Monitasoisen tasapainotuksen ymmärtäminen
Määritelmä: Mitä on monitasotasapainotus?
Monitasoinen tasapainotus on edistynyt tasapainottaminen menetelmä, jossa käytetään kolmea tai useampaa korjaustasot roottorin pituudelle jaettuna hyväksyttävien värähtelytasojen saavuttamiseksi. Tämä tekniikka on välttämätön joustavat roottorit—roottorit, jotka taipuvat tai joustavat merkittävästi käytön aikana, koska ne pyörivät yli yhden tai useamman nopeudella kriittiset nopeudet.
Vaikka kahden tason tasapainotus Vaikka tasapainotus on riittävä useimmille jäykille roottoreille, monitasotasapainotus laajentaa periaatetta kattamaan monimutkaiset taipumamuodot (moodimuodot), joita joustavat roottorit ilmentävät suurilla nopeuksilla.
Milloin monitasotasapainotus on tarpeen?
Monitasoinen tasapainotus on tarpeen useissa erityistilanteissa:
1. Joustavat roottorit, jotka toimivat kriittisiä nopeuksia suuremmilla nopeuksilla
Yleisin sovellus on joustavat roottorit—pitkiä, hoikkia roottoreita, jotka toimivat nopeuksilla, jotka ovat suurempia kuin niiden ensimmäinen (ja joskus toinen tai kolmas) kriittinen nopeus. Esimerkkejä ovat:
- Höyry- ja kaasuturbiinien roottorit
- Nopeat kompressorin akselit
- Paperikoneen rullat
- Suuret generaattorin roottorit
- Sentrifugiroottorit
- Nopeat karat
Nämä roottorit taipuvat merkittävästi käytön aikana, ja niiden taipuman muoto muuttuu pyörimisnopeuden ja viritysmoodin mukaan. Kaksi korjaustasoa ei yksinkertaisesti riitä hallitsemaan tärinää kaikilla käyttönopeuksilla.
2. Erittäin pitkät jäykät roottorit
Jopa jotkin jäykät roottorit, jos ne ovat erittäin pitkiä halkaisijaansa nähden, voivat hyötyä kolmesta tai useammasta korjaustasosta tärinän minimoimiseksi useissa laakerikohdissa akselilla.
3. Roottorit, joilla on monimutkainen massajakauma
Roottorit, joissa on useita levyjä, pyöriä tai juoksupyöriä eri aksiaalisissa paikoissa, saattavat vaatia kunkin elementin yksilöllisen tasapainotuksen, mikä johtaa monitasoiseen tasapainotusmenettelyyn.
4. Kun kahden tason tasapainotus osoittautuu riittämättömäksi
Jos kahden tason tasapainotusyritys vähentää tärinää mitatuissa laakerikohdissa, mutta tärinä pysyy korkeana roottorin välikohdissa (kuten keskipainuma), saatetaan tarvita lisäkorjaustasoja.
Haaste: Joustava roottorin dynamiikka
Joustavat roottorit asettavat ainutlaatuisia haasteita, jotka tekevät monitasoisesta tasapainottamisesta monimutkaista:
Tilamuodot
Kun joustava roottori kulkee läpi kriittinen nopeus, se värähtelee tietyssä kuviossa, jota kutsutaan moodimuodoksi. Ensimmäinen moodi näyttää tyypillisesti akselin taipumisen yhtenä tasaisena kaarena, toinen moodi näyttää S-käyrän, jonka keskellä on solmupiste, ja korkeammat moodit näyttävät yhä monimutkaisempia muotoja. Jokainen moodi vaatii tietyn korjauspainon jakautumisen.
Nopeudesta riippuva käyttäytyminen
Joustavan roottorin epätasapainovaste muuttuu dramaattisesti nopeuden mukaan. Yhdellä nopeudella hyvin toimiva korjaus voi olla tehoton tai jopa haitallinen toisella nopeudella. Monitasotasapainotuksen on otettava huomioon koko käyttönopeusalue.
Ristikytkentävaikutukset
Monitasotasapainotuksessa korjauspaino missä tahansa tasossa vaikuttaa värähtelyyn kaikissa mittauspisteissä. Kolmella, neljällä tai useammalla korjaustasolla matemaattisista suhteista tulee huomattavasti monimutkaisempia kuin kaksitasotasapainotuksessa.
Monitasoinen tasapainotusmenettely
Menettely pidentää vaikutuskerroinmenetelmä käytetään kahden tason tasapainotuksessa:
Vaihe 1: Alustavat mittaukset
Mittaa värähtelyä useissa kohdissa roottoria pitkin (yleensä jokaisessa laakerissa ja joskus niiden välissä) kiinnostuksen kohteena olevalla käyttönopeudella. Joustavien roottoreiden tapauksessa mittaukset saattavat olla tarpeen tehdä useilla nopeuksilla.
Vaihe 2: Määritä korjaustasot
Tunnista N-korjaustasot, joihin painoja voidaan lisätä. Painot tulisi jakaa roottorin pituudelle helposti saavutettavissa oleviin paikkoihin, kuten kytkentälaippoihin, vanteisiin tai erityisesti suunniteltuihin tasapainotusrenkaisiin.
