מהו איזון רוטורים?

תשובה מהירה

איזון הרוטור הוא תהליך של שיפור פיזור המסה של גוף מסתובב כך שמרכז המסה שלו יתאים לציר הגיאומטרי של הסיבוב. זה ממזער כוחות צנטריפוגליים, מפחית רעידות, מֵסַב עומסים, רעש וצריכת אנרגיה. התיקון נעשה על ידי הוספה או הסרה של משקל במקומות ובזוויות ספציפיים, בהנחיית מדידות רעידות וניתוח פאזה. קריטריון הקבלה מוגדר על ידי תקן ISO 1940-1 (ISO 21940-11) ציוני G. שני הסוגים הם סטטי (מישור יחיד) עבור רוטורים דמויי דיסק ו דינמי (דו-מישורי) עבור רוטורים מוארכים.

לְהוֹצִיא מְשִׁוּוּי מִשְׁקָל הוא מקור הרטט הנפוץ ביותר במכונות מסתובבות. כאשר פיזור המסה אינו מושלם - עקב סבילות ייצור, חוסר הומוגניות בחומר, קורוזיה, הצטברות משקעים או נזק - נוצרים כוחות צנטריפוגליים שעולים בריבוע המהירות. חוסר איזון קטן במהירות נמוכה יכול להפוך להרסני במהירות גבוהה.

איזון מטפל בכך על ידי מדידה איטרטיבית של תגובת הרטט והתאמת פיזור המסה עד לשמירה על תוצאה שיורית. לְהוֹצִיא מְשִׁוּוּי מִשְׁקָל נמצא בטווח הסבילות. זהו גם תהליך ייצור (במכונות איזון בחנות) וגם תהליך תחזוקה (איזון בשטח על ציוד מותקן).

שיטת מקדם ההשפעה

איזון מודרני - הן במכונות ייעודיות והן בשטח - משתמש ב- שיטת מקדם ההשפעה (משקל ניסיון). העיקרון הפיזיקלי: אם נדע כיצד מסה ידועה במיקום ידוע משנה את הרטט, נוכל לחשב את המסה והמיקום הדרושים כדי לבטל את חוסר האיזון המקורי.

מקדם השפעה
α = (Vמשפט − Vהַתחָלַתִי) / ת
α = מקדם השפעה (ויברציה ליחידת חוסר איזון) | V = וקטור ויברציה (אמפליטודה∠פאזה) | T = וקטור משקל ניסיון (מסה∠זווית)
חישוב תיקון
C = −Vהַתחָלַתִי / α
C = וקטור משקל תיקון (מסה∠זווית) - המשקולת שמייצרת רטט שווה ומנוגד ל-Vהַתחָלַתִי

עבור איזון דו-מישורי, המערכת הופכת למטריצה של 2×2 (ארבעה מקדמי השפעה המתחשבים בצימוד צולב בין מישורים), אך העיקרון זהה. Balanset-1A פותר זאת באופן אוטומטי - המפעיל פשוט מפעיל את המכונה ומחבר משקולות ניסיון.

בחירת משקל ניסיון

משקולת הניסיון צריכה לייצר שינוי ניכר ברטט (באופן אידיאלי 10-30% מהרמה ההתחלתית) מבלי ליצור עומסים מסוכנים. הערכה התחלתית שימושית:

הערכת משקל ניסיון
mמשפט ≈ (10 × M) / (R × (n/1000)²)
מטר בגרמים | M = מסת הרוטור (ק"ג) | R = רדיוס הניסיון (מ"מ) | n = סל"ד - כלל אצבע לכ-10% של חוסר איזון G 6.3

מתי לאזן - חתימת רטט

איך אתה יודע שרטט נגרם מחוסר איזון ולא מ... חוסר יישור, רפיון, או פגמי מיסב?

חתימת רטט לא מאוזנת

תֶדֶר: שיא דומיננטי בדיוק ב-1× סל"ד (מהירות ריצה) ב- FFT spectrum.

כיוון: בעיקר רדיאלי (אופקי ואנכי). הרכיב הצירי קטן.

Phase: זווית פאזה יציבה וחוזרת על עצמה ב-1×. הפאזה אינה נסחפת עם הזמן.

תלות במהירות: המשרעת עולה עם ריבוע המהירות (בפרופורציה ל-ω²).

ניגודיות עם חוסר יישור: חוסר יישור מייצר רכיבים משמעותיים של 2× ו/או 1× ציריים. פגמי מיסב מייצרים תדרים לא סינכרוניים.

לפני האיזון, יש לוודא תמיד את האבחנה. Balanset-1A מנתח הספקטרום (מצב F1) מציג את התוצאה המלאה FFT ספקטרום, המאפשר אישור ש-1× שולט לפני שממשיכים לאיזון.

שיטות תיקון

הוספת מסה

  • משקולות קליפס: משקולות אבץ או פלדה עם קליפס קפיץ. נפוצות למאווררים וגלגלים. מהירות, לא קבועות.
  • משקולות להברגה: משקולות מדויקות המאובטחות באמצעות ברגים בחורים מחוררים או חריצי T. סטנדרטי עבור רוטורים גדולים וטורבינות.
  • משקלים לריתוך: לוחות או מוטות פלדה מרותכים לרוטור. קבוע. נפוץ עבור מאווררים תעשייתיים כבדים ורוטורים של מכונות ריסוק.
  • אפוקסי/מרק: דבק דו-רכיבי עם מילוי מתכת. מתאים למשטחים לא סדירים. מוגבל לטמפרטורות מתונות.
  • ברגים לכוונון: מושחל לחורים רדיאליים. נפוץ על צירים וציר מצמדים. מתכוונן.

הסרת מסה

  • הִתעַמְלוּת: הסרת חומר מהנקודה הכבדה. שליטה מדויקת במסה שהוסרה (מסה = צפיפות × נפח). בלתי הפיך.
  • טחינה/השחזה: הסר חומר מהחישוק או מהפני השטח. נפוץ בגלגלי טורבינה, רוטורים של בלמים.

פיצול משקל

כאשר הזווית המחושבת המדויקת נמצאת בין מיקומים נגישים (למשל, בין חורי ברגים במצמד), התיקון מתחלק בין שני המיקומים הסמוכים באמצעות פירוק וקטורי. Balanset-1A כולל מחשבון אוטומטי לחלוקת משקל.

איזון שדה (במקום)

איזון שדה פירושו איזון רוטור בלי להוציא אותו מהמכונה. זה מבטל את זמן ההשבתה של הפירוק ומתחשב בתנאי ההפעלה בפועל (יישור, עומס מקדים של מיסבים, השפעות יסודות) שאיזון בסדנה אינו יכול לשכפל.

ערכת איזון שדה Balanset-1A

ה Balanset-1A מערכת איזון שדה ניידת שלמה: מנתח רעידות דו-ערוצי, טכומטר לייזר, מובנה תקן ISO 1940 מחשבון סובלנות, מצבי איזון חד-מישוריים (F2) ודו-מישוריים (F3), פיצול משקל אוטומטי ויצירת דוח איזון פורמלי (F6). דיוק מדידה: מהירות ±5%, פאזה ±1°. מתאים ל-G 16 עד G 2.5.

ה Balanset-4 משתרע ל-4 ערוצים עבור רוטורים מורכבים מרובי מיסבים או ניטור בו זמנית של מספר מכונות.

יתרונות איזון שדה

  • אין פירוק: חוסך שעות או ימים של זמן השבתה עבור מכונות גדולות.
  • תנאי הפעלה אמיתיים: כולל יישור, עומס מקדים של מיסבים, מצב תרמי, השפעות יסוד.
  • איזון גימור: מתקן חוסר איזון שנוצר על ידי ההרכבה שאיזון במפעל אינו יכול לטפל בו.
  • אימות לאחר תחזוקה: בדיקה מהירה לאחר החלפת אימפלר, החלפת מצמד או שיפוץ מיסב.

סטנדרטים וסובלנות

איזון אינו "טוב ככל האפשר" - הוא "בתוך סבילות". הסבילות מוגדרת על ידי סטנדרטים בינלאומיים:

📏 סטנדרטים מרכזיים לאיזון
תֶקֶןנוֹשֵׂאתוכן מרכזי
ISO 1940-1 / ISO 21940-11דירוגי איכות איזון (דירוגי G)קנה מידה G 0.4–G 4000. נוסחה: Uלְכָל = (9 549×G×M)/n. G 6.3 = תקן למאווררים, משאבות, מנועים.
ISO 1940-2 / ISO 21940-2אוֹצָר מִילִיםהגדרות: סוגי חוסר איזון, סיווגי רוטורים, סוגי מכונות, מונחי איכות.
תקן ISO 14694מאווררים תעשייתייםקטגוריות BV (איזון) וקטגוריות FV (רטט) ספציפיות לאימפלרים של מאווררים.
ISO 10816 / ISO 20816הערכת רעידות המכונהמודד את התפעול תוֹצָאָה של איכות האיזון. סיווג אזור A/B/C/D.
תקן ISO 21940-12רוטורים גמישיםהליכים מרובי מהירויות ורב-מישורים עבור רוטורים מעל מהירות כיפוף ראשונה קריטית.
תקן ISO 21940-14נהלי איזוןנהלים כלליים לאיזון במספר מישורים.
API 610 / API 617משאבות/מדחסים של נפטעיין בדרישות איזון הרוטור לפי תקן ISO 1940 G.
נוסחת סובלנות ISO 1940-1
יולְכָל = (9549 × G × M) / n
יולְכָל = חוסר איזון שיורי מותר (גרם·מ"מ) | G = שיפוע (מ"מ/שנייה) | M = מסה (ק"ג) | n = סל"ד מרבי

דוגמאות מעשיות

מקרה 1: מאוורר צנטריפוגלי - איזון שדה חד-מישורי

מְכוֹנָה: מאוורר צנטריפוגלי 22 קילוואט, 1460 סל"ד, מסת אימפלר 38 ק"ג. רעידות מוגזמות: 8.2 מ"מ/שנייה RMS על מיסב קצה ההינע. FFT מאשר שיא דומיננטי ×1 עם פאזה יציבה.

Setup: Balanset-1A חיישן על מיסב DE, טכומטר לייזר על הציר. מצב F2 (מישור יחיד - L/D < 0.4).

שלב 1: ריצה ראשונית: 8.2 מ"מ/שנייה בזווית של 47°.

שלב 2: משקל ניסיון: 15 גרם ב-0° על ציר המאוורר, R = 200 מ"מ.

שלב 3: ריצת ניסיון: 5.9 מ"מ/שנייה בזווית של 112°.

שלב 4: התוכנה מחשבת: תיקון = 22 גרם ב-198°, R = 200 מ"מ.

שלב 5: התקן משקולת ריתוך 22 גרם בזווית של 198°. הסר את משקולת הניסיון.

שלב 6: אימות: 0.9 מ"מ/שנייה. סבילות ISO G 6.3 → Uלְכָל = 1,570 גרם·מ"מ. הושג: ~180 גרם·מ"מ. ✅ עבר.

מקרה 2: מכלול מנוע-משאבה - דו-מישורי

מְכוֹנָה: מנוע 45 קילוואט + משאבה צנטריפוגלית, 2950 סל"ד, מסת הרוטור 55 ק"ג. רעידות: מיסב DE 6.1 מ"מ/שנייה, מיסב NDE 4.8 מ"מ/שנייה. הפרש פאזה ~140° → חוסר איזון דינמי.

Setup: Balanset-1A שני חיישנים (DE + NDE), מצב F3. מישורי תיקון: ציר צימוד (מישור 1) וקצה מאוורר המנוע (מישור 2).

ריצות: ראשוני → מישור ניסיון 1 (10 גרם ב-0°) → מישור ניסיון 2 (8 גרם ב-0°).

תוֹצָאָה: תוכנה פותרת מטריצה 2×2. תיקון: מישור 1 = 18 גרם ב-245°, מישור 2 = 12 גרם ב-68°.

אימות: דלאוור: 0.7 מ"מ/שנייה, חוויה בלתי צפויה: 0.5 מ"מ/שנייה. גבול G 6.3: 1 122 גרם·מ"מ. ✅ שני המישורים נמצאים בטווח הסבילות.

מקרה 3: רוטור מגרסה - גס G 16

מְכוֹנָה: מגרסת טחנת פטיש, 980 סל"ד, מסת הרוטור 420 ק"ג. לאחר החלפת הפטיש, הרטט עלה ל-14.5 מ"מ/שנייה.

מִפרָט: G 16 (עבודה כבדה, תנאים קשים). Uלְכָל = 9,549 × 16 × 420 / 980 = 65,500 גרם·מ״מ.

Procedure: חד-מישורי (רוטור דמוי דיסק). ניסיון של 150 גרם בזווית של 0° על החישוק. תיקון: 280 גרם ב-315°. לוח פלדה לריתוך.

תוֹצָאָה: 2.8 מ"מ/שנייה. שאריות ~5,600 גרם·מ"מ. ✅ בטווח של גבול G 16.

← חזרה למפתח המונחים