Linijinės ir netiesinės vibracijos, jų savybės ir balansavimo metodai
Besisukantys mechanizmai mus supa visur – nuo miniatiūrinių ventiliatorių kompiuteriuose iki milžiniškų turbinų elektrinėse. Jų patikimas ir efektyvus veikimas tiesiogiai priklauso nuo balansavimo – masės disbalanso, sukeliančio nepageidaujamą vibraciją, pašalinimo. Vibracija, savo ruožtu, ne tik sumažina įrangos veikimą ir tarnavimo laiką, bet ir gali sukelti rimtų nelaimingų atsitikimų bei sužalojimų. Todėl balansavimas yra esminė besisukančios įrangos gamybos, eksploatavimo ir priežiūros procedūra.
Norint sėkmingai subalansuoti, reikia suprasti, kaip objektas reaguoja į masės pridėjimą ar pašalinimą. Šiame kontekste linijinių ir netiesinių objektų sąvokos vaidina pagrindinį vaidmenį. Supratimas, ar objektas yra tiesinis ar netiesinis, leidžia pasirinkti tinkamą balansavimo strategiją ir padeda pasiekti norimą rezultatą.
Linijiniai objektai šioje srityje užima ypatingą vietą dėl savo nuspėjamumo ir stabilumo. Jie leidžia naudoti paprastus ir patikimus diagnostikos ir balansavimo metodus, todėl jų tyrimas yra svarbus vibracijos diagnostikos žingsnis.
Kas yra linijiniai objektai?
Linijinis objektas yra sistema, kurioje vibracija yra tiesiogiai proporcinga disbalanso dydžiui.
Linijinis objektas balansavimo kontekste yra idealizuotas modelis, kuriam būdingas tiesioginis proporcingas ryšys tarp disbalanso dydžio (nesubalansuotos masės) ir vibracijos amplitudės. Tai reiškia, kad jei disbalansas padvigubės, vibracijos amplitudė taip pat padvigubės, jei rotoriaus sukimosi greitis išliks pastovus. Ir atvirkščiai, sumažinus disbalansą, proporcingai sumažės vibracijos.
Skirtingai nuo netiesinių sistemų, kuriose objekto elgsena gali skirtis priklausomai nuo daugelio veiksnių, linijiniai objektai leidžia pasiekti aukštą tikslumo lygį su minimaliomis pastangomis.
Be to, jie yra balansuotojų mokymo ir praktikos pagrindas. Linijinių objektų principų supratimas padeda išsiugdyti įgūdžius, kuriuos vėliau galima pritaikyti sudėtingesnėms sistemoms.
Grafinis tiesiškumo vaizdavimas
Įsivaizduokite grafiką, kuriame horizontalioji ašis reiškia nesubalansuotos masės dydį (disbalansą), o vertikali ašis – vibracijos amplitudę. Linijiniam objektui šis grafikas bus tiesi linija, einanti per pradinį tašką (tašką, kuriame disbalanso dydis ir vibracijos amplitudė yra lygūs nuliui). Šios linijos nuolydis apibūdina objekto jautrumą disbalansui: kuo statesnis nuolydis, tuo didesnės vibracijos tam pačiam disbalansui.
1 diagrama: Vibracijos amplitudės (µm) ir nesubalansuotos masės (g) ryšys
1 diagrama iliustruoja ryšį tarp tiesinio balansavimo objekto vibracijos amplitudės (µm) ir nesubalansuotos rotoriaus masės (g). Proporcingumo koeficientas yra 0,5 µm/g. Tiesiog padalijus 300 iš 600 gaunama 0,5 µm/g. Nesubalansuotai 800 g masei (UM = 800 g) vibracija bus 800 g * 0,5 µm/g = 400 µm. Atminkite, kad tai taikoma esant pastoviam rotoriaus greičiui. Esant skirtingam sukimosi greičiui, koeficientas bus skirtingas.
