როტორის დაბალანსება: სტატიკური და დინამიური დისბალანსი, რეზონანსი და პრაქტიკული პროცედურა
ეს სახელმძღვანელო განმარტავს როტორის დაბალანსებას ხისტი როტორებირას ნიშნავს “დისბალანსი”, რით განსხვავდება სტატიკური და დინამიური დისბალანსი, რატომ შეიძლება რეზონანსმა და არაწრფივობამ ხელი შეუშალოს ხარისხიან შედეგს და როგორ ხორციელდება დაბალანსება, როგორც წესი, ერთ ან ორ კორექციის სიბრტყეში.
შინაარსი
- რა არის როტორი და რას ასწორებს ბალანსირება?
- როტორების ტიპები და დისბალანსის ტიპები
- მექანიზმების ვიბრაცია: რა შეიძლება მოხსნას და რა — დაბალანსების გზით
- რეზონანსი: ფაქტორი, რომელიც ხელს უშლის დაბალანსებას
- ხაზოვანი vs. არაწრფივი მოდელები: როდესაც გამოთვლები წყვეტს მუშაობას
- ბალანსირების მოწყობილობები და ბალანსირების მანქანები
- ხისტი როტორების დაბალანსება (პრაქტიკული შენიშვნები)
- როგორ ხორციელდება დინამიური დაბალანსება (სამჯერადი მეთოდი)
- დაბალანსების ხარისხის შეფასების კრიტერიუმები
- სტანდარტები და მითითებები
- FAQ
რა არის როტორი და რას ასწორებს ბალანსირება?
როტორი არის სხეული, რომელიც ბრუნავს გარკვეული ღერძის გარშემო და საყრდენებში მისი საყრდენი ზედაპირებითაა დაფიქსირებული. როტორის საყრდენი ზედაპირები გადასცემს დატვირთვებს საყრდენებს გორგოლაყიანი ან სრიალა საყრდენების მეშვეობით. საყრდენი ზედაპირები არის ბრუნვის ღერძების ზედაპირები ან ზედაპირები, რომლებიც მათ ანაცვლებს.
იდეალურად დაბალანსებულ როტორში მისი მასა სიმეტრიულად არის განაწილებული ბრუნვის ღერძის გარშემო, ანუ როტორის ნებისმიერი ელემენტი შეიძლება შეესაბამებოდეს ბრუნვის ღერძის გარშემო სიმეტრიულად განლაგებულ სხვა ელემენტს. დაბალანსებულ როტორში როტორის ნებისმიერ ელემენტზე მოქმედი ცენტრიდანული ძალა დაბალანსებულია სიმეტრიულ ელემენტზე მოქმედი ცენტრიდანული ძალით. მაგალითად, 1 და 2 ელემენტებზე (სურათ 1-ზე მწვანედ მონიშნულია) მოქმედებენ ცენტრიდანული ძალები F1 და F2, რომლებიც სიდიდით თანაბარი და მიმართულებით საპირისპიროა. ეს მართალია როტორის ყველა სიმეტრიული ელემენტისთვის და, შესაბამისად, როტორზე მოქმედი ცენტრიდანული ძალის ჯამური ტოლია 0-ის და როტორი დაბალანსებულია.
მაგრამ თუ როტორის სიმეტრია დაირღვა (ასიმეტრიული ელემენტი ნაჩვენებია წითელი ფერით სურათი 1-ზე), მაშინ როტორზე მოქმედებს არაბალანსირებული ცენტრიფუგალური ძალა F3. ბრუნვისას, ეს ძალა ცვლის მიმართულებას როტორის ბრუნვასთან ერთად. ამ ძალით გამოწვეული დინამიკური დატვირთვა გადაეცემა საკისრებს, რაც იწვევს დაჩქარებულ ცვეთასა და დაზიანებას.
გარდა ამისა, მიმართულების ცვალებადი ძალის ზემოქმედებით, ხდება საყრდენებისა და ფუძის ციკლური დეფორმაცია, რომელზეც დამაგრებულია როტორი, ანუ წარმოიქმნება ვიბრაცია. როტორის დისბალანსისა და თანმხლები ვიბრაციის აღმოსაფხვრელად, საჭიროა დამბალანსებელი მასების მონტაჟი როტორის სიმეტრიის აღსადგენად.
როტორის დაბალანსება არის ოპერაცია, რომელიც მიზნად ისახავს დისბალანსის გამოსწორებას საბალანსო მასების დამატებით.
ბალანსირების ამოცანაა ერთი ან მეტი საბალანსე მასის ზომისა და მდებარეობის (კუთხის) განსაზღვრა.
როტორების ტიპები და დისბალანსის ტიპები
როტორის მასალის სიმტკიცისა და მასზე მოქმედი ცენტრიდანული ძალების სიდიდის გათვალისწინებით, როტორები შეიძლება დაიყოს ორ ტიპად - ხისტ და მოქნილ როტორებად.
მყარი როტორები სამუშაო რეჟიმში ცენტრიფუგალური ძალის ზემოქმედებით უმნიშვნელოდ დეფორმირდებიან და ამ დეფორმაციის გავლენის გათვალისწინება გათვლებისას შეიძლება დატოვდეს.
მოქნილი როტორების დეფორმაციის უგულებელყოფა აღარ შეიძლება. მოქნილი როტორების დეფორმაცია ართულებს ბალანსირების ამოცანის გადაწყვეტას და მოითხოვს სხვა მათემატიკური მოდელების გამოყენებას ხისტი როტორების ბალანსირების პრობლემასთან შედარებით. უნდა აღინიშნოს, რომ იგივე როტორი დაბალ სიჩქარეზე შეიძლება მოიქცეს როგორც ხისტი, ხოლო მაღალ სიჩქარეზე - როგორც მოქნილი. ქვემოთ განვიხილავთ მხოლოდ ხისტი როტორების დაბალანსებას.
