Forgógépek excentricitásának megértése
Ebben: rotordinamika, excentricitás a rotor tömegközéppontja (súlypontja) és geometriai középpontja – azaz a tengely valódi középpontja – közötti sugárirányú eltérés. Egy tökéletesen kiegyensúlyozott rotor esetében ez a két középpont egybeesne, de a gyártási pontatlanságok és az anyag sűrűségének egyenetlenségei miatt szinte mindig marad némi excentricitás. Amikor egy excentrikus rotor forog, a középponttól eltérő tömeg centrifugális erő, és ez az erő a legfőbb oka annak, hogy kiegyensúlyozatlanság rezgés. Az excentricitás, más szóval, a leggyakoribb géphiba mögött meghúzódó geometriai jelenség.
1. Fogalommeghatározás: Mi az excentricitás?
Az excentricitás egy – általában néhány mikrométeres – távolság, amelyet a forgástengelyre merőlegesen mérnek, és amely a tömeg tényleges középpontját választja el attól a ponttól, ahol a tengely forog. Mivel ez a tömeg eloszlásának tulajdonsága, és nem a felület kinézetének, a valódi tömeg-excentricitás nem látható, és álló rotoron mérőórával sem mérhető. Csak akkor válik láthatóvá, amikor a rotor forog, és az eltolt tömeg forogásonként egyszer centrifugális erőt kezd kifejteni kifelé.
2. Az excentricitás és az egyensúlyhiány közötti közvetlen összefüggés
Az excentricitás és az egyensúlyhiány egy érem két oldala. Az egyensúlyhiány az excentricitás hatásának mértéke egy adott sebesség mellett; az excentricitás pedig ennek fizikai oka. Az egyensúlyhiány mértéke egyenesen arányos a rotor tömegével és excentricitásával:
Kiegyensúlyozatlanság (U) = Tömeg (M) × Excentricitás (e)
Ez az egyszerű szorzat szemlélteti, miért olyan fontos az excentricitás. Az általa keltett centrifugális erő a négyzet a forgási sebesség miatt, így egy nehéz, nagy sebességű rotoron akár néhány mikrométeres excentricitás is hatalmas erőt eredményezhet, ami súlyos rezgés és gyors csapágykopás. Azt, hogy ez az erő mennyire meredeken növekszik a tömeggel, az excentricitással és a sebességgel, egy kiegyensúlyozatlanságból származó centrifugális erő kalkulátor.
3. Az excentricitás típusai
Fontos megkülönböztetni a valódi excentricitást azokkal a kapcsolódó geometriai hibákkal, amelyeket gyakran összetévesztenek vele.
Tömeg-excentricitás
A fent meghatározott valódi excentricitás – a tömegközéppont és a geometriai középpont közötti eltérés. Ez okozza a kiegyensúlyozatlanságot, és ez a célja minden kiegyensúlyozási eljárásnak. Álló rotoron mérőórával nem mérhető közvetlenül; csak dinamikusan jelenik meg, egy fordulatonként egyszer fellépő erő formájában, amelynek irányát (a nehézpont szögét) a fázis az 1×-es rezgésnek.
Geometriai excentricitás (futáseltérés)
A rotor felületének eltérése a tökéletes körtől – amely azt mutatja, mennyire „kerekítetlen” egy tengely vagy rotor, más néven mechanikus kifutás. Egy tárcsa lehet enyhén ovális, vagy a tengelyén nem pontosan középen megmunkált. A tömegeltéréssel ellentétben ez lehet lassú forgás közben mérőórával kell mérni. Ez nem közvetlenül a tömegkiegyensúlytalanságot jelzi, de az excentrikus geometriai alak gyakran hozzájárul ahhoz. A különálló, de szorosan kapcsolódó fogalom a a rotor excentricitása ezt a geometriai eltolást a motorok és a légrés összefüggésében ismerteti.
Elektromos ütés
Egyáltalán nem fizikai hiba, hanem az érintésmentes mérésre jellemző mérési torzítás közelségérzékelők. Ha a tengely felületének mágneses permeabilitása vagy elektromos vezetőképessége változik, a szonda olyan téves jelet ad vissza, amely geometriai excentricitást utánoz. Ezt a zajt jellemezni és kivonni kell – általában kábelkompenzáció és a lassú lefutás levonása – a rotor dinamikai vizsgálata során, különben azt valós tengelymozgásnak fogja feltüntetni.
4. Az excentricitás okai
A tömegeltérés többféle úton jut be a rotorba:
- Gyártási tűréshatárok: Nincs olyan megmunkálási, öntési vagy összeszerelési folyamat, amely tökéletes lenne, ezért a kisebb hibák elkerülhetetlenek.
- Az anyag sűrűségének egyenetlensége: Az öntvényekben vagy kovácsmunkákban előforduló zárványok, üregek vagy porózitás az anyagot inhomogénné teszik, és eltolják a tömegközéppontot.
- Aszimmetrikus kialakítás: Egyes alkatrészek, például a főtengelyek, természetüknél fogva aszimmetrikusak.
- Összeszerelési hibák: Ha egy tárcsa vagy csapágy nem tökéletesen középen helyezkedik el a tengelyen, az excentrikus tömeghatást eredményez.
- Hőtorzulás: Az egyenetlen fűtés vagy hűtés a rotor meggörbülését okozhatja, ami átmenetileg eltolja annak tömegközéppontját — egy hőgörbület, amelyet gyakran hővektornek neveznek, mivel mind a nagysága, mind az iránya fontos.
5. Az excentricitás kezelése
Mivel a tömeg excentricitása az egyensúlytalanság oka, azt a kiegyensúlyozás. A technikus kis tömegmennyiségek hozzáadásával vagy eltávolításával olyan ellentétes centrifugális erőt hoz létre, amely hatékonyan visszahúzza a rotor tömegközéppontját a geometriai középvonal felé, ezzel minimalizálva a nettó erőt és az abból eredő rezgést. Összeszerelt gépen ezt a helyszínen végzik el: egy hordozható, kétcsatornás elemző készülékkel, mint például a Balanset-1A megméri a gép saját csapágyainak 1×-es amplitúdóját és fázisát, kiszámítja, hogy mennyi korrekciós súly hogy mit és hova kell hozzáadni, és ellenőrzi a maradék kiegyensúlyozatlanság utána. Ne feledje, hogy az egyensúlyba hozás megszünteti a hatás az excentricitás miatt; ez nem változtatja meg a geometriai felületet, így egy nagy geometriai excentricitású rotor jól kiegyensúlyozott lehet, mégis dörzsölődhet, vagy túl magas értéket jelezhet a közelségérzékelőn.
