マルチプレーンバランスの理解
定義: マルチプレーンバランシングとは何ですか?
多面バランス 上級者向け バランシング 3つ以上の手順 修正面 許容できる振動レベルを達成するために、ローターの長さに沿って分散させる。この技術は、 フレキシブルローター—1回転以上の速度で回転するため、運転中に大きく曲がったりたわんだりするローター 臨界速度.
その間 2平面バランス ほとんどの剛性ローターには十分ですが、マルチプレーンバランス調整により原理が拡張され、高速時に柔軟なローターが示す複雑なたわみ形状 (モード形状) に対応できるようになります。.
マルチプレーンバランスはいつ必要ですか?
マルチプレーンバランス調整は、いくつかの特定の状況で必要になります。
1. 臨界速度以上で動作するフレキシブルローター
最も一般的な用途は フレキシブルローター—第一臨界速度（場合によっては第二臨界速度または第三臨界速度）を超える速度で動作する、細長いローター。例としては以下が挙げられます。
- 蒸気およびガスタービンのローター
- 高速コンプレッサーシャフト
- 製紙ロール
- 大型発電機ローター
- 遠心分離機ローター
- 高速スピンドル
これらのローターは運転中に大きな曲げを受け、そのたわみ形状は回転速度と励起されるモードに応じて変化します。2つの補正面だけでは、あらゆる運転速度にわたって振動を制御するには不十分です。.
2. 非常に長いリジッドローター
一部の剛性ローターでも、直径に比べて非常に長い場合は、シャフトに沿った複数のベアリング位置での振動を最小限に抑えるために 3 つ以上の補正面を使用することでメリットが得られる場合があります。.
3. 複雑な質量分布を持つローター
さまざまな軸方向の位置に複数のディスク、ホイール、またはインペラを備えたローターでは、各要素を個別にバランス調整する必要がある場合があり、その結果、多平面バランス調整手順が必要になります。.
4. 2面バランス調整が不十分な場合
2 平面バランス調整によって測定されたベアリング位置での振動が軽減されるものの、ローターに沿った中間位置 (中間スパンのたわみなど) での振動が依然として大きい場合は、追加の補正平面が必要になることがあります。.
課題：柔軟なローターダイナミクス
フレキシブルローターには、多面的なバランス調整を複雑にする特有の課題があります。
モードシェイプ
フレキシブルローターが 臨界速度, 振動はモード形状と呼ばれる特定のパターンで振動します。第1モードでは通常、シャフトが単一の滑らかな円弧を描いて曲がり、第2モードでは中央に節点を持つS字カーブを描き、高次のモードになるほど複雑な形状になります。各モードには、それぞれ固有の補正ウェイト配分が必要です。.
速度依存の動作
フレキシブルローターのアンバランス応答は速度によって劇的に変化します。ある速度では効果的に機能する補正が、別の速度では効果がなく、逆効果になる場合もあります。マルチプレーンバランス調整は、動作速度範囲全体を考慮する必要があります。.
クロスカップリング効果
多面バランス調整では、いずれかの面における補正ウェイトが、すべての測定箇所の振動に影響を与えます。補正面が3面、4面、あるいはそれ以上になると、数学的な関係は2面バランス調整の場合よりも大幅に複雑になります。.
マルチプレーンバランス調整手順
この手続きは、 影響係数法 2平面バランス調整に使用:
ステップ1：初期測定
対象となる動作速度において、ローターの複数の位置（通常は各ベアリング、場合によっては中間位置）で振動を測定します。フレキシブルローターの場合は、複数の速度で測定する必要がある場合があります。.
ステップ2: 修正面を定義する
重りを追加できるN個の補正面を特定します。これらの補正面は、ローターの長手方向に沿って、カップリングフランジ、ホイールリム、または特別に設計されたバランスリングなど、アクセスしやすい場所に分散配置する必要があります。.
ステップ3：連続した試験重量測定
N回の試行をそれぞれ 試用重量 1つの補正平面で。例えば、4つの補正平面の場合：
- 実行1: 平面1のみの試験重量
- 実行2: 平面2のみの試験重量
- 実行3: 平面3のみの試験重量
- 実行4: 平面4のみの試験重量
各実行中、すべてのセンサー位置で振動を測定します。これにより、各補正面が各測定点にどのように影響するかを示す完全な影響係数マトリックスが作成されます。.
ステップ4: 修正重みを計算する
バランス調整ソフトウェアは、N個の連立方程式（Nは補正面の数）を解いて、最適な 修正重み 各平面について。この計算は行列代数を用いており、手動で実行するには複雑すぎるため、専用のソフトウェアが不可欠です。.
ステップ5: インストールと検証
計算された補正ウェイトをすべて同時に取り付け、振動レベルを検証してください。フレキシブルローターの場合、あらゆる速度域で許容可能な振動レベルを確保するために、全動作速度範囲にわたって検証を実施する必要があります。.
モーダルバランシング：代替アプローチ
非常に柔軟なローターには、 モーダルバランス 従来のマルチプレーンバランシングよりも効果的です。モーダルバランシングは、特定の速度ではなく特定の振動モードを対象とします。ローターの固有モード形状に一致する補正重みを計算することで、より少ない試行でより良い結果を得ることができます。ただし、この手法には高度な解析ツールとローターダイナミクスに関する深い理解が必要です。.
複雑さと実用上の考慮事項
マルチプレーンバランスは、2 プレーンバランスよりもはるかに複雑です。
試運転回数
必要な試運転回数は、天秤の面数に比例して増加します。4面天秤では、4回の試運転に加え、初期運転と検証運転、つまり計6回の起動と停止が必要になります。これにより、コスト、時間、そして機械の摩耗が増加します。.
数学的複雑さ
N 個の補正重みを解くには、N×N 行列の逆行列を求める必要がありますが、これは計算負荷が高く、測定値にノイズが多かったり補正平面の位置が適切でなかったりすると数値的に不安定になる可能性があります。.
測定精度
多面バランス調整では多数の連立方程式を解く必要があるため、測定誤差とノイズの影響は二面バランス調整よりも大きくなります。そのため、高品質のセンサーと綿密なデータ収集が不可欠です。.
修正面のアクセシビリティ
N 個のアクセス可能かつ効果的な修正平面の位置を見つけることは、特にマルチプレーンバランス調整用に設計されていないマシンでは困難な場合があります。.
機器およびソフトウェアの要件
マルチプレーンバランスには以下が必要です。
- 高度なバランス調整ソフトウェア: N×N 影響係数行列を処理し、複雑なベクトル方程式のシステムを解くことができます。.
- 複数の振動センサー: 少なくとも N 個のセンサー (測定場所ごとに 1 つ) が推奨されますが、一部の計測器では実行間でセンサーの位置を変更することで、より少ない数のセンサーでも動作できます。.
- タコメーター/キーフェーザー: 正確な 段階 測定。.
- 経験豊富な人材: 多平面バランス調整の複雑さにより、ローターダイナミクスと振動解析の高度な訓練を受けた技術者が必要になります。.
代表的な用途
マルチプレーンバランス調整は、高速機械を扱う業界では標準的な方法です。
- 発電: 大型蒸気およびガスタービン発電機
- 石油化学: 高速遠心圧縮機およびターボエキスパンダー
- パルプおよび紙: 長尺抄紙機用乾燥ロールおよびカレンダーロール
- 航空宇宙: 航空機エンジンのローターとターボ機械
- 製造: 高速工作機械スピンドル
これらのアプリケーションでは、マルチプレーン バランシングへの投資は、機器の重要性、故障の影響、および最小限の振動で稼働することによる運用効率の向上によって正当化されます。.
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