როტორის სიგრძის გასწვრივ დაუბალანსებელი მასების განაწილების მიხედვით, შეიძლება გამოიყოს დისბალანსის ორი ტიპი - სტატიკური და დინამიური (მომენტალური). შესაბამისად, როტორის სტატიკური და დინამიური დაბალანსება არსებობს. როტორის სტატიკური დისბალანსი ხდება როტორის ბრუნვის გარეშე, ანუ სტატიკაში, როდესაც როტორი გრავიტაციის ზემოქმედებით ბრუნდება "მძიმე წვერით" ქვემოთ. სტატიკური დისბალანსის მქონე როტორის მაგალითი ნაჩვენებია ნახ. 2-ში.
დინამიური დისბალანსი წარმოიქმნება მხოლოდ მაშინ, როდესაც როტორი ბრუნავს.
როტორის დინამიკური დისბალანსის მაგალითი ნაჩვენებია სურათ 3-ზე.
ამ შემთხვევაში, დაუბალანსებელი თანაბარი მასები M1 და M2 სხვადასხვა სიბრტყეშია - როტორის სიგრძის გასწვრივ სხვადასხვა ადგილას. სტატიკურ მდგომარეობაში, ანუ როდესაც როტორი არ ბრუნავს, როტორზე მხოლოდ გრავიტაცია მოქმედებს და მასები ერთმანეთს აბალანსებს. დინამიკაში, როდესაც როტორი ბრუნავს, ცენტრიდანული ძალები Fc1 და Fc2 იწყებენ მოქმედებას მასებზე M1 და M2. ეს ძალები თანაბარი სიდიდით და საპირისპირო მიმართულებითაა. თუმცა, რადგან ისინი ლილვის სიგრძის გასწვრივ სხვადასხვა ადგილას მოქმედებენ და ერთ ხაზზე არ არიან, ეს ძალები ერთმანეთს არ აკომპენსირებს. ძალები Fc1 და Fc2 ქმნიან როტორზე მოქმედ მომენტს. ამიტომ, ამ დისბალანსს ასევე მომენტის დისბალანსს უწოდებენ. შესაბამისად, საკისრების პოზიციებზე მოქმედებენ დაუკომპენსირებელი ცენტრიდანული ძალები, რომლებმაც შეიძლება მნიშვნელოვნად გადააჭარბონ გამოთვლილ მნიშვნელობებს და შეამცირონ საკისრების მომსახურების ვადა.
რადგან ამ ტიპის დისბალანსი როტორის ბრუნვის დროს მხოლოდ დინამიურად ხდება, მას დინამიური დისბალანსი ეწოდება. სტატიკურ პირობებში მისი გამოსწორება "დანებზე" დაბალანსებით ან მსგავსი მეთოდებით შეუძლებელია. დინამიური დისბალანსის აღმოსაფხვრელად, უნდა დამონტაჟდეს ორი კომპენსატორული წონა, რომლებიც წარმოქმნიან მომენტს, რომელიც სიდიდით ტოლია და მიმართულებით საპირისპიროა M1 და M2 მასებიდან წარმოქმნილი მომენტისა. კომპენსატორული მასები არ უნდა იყოს დაყენებული საპირისპიროდ და სიდიდით ტოლი M1 და M2 მასებისა. მთავარია, რომ ისინი წარმოქმნიან მომენტს, რომელიც სრულად კომპენსირებას უკეთებს დისბალანსურ მომენტს.
ზოგადად, მასები M1 და M2 შეიძლება ერთმანეთის ტოლი არ იყოს, ამიტომ სტატიკური და დინამიური დისბალანსის კომბინაცია იქნება. თეორიულად დამტკიცებულია, რომ ხისტი როტორისთვის, როტორის სიგრძის გასწვრივ ერთმანეთისგან დაშორებული ორი წონა აუცილებელია და საკმარისია მისი დისბალანსის აღმოსაფხვრელად. ეს წონა კომპენსირებას გაუწევს როგორც დინამიური დისბალანსით გამოწვეულ ბრუნვის მომენტს, ასევე ცენტრიდანულ ძალას, რომელიც გამოწვეულია მასის ასიმეტრიით როტორის ღერძთან მიმართებაში (სტატიკური დისბალანსი). როგორც წესი, დინამიური დისბალანსი დამახასიათებელია გრძელი როტორებისთვის, როგორიცაა ლილვები, ხოლო სტატიკური დისბალანსი - ვიწრო როტორებისთვის. თუმცა, თუ ვიწრო როტორი ღერძთან მიმართებაში დახრილია ან დეფორმირებულია ("რვა ფიგურა"), მაშინ დინამიური დისბალანსის აღმოფხვრა რთული იქნება (იხ. სურ. 4), რადგან ამ შემთხვევაში რთულია ისეთი მაკორექტირებელი წონის დაყენება, რომელიც ქმნის საჭირო კომპენსატორულ მომენტს.
ძალები F1 და F2 არ მდებარეობს ერთ წრფეზე და არ ანაზღაურებენ ერთმანეთს.
იმის გამო, რომ ბრუნვის მომენტის შესაქმნელად განკუთვნილი მკლავი ვიწრო როტორის გამო მცირეა, შესაძლოა საჭირო გახდეს დიდი კორექტირების წონები. თუმცა, ეს ასევე იწვევს "გამოწვეულ დისბალანსს" კორექტირების წონებიდან ცენტრიდანული ძალებით ვიწრო როტორის დეფორმაციის გამო. (იხილეთ მაგალითად "მყარი როტორების დაბალანსების მეთოდოლოგიური ინსტრუქციები (ISO 22061-76 სტანდარტის მიხედვით)". ნაწილი 10. როტორის საყრდენების სისტემა.)
ეს აშკარად ჩანს ვენტილატორის ვიწრო იმპელერების შემთხვევაში, რომლებშიც ძალური დისბალანსის გარდა, აეროდინამიკური დისბალანსიც მოქმედებს. და უნდა გვესმოდეს, რომ აეროდინამიკური დისბალანსი, ან უფრო ზუსტად, აეროდინამიკური ძალა, პირდაპირპროპორციულია როტორის კუთხური სიჩქარისა, და მისი კომპენსაციისთვის გამოიყენება გამასწორებელი მასის ცენტრფუგალური ძალა, რომელიც კუთხური სიჩქარის კვადრატის პროპორციულია. ამიტომ, დაბალანსების ეფექტი მხოლოდ კონკრეტულ დაბალანსების სიხშირეზე შეიძლება მოხდეს. სხვა მბრუნავი სიხშირეებისას წარმოიქმნება დამატებითი შეცდომა.
იგივე ითქმის ელექტროძრავაში არსებულ ელექტრომაგნიტურ ძალებზე, რომლებიც ასევე პროპორციულია კუთხური სიჩქარისა. ასე რომ, დაბალანსებით შეუძლებელია მანქანაში ვიბრაციის ყველა მიზეზის აღმოფხვრა.
მექანიზმების ვიბრაცია
ვიბრაცია არის მექანიზმის კონსტრუქციის რეაქცია ციკლური ამგზნები ძალის ზემოქმედებაზე. ეს ძალა შეიძლება იყოს სხვადასხვა ბუნების.
დაუბალანსებელი როტორის შედეგად წარმოქმნილი ცენტრიდანული ძალა არის "მძიმე წერტილზე" მოქმედი არაკომპენსირებული ძალა. სწორედ ეს ძალა და მისგან გამოწვეული ვიბრაცია შეიძლება აღმოიფხვრას როტორის დაბალანსებით.
"გეომეტრიული" ხასიათის ურთიერთქმედების ძალები, რომლებიც წარმოიქმნება შეერთების ნაწილების წარმოებისა და აწყობის შეცდომებით. ეს ძალები შეიძლება წარმოიშვას, მაგალითად, ლილვის ყელების არამრგვალობის, გადაცემათა კოლოფებში კბილების პროფილების შეცდომების, საკისრების სარბენი ბილიკების ტალღოვანობის, შეერთების ლილვების არასწორი განლაგების და ა.შ. შედეგად. ლილვის ყელების არაწრიული ფორმის შემთხვევაში, ლილვის ღერძი გადაადგილდება ლილვის ბრუნვის კუთხის მიხედვით. მიუხედავად იმისა, რომ ეს ვიბრაცია ასევე ხდება როტორის სიჩქარით, მისი აღმოფხვრა დაბალანსებით თითქმის შეუძლებელია.
აეროდინამიკური ძალები, რომლებიც წარმოიქმნება ვენტილატორებისა და სხვა ფრთოვანი მექანიზმების როტაციის შედეგად. ჰიდროდინამიკური ძალები, რომლებიც წარმოიქმნება ჰიდრავლიკური ტუმბოების, ტურბინების და ა.შ. როტაციის შედეგად.
ელექტრომაგნიტური ძალები, რომლებიც წარმოიქმნება ელექტრული მანქანების მუშაობის შედეგად, მაგ., ასიმეტრიული როტორის შემოხვევები, მოკლე ჩართვის მქონე შემოხვევები და ა.შ.
ვიბრაციის სიდიდე (მაგ., მისი ამპლიტუდა Av) დამოკიდებულია არა მხოლოდ მექანიზმზე მოქმედ აღმძვრელ ძალაზე Fv, რომლის წრიული სიხშირეა ω, არამედ მექანიზმის სიმყარეზე k, მის მასაზე m და ასევე დემპფირების კოეფიციენტზე C.
ვიბრაციის გასაზომად და მექანიზმების დასაბალანსებლად შეიძლება გამოყენებულ იქნას სხვადასხვა ტიპის სენსორები, მათ შორის:
- აბსოლუტური ვიბრაციის სენსორები, რომლებიც განკუთვნილია ვიბრაციის აჩქარების (აკსელერომეტრები) და ვიბრაციის სიჩქარის გასაზომად;
- ფარდობითი ვიბრაციის სენსორები - eddy-current ან capacitive, შექმნილია ვიბრაციის გადაადგილების გასაზომად;
- ზოგიერთ შემთხვევაში (როდესაც მექანიზმის დიზაინი ამის საშუალებას იძლევა), ძალის სენსორების გამოყენება ასევე შესაძლებელია მისი ვიბრაციული დატვირთვის შესაფასებლად; კერძოდ, ისინი ფართოდ გამოიყენება მყარი საკისრების მქონე ბალანსირების მანქანების საყრდენების ვიბრაციული დატვირთვის გასაზომად.
ასე რომ, ვიბრაცია არის მანქანის რეაქცია გარე ძალების ზემოქმედებაზე. ვიბრაციის სიდიდე დამოკიდებულია არა მხოლოდ მექანიზმზე მოქმედი ძალის სიდიდეზე, არამედ მექანიზმის კონსტრუქციის სიმყარეზეც. ერთმა და იმავე ძალამ შეიძლება გამოიწვიოს განსხვავებული ვიბრაციები. მყარი საყრდენების მქონე მანქანაში, ვიბრაციის მცირე დონის შემთხვევაშიც კი, საკისრებზე შეიძლება მნიშვნელოვანი დინამიკური დატვირთვა მოვიდეს. სწორედ ამიტომ, მყარი საყრდენების მქონე მანქანების დაბალანსებისას ვიბრაციის სენსორების (ვიბრაციური აჩქარების სენსორების) ნაცვლად ძალის სენსორები გამოიყენება.
ვიბრაციის სენსორები გამოიყენება შედარებით მოქნილი საყრდენების მქონე მექანიზმებში, როდესაც დაუბალანსებელი ცენტრფუგალური ძალების მოქმედება იწვევს საყრდენების შესამჩნევ დეფორმაციასა და ვიბრაციას. ძალის სენსორები გამოიყენება მყარი საყრდენებისთვის, როდესაც დისბალანსის გამო წარმოქმნილმა მნიშვნელოვანმა ძალებმაც კი არ იწვევს მნიშვნელოვან ვიბრაციას.
რეზონანსი არის ფაქტორი, რომელიც ხელს უშლის დაბალანსებას.
ადრე აღვნიშნეთ, რომ როტორები იყოფა მყარ და მოქნილად. როტორის სიმყარე ან მოქნილობა არ უნდა აგვერიოს იმ საყრდენების (ფუძის) სიმყარესა თუ მოძრაობაში, რომლებზეც ის დამონტაჟებულია. როტორი ითვლება მყარად, თუ ცენტრიფუგალური ძალების ზემოქმედებით მისი დეფორმაცია (მოხრა) უგულებელყოფილია. მოქნილი როტორის დეფორმაცია შედარებით დიდია და მისი უგულებელყოფა შეუძლებელია.
ამ სტატიაში განვიხილავთ მხოლოდ მყარი როტორების დაბალანსებას. მყარი (არადეფორმირებადი) როტორი, თავის მხრივ, შეიძლება დამონტაჟდეს მყარ ან მოძრავ (მოქნილ) საყრდენებზე. ცხადია, რომ საყრდენების ეს მყარობა/მოქნილობა ასევე შეფარდებითია და დამოკიდებულია როტორის სიჩქარესა და წარმოქმნილი ცენტრიფუგალური ძალების სიდიდეზე. პირობითი საზღვარია როტორის საყრდენების ბუნებრივი რხევების სიხშირე.
მექანიკური სისტემებისთვის, ბუნებრივი რხევების ფორმა და სიხშირე განისაზღვრება მექანიკური სისტემის ელემენტების მასითა და ელასტიურობით. ანუ, ბუნებრივი რხევების სიხშირე მექანიკური სისტემის შიდა მახასიათებელია და არ არის დამოკიდებული გარე ძალებზე. წონასწორობის მდგომარეობიდან გადახრისას, საყრდენები ელასტიურობის გამო წონასწორობის პოზიციაში დაბრუნებას ისწრაფვიან. მაგრამ მასიური როტორის ინერციულობის გამო, ეს პროცესი ჩახშული რხევების ხასიათისაა. ეს რხევები როტორი-საყრდენის სისტემის ბუნებრივი რხევებია. მათი სიხშირე დამოკიდებულია როტორის მასისა და საყრდენების ელასტიკურობის თანაფარდობაზე.
როდესაც როტორი იწყებს ბრუნვას და მისი ბრუნვის სიხშირე ბუნებრივი რხევების სიხშირეს უახლოვდება, რხევების ამპლიტუდა მკვეთრად იზრდება, რამაც შეიძლება სტრუქტურის დანგრევა გამოიწვიოს.
ხდება მექანიკური რეზონანსის ფენომენი. რეზონანსის არეალში ბრუნვის სიჩქარის 100 ბ/წთ-ით ცვლილებამ შეიძლება ვიბრაციის ათეულობით-ჯერ გაზრდა გამოიწვიოს. ამავდროულად (რეზონანსის არეალში) ვიბრაციის ფაზა იცვლება 180°.
თუ მექანიზმის კონსტრუქცია არადამაკმაყოფილებელია და როტორის სამუშაო სიხშირე ახლოსაა ბუნებრივი რხევების სიხშირესთან, მაშინ მექანიზმის მუშაობა შეუძლებელი ხდება დაუშვებლად მაღალი რხევების გამო. ეს ჩვეულებრივი გზით შეუძლებელია, რადგან სიჩქარის მცირე ცვლილებაც კი რხევების პარამეტრებში მკვეთრ ცვლილებას გამოიწვევს. რეზონანსის არეალში დაბალანსებისთვის გამოიყენება სპეციალური მეთოდები, რომლებიც ამ სტატიაში არ განიხილება.
მექანიზმის ბუნებრივი რხევების სიხშირის განსაზღვრა შესაძლებელია ინერციული გაჩერებისას (როტორის ბრუნვის გამორთვის შემდეგ) ან დარტყმის მეთოდით, დარტყმაზე სისტემის პასუხის შემდგომი სპექტრული ანალიზით.
მექანიზმებისთვის, რომელთა მუშაობის მბრუნავი სიხშირე რეზონანსულ სიხშირეს აღემატება, ანუ რომლებიც რეზონანსულ რეჟიმში მუშაობენ, საყრდენები მიიჩნევა მოძრავად და გაზომვისთვის გამოიყენება ვიბრაციული სენსორები, ძირითადად ვიბროაქსელერომეტრები, რომლებიც სტრუქტურული ელემენტების აჩქარებას ზომავენ. პრერეზონანსულ რეჟიმში მომუშავე მექანიზმებისთვის საყრდენები მყარად მიიჩნევა. ამ შემთხვევაში გამოიყენება ძალის სენსორები.
მექანიკური სისტემის ხაზოვანი და არახაზოვანი მოდელები. არახაზოვნება არის ფაქტორი, რომელიც ხელს უშლის დაბალანსებას.
მყარი როტორების დაბალანსებისას, დაბალანსების გამოთვლებისთვის გამოიყენება მათემატიკური მოდელები, რომლებსაც წრფივი მოდელები ეწოდება. წრფივი მოდელი ნიშნავს, რომ ასეთ მოდელში ერთი სიდიდე პროპორციულია (წრფივია) მეორის. მაგალითად, თუ როტორზე არსებული უკომპენსაციო მასა გაორმაგდება, ვიბრაციის მაჩვენებელიც გაორმაგდება. მყარი როტორებისთვის შესაძლებელია წრფივი მოდელის გამოყენება, რადგან ისინი არ დეფორმირდებიან.
მოქნილი როტორებისთვის ხაზოვანი მოდელის გამოყენება აღარ შეიძლება. მოქნილი როტორისთვის, თუ ბრუნვის დროს მძიმე წერტილის მასა იზრდება, მოხდება დამატებითი დეფორმაცია და მასის გარდა, მძიმე წერტილის რადიუსიც გაიზრდება. ამიტომ, მოქნილი როტორისთვის ვიბრაცია ორჯერზე მეტად გაიზრდება და ჩვეული გამოთვლითი მეთოდები არ იმუშავებს.
ასევე, საყრდენების ელასტიკურობის ცვლილება მათი დიდი დეფორმაციებისას, მაგალითად, როდესაც მცირე დეფორმაციებისას ზოგიერთი სტრუქტურული ელემენტი მუშაობს, ხოლო დიდისას — სხვები ერთვებიან. სწორედ ამიტომ, შეუძლებელია იმ მექანიზმების დაბალანსება, რომლებიც არ არის დაფუძნებული, არამედ, მაგალითად, უბრალოდ იატაკზეა დადებული. ძლიერი ვიბრაციებისას, დისბალანსის ძალამ შეიძლება მექანიზმი იატაკიდან აიღოს, რითაც მნიშვნელოვნად შეცვლის სისტემის სიმყარის მახასიათებლებს. ძრავის ფეხები მყარად უნდა იყოს დამაგრებული, ჭანჭიკები მოჭერილი, საყელურის სისქე უზრუნველყოფდეს საკმარის სამაგრის სიმყარეს და ა.შ. თუ საკისრები დაზიანებულია, შესაძლებელია ლილვის მნიშვნელოვანი არასწორი განლაგება და დარტყმები, რაც ასევე გამოიწვევს ცუდ ხაზოვანობას და ხარისხიანი დაბალანსების შეუძლებლობას.
ბალანსირების მოწყობილობები და ბალანსირების მანქანები
როგორც ზემოთ აღინიშნა, დაბალანსება არის ინერციის მთავარი ცენტრალური ღერძის როტორის ბრუნვის ღერძთან გასწორების პროცესი.
ეს პროცესი შეიძლება შესრულდეს ორი მეთოდით.
პირველი მეთოდი გულისხმობს როტორის საყრდენ მუხლების დამუშავებას ისე, რომ საყრდენების განივი კვეთების ცენტრები გაიაროს როტორის მთავარი ცენტრალური ინერციის ღერძის გავლით. ასეთი ტექნიკა პრაქტიკაში იშვიათად გამოიყენება და ამ სტატიაში მას დეტალურად არ განვიხილავთ.
მეორე (ყველაზე გავრცელებული) მეთოდი გულისხმობს როტორზე საკორექციო წონების გადაადგილებას, მონტაჟს ან მოხსნას, რომლებიც განლაგებულია ისე, რომ როტორის ინერციის ღერძი მაქსიმალურად ახლოს იყოს მისი მბრუნავი ღერძისთან.
ბალანსირების დროს საკორექციო წონების გადაადგილება, დამატება ან მოხსნა შეიძლება განხორციელდეს სხვადასხვა ტექნოლოგიური ოპერაციებით, მათ შორის: ბურღვით, ფრეზირებით, ზედაპირის დამუშავებით, შედუღებით, დახრახნით ან მოხსნით, ლაზერული ან ელექტრონულ-სხიური დაწვით, ელექტროლიზით, ელექტრომაგნიტური დამუშავებით და ა.შ.
ბალანსირების პროცესი შეიძლება შესრულდეს ორი გზით:
- შეკრული როტორების (მათს საკუთარ საკისრებში) დაბალანსება საბალანსირებელი მანქანების გამოყენებით;
- როტორების დაბალანსება საბალანსო მანქანებზე. როტორების დაბალანსებისთვის საკუთარ საკისრებში, როგორც წესი, გამოიყენება სპეციალიზებული საბალანსო მოწყობილობები (კომპლექტები), რომლებიც იძლევა დაბალანსებული როტორის ვიბრაციის გაზომვის საშუალებას მისი მბრუნავი სიხშირეზე ვექტორული ფორმით, ანუ ვიბრაციის როგორც ამპლიტუდის, ისე ფაზის გასაზომად. ამჟამად, ზემოხსენებული მოწყობილობები მზადდება მიკროპროცესორული ტექნოლოგიის საფუძველზე და (ვიბრაციის გაზომვისა და ანალიზის გარდა) უზრუნველყოფს გამასწორებელი წონების პარამეტრების ავტომატურ გამოთვლას, რომლებიც უნდა დამონტაჟდეს როტორზე მისი დისბალანსის საკომპენსაციოდ.
ეს მოწყობილობები მოიცავს:
- საზომი და გამომთვლელი ბლოკი კომპიუტერზე ან სამრეწველო მართვის მოწყობილობაზე დაფუძნებული;
- ორი (ან მეტი) ვიბრაციის სენსორი;
- ფაზური კუთხის სენსორი;
- სამონტაჟო დანართები სენსორების ობიექტზე სამონტაჟოდ;
- სპეციალიზებული პროგრამული უზრუნველყოფა, რომელიც შექმნილია როტორის ვიბრაციული პარამეტრების გაზომვის სრული ციკლის შესასრულებლად ერთ, ორ ან მეტ კორექტირების სიბრტყეში.
ამჟამად ყველაზე გავრცელებულია დაბალანსების ორი ტიპის დანადგარები:
- რბილი საყრდენების მქონე მანქანები (რბილი საყრდენებით);
- მყარად დაყრდნობილი მანქანები (მყარი საყრდენებით).
რბილი საკისრებიანი მანქანები შედარებით დრეკადი საყრდენებით გამოირჩევა, მაგალითად, ბრტყელ ზამბარებზე დაფუძნებული. ამ საყრდენების ბუნებრივი ვიბრაციების სიხშირე, როგორც წესი, 2-3-ჯერ ნაკლებია მათზე დამონტაჟებული დაბალანსების როტორის ბრუნვის სიხშირეზე. მანქანის პრერეზონანსული საყრდენების ვიბრაციის გაზომვისას, როგორც წესი, გამოიყენება ვიბრაციის სენსორები (აქსელერომეტრები, ვიბრაციის სიჩქარის სენსორები და ა.შ.).
პრე-რეზონანსული დაბალანსების მანქანები იყენებენ შედარებით მყარ საყრდენებს, რომელთა ბუნებრივი რხევითი სიხშირეები 2-3-ჯერ უნდა აღემატებოდეს დაბალანსებელი როტორის ბრუნვის სიხშირეს. პრე-რეზონანსული მანქანის საყრდენების რხევითი დატვირთვის გასაზომად, როგორც წესი, გამოიყენება ძალის ტრანსდუსერები.
რეზონანსამდელი ბალანსირების აპარატების უპირატესობა ის არის, რომ მათზე დაბალანსება შესაძლებელია შედარებით დაბალი როტორის სიჩქარით (400-500 ბრ/წთ-მდე), რაც მნიშვნელოვნად ამარტივებს აპარატისა და მისი საძირკვლის კონსტრუქციას და ზრდის დაბალანსების პროდუქტიულობას და უსაფრთხოებას.
მყარი როტორების დაბალანსება
მნიშვნელოვანია!
- ბალანსირება მხოლოდ იმ ვიბრაციას აქრობს, რომელიც გამოწვეულია როტორის მასის ასიმეტრიული განაწილებით მისი ბრუნვის ღერძის მიმართ. ბალანსირება სხვა ტიპის ვიბრაციებს არ აქრობს!
- ტექნიკური მექანიზმები, რომელთა კონსტრუქცია უზრუნველყოფს რეზონანსების არარსებობას მბრუნავი მექანიზმის საექსპლუატაციო სიხშირეზე, საიმედოდ დამაგრებულია ფუძეზე, დამონტაჟებულია გამართულ საკისრებში და ექვემდებარება დაბალანსებას.
- დეფექტური დანადგარები ბალანსირებამდე უნდა შეკეთდეს. წინააღმდეგ შემთხვევაში, ხარისხიანი ბალანსირება შეუძლებელია.
დაბალანსება შეკეთების შემცვლელი არ არის!
The main task of balancing is to find the mass and location of compensating weights that counteract the centrifugal forces.
როგორც ზემოთ აღვნიშნეთ, მყარი როტორებისთვის, როგორც წესი, აუცილებელი და საკმარისია ორი კომპენსატორული წონის დამონტაჟება. ეს აღმოფხვრის როგორც სტატიკურ, ისე დინამიკურ დისბალანსს როტორში. ბალანსირების დროს ვიბრაციის გაზომვის ზოგადი სქემა შემდეგია.
ვიბრაციის სენსორები დამონტაჟებულია საკისრების საყრდენებზე 1-ლ და მე-2 წერტილებში. როტორზე მაგრდება ერთი ბრუნვის მარკერი, როგორც წესი, ანარეკლული ლენტით. ბრუნვის სიხშირის ნიშნულს ლაზერული ტახომეტრი იყენებს როტორის სიჩქარისა და ვიბრაციული სიგნალის ფაზის დასადგენად.
როგორ ხორციელდება დინამიური დაბალანსება (სამჯერადი მეთოდი)
უმეტეს შემთხვევაში დინამიკური დაბალანსება ხორციელდება სამი ჩართვის მეთოდით. მეთოდი ეფუძნება იმ ფაქტს, რომ ცნობილი წონის სატესტო წონები რიგრიგობით მოთავსდება როტორზე 1-ელ და მე-2 სიბრტყეში, ხოლო წონებისა და დაბალანსების წონების განლაგების გამოთვლა ხდება ვიბრაციის პარამეტრების ცვლილებების შედეგების საფუძველზე.
სიმძიმეების მონტაჟის ადგილს კორექციის სიბრტყე ეწოდება. როგორც წესი, კორექციის სიბრტყეები ირჩევა იმ საყრდენების არეალში, რომლებზეც როტორია დამონტაჟებული.
პირველ ჩართვაზე იზომება საწყისი ვიბრაცია. შემდეგ, ცნობილი წონის საცდელი წონა მოთავსდება როტორზე, ერთ-ერთი საკისარის მახლობლად. ხდება მეორე გაშვება და იზომება ვიბრაციის პარამეტრები, რომლებიც უნდა შეიცვალოს საცდელი წონის მოთავსების გამო. შემდეგ საცდელი წონა პირველი სიბრტყიდან იხსნება და მეორე სიბრტყეზე თავსდება. სრულდება მესამე საცდელი გაშვება და იზომება ვიბრაციის პარამეტრები. საცდელი წონა იხსნება და პროგრამული უზრუნველყოფა ავტომატურად ითვლის საბალანსო წონების მასებსა და მოთავსების კუთხეებს.
სასინჯარი წონების მონტაჟის მიზანია იმის დადგენა, თუ როგორ რეაგირებს სისტემა დისბალანსის ცვლილებებზე. სასინჯარი წონების წონა და განლაგება ცნობილია, ამიტომ პროგრამულ უზრუნველყოფას შეუძლია გამოთვალოს ეგრეთ წოდებული გავლენის კოეფიციენტები, რომლებიც აჩვენებს, თუ როგორ მოქმედებს ცნობილი დისბალანსის შეტანა ვიბრაციის პარამეტრებზე. გავლენის კოეფიციენტები თავად მექანიკური სისტემის მახასიათებლებია და დამოკიდებულია საყრდენების სიმყარესა და როტორ-საყრდენი სისტემის მასაზე (ინერციაზე).
ერთი და იმავე დიზაინის ანალოგიური ტიპის მექანიზმებისთვის გავლენის კოეფიციენტები ახლოს იქნება. მათი შენახვა შესაძლებელია კომპიუტერის მეხსიერებაში და გამოყენება ანალოგიური ტიპის მექანიზმების დაბალანსებისთვის საცდელი გაშვების გარეშე, რაც მნიშვნელოვნად ზრდის დაბალანსების პროდუქტიულობას. გაითვალისწინეთ, რომ საცდელი წონების მასა უნდა შეირჩეს ისე, რომ საცდელი წონების დამონტაჟებისას ვიბრაციის პარამეტრები შესამჩნევად შეიცვალოს. წინააღმდეგ შემთხვევაში, გავლენის კოეფიციენტების გამოთვლის შეცდომა იზრდება და დაბალანსების ხარისხი უარესდება.
As you can see from Fig. 1, the centrifugal force acts in the radial direction, i.e. perpendicular to the rotor axis. Therefore, the vibration sensors must be installed so that their axis of sensitivity also points in the radial direction. Usually, the stiffness of the foundation in the horizontal direction is less, so the vibration in the horizontal direction is higher. Therefore, in order to increase the sensitivity, the sensors should be installed so that their axis of sensitivity is also directed horizontally. Although there is no fundamental difference. In addition to vibration in the radial direction, vibration in the axial direction, along the rotor rotation axis, must be monitored. This vibration is usually not caused by unbalance, but by other causes, mainly related to misalignment of the shafts connected through the coupling.
ამ ვიბრაციის აღმოფხვრა დაბალანსებით შეუძლებელია, ამ შემთხვევაში საჭიროა გასწორება. პრაქტიკაში, ასეთ მანქანებს, როგორც წესი, აქვთ როგორც როტორის დისბალანსი, ასევე ლილვის არასწორი განლაგება, რაც ვიბრაციის აღმოფხვრის ამოცანას გაცილებით ართულებს. ასეთ შემთხვევებში, აუცილებელია ჯერ მანქანის ცენტრირება და შემდეგ მისი დაბალანსება. (თუმცა ბრუნვის ძლიერი დისბალანსის დროს, ვიბრაცია ასევე ხდება ღერძული მიმართულებით, საძირკვლის კონსტრუქციის "მობრუნების" გამო.)
დაკავშირებული სტატიები (ბალანსირების სადგამების მაგალითები)
- ბალანსირების სადგამი რბილი საყრდენით
- ელექტროძრავების როტორების დაბალანსება
- მარტივი, მაგრამ ეფექტური დაბალანსების საყრდენები
დაბალანსების მექანიზმების ხარისხის შეფასების კრიტერიუმები
როტორების (მექანიზმების) დაბალანსების ხარისხის შეფასება შესაძლებელია ორი გზით. პირველი მეთოდი გულისხმობს დაბალანსების პროცესის დროს დადგენილი ნარჩენი არაბალანსის რაოდენობის შედარებას ნარჩენი არაბალანსის ტოლერანსთან. სხვადასხვა კლასის როტორებისთვის ეს ტოლერანსები მითითებულია სტანდარტში ISO 1940-1-2007. ნაწილი 1. დასაშვები არაბალანსის განმარტება.
თუმცა, მითითებული დაშვებების დაცვა სრულად ვერ უზრუნველყოფს მექანიზმის საექსპლუატაციო საიმედოობას, რაც მისი ვიბრაციის მინიმალური დონის მიღწევას უკავშირდება. ეს იმით აიხსნება, რომ მექანიზმის ვიბრაციის სიდიდე განისაზღვრება არა მხოლოდ მისი როტორის ნარჩენი დისბალანსით გამოწვეული ძალის სიდიდით, არამედ დამოკიდებულია რამდენიმე სხვა პარამეტრზეც, მათ შორის: მექანიზმის სტრუქტურული ელემენტების სიმყარე k, მისი მასა m, დემპფირების კოეფიციენტი, ასევე ბრუნვის სიხშირე. ამიტომ, მექანიზმის დინამიკური თვისებების (მათ შორის მისი დაბალანსების ხარისხის) შესაფასებლად, არაერთ შემთხვევაში რეკომენდებულია მექანიზმის ნარჩენი ვიბრაციის დონის შეფასება, რომელიც არაერთი სტანდარტით რეგულირდება.
მექანიზმების ვიბრაციის დასაშვები დონეების მარეგულირებელი ყველაზე გავრცელებული სტანდარტია ISO 10816-3-2002. მისი დახმარებით შესაძლებელია ნებისმიერი ტიპის მანქანისთვის ტოლერანსების დაწესება, მათი ელექტროძრავების სიმძლავრის გათვალისწინებით.
ამ უნივერსალური სტანდარტის გარდა, არსებობს მთელი რიგი სპეციალიზებული სტანდარტებისა, რომლებიც შემუშავებულია კონკრეტული ტიპის მანქანებისთვის. მაგალითად, 31350-2007, ISO 7919-1-2002 და ა.შ.
სტანდარტები და მითითებები
- ISO 1940-1:2007. ვიბრაცია. ხისტი როტორების დაბალანსების ხარისხის მოთხოვნები. ნაწილი 1. დასაშვები დისბალანსის განსაზღვრა.
- ISO 10816-3:2009. მექანიკური ვიბრაცია - მანქანის ვიბრაციის შეფასება არამბრუნავ ნაწილებზე გაზომვებით - ნაწილი 3: სამრეწველო მანქანები 15 კვტ-ზე მეტი ნომინალური სიმძლავრით და 120 ბრ/წთ-დან 15 000 ბრ/წთ-მდე ნომინალური სიჩქარით, ადგილზე გაზომვისას.
- ISO 14694:2003. სამრეწველო ვენტილატორები — ბალანსის ხარისხისა და ვიბრაციის დონის სპეციფიკაციები.
- ISO 7919-1:2002. მანქანების ვიბრაცია ორმხრივი მოძრაობის გარეშე - მბრუნავ ლილვებზე გაზომვები და შეფასების კრიტერიუმები - ზოგადი მითითებები.
FAQ
ბალანსირება ყველანაირ ვიბრაციას ხსნის?
არა. დაბალანსება აღმოფხვრის როტორის მასის ასიმეტრიული განაწილებით გამოწვეულ ვიბრაციას მისი ბრუნვის ღერძთან მიმართებაში. ვიბრაცია, რომელიც გამოწვეულია არასწორი განლაგებით, საკისრების დეფექტებით, აეროდინამიკური/ჰიდროდინამიკური ძალებით, ელექტრომაგნიტური ძალებით და სხვა მიზეზებით, მოითხოვს ცალკეულ დიაგნოსტიკას და მაკორექტირებელ ქმედებებს.
რატომ შეიძლება დაბალანსება რეზონანსთან ახლოს გაფუჭდეს?
რეზონანსთან ახლოს, სიჩქარის მცირე ცვლილებებმა შეიძლება გამოიწვიოს ვიბრაციის ამპლიტუდის დიდი ცვლილებები და 180°-იანი ფაზური ცვლა. ასეთ პირობებში გაზომვის შედეგები არასტაბილური ხდება და ტრადიციული დაბალანსების პროცედურები შეიძლება ვერ კონვერგირდეს სპეციალური მეთოდების გარეშე.
როდის გჭირდებათ ერთსიბრტყიანი თუ ორსიბრტყიანი ბალანსირება?
ხისტი როტორისთვის, როტორის სიგრძის გასწვრივ გამოყოფილი ორი წონა, როგორც წესი, აუცილებელია და საკმარისია კომბინირებული სტატიკური და დინამიური დისბალანსის აღმოსაფხვრელად. ვიწრო როტორები ხშირად ძირითადად ავლენენ სტატიკურ დისბალანსს, მაგრამ დეფორმაციამ და გეომეტრიამ შეიძლება გამოიწვიოს დინამიური კომპონენტი, რომელიც შეიძლება მოითხოვდეს ორსიბრტყიან კორექტირებას.
რა უნდა გაკეთდეს დაბალანსებამდე?
დარწმუნდით, რომ დანადგარი გამართულად მუშაობს: საიმედოდ არის დამაგრებული საძირკველზე, აქვს საკისრები გამართული, არ აქვს ძლიერი მოშვებული ნაწილები და არ აქვს არაწრფივობის აშკარა წყაროები. ბალანსირება არ ცვლის შეკეთებას.
ძირითადი დასკვნები
- დაბალანსება ასწორებს მასასთან დაკავშირებულ (ცენტრიდანულ) აგზნებას; ის არ წყვეტს არასწორი განლაგების, საკისრების დაზიანების ან ელექტრომაგნიტური/აეროდინამიკური წყაროების პრობლემებს.
- რეზონანსმა და არაწრფივობამ შეიძლება ტრადიციული დაბალანსება არაეფექტური ან სახიფათო გახადოს.
- ხისტი როტორებისთვის, ორსიბრტყიანი დაბალანსება კომბინირებული სტატიკური + დინამიური დისბალანსის ზოგადი გამოსავალია.
