A kétsíkú kiegyensúlyozás megértése
Két síkú kiegyensúlyozás egy dinamikus kiegyensúlyozás eljárás, amelyben korrekciós súlyok a rotor hosszirányában két külön síkba vannak elhelyezve, hogy mindkettőt kiküszöböljék statikus kiegyensúlyozatlanság és pár egyensúlyhiány egyidejűleg. Ez a szabványos módszer az ipari forgógépek túlnyomó többségénél – minden olyan rotornál, amelynek tengelyirányú hossza megegyezik az átmérőjével vagy meghaladja azt. Ellentétben egysíkú kiegyensúlyozás, amely csupán a rotor tömegközéppontjának eltolódását korrigálja, míg a két síkú kiegyensúlyozás mind a transzlációs centrifugális erő és az a nyomaték, amely miatt a rotor középpontja körül billeg vagy leng.
1. Meghatározás: Miért két sík?
Bármely merev rotor kiegyensúlyozatlanság két független komponensre bontható. Statikus kiegyensúlyozatlanság olyan nettó súlypont, amelynek tömegközéppontja eltolódott a tengely középvonalától; ez mindkét csapágyon egyfázisú erőt eredményez, és akkor is észlelhető lenne, ha a rotor forgás nélkül, kés-élen egyensúlyozna. Páros kiegyensúlyozatlanság ez a rotor két ellentétes végén, 180°-os szögben elhelyezkedő, azonos tömegű pontokból álló pár: statikusan nem okoz nettó tömegközéppont-eltolódást, így statikusan nem észlelhető, de sebességnél olyan lengőnyomatékot hoz létre, amely a két csapágy fáziseltérését eredményezi.
Egyetlen korrekciós sík csak a statikus eltérést képes semlegesíteni. Egy forgatónyomaték semlegesítéséhez két korrekcióra van szükség, amelyek együttesen ellentétes nyomatékot képeznek – és ez definíció szerint két síkot igényel. Mivel a valós rotorokban a statikus és a forgatónyomaték-eltérés tetszőleges arányban keveredik (ezt az állapotot gyakran kvázisztatikus kiegyensúlyozatlanság (amikor a kettőt összevonjuk), két korrekciós sík a minimális, ami szükséges egy merev rotor rezgés.
2. Mikor szükséges a két síkú kiegyensúlyozás?
Válasszon két síkot, ha a következő feltételek bármelyike teljesül:
Hosszú vagy karcsú rotorok
Általános szabályként minden olyan rotort, amelynek hossz-átmérő aránya meghaladja a 0,5–1,0 közötti értéket, két síkban kell kiegyensúlyozni. Tipikus példák:
- Villanymotor armatúrák
- Szivattyú- és kompresszortengelyek
- Többfokozatú ventilátorrotorok
- Hajtótengelyek és tengelykapcsolók
- Orsók és forgó szerszámok
- Turbina rotorok
A másik végletet egy keskeny tárcsa – csiszolókorong, egyetlen tárcsa, vékony lendkerék – képviseli, amely általában egy síkban korrigálható, mivel túl rövid ahhoz, hogy érdemi nyomatékot tudjon felvenni.
Látható páros egyensúlyhiány
Amikor a mért 1× fázis a két csapágytartónál a szögeltérés jelentősen eltér – közel 180°-os szögkülönbséget mutat, ami lengő vagy dőlő mozgásra utal –, ami azt jelzi, hogy páros (nyomatéki) kiegyensúlyozatlanság áll fenn, és ezt csak két síkban végzett korrekcióval lehet megszüntetni.
Amikor az egytérfokozatú kiegyensúlyozás nem elegendő
Egy klasszikus diagnosztikai jel: ha csak egy síkban próbáljuk meg a beállítást, az egyik csapágy rezgése csökken, a másiké viszont nő. Ez a kompromisszum a ki nem egyenlített nyomaték jellegzetes tünete, és arra utal, hogy egy második síkra is szükség van.
Merev rotorok elosztott tömeggel
Even a merev rotor jóval az első hely alatt kritikus sebesség két sík előnyeit élvezi, ha tömege jelentős tengelyirányú hosszúságra oszlik el, így biztosítva, hogy a rezgés ne csupán egy, hanem minden csapágynál minimálisra csökkenjen.
3. A két síkú kiegyensúlyozási eljárás
A két síkban történő kiegyensúlyozás bonyolultabb, mint az egy síkban végzett munka, mivel bármelyik síkban végzett korrekció megváltoztatja a rezgést mindkét csapágyak. Az elfogadott megoldás a befolyásolási együttható módszer, két érzékelővel alkalmazott próbasúlyok egy sorozat mentén mérési futások.