Vaihe 3: Peräkkäiset koepainotukset
Suorita N koeajoa, joista jokaisella on koepaino yhdessä korjaustasossa. Esimerkiksi neljällä korjaustasolla:
- Ajo 1: Koepaino vain tasossa 1
- Suoritus 2: Koepaino vain tasossa 2
- Suoritus 3: Koepaino vain tasossa 3
- Suoritus 4: Koepaino vain tasossa 4
Mittaa tärinää kaikissa anturipaikoissa jokaisen ajon aikana. Tämä muodostaa täydellisen vaikutuskerroinmatriisin, joka kuvaa, miten kukin korjaustaso vaikuttaa kuhunkin mittauspisteeseen.
Vaihe 4: Laske korjauspainot
Tasapainotusohjelmisto ratkaisee N samanaikaisen yhtälön ryhmän (jossa N on korjaustasojen lukumäärä) optimaalisen korjauspainot jokaiselle tasolle. Tämä laskutoimitus käyttää matriisialgebraa ja on aivan liian monimutkainen suoritettavaksi manuaalisesti – erikoisohjelmisto on välttämätön.
Vaihe 5: Asenna ja tarkista
Asenna kaikki lasketut korjauspainot samanaikaisesti ja tarkista tärinätasot. Joustavien roottoreiden osalta tarkastus on suoritettava koko käyttönopeusalueella hyväksyttävän tärinän varmistamiseksi kaikilla nopeuksilla.
Modaalinen tasapainottaminen: Vaihtoehtoinen lähestymistapa
Erittäin joustaville roottoreille käytetään edistynyttä tekniikkaa, jota kutsutaan modaalinen tasapainotus voi olla tehokkaampi kuin perinteinen monitasotasapainotus. Modaalinen tasapainotus kohdistuu tiettyihin värähtelytiloihin tiettyjen nopeuksien sijaan. Laskemalla korjauspainotuksia, jotka vastaavat roottorin luonnollisen moodin muotoja, se voi saavuttaa parempia tuloksia vähemmillä koeajoilla. Tämä menetelmä vaatii kuitenkin kehittyneitä analyysityökaluja ja roottorin dynamiikan syvällistä ymmärrystä.
Monimutkaisuus ja käytännön näkökohdat
Monitasoinen tasapainotus on huomattavasti monimutkaisempaa kuin kaksitasoinen tasapainotus:
Koeajojen määrä
Vaadittavien koeajojen määrä kasvaa lineaarisesti tasojen määrän kanssa. Neljän tason vaaka vaatii neljä koeajoa sekä alku- ja tarkistusajon – yhteensä kuusi käynnistystä ja pysäytystä. Tämä lisää kustannuksia, aikaa ja koneen kulumista.
Matemaattinen monimutkaisuus
N korjauspainoarvon ratkaiseminen vaatii N×N-matriisin invertointia, mikä on laskennallisesti intensiivistä ja voi olla numeerisesti epävakaa, jos mittauksissa on kohinaa tai jos korjaustasot ovat huonosti sijoitettuja.
Mittaustarkkuus
Koska monitasotasapainotus perustuu useiden samanaikaisten yhtälöiden ratkaisemiseen, mittausvirheillä ja kohinalla on suurempi vaikutus kuin kaksitasotasapainotuksessa. Korkealaatuiset anturit ja huolellinen tiedonkeruu ovat välttämättömiä.
Korjaustason saavutettavuus
N helppokäyttöisen ja tehokkaan korjaustasosijainnin löytäminen voi olla haastavaa, erityisesti koneissa, joita ei alun perin suunniteltu monitasotasapainotukseen.
Laitteisto- ja ohjelmistovaatimukset
Monitasoinen tasapainotus edellyttää:
- Edistynyt tasapainotusohjelmisto: Kykenee käsittelemään N×N vaikutuskerroinmatriiseja ja ratkaisemaan kompleksisia vektoriyhtälöryhmiä.
- Useita tärinäantureita: Vähintään N anturia (yksi mittauspistettä kohden) suositellaan, vaikka jotkin laitteet voivat toimia vähemmälläkin anturimäärällä siirtämällä niitä mittausajojen välillä.
- Kierroslukumittari/näppäinvaihemittari: Olennaista tarkan vaihe mittaus.
- Kokenut henkilöstö: Monitasotasapainotuksen monimutkaisuus vaatii teknikkoja, joilla on pitkäaikainen koulutus roottorin dynamiikassa ja värähtelyanalyysissä.
Tyypilliset sovellukset
Monitasotasapainotus on vakiokäytäntö teollisuudenaloilla, joissa käytetään suurnopeuksisia koneita:
- Sähköntuotanto: Suuret höyry- ja kaasuturbiinigeneraattorit
- Petrokemian: Nopeat keskipakoiskompressorit ja turbopaisuntalaitteet
- Sellu ja paperi: Pitkät paperikoneen kuivausrullat ja kalenterirullat
- Ilmailu: Lentokoneiden moottoreiden roottorit ja turbokoneet
- Valmistus: Nopeat työstökoneiden karat
Näissä sovelluksissa investointi monitasotasapainotukseen on perusteltua laitteiston kriittisyyden, vikaantumisen seurausten ja minimaalisella tärinällä toimimisen tuomien toiminnan tehokkuuden parannusten vuoksi.
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 