Dinaminio veleno balansavimo instrukcija: Statinis ir dinaminis, Lauko procedūros ir ISO 21940 klasės
Viskas, ko reikia lauko inžinieriui rotoriams balansuoti vietoje — nuo disbalanso fizikos iki galutinio patikrinimo paleidimo. Septynių žingsnių procedūra, bandomojo svarelio formulės, korekcijos kampo matavimas ir ISO tolerancijų lentelės. Paremta Vibromera lauko darbais su ventiliatoriais, mulčeriais, smulkintuvais ir velenais.
Kas yra dinaminis balansavimas?
Dinaminis balansavimas yra besisukančio kūno (rotoriaus) masės pasiskirstymo matavimo ir koregavimo procesas, kai jis sukasi darbiniu greičiu. Skirtingai nuo statinio balansavimo, kuris koreguoja masės poslinkį vienoje plokštumoje, dinaminis balansavimas pašalina disbalansą dvi ar daugiau plokštumų vienu metu, pašalinant išcentrinę jėgą ir siūbavimo porą, kurios sukelia guolio vibraciją.
Kiekviena besisukanti dalis – nuo 200 kg mulčerio rotoriaus iki 5 g dantų gręžimo veleno – turi tam tikrą liekamąjį disbalansą. Gamybos tolerancijos, medžiagų neatitikimai, korozija ir susikaupusios nuosėdos perkelia masės centrą tolyn nuo geometrinės sukimosi ašies. Rezultatas – išcentrinė jėga, kuri didėja proporcingai greičio kvadratui: padvigubinus aps./min., jėga padidėja keturis kartus.
Rotorius, besisukantis 3000 aps./min. greičiu ir turintis vos 10 g disbalansą 150 mm spinduliu, sukuria maždaug 150 N sukamosios jėgos – pakankamai, kad guoliai būtų sugadinti per kelias savaites. Dinaminis balansavimas sumažina šią jėgą iki tarptautiniuose standartuose (ISO 21940-11, anksčiau ISO 1940) nurodyto lygio, pailgindamas guolių tarnavimo laiką nuo mėnesių iki metų ir sutrumpindamas su vibracija susijusias prastovas.
Statinis ir dinaminis balansas
Rotoriaus svorio centras yra nutolęs nuo sukimosi ašies vienoje plokštumoje. Padedant ant peilio ašmenų formos atramų, sunkioji pusė nurieda žemyn – tai galima pastebėti ir nesisukant.
Pataisa: Pridėti arba pašalinti masę vienoje kampinėje pozicijoje priešais sunkiąją vietą. Pakanka vienos korekcijos plokštumos.
Taikoma: siauros disko formos dalys, kurių L/D mažesnis nei apie 0.5 - smagračiai, šlifavimo diskai, vieno disko sparnuotės, pjūklų diskai, stabdžių diskai.
Yra du (ar daugiau) masės poslinkiai skirtingos plokštumos išilgai rotoriaus ilgio. Jie gali vienas kitą statiškai panaikinti – rotorius nejuda ant peilio ašmenų – bet sukurti supančią porą kai sukasi. Šios poros negalima aptikti ar ištaisyti be sukimosi.
Pataisa: du kompensaciniai svareliai dviejose atskirose plokštumose. Prietaisas apskaičiuoja kiekvienos plokštumos masę ir kampą iš įtakos koeficiento matricos.
Taikoma: pailgi rotoriai – velenai, ventiliatoriai su plačiais sparnuotėmis, mulčiavimo rotoriai, volai, daugiapakopių siurblių sparnuotės, turbinos.
Keturi disbalanso tipai
Standartas ISO 21940‑11 išskiria keturis pagrindinius disbalanso modelius. Supratimas, kuris iš jų dominuoja, padeda pasirinkti tinkamą balansavimo strategiją.
Praktiškai beveik kiekvienas rotorius, su kuriuo susiduriate lauke, turi dinaminį disbalansą – jėgos ir poros dedamųjų derinį. Štai kodėl dviejų plokštumų balansavimas yra numatytoji procedūra bet kuriam rotoriui, kuris nėra plonas diskas.