Šis proporcingumo koeficientas vadinamas įtakos koeficientu (jautrumo koeficientu) ir jo matmuo yra µm/g arba, jei yra disbalansas, µm/(g*mm), kur (g*mm) yra disbalanso vienetas. Žinant įtakos koeficientą (IC), galima išspręsti ir atvirkštinę problemą, būtent pagal vibracijos dydį nustatyti nesubalansuotą masę (UM). Norėdami tai padaryti, padalykite vibracijos amplitudę iš IC.
Pavyzdžiui, jei išmatuota vibracija yra 300 µm, o žinomas koeficientas IC=0,5 µm/g, padalinkite 300 iš 0,5, kad gautumėte 600 g (UM=600 g).
Įtakos koeficientas (IC): pagrindinis tiesinių objektų parametras
Kritinė linijinio objekto charakteristika yra įtakos koeficientas (IC). Jis skaitine prasme yra lygus virpesių ir disbalanso grafike esančios linijos nuolydžio kampo tangentei ir nurodo, kiek pasikeičia vibracijos amplitudė (mikronais, µm), kai masės vienetas (gramais, g) pridedamas konkreti korekcijos plokštuma esant tam tikram rotoriaus greičiui. Kitaip tariant, IC yra objekto jautrumo disbalansui matas. Jo matavimo vienetas yra µm/g arba, kai disbalansas išreiškiamas masės ir spindulio sandauga, µm/(g*mm).
IC iš esmės yra linijinio objekto „pasas“, leidžiantis numatyti jo elgesį, kai masė pridedama arba pašalinama. IC žinojimas leidžia išspręsti tiek tiesioginę problemą – nustatyti vibracijos dydį tam tikram disbalansui, tiek atvirkštinę – disbalanso dydį apskaičiuoti pagal išmatuotą vibraciją.
Tiesioginė problema:
• Vibracijos amplitudė (µm) = IC (µm/g) * Nesubalansuota masė (g)
Atvirkštinė problema:
• Nesubalansuota masė (g) = vibracijos amplitudė (µm) / IC (µm/g)
Vibracijos fazė tiesiniuose objektuose
Be amplitudės, vibracijai būdinga ir jos fazė, kuri parodo rotoriaus padėtį didžiausio nukrypimo nuo pusiausvyros padėties momentu. Linijinio objekto vibracijos fazė taip pat yra nuspėjama. Tai yra dviejų kampų suma:
- Kampas, kuris lemia rotoriaus bendros nesubalansuotos masės padėtį. Šis kampas rodo kryptį, kuria koncentruojasi pirminis disbalansas.
- Įtakos koeficiento argumentas. Tai pastovus kampas, apibūdinantis objekto dinamines savybes ir nepriklausomas nuo nesubalansuotos masės įrengimo dydžio ar kampo.
Taigi, žinant IC argumentą ir išmatavus vibracijos fazę, galima nustatyti nesubalansuotos masės įrengimo kampą. Tai leidžia ne tik apskaičiuoti korekcinį masės dydį, bet ir tiksliai nustatyti jo vietą ant rotoriaus, kad būtų pasiekta optimali pusiausvyra.
Linijinių objektų balansavimas
Svarbu pažymėti, kad tiesiniam objektui tokiu būdu nustatytas įtakos koeficientas (IC) nepriklauso nei nuo bandomosios masės įrengimo dydžio ar kampo, nei nuo pradinės vibracijos. Tai yra pagrindinė linijiškumo savybė. Jei keičiant bandomosios masės parametrus arba pradinę vibraciją, IC išlieka nepakitęs, galima tvirtai teigti, kad objektas elgiasi tiesiškai nagrinėjamame disbalanso diapazone.
Tiesinio objekto balansavimo žingsniai
- Pradinės vibracijos matavimas:
Pirmas žingsnis – išmatuoti pradinę vibraciją. Nustatoma amplitudė ir vibracijos kampas, kurie rodo disbalanso kryptį. - Bandomosios masės diegimas:
Ant rotoriaus sumontuota žinomo svorio masė. Tai padeda suprasti, kaip objektas reaguoja į papildomas apkrovas ir leidžia apskaičiuoti vibracijos parametrus. - Pakartotinis vibracijos matavimas:
Sumontavus bandomąją masę, išmatuojami nauji vibracijos parametrai. Palyginus jas su pradinėmis reikšmėmis, galima nustatyti, kaip masė veikia sistemą. - Korekcinės masės apskaičiavimas:
Remiantis matavimo duomenimis, nustatoma korekcinio svorio masė ir montavimo kampas. Šis svoris uždedamas ant rotoriaus, kad būtų pašalintas disbalansas. - Galutinis patvirtinimas:
Sumontavus korekcinį svorį, vibracija turėtų būti gerokai sumažinta. Jei liekamoji vibracija vis tiek viršija priimtiną lygį, procedūrą galima pakartoti.
Tiesiniai objektai yra idealūs modeliai tiriant ir praktiškai taikant balansavimo metodus. Jų savybės leidžia inžinieriams ir diagnostikams sutelkti dėmesį į pagrindinių įgūdžių ugdymą ir pagrindinių darbo su rotorių sistemomis principų supratimą. Nors jų taikymas realioje praktikoje yra ribotas, linijinių objektų tyrimas išlieka svarbiu žingsniu tobulinant vibracijų diagnostiką ir balansavimą.
Šie objektai sudaro pagrindą kuriant metodus ir įrankius, kurie vėliau pritaikomi darbui su sudėtingesnėmis sistemomis, įskaitant netiesinius objektus. Galiausiai linijinių objektų veikimo supratimas padeda užtikrinti stabilų ir patikimą įrangos veikimą, sumažinti vibraciją ir pailginti jos tarnavimo laiką.
Netiesiniai objektai: kai teorija skiriasi nuo praktikos
Kas yra netiesinis objektas?
Netiesinis objektas yra sistema, kurioje vibracijos amplitudė nėra proporcinga disbalanso dydžiui. Skirtingai nuo linijinių objektų, kur ryšys tarp vibracijos ir disbalanso masės vaizduojamas tiesia linija, netiesinėse sistemose šis ryšys gali sekti sudėtingomis trajektorijomis.
Realiame pasaulyje ne visi objektai elgiasi tiesiškai. Netiesiniai objektai turi ryšį tarp disbalanso ir vibracijos, kuris nėra tiesiogiai proporcingas. Tai reiškia, kad įtakos koeficientas nėra pastovus ir gali skirtis priklausomai nuo kelių veiksnių, tokių kaip:
- Disbalanso dydis: Padidinus disbalansą, gali pasikeisti rotoriaus atramų standumas, o tai gali sukelti netiesinius vibracijos pokyčius.
- Sukimosi greitis: Skirtingi rezonanso reiškiniai gali būti sužadinami esant įvairiems sukimosi greičiams, o tai taip pat lemia netiesinį elgesį.
- Tarpų ir spragų buvimas: Guolių ir kitų jungčių tarpai ir tarpai tam tikromis sąlygomis gali sukelti staigius vibracijos pokyčius.
- Temperatūra: Temperatūros pokyčiai gali turėti įtakos medžiagos savybėms, taigi ir objekto vibracinėms charakteristikoms.
- Išorinės apkrovos: Išorinės apkrovos, veikiančios rotorių, gali pakeisti jo dinamines charakteristikas ir sukelti netiesinį elgesį.
Kodėl netiesiniai objektai yra sudėtingi?
Netiesiškumas įveda į balansavimo procesą daug kintamųjų. Sėkmingas darbas su netiesiniais objektais reikalauja daugiau matavimų ir sudėtingesnės analizės. Pavyzdžiui, standartiniai metodai, taikomi tiesiniams objektams, ne visada duoda tikslių netiesinių sistemų rezultatų. Tam būtina giliau suprasti proceso fiziką ir naudoti specializuotus diagnostikos metodus.
Netiesiškumo požymiai
Netiesinį objektą galima atpažinti pagal šiuos ženklus:
- Neproporcingi vibracijos pokyčiai: Didėjant disbalansui, vibracija gali augti greičiau arba lėčiau, nei tikėtasi tiesiniam objektui.
- Vibracijos fazės poslinkis: Vibracijos fazė gali keistis nenuspėjamai dėl disbalanso ar sukimosi greičio pokyčių.
- Harmonikų ir subharmonikų buvimas: Virpesių spektre gali būti didesnės harmonikos (sukimosi dažnio kartos) ir subharmonikos (sukimosi dažnio dalys), o tai rodo netiesinius efektus.
- Histerezė: Vibracijos amplitudė gali priklausyti ne tik nuo dabartinės disbalanso vertės, bet ir nuo jo istorijos. Pavyzdžiui, kai disbalansas padidinamas, o paskui sumažinamas iki pradinės vertės, vibracijos amplitudė gali nebegrįžti į pradinį lygį.
Netiesiškumas įveda į balansavimo procesą daug kintamųjų. Norint sėkmingai veikti, reikia atlikti daugiau matavimų ir sudėtingos analizės. Pavyzdžiui, standartiniai metodai, taikomi tiesiniams objektams, ne visada duoda tikslius rezultatus netiesinėms sistemoms. Tam būtina giliau suprasti proceso fiziką ir naudoti specializuotus diagnostikos metodus.
Grafinis netiesiškumo vaizdavimas
Vibracijos ir disbalanso grafike netiesiškumas akivaizdus nukrypstant nuo tiesės. Diagramoje gali būti vingių, kreivumo, histerezės kilpų ir kitų charakteristikų, rodančių sudėtingą disbalanso ir vibracijos ryšį.
2 grafikas. Netiesinis objektas
50g; 40 μm (geltona),
100 g; 54,7 μm (mėlyna).
Šiame objekte yra du segmentai, dvi tiesios linijos. Jei disbalansas mažesnis nei 50 gramų, grafikas atspindi linijinio objekto savybes, išlaikant proporcingumą tarp disbalanso gramais ir vibracijos amplitudės mikronais. Esant didesniam nei 50 gramų disbalansui, vibracijos amplitudės augimas sulėtėja.
Netiesinių objektų pavyzdžiai
Netiesinių objektų pavyzdžiai balansavimo kontekste yra šie:
- Rotoriai su įtrūkimais: Rotoriaus įtrūkimai gali sukelti netiesinius standumo pokyčius ir dėl to netiesinį ryšį tarp vibracijos ir disbalanso.
- Rotoriai su guolių tarpais: Guolių tarpai tam tikromis sąlygomis gali sukelti staigius vibracijos pokyčius.
- Rotoriai su netiesiniais elastiniais elementais: Kai kurie elastingi elementai, pavyzdžiui, guminiai amortizatoriai, gali turėti netiesinių charakteristikų, o tai turi įtakos rotoriaus dinamikai.
Netiesiškumo tipai
1. Minkštas standus netiesiškumas
Tokiose sistemose stebimi du segmentai: minkštas ir standus. Minkštame segmente elgesys primena tiesiškumą, kai vibracijos amplitudė didėja proporcingai disbalanso masei. Tačiau po tam tikro slenksčio (lūžio taško) sistema pereina į standųjį režimą, kur amplitudės augimas sulėtėja.
2. Elastinis netiesiškumas
Pasikeitus atramų ar kontaktų standumui sistemoje, vibracijos ir disbalanso santykis tampa sudėtingas. Pavyzdžiui, vibracija gali staiga padidėti arba sumažėti peržengus tam tikras apkrovos ribas.
3. Trinties sukeltas netiesiškumas
Sistemose, turinčiose didelę trintį (pvz., guoliuose), vibracijos amplitudė gali būti nenuspėjama. Trintis gali sumažinti vibraciją viename greičio diapazone, o sustiprinti – kitame.
Netiesinių objektų balansavimas: sudėtinga užduotis su netradiciniais sprendimais
Netiesinių objektų balansavimas yra sudėtinga užduotis, kuriai reikalingi specializuoti metodai ir metodai. Standartinis bandomosios masės metodas, sukurtas tiesiniams objektams, gali duoti klaidingų rezultatų arba būti visiškai nepritaikomas.
Netiesinių objektų balansavimo metodai
- Žingsnis po žingsnio balansavimas:
Šis metodas apima laipsnišką disbalanso mažinimą, kiekviename etape įrengiant korekcinius svorius. Po kiekvieno etapo atliekami vibracijos matavimai, o pagal esamą objekto būklę nustatomas naujas korekcinis svoris. Šis metodas atspindi įtakos koeficiento pokyčius balansavimo proceso metu. - Balansavimas keliais greičiais:
Šis metodas skirtas rezonanso reiškinių poveikiui esant skirtingiems sukimosi greičiams. Balansavimas atliekamas keliais beveik rezonansiniais greičiais, todėl vibracija sumažinama tolygiau visame veikimo greičio diapazone. - Naudojant matematinius modelius:
Sudėtingiems netiesiniams objektams gali būti naudojami matematiniai modeliai, apibūdinantys rotoriaus dinamiką, atsižvelgiant į netiesinius efektus. Šie modeliai padeda numatyti objekto elgesį įvairiomis sąlygomis ir nustatyti optimalius balansavimo parametrus.
Specialisto patirtis ir intuicija atlieka lemiamą vaidmenį balansuojant netiesinius objektus. Patyręs balansuotojas gali atpažinti netiesiškumo požymius, pasirinkti tinkamą metodą ir pritaikyti jį konkrečiai situacijai. Vibracijos spektrų analizė, vibracijos pokyčių stebėjimas, kai objekto veikimo parametrai skiriasi, ir rotoriaus konstrukcijos ypatybių įvertinimas padeda priimti teisingus sprendimus ir pasiekti norimų rezultatų.
Kaip subalansuoti netiesinius objektus naudojant linijiniams objektams skirtą įrankį
Tai geras klausimas. Mano asmeninis tokių objektų balansavimo būdas prasideda nuo mechanizmo taisymo: guolių keitimas, įtrūkimų suvirinimas, varžtų priveržimas, inkarų ar vibracijos izoliatorių tikrinimas ir patikrinimas, ar rotorius nesitrina į nejudančius konstrukcinius elementus.
Toliau nustatau rezonanso dažnius, nes neįmanoma subalansuoti rotoriaus greičiu, artimu rezonansui. Tam naudoju smūgio metodą rezonansui nustatyti arba rotoriaus laisvosios eigos grafiką.
Tada nustatau jutiklio padėtį ant mechanizmo: vertikaliai, horizontaliai arba kampu.
Po bandomųjų važiavimų prietaisas rodo korekcinių apkrovų kampą ir svorį. Perpus sumažinu korekcinės apkrovos svorį, bet rotoriaus išdėstymui naudoju įrenginio siūlomus kampus. Jei likutinė vibracija po korekcijos vis tiek viršija leistiną lygį, atlieku kitą rotoriaus paleidimą. Žinoma, tai užtrunka daugiau laiko, tačiau rezultatai kartais būna įkvepiantys.
Besisukančios įrangos balansavimo menas ir mokslas
Besisukančios įrangos balansavimas yra sudėtingas procesas, apjungiantis mokslo ir meno elementus. Linijiniams objektams balansavimas apima gana paprastus skaičiavimus ir standartinius metodus. Tačiau dirbant su netiesiniais objektais reikalingas gilus rotoriaus dinamikos supratimas, gebėjimas analizuoti vibracijos signalus ir gebėjimas pasirinkti efektyviausias balansavimo strategijas.
Patirtis, intuicija ir nuolatinis įgūdžių tobulinimas yra tai, kas daro balansuotoją tikru savo amato meistru. Juk balansavimo kokybė lemia ne tik įrangos veikimo efektyvumą ir patikimumą, bet ir užtikrina žmonių saugumą.
LT 
EN 
BG 
ZH 
HR 
CS 
DA 
NL 
ET 
FI 
FR 
DE 
EL 
HU 
ID 
IT 
JA 
KO 
LV 
NB 
PL 
PT_BR 
PT 
RO 
RU 
SK 
SL 
ES 
SV 
TH 
TR 
UK 
HI 
VI
0 Pastabos