1. lépés — Kezdeti mérés
Indítsa el a gépet a kiválasztott kiegyensúlyozási fordulatszámon, és jegyezze fel a kezdeti 1× rezgésvektorokat (amplitúdó és fázis) mindkét csapágyon. Jelölje meg őket „1. csapágy” és „2. csapágy” néven. Ez a pár a rotor összes kiegyensúlyozatlanságának együttes hatását tükrözi.
2. lépés — A korrekciós síkok meghatározása
Válasszon ki kettőt korrekciós síkok ahol tömeget lehet hozzáadni vagy eltávolítani. Helyezzük őket egymástól a lehető legnagyobb távolságra és a lehető legkönnyebben hozzáférhető helyre – általában a rotorok végei közelében, a csatlakozóperemeknél vagy a ventilátorcsapágyaknál. A nagy síkbeli távolság erős, jól szabályozott nyomaték-korrekciót biztosít.
3. lépés — Próbamérlegelés az 1. síkon
Állítsa le a gépet, és helyezzen el egy ismert tömegű próbasúlyt egy ismert szögben az első síkban. Indítsa el újra a gépet, és jegyezze fel az új rezgési értékeket mindkét csapágynál. A vektor változás minden egyes csapágynál két hatási együtthatót mutat: az 1. sík hatását az 1. csapágyra, valamint az 1. sík hatását a 2. csapágyra.
4. lépés — Próbamérlegelés a 2. síkban
Vegye le az első próbasúlyt, helyezzen be egy próbasúlyt a második síkba, indítsa el a mérést, majd mérje meg újra. Ezzel megkapja a fennmaradó két együtthatót: a 2. sík az 1. csapágyon, valamint a 2. sík a 2. csapágyon.
5. lépés — A korrekciók kiszámítása
A műszer jelenleg négy komplex hatástényezőt tárol, amelyek 2×2-es mátrixba vannak rendezve. A vektor matematika és a mátrixinverzió segítségével egy egyenletpárt old meg, amely meghatározza az egyes síkokban szükséges pontos tömeget és szöget ahhoz, hogy mindkét csapágy rezgését egyszerre nullára csökkentsék. A egyszintű hatás-együttható kalkulátor bemutatja az egy síkra vonatkozó vektoraritmetikát; a két sík esetében ez egyszerűen mátrixra bővül, míg a próbamérleg-kalkulátor segít a megfelelő kezdeti tesztmennyiség meghatározásában.
6. lépés — Telepítés és ellenőrzés
Szerelje be véglegesen mindkét kiszámított súlyt, majd futtassa le ellenőrzés céljából. A rezgés mindkét csapágyon most már kényelmesen a célértékeken belül kell maradnia. Ha még marad egy kis maradék, akkor egy gyors trim-kiegyensúlyozás — a már megmért együtthatók újrafelhasználásával — további próbafutások nélkül pontosítja az eredményt.
4. A befolyási együttható-mátrix magyarázata
A módszer ereje abban a 2×2-es mátrixban rejlik, mivel mindegyik sík hatással van mindkét bearings:
- Közvetlen hatások: Az 1. síkban elhelyezett súly a leginkább a közeli 1. csapágyra hat, a 2. síkban elhelyezett súly pedig a közeli 2. csapágyra.
- Kölcsönös kapcsolódási hatások: az 1. síkban lévő súly a 2. csapágyat is elmozdítja (általában kisebb mértékben), a 2. síkban lévő súly pedig az 1. csapágyat.
A mátrix kiszámítása mind a négy kölcsönhatást egyszerre figyelembe veszi, így a két korrekció nem ütközik egymással, hanem kiegészíti egymást. A kézi számításoknál a matematika nem bocsát meg – egy jelcsúszás vagy egy fokos fázishiba átterjed az inverzióra is –, és éppen ezért éri meg a befektetést egy erre a célra kifejlesztett kiegyenlítő műszer.
Két sík (1, 2) és két irány (A, B) esetén a rendszer VA = αA1·W1 + αA2·W2 and VB = αB1·W1 + αB2·W2, ahol minden V, α és W kifejezés egy komplex (amplitúdó- és fázis) vektor. Az egyensúlyozó szoftver ezt a 2×2-es rendszert megoldja, hogy meghatározza a W korrekciós súlyokat1 and W2 that make VA and VB vanish.
5. Két síkú kiegyensúlyozás a terepen
A két síkú kiegyensúlyozás a mindennapi módszer helyszíni kiegyensúlyozás, és pontosan erre szolgál egy hordozható kétcsatornás analizátor. Egy olyan műszerrel, mint a Balanset-1A, egy technikus felszerel egy gyorsulásmérő minden csapágyhoz illeszkedik egy optikai lézeres fordulatszámmérő a fázisreferenciához, és végigmegy a fenti hat lépésen – kezdeti futtatás, két próba futtatás, megoldás, javítás, ellenőrzés – anélkül, hogy szétszerelné a gépet vagy elküldené a FORGÓRÉSZ egy kerékbeállító műhelybe. Mivel a munkát elvégezték in situ, a gép saját csapágyain és tényleges üzemi fordulatszámon végzett mérés eredménye tükrözi a valós üzemeltetési körülményeket – a csapágy merevségét, az alapzat rugalmasságát, valamint a hő- és folyamatbeli terheléseket –, amelyekkel egy műhelyben kiegyensúlyozó gép nem sikerült reprodukálni. A műszer ezután ellenőrzi a végső maradék kiegyensúlyozatlanság a kiválasztott ISO-minőségi osztályhoz képest, mielőtt a jelentést aláírnák.
6. A két síkú kiegyensúlyozás előnyei
- Teljes javítás: megszünteti mind a statikus, mind a forgási egyensúlytalanságot, így teljes mértékben megvalósítja a merev rotor elvét.
- Minimalizálja a rezgést az összes csapágyon: az egész rotorrendszert optimalizálja, nem csak az egyik végét.
- Meghosszabbítja az alkatrészek élettartamát: A két támaszponton egyaránt alacsonyabb rezgésszint a csapágyak, tömítések és tengelykapcsolók kisebb kopását, valamint a kifáradás cracking.
- Ipari szabvány: amelyet számos berendezésgyártó előír, és amelyet a merev rotorok esetében a ISO 21940-11 (az ISO 1940-1 szabvány modern utódja).
- A legtöbb géphez megfelelő: ez az elv a kritikus fordulatszámuk alatt működő merev rotorok esetében érvényes, ami az ipari berendezések túlnyomó többségére vonatkozik.
7. Elhelyezkedés: egy-, két- és többsíkú
| Módszer | Síkok | Helyesbít | Typical rotor |
|---|---|---|---|
| Egysíkú | 1 | Csak statikus | Vékony tárcsák, keskeny szíjtárcsák, egyetlen ventilátorok |
| Két síkú | 2 | Statikus + nyomaték | A legtöbb merev ipari rotor |
| Multi-plane | 3 or more | Statikus + nyomaték + modális hajlítás | A kritikus fordulatszám feletti rugalmas rotorok |
Az egyrétegű kiegyensúlyozáshoz képest a kétrétegű kiegyensúlyozás bonyolultabb és időigényesebb, de a legkeskenyebb tárcsás rotorok kivételével minden más típusnál sokkal hatékonyabb rezgéscsillapítást biztosít. A másik végletben pedig egy rugalmas rotor Egy vagy több kritikus fordulatszám felett történő működés esetén három vagy több síkra lehet szükség – lásd: többsíkos kiegyensúlyozás –, az ipari gépek nagy részénél azonban két sík teljesen elegendő.
8. Gyakori kihívások és megoldások
Nem elérhető korrekciós síkok
Kihívás: összeszerelt gépen előfordulhat, hogy az ideális síkpozíciók nem érhetők el.
Megoldás: Használjon fel mindent, ami rendelkezésre áll – csatlakozócsapágyakat, ventilátorlapátokat, külső karimákat –, és hagyja, hogy a műszer együtthatói kompenzálják a nem ideális geometriát, mivel a mátrixot a tényleges gépen mérik.
Gyenge reakció a próba-súlyra
Kihívás: Ha egy próbasúly alig változtatja meg az értékeket, a hatás-együtthatók zajossá válnak, és a megoldás megbízhatatlanná válik.
Megoldás: használjon nagyobb próbatömeget, vagy helyezze azt nagyobb sugárra, hogy a hatás mértéke jóval a mérési zajszint fölé emelkedjen.
Nemlineáris viselkedés
Kihívás: rotors with mechanikai lazaság, puha láb, vagy a közelében végzett művelet rezonancia lehet, hogy nem reagál lineárisan a súlyozásra – ami a módszer egyik előfeltétele.
Megoldás: először javítsa ki a mechanikai hibákat (húzza meg a rögzítőelemeket, szüntesse meg a laza rögzítést), és amennyiben lehetséges, a kritikus fordulatszámoktól távolabb állítsa be a kiegyensúlyozást. Győződjön meg arról, hogy a probléma valóban a kiegyensúlyozatlanságból ered, és nem tengelyeltolódás annak álcázva magát.