Kada naudoti vienos plokštumos ir dviejų plokštumų balansavimą
Lemiamas veiksnys yra rotoriaus geometrijos santykis L/D (ašinio ilgio ir išorinio skersmens santykis) kartu su jo veikimo greičiu.
| Kriterijus | Vienplanis (1 jutiklis) | Dviejų plokštumų (2 jutikliai) |
|---|---|---|
| L/D santykis | L/D < 0.5 (siauras, į diską panašus rotorius) | L/D >= 0.5, arba reikšmingas ašinis masės pasiskirstymas |
| Tipinės dalys | Šlifavimo diskas, smagratis, vieno disko rotorius, skriemulys, stabdžių diskas, pjūklo diskas | Ventiliatoriaus rotorius, smulkintuvas, velenas, volas, daugiapakopis siurblys, turbina, trupintuvas |
| Koreguoti disbalanso tipai | Tik statinis (jėga) | Statinė + pora + dinaminė (jėga + momentas) |
| Pataisos plokštumos | 1 | 2 |
| Matavimo ciklai | 2 (pradinis + 1 bandomasis) | 3 (pradiniai + 2 bandymai, po vieną kiekvienam plokštumai) |
| Laikas svetainėje | 15–20 min. | 30–45 min. |
ISO 21940‑11 balansavimo kokybės klasės
ISO 21940-11 (ISO 1940-1 įpėdinis) kiekvienai besisukančių mašinų klasei priskiria balanso kokybės klasė G, apibrėžiamas kaip didžiausias leistinas rotoriaus svorio centro greitis mm/s. Leistinas liekamasis specifinis disbalansas euž (g·mm/kg) apskaičiuojamas pagal rūšį ir eksploatavimo greitį:
G — balanso kokybės įvertinimas (pvz., 6,3 reiškia 6,3 mm/s)
ω — kampinis greitis, rad/s
RPM — darbinis greitis, aps./min.
| Klasė | e-ω, mm/s | Mašinų tipai |
|---|---|---|
G 0.4 |
0.4 | Giroskopai, tikslaus šlifavimo staklių verpstės |
G 1.0 |
1.0 | Turbochargers, small electric armatures with special requirements |
G 2.5 |
2.5 | Electric motors and generators with special requirements (ordinary industrial motors are G 6.3), medium/large turbines, pumps |
G 6.3 |
6.3 | Ventiliatoriai, siurbliai, procesų įrenginiai, smagračiai, centrifugos, bendroji pramoninė įranga |
G 16 |
16 | Žemės ūkio technika, trupintuvai, kardaniniai velenai, trupintuvų dalys |
G 40 |
40 | Lengvųjų automobilių ratai, alkūninio veleno mazgai (serijinė gamyba) |
G 100 |
100 | Greitų dyzelinių variklių alkūninio veleno mazgai su šešiais ar daugiau cilindrų |
Veikiantis pavyzdys: ventiliatoriaus rotorius
Išcentrinio ventiliatoriaus rotorius sveria 80 kg, veikia 1450 aps./min. greičiu, o korekcijos spindulys yra 250 mm. Reikalingas klasės ženklas: G 6.3.
Esant 250 mm korekcijos spinduliui: maksimali liekamoji masė = 3320 / 250 = 13,3 g bendroji likutinė masė
Atliekant dviejų plokštumų darbą, paskirstykite šią bendrą toleranciją tarp plokštumų; paprastas lygus padalijimas duoda maždaug 6.6 g kiekvienai plokštumai.
Susiję standartai: ISO 21940-11 (standžiųjų rotorių), ISO 21940-12 (lankstūs rotoriai), ISO 10816-3 (vibracijos stiprumo ribos), ISO 1940 (paliktasis pirmtakas).
Septynių pakopų lauko balansavimo procedūra
Tai yra dviejų plokštumų lauko balansavimo įtakos koeficiento metodas, taikomas naudojant nešiojamąjį prietaisą, