
Huom: Lineaariset objektit toimivat ihanteellisina malleina tasapainotusmenetelmien tutkimiseen ja käytännön soveltamiseen. Niiden ominaisuudet mahdollistavat insinöörien ja diagnostiikan keskittymisen perustaitojen kehittämiseen ja roottorijärjestelmien kanssa työskentelyn perusperiaatteiden ymmärtämiseen. Vaikka niiden käyttö käytännössä on rajallista, lineaaristen kohteiden tutkiminen on edelleen tärkeä askel tärinädiagnostiikan ja tasapainotuksen edistämisessä.
Sarjatasapainotus ja tallennetut kertoimet
Sarjatasapainotus ansaitsee erityistä huomiota. Se voi lisätä tuottavuutta merkittävästi, mutta vain silloin, kun sitä sovelletaan lineaarisiin, värähtelyä kestäviin kappaleisiin. Tällaisissa tapauksissa ensimmäisestä roottorista saatuja vaikutuskertoimia voidaan käyttää uudelleen seuraaville identtisille roottoreille. Heti kun tuen jäykkyys, pyörimisnopeus tai laakerin kunto muuttuu, toistettavuus menetetään ja sarjatasapainotus lakkaa toimimasta.
Epälineaariset objektit: Kun teoria poikkeaa käytännöstä
Mikä on epälineaarinen objekti?
Epälineaarinen kohde on järjestelmä, jossa värähtelyn amplitudi ei ole verrannollinen epätasapainon suuruuteen. Toisin kuin lineaarisissa kohteissa, joissa tärinän ja epätasapainon välistä suhdetta edustaa suora viiva, epälineaarisissa järjestelmissä tämä suhde voi seurata monimutkaisia lentoratoja.
Todellisessa maailmassa kaikki esineet eivät toimi lineaarisesti. Epälineaarisilla esineillä on epätasapainon ja tärinän välinen suhde, joka ei ole suoraan verrannollinen. Tämä tarkoittaa, että vaikutuskerroin ei ole vakio ja voi vaihdella useiden tekijöiden mukaan, kuten:
- Epätasapainon suuruus: Epätasapainon lisääminen voi muuttaa roottorin tukien jäykkyyttä, mikä johtaa epälineaarisiin muutoksiin värähtelyssä.
- Pyörimisnopeus: Erilaiset resonanssiilmiöt voivat virittyä vaihtelevilla pyörimisnopeuksilla, mikä myös johtaa epälineaariseen käyttäytymiseen.
- Välyksiä ja aukkoja: Laakereiden ja muiden liitäntöjen välykset ja raot voivat aiheuttaa äkillisiä muutoksia tärinässä tietyissä olosuhteissa.
- Lämpötila: Lämpötilan muutokset voivat vaikuttaa materiaalin ominaisuuksiin ja siten kohteen tärinäominaisuuksiin.
- Ulkoiset kuormat: Roottoriin vaikuttavat ulkoiset kuormat voivat muuttaa sen dynaamisia ominaisuuksia ja johtaa epälineaariseen käyttäytymiseen.
Miksi epälineaariset objektit ovat haastavia?
Epälineaarisuus tuo monia muuttujia tasapainotusprosessiin. Onnistunut työskentely epälineaaristen kohteiden kanssa vaatii enemmän mittauksia ja monimutkaisempaa analysointia. Esimerkiksi lineaarisiin objekteihin soveltuvat standardimenetelmät eivät aina tuota tarkkoja tuloksia epälineaarisille järjestelmille. Tämä edellyttää prosessin fysiikan syvempää ymmärtämistä ja erikoistuneiden diagnostisten menetelmien käyttöä.
Epälineaarisuuden merkkejä
Epälineaarinen objekti voidaan tunnistaa seuraavista merkeistä:
- Epäsuhteelliset tärinän muutokset: Epätasapainon kasvaessa tärinä voi kasvaa nopeammin tai hitaammin kuin lineaarisen kohteen odotetaan.
- Värähtelyn vaihemuutos: Värähtelyvaihe voi muuttua arvaamattomasti epätasapainon tai pyörimisnopeuden vaihteluiden myötä.
- Harmonisten ja aliharmonisten esiintyminen: Värähtelyspektrissä voi olla korkeampia harmonisia (kiertotaajuuden moninkertaisia) ja aliharmonisia (kiertotaajuuden murto-osia), mikä osoittaa epälineaarisia vaikutuksia.
- Hystereesi: Värähtelyn amplitudi voi riippua paitsi nykyisestä epätasapainon arvosta myös sen historiasta. Esimerkiksi kun epätasapainoa lisätään ja sitten vähennetään takaisin alkuperäiseen arvoonsa, värähtelyamplitudi ei välttämättä palaa alkuperäiselle tasolleen.
Epälineaarisuus tuo monia muuttujia tasapainotusprosessiin. Onnistunut toiminta vaatii enemmän mittauksia ja monimutkaista analyyseja. Esimerkiksi lineaarisiin objekteihin soveltuvat standardimenetelmät eivät aina tuota tarkkoja tuloksia epälineaarisille järjestelmille. Tämä edellyttää prosessifysiikan syvempää ymmärtämistä ja erikoistuneiden diagnostisten menetelmien käyttöä.
Epälineaarisuuden graafinen esitys
Värähtelyn ja epätasapainon kuvaajassa epälineaarisuus näkyy poikkeamissa suorasta viivasta. Kaavio voi sisältää mutkia, kaarevuutta, hystereesisilmukoita ja muita ominaisuuksia, jotka osoittavat monimutkaisen epätasapainon ja tärinän välisen suhteen.
Kaavio 2. Epälineaarinen objekti
50 g; 40 μm (keltainen), 100 g; 54,7 μm (sininen).
Tässä esineessä on kaksi segmenttiä, kaksi suoraa viivaa. Jos epätasapaino on alle 50 grammaa, kaavio heijastaa lineaarisen kohteen ominaisuuksia säilyttäen grammoina ilmaistun epätasapainon ja mikroneina ilmaistun värähtelyamplitudin välillä. Yli 50 gramman epätasapainossa värähtelyamplitudin kasvu hidastuu.
Esimerkkejä epälineaarisista objekteista
Esimerkkejä epälineaarisista objekteista tasapainotuksen yhteydessä ovat:
- Roottorit, joissa halkeamia: Roottorin halkeamat voivat johtaa epälineaarisiin muutoksiin jäykkyydessä ja sen seurauksena epälineaariseen suhteeseen tärinän ja epätasapainon välillä.
- Laakerivälykset varustetut roottorit: Laakereiden välykset voivat aiheuttaa äkillisiä muutoksia tärinässä tietyissä olosuhteissa.
- Roottorit epälineaarisilla elastisilla elementeillä: Joillakin elastisilla elementeillä, kuten kumivaimentimilla, voi olla epälineaarisia ominaisuuksia, jotka vaikuttavat roottorin dynamiikkaan.
Epälineaarisuuden tyypit
1. Pehmeä-jäykkä epälineaarisuus
Tällaisissa järjestelmissä havaitaan kaksi segmenttiä: pehmeä ja jäykkä. Pehmeässä segmentissä käyttäytyminen muistuttaa lineaarisuutta, jossa värähtelyamplitudi kasvaa suhteessa epätasapainoon. Tietyn kynnyksen (rajapisteen) jälkeen järjestelmä kuitenkin siirtyy jäykkätilaan, jossa amplitudin kasvu hidastuu.
2. Elastinen epälineaarisuus
Muutokset järjestelmän sisällä olevien tukien tai koskettimien jäykkyydessä tekevät tärinä-epätasapainosuhteesta monimutkaisen. Esimerkiksi tärinä voi äkillisesti lisääntyä tai vähentyä, kun ylitetään tietyt kuormitusrajat.
3. Kitkan aiheuttama epälineaarisuus
Järjestelmissä, joissa on huomattava kitka (esim. laakereissa), tärinän amplitudi voi olla arvaamaton. Kitka voi vähentää tärinää yhdellä nopeusalueella ja vahvistaa sitä toisella.
Epälineaarisuuden yleisiä syitä
Yleisimmät epälineaarisuuden syyt ovat suurentuneet laakerivälykset, laakerin kuluminen, kuivakitka, löystyneet tuet, rakenteen halkeamat ja toiminta lähellä resonanssitaajuuksia. Usein kohteessa esiintyy niin sanottua pehmeä-kovaa epälineaarisuutta. Pienillä epätasapainotasoilla järjestelmä käyttäytyy lähes lineaarisesti, mutta värähtelyn lisääntyessä tukien tai kotelon jäykemmät elementit tulevat mukaan toimintaan. Tällaisissa tapauksissa tasapainotus on mahdollista vain kapealla toiminta-alueella eikä se tarjoa vakaita pitkäaikaisia tuloksia.
Tärinän epävakaus
Toinen vakava ongelma on värähtelyn epävakaus. Jopa muodollisesti lineaarinen kappale voi osoittaa amplitudin ja vaiheen muutoksia ajan myötä. Tämä johtuu lämpövaikutuksista, voiteluaineen viskositeetin muutoksista, lämpölaajenemisesta ja tukien epävakaasta kitkasta. Tämän seurauksena vain muutaman minuutin välein tehdyt mittaukset voivat tuottaa erilaisia värähtelyvektoreita. Näissä olosuhteissa mittausten mielekäs vertailu tulee mahdottomaksi, ja tasapainotuslaskelma menettää luotettavuuttaan.
Tasapainottaminen lähellä resonanssia
Tasapainottaminen lähellä resonanssia on erityisen ongelmallista. Kun pyörimistaajuus on sama tai lähellä järjestelmän ominaistaajuutta, pienikin epätasapaino aiheuttaa jyrkän värähtelyn lisääntymisen. Värähtelyvaiheesta tulee erittäin herkkä pienille nopeuden vaihteluille. Kohde siirtyy käytännössä epälineaariseen tilaan, ja tasapainottaminen tällä alueella menettää fyysistä merkitystään. Tällaisissa tapauksissa toimintanopeutta tai mekaanista rakennetta on muutettava ennen kuin tasapainottamista voidaan harkita.
Korkea värähtely "onnistuneen" tasapainotuksen jälkeen
Käytännössä on yleistä kohdata tilanteita, joissa muodollisesti onnistuneen tasapainotuksen jälkeen kokonaisvärähtelytaso pysyy korkeana. Tämä ei tarkoita laitteen tai käyttäjän virhettä. Tasapainotus poistaa vain massaepätasapainon. Jos tärinän aiheuttavat perustusviat, löystyneet kiinnikkeet, linjausvirhe tai resonanssi, korjauspainot eivät ratkaise ongelmaa. Näissä tapauksissa tärinän alueellisen jakautumisen analysointi koneen ja sen perustuksen välillä auttaa tunnistamaan todellisen syyn.
Epälineaaristen objektien tasapainottaminen: monimutkainen tehtävä epätavallisilla ratkaisuilla
Epälineaaristen objektien tasapainottaminen on haastava tehtävä, joka vaatii erikoismenetelmiä ja lähestymistapoja. Lineaarisille kohteille kehitetty standardikoemassamenetelmä voi antaa virheellisiä tuloksia tai olla täysin käyttökelvoton.
Tasapainotusmenetelmät epälineaarisille objekteille
- Vaiheittainen tasapainotus: Tässä menetelmässä epätasapainoa vähennetään asteittain asentamalla korjaavia painoja jokaiseen vaiheeseen. Kunkin vaiheen jälkeen tehdään värähtelymittaukset ja uusi korjaava paino määritetään kohteen nykyisen tilan perusteella. Tämä lähestymistapa ottaa huomioon vaikutuskertoimen muutokset tasapainotusprosessin aikana.
- Tasapainotus useilla nopeuksilla: Tämä menetelmä käsittelee resonanssiilmiöiden vaikutuksia eri pyörimisnopeuksilla. Tasapainotus suoritetaan useilla nopeuksilla lähellä resonanssia, mikä mahdollistaa tasaisemman tärinän vähentämisen koko käyttönopeusalueella.
- Matemaattisten mallien käyttö: Monimutkaisille epälineaarisille objekteille voidaan käyttää matemaattisia malleja, jotka kuvaavat roottorin dynamiikkaa samalla kun otetaan huomioon epälineaariset vaikutukset. Nämä mallit auttavat ennustamaan kohteen käyttäytymistä eri olosuhteissa ja määrittämään optimaaliset tasapainotusparametrit.
Asiantuntijan kokemus ja intuitio ovat ratkaisevassa roolissa epälineaaristen kappaleiden tasapainottamisessa. Kokenut tasapainottaja pystyy tunnistamaan epälineaarisuuden merkit, valitsemaan sopivan menetelmän ja mukauttamaan sen tiettyyn tilanteeseen. Värähtelyspektrien analysointi, värähtelymuutosten havainnointi kappaleen toimintaparametrien vaihdellessa ja roottorin suunnitteluominaisuuksien huomioon ottaminen auttavat tekemään oikeita päätöksiä ja saavuttamaan halutut tulokset.
Epälineaaristen objektien tasapainottaminen lineaarisille objekteille suunnitellulla työkalulla
Tämä on hyvä kysymys. Henkilökohtainen menetelmäni tällaisten esineiden tasapainottamiseen alkaa mekanismin korjaamisesta: laakerien vaihdosta, halkeamien hitsauksesta, pulttien kiristämisestä, ankkurien tai tärinänvaimentimien tarkastuksesta ja sen varmistamisesta, että roottori ei hankaa kiinteitä rakenneosia vastaan.
Seuraavaksi tunnistan resonanssitaajuudet, koska on mahdotonta tasapainottaa roottoria nopeuksilla, jotka ovat lähellä resonanssia. Käytän tätä varten iskumenetelmää resonanssin määrittämiseen tai roottorin rullauskaaviota.
Sitten määritän anturin sijainnin mekanismissa: pystysuoraan, vaakasuoraan tai kulmassa.
Koeajojen jälkeen laite näyttää korjaavien kuormien kulman ja painon. Puolitan korjaavan kuorman painon, mutta käytän laitteen ehdottamia kulmia roottorin sijoittamiseen. Jos jäännösvärinä korjauksen jälkeen ylittää edelleen hyväksyttävän tason, teen toisen roottorikäynnin. Tämä vie luonnollisesti enemmän aikaa, mutta tulokset ovat joskus inspiroivia.
Pyörivien laitteiden tasapainottamisen taide ja tiede
Pyörivien laitteiden tasapainottaminen on monimutkainen prosessi, jossa yhdistyvät tieteen ja taiteen elementit. Lineaaristen kohteiden tasapainottamiseen liittyy suhteellisen yksinkertaisia laskelmia ja standardimenetelmiä. Epälineaaristen kohteiden kanssa työskentely vaatii kuitenkin syvää roottorin dynamiikan ymmärtämistä, kykyä analysoida värähtelysignaaleja ja taitoa valita tehokkaimmat tasapainotusstrategiat.
Kokemus, intuitio ja jatkuva taitojen kehittäminen tekevät tasapainottajasta taitonsa todellisen mestarin. Tasapainotuksen laatu ei nimittäin määrää ainoastaan laitteiden toiminnan tehokkuutta ja luotettavuutta, vaan myös varmistaa ihmisten turvallisuuden.
Mittauksen toistettavuus
Myös mittausongelmilla on merkittävä rooli. Tärinäantureiden virheellinen asennus, mittauspisteiden muutokset tai anturin väärä suuntaus vaikuttavat suoraan sekä amplitudiin että vaiheeseen. Tasapainottamisen kannalta pelkkä värähtelyn mittaaminen ei riitä; mittausten toistettavuus ja stabiilius ovat ratkaisevia. Siksi käytännön työssä anturien asennuspaikkoja ja suuntauksia on valvottava tarkasti.
Käytännön lähestymistapa epälineaarisiin objekteihin
Epälineaarisen kappaleen tasapainottaminen ei aina aloita koepainon asentamisella, vaan värähtelykäyttäytymisen arvioinnilla. Jos amplitudi ja vaihe selvästi ajautuvat ajan myötä, muuttuvat käynnistyksestä toiseen tai reagoivat jyrkästi pieniin nopeuden vaihteluihin, ensimmäinen tehtävä on saavuttaa mahdollisimman vakaa toimintatila. Ilman tätä kaikki laskelmat ovat satunnaisia.
Ensimmäinen käytännön askel on oikean nopeuden valitseminen. Epälineaariset kappaleet ovat erittäin herkkiä resonanssille, joten tasapainotus on suoritettava nopeudella, joka on mahdollisimman kaukana luonnollisista taajuuksista. Tämä tarkoittaa usein liikkumista tavanomaisen toiminta-alueen ala- tai yläpuolelle. Vaikka värähtely tällä nopeudella olisi suurempaa mutta vakaata, on parempi suorittaa tasapainotus kuin resonanssialueella.
Seuraavaksi on tärkeää minimoida kaikki epälineaarisuuden lähteet. Ennen tasapainottamista kaikki kiinnittimet on tarkistettava ja kiristettävä, välykset poistettava mahdollisimman paljon ja tuet ja laakeriyksiköt tarkastettava löysyyden varalta. Tasapainotus ei kompensoi välyksiä tai kitkaa, mutta se voi olla mahdollista, jos nämä tekijät saadaan vakaaseen tilaan.
Epälineaarisen objektin kanssa työskenneltäessä pieniä koepainoja ei tulisi käyttää tottumuksesta. Liian pieni koepaino ei useinkaan saa järjestelmää siirrettyä toistettavissa olevalle alueelle, ja värähtelyn muutos on verrattavissa epävakauskohinaan. Koepainon on oltava riittävän suuri aiheuttamaan selkeän ja toistettavissa olevan muutoksen värähtelyvektorissa, mutta ei niin suuri, että se ajaa objektin eri toimintatilaan.
Mittaukset tulisi suorittaa nopeasti ja identtisissä olosuhteissa. Mitä vähemmän aikaa mittausten välillä kuluu, sitä suurempi on todennäköisyys, että järjestelmän dynaamiset parametrit pysyvät muuttumattomina. On suositeltavaa suorittaa useita ohjausajoja muuttamatta konfiguraatiota sen varmistamiseksi, että kohde käyttäytyy yhdenmukaisesti.
Tärinäantureiden kiinnityspisteiden ja niiden suunnan tarkka kiinnittäminen on erittäin tärkeää. Epälineaaristen kohteiden kohdalla jo pieni anturin siirtymä voi aiheuttaa havaittavia vaiheen ja amplitudin muutoksia, jotka voidaan virheellisesti tulkita koepainon vaikutukseksi.
Laskelmissa ei tule kiinnittää huomiota tarkkaan numeeriseen yhteensopivuuteen, vaan trendeihin. Jos värähtely jatkuvasti pienenee peräkkäisten korjausten myötä, se osoittaa tasapainotuksen etenevän oikeaan suuntaan, vaikka vaikutuskertoimet eivät muodollisesti konvergoisivatkaan.
Epälineaaristen objektien vaikutuskertoimien tallentamista ja uudelleenkäyttöä ei suositella. Vaikka yksi tasapainotussykli onnistuisi, seuraavan käynnistyksen aikana objekti saattaa siirtyä eri tilaan, jolloin edelliset kertoimet eivät enää ole voimassa.
On muistettava, että epälineaarisen kappaleen tasapainottaminen on usein kompromissi. Tavoitteena ei ole saavuttaa mahdollisimman alhaista värähtelyä, vaan saada kone vakaaseen ja toistettavaan tilaan hyväksyttävällä värähtelytasolla. Monissa tapauksissa tämä on väliaikainen ratkaisu, kunnes laakerit korjataan, tuet entisöidään tai rakennetta muutetaan.
Käytännön pääperiaate on ensin vakauttaa kohde, sitten tasapainottaa se ja vasta sen jälkeen arvioida tulos. Jos vakauttamista ei voida saavuttaa, tasapainottamista tulisi pitää lisätoimenpiteenä eikä lopullisena ratkaisuna.
Pienennetyn korjauspainon tekniikka
Käytännössä epälineaaristen kappaleiden tasapainottamisessa toinen tärkeä tekniikka osoittautuu usein tehokkaaksi. Jos laite laskee korjauspainon standardialgoritmia käyttäen, koko lasketun painon asentaminen usein pahentaa tilannetta: värähtely voi lisääntyä, vaihe voi hypätä ja kappale voi siirtyä eri toimintatilaan.
Tällaisissa tapauksissa pienemmän korjauspainon asentaminen toimii hyvin – kaksi tai joskus jopa kolme kertaa pienempi kuin laitteen laskema arvo. Tämä auttaa välttämään järjestelmän "heittämisen" ehdollisesti lineaariselta alueelta toiseen epälineaariseen tilaan. Käytännössä korjausta sovelletaan varovasti, pienellä askeleella, aiheuttamatta jyrkkää muutosta kohteen dynaamisissa parametreissa.
Alennetun painon asentamisen jälkeen on suoritettava kontrolliajo ja arvioitava värähtelysuuntaus. Jos amplitudi pienenee tasaisesti ja vaihe pysyy suhteellisen vakaana, korjaus voidaan toistaa samalla lähestymistavalla ja lähestyä vähitellen saavutettavissa olevaa pienintä värähtelytasoa. Tämä vaiheittainen menetelmä on usein luotettavampi kuin koko lasketun korjauspainon asentaminen kerralla.
Tämä tekniikka on erityisen tehokas kappaleille, joissa on välyksiä, kuivaa kitkaa ja pehmeä-kovaa tukea, joissa täysi laskettu korjaus ajaa järjestelmän välittömästi pois ehdollisesti lineaariselta alueelta. Pienennettyjen korjausmassojen käyttö mahdollistaa kappaleen pysymisen vakaimmassa toimintatilassa ja mahdollistaa käytännöllisen tuloksen saavuttamisen, vaikka tasapainottamista pidettäisiin muodollisesti mahdottomana.
On tärkeää ymmärtää, että tämä ei ole "instrumenttivirhe", vaan epälineaaristen järjestelmien fysiikan seuraus. Instrumentti laskee oikein lineaariselle mallille, kun taas insinööri soveltaa tulosta käytännössä mekaanisen järjestelmän todelliseen käyttäytymiseen.
Loppuperiaate
Onnistunut tasapainotus ei viime kädessä ole pelkästään painon ja kulman laskemista. Se edellyttää kohteen dynaamisen käyttäytymisen, sen lineaarisuuden, värähtelyvakauden ja resonanssiolosuhteista etäisyyden ymmärtämistä. Balanset-1A tarjoaa kaikki tarvittavat työkalut mittaukseen, analysointiin ja laskentaan, mutta lopputulos määräytyy aina itse järjestelmän mekaanisen kunnon mukaan. Tämä erottaa muodollisen lähestymistavan todellisesta insinöörikäytännöstä värähtelydiagnostiikassa ja roottorin tasapainotuksessa.
Kysymyksiä ja vastauksia
Tämä on merkki epälineaarisesta kappaleesta. Lineaarisessa kappaleessa värähtelyn amplitudi on verrannollinen epätasapainon määrään, ja vaihe muuttuu samalla kulmalla kuin painon kulma-asento. Kun näitä ehtoja rikotaan, vaikutuskerroin ei ole enää vakio ja vakiotasapainotusalgoritmi alkaa tuottaa virheitä. Tyypillisiä syitä ovat laakerivälykset, löystyneet tuet, kitka ja toiminta lähellä resonanssia.
Lineaarinen kappale on roottorijärjestelmä, jossa samalla pyörimisnopeudella värähtelyn amplitudi on suoraan verrannollinen epätasapainon suuruuteen ja värähtelyvaihe seuraa tarkasti epätasapainoisen massan kulma-asentoa. Tällaisilla kappaleilla vaikutuskerroin on vakio eikä riipu koepainon massasta.
Epälineaarinen objekti on systeemi, jossa värähtelyn ja epätasapainon välinen suhteellisuus ja/tai vaihesuhteen pysyvyys rikkoutuvat. Värähtelyn amplitudi ja vaihe alkavat riippua koepainon massasta. Useimmiten tämä liittyy laakerivälyksiin, kulumiseen, kuivakitkaan, pehmeiden ja kovien tukien väliseen yhteyteen tai jäykempien rakenneosien kosketukseen.
Kyllä, mutta tulos on epävakaa ja riippuu toimintatilasta. Tasapainotus on mahdollista vain rajoitetulla alueella, jolla kohde käyttäytyy ehdollisesti lineaarisesti. Tämän alueen ulkopuolella vaikutuskertoimet muuttuvat ja tuloksen toistettavuus menetetään.
Vaikutuskerroin mittaa tärinän herkkyyttä epätasapainon muutoksille. Se osoittaa, kuinka paljon tärinän vektori muuttuu, kun tunnettu koepaino asennetaan tiettyyn tasoon tietyllä nopeudella.
Vaikutuskerroin on epävakaa, jos kohde on epälineaarinen, jos värähtely on epävakaata ajan kuluessa tai jos esiintyy resonanssia, lämpölämpenemistä, löystyneitä kiinnikkeitä tai muuttuvia kitkaolosuhteita. Tällaisissa tapauksissa toistuvat käynnistykset tuottavat erilaisia amplitudi- ja vaihearvoja.
Tallennettuja vaikutuskertoimia saa käyttää vain identtisille roottoreille, jotka toimivat samalla nopeudella, samoissa asennusolosuhteissa ja tukijäykkyyksissä. Kohteen on oltava lineaarinen ja tärinänkestävä. Jopa pieni muutos olosuhteissa tekee vanhoista kertoimista epäluotettavia.
Lämmityksen aikana laakerivälykset, tuen jäykkyys, voiteluaineen viskositeetti ja kitkataso muuttuvat. Tämä muuttaa järjestelmän dynaamisia parametreja ja siten muuttaa värähtelyn amplitudia ja vaihetta.
Tärinän epävakaus on amplitudin ja/tai vaiheen muutos ajan kuluessa vakiopyörimisnopeudella. Tasapainotus perustuu värähtelyvektorien vertailuun, joten kun värähtely on epävakaa, vertailu menettää merkityksensä ja laskelmasta tulee epäluotettava.
Lähellä luonnollisia taajuuksia toimittaessa esiintyy luontaista rakenteellista epävakautta, hitaasti etenevää epävakautta, vaihtelua alusta toiseen, lämpenemiseen liittyvää epävakautta ja resonanssiin liittyvää epävakautta.
Resonanssialueella pienikin epätasapaino aiheuttaa jyrkän värähtelyn lisääntymisen, ja vaiheesta tulee erittäin herkkä pienille muutoksille. Näissä olosuhteissa kohteesta tulee epälineaarinen ja tasapainotustulokset menettävät fysikaalista merkitystään.
Tyypillisiä merkkejä ovat jyrkkä värähtelyn lisääntyminen pienillä nopeuden muutoksilla, epävakaa vaihe, laajat kyttyrät spektrissä ja värähtelyn korkea herkkyys pienille kierrosluvun vaihteluille. Värähtelyn maksimi havaitaan usein kiihdytyksen tai rullausnopeuden aikana.
Voimakasta tärinää voi aiheuttaa resonanssi, löystyneet rakenteet, perustusviat tai laakeriongelmat. Tällaisissa tapauksissa tasapainotus ei poista tärinän syytä.
Värähtelyn siirtymä kuvaa liikkeen amplitudia, värähtelyn nopeus kuvaa liikkeen nopeutta ja värähtelyn kiihtyvyys kuvaa kiihtyvyyttä. Nämä suureet liittyvät toisiinsa, mutta kukin soveltuu paremmin tietyntyyppisten vikojen ja taajuusalueiden havaitsemiseen.
Tärinänopeus heijastaa värähtelyn energiatasoa laajalla taajuusalueella ja on kätevä koneiden yleisen kunnon arvioinnissa ISO-standardien mukaisesti.
Oikea muunnos on mahdollinen vain yksitaajuiselle harmoniselle värähtelylle. Monimutkaisille värähtelyspektreille tällaiset muunnokset antavat vain likimääräisiä tuloksia.
Mahdollisia syitä ovat resonanssi, perustusviat, löystyneet kiinnikkeet, laakerin kuluminen, linjausvirhe tai kohteen epälineaarisuus. Tasapainotus poistaa vain epätasapainon, ei muita vikoja.
Jos mekaanisia vikoja ei havaita eikä tärinä vähene tasapainotuksen jälkeen, on analysoitava tärinän jakautumista koneen ja perustuksen välillä. Tyypillisiä merkkejä ovat kotelon ja alustan voimakas tärinä sekä vaihesiirrot mittauspisteiden välillä.
Anturin virheellinen asennus vääristää amplitudia ja vaihetta, heikentää mittausten toistettavuutta ja voi johtaa virheellisiin diagnostisiin johtopäätöksiin ja virheellisiin tasapainotustuloksiin.
Tärinä jakautuu epätasaisesti koko rakenteeseen. Jäykkyys, massat ja moodimuodot vaihtelevat, joten amplitudi ja vaihe voivat vaihdella merkittävästi pisteestä toiseen.
Yleensä ei. Kuluminen ja lisääntyneet välykset tekevät kohteesta epälineaarisen. Tasapainotuksesta tulee epävakaa eikä se anna pitkäaikaista tulosta. Poikkeukset ovat mahdollisia vain suunnitelluilla välyksillä ja vakaissa olosuhteissa.
Käynnistys aiheuttaa suuria dynaamisia kuormia. Jos rakennetta löysätään, elementtien suhteelliset sijainnit muuttuvat jokaisen käynnistyksen jälkeen, mikä johtaa muutoksiin värähtelyparametreissä.
Sarjatasapainotus on mahdollista identtisille roottoreille, jotka on asennettu identtisissä olosuhteissa tärinänvaimennuksella ja resonanssin puuttumisella. Tässä tapauksessa ensimmäisen roottorin vaikutuskertoimia voidaan soveltaa seuraaviin roottoreihin.
Tämä johtuu yleensä tuen jäykkyyden muutoksista, kokoonpanoeroista, pyörimisnopeuden muutoksista tai kohteen siirtymisestä epälineaariseen toimintatilaan.
Tärinän vähentäminen vakaalle tasolle säilyttäen amplitudin ja vaiheen toistettavuuden alusta alkuun ja resonanssin tai epälineaarisuuden merkkien puuttumisen.
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 
0 kommenttia