Kentän tasapainottamisen ymmärtäminen (paikan päällä tapahtuva tasapainottaminen)
Kentän tasapainottaminen, joka tunnetaan myös nimellä paikan päällä tapahtuva tasapainottaminen, on prosessi, jossa korjataan epätasapaino a roottori kun se pyörii omilla laakereillaan ja tukirakenteessaan normaalilla käyttönopeudella tai sen lähellä. Toisin kuin korjaamossa tehtävässä tasapainotuksessa, jossa roottori irrotetaan ja kiinnitetään erityiseen tasapainotuskone, kenttätasaus suoritetaan paikan päällä koneen ollessa täysin koottuna. Se on käytännöllinen, jokapäiväinen tapa roottorin tasapainotus huolto- ja luotettavuustiimeille, koska se korjaa koneen sen ollessa käynnissä.
1. Määritelmä: Mikä on kentän tasapainotus?
Menetelmässä käytetään yleensä kannettavaa värähtelyanalysaattori mitata amplitudi ja vaihe 1× (ajonopeus) tärinää, kiinnitä koepaino jonka massa on tiedossa, mittaa uusi värähtelyvaste uudelleen ja laske sitten tarvittava korjauspaino ja sen kulmasijoitus. Koska roottori pysyy omissa laakereissaan, tulos kuvaa koneen todellista käyntitilaa eikä tasapainotuspenkillä saavutettua ihanteellista tilaa.
Vaiheviite on välttämätön: analysaattorin on tiedettävä jossa akselin tehtävänä on joka hetki muuntaa värähtelyn huippuarvo painopistekulmaksi. Tämä viite perustuu kierroslukumittari laukeaa kerran kierrosta kohti, yleensä nauhasta heijastava teippi.
2. Miksi kentän tasapainotus on tarpeen?
Vaikka konepajatasapainotus on erittäin tarkkaa, se ei voi ottaa huomioon kaikkia koneen tasapainoon sen käyttöympäristössä vaikuttavia tekijöitä. Kenttätasapainotus on tarpeen, kun epätasapaino johtuu koko koneen kokoonpanosta tai se voidaan korjata vain ottamalla huomioon koko koneen kokoonpano. Yleisiä syitä ovat:
- Asennuksen epätasapaino: koneen lopullinen epätasapaino on kaikkien sen pyörivien osien (juoksupyörä, akseli, kytkentä(hihnapyörä, kiilat ja kiinnikkeet). Paikalla suoritettava tasapainotus korjaa koko kokoonpanon epätasapainon kerralla, mukaan lukien pienet siirtymät, jotka ovat syntyneet koneen uudelleen kokoamisen yhteydessä.
- Toiminnalliset vaikutukset: epätasapaino voi johtua olosuhteista, jotka ilmenevät vain normaalikäytössä, kuten lämpömuodonmuutos roottorista, aerodynaamiset voimat, tai hydrauliset voimat. Näitä ei voida jäljitellä tavallisella pyörän tasapainotuslaitteella.
- Aineen kertyminen tai kuluminen: tuulettimien, puhaltimien ja sentrifugien kohdalla epätasainen tuotteen kertyminen tai epätasainen käyttää aiheuttaa epätasapainon syntymisen ajan myötä. Kenttätasapainotus on ainoa käytännöllinen tapa korjata tämä ilman täydellistä kunnostusta.
- Siirtämisen epäkäytännöllisyys: erittäin suurten koneiden – kuten suurten teollisuuspuhaltimien ja turbiinigeneraattoreiden – kohdalla roottorin irrottaminen tasapainotusta varten on erittäin kallista ja aikaa vievää. Paikalla suoritettava tasapainotus on huomattavasti edullisempi ja nopeampi ratkaisu, ja se muodostaa perustan paikan päällä suoritettavan tasapainotuksen kriteereille ISO 21940-13.
3. Kentän tasapainotusprosessi (vaikutuskerroinmenetelmä)
Yleisin kentän tasapainotusmenetelmä on vaikutuskerroinmenetelmä, joka noudattaa loogista, toistettavaa järjestystä:
- Alkuperäinen ajo: kone toimii normaalilla käyntinopeudella, ja alkuperäinen 1× värähtelyamplitudi ja -vaihe — alkuperäinen epätasapaino vektori — mitataan ja kirjataan.
- Kokeilupainojen sijoittelu: kone pysäytetään ja roottoriin kiinnitetään tiukasti koepaino, jonka massa on tiedossa, tiettyyn kulma-asentoon.
- Koeajo: laite käynnistetään uudelleen samalla nopeudella. Uusi tärinän amplitudi ja vaihe (vastevektori) mitataan ja kirjataan muistiin.
- Laskeminen: kokeilupainon aiheuttama värähtelyvektorin muutos tuottaa vaikutuskerroin, joka kuvaa, kuinka paljon tärinä mittauspisteessä muuttuu tietyn epätasapainon ollessa korjauskohdassa. Analysointilaite yhdistää tämän kertoimen alkuperäiseen vektoriin — käyttämällä vektorien yhteenlasku — tarvittavan korjauksen tarkan massan ja kulman laskemiseksi.
- Korjauspainojen sijoittelu: kone pysäytetään, koepaino poistetaan ja laskettu korjauspaino kiinnitetään pysyvästi määritettyyn kulmaan.
- Vahvistusajo: laite käynnistetään vielä kerran sen varmistamiseksi, että tärinä on laskenut hyväksyttävälle tasolle standardien, kuten ISO 20816-1, ja että jäännösepätasapaino on valitun toleranssin rajoissa.
Yksinkertaiset roottorit käsitellään yhden tason tasapainotus; pidemmät roottorit, joissa esiintyy vääntömomenttia, edellyttävät kaksitasoinen (dynaaminen) tasapainotus. A kokeilupainon laskin auttaa valitsemaan turvallisen ja tehokkaan lähtömassan ensimmäistä koeajoa varten.
4. Kenttätasapainotus käytännössä kannettavalla analysaattorilla
Kenttäolosuhteissa edellä kuvattu koko mittausketju toteutetaan yhdellä kädessä pidettävällä laitteella tasapainotustelineen sijaan. Kannettava kaksikanavainen analysaattori, kuten Balanset-1A mittaa amplitudin ja vaiheen jokaisesta laakerista, laskee vaikutuskertoimet automaattisesti ja ohjaa yksi- ja kaksitasoisia korjauksia — ja tarkistaa lopullisen epätasapainon suhteessa ISO 21940-11 tasapaino- ja laatuluokitukset. Laite toimii koneen omissa laakereissa käyttönopeudella ja tallentaa aidon käyntitilan – kokoonpano-, lämpö- ja aerodynaamiset vaikutukset mukaan lukien – jota työpajakoneella ei yksinkertaisesti voida jäljitellä. Mukana toimitettava optinen lasertachometri mittaa vaiheen viitteen kerran kierrosta kohti pienen heijastavan teipinpalan avulla, joten akselia ei tarvitse valmistella muuten kuin teipin kiinnittämisellä.
5. Keskeiset huomioitavat seikat ja suojatoimenpiteet
Kentän tasapainotus vaatii taitoa ja huolellista suunnittelua. Kuten esimerkiksi seuraavissa standardeissa todetaan ISO 21940-13, turvallisuus on ensiarvoisen tärkeää.
- Turvallisuus: koe- ja korjauspainot on kiinnitettävä riittävän tukevasti, jotta ne kestävät keskipakovoima käyttönopeudella, ja koneen luona oleskelua on valvottava sen ollessa käynnissä.
- Edellytykset: Ennen tasapainotusta on suljettava pois muut syyt, jotka aiheuttavat voimakasta 1×-värähtelyä — virheasento, resonanssi, a taivutettu akseli, tai mekaaninen löysyys — sillä tasapainottaminen ei voi korjata ongelmaa, joka ei todellisuudessa ole epätasapainossa.
- Instrumentointi: Työhön tarvitaan analysaattori, joka pystyy mittaamaan amplitudia ja vaihetta, sekä vaihevertailuanturi (kierroslukumittari). Mittaustulosten toistettavuus riippuu anturin vakaasta kiinnityksestä sekä puhtaasta ja luotettavasta kierroslukumittarin pulssista.
- Nopeuden vakaus: koneen on pidettävä vakaa nopeus koko ajon ajan; vaihteleva nopeus vääristää vaihetietoja, joihin koko laskenta perustuu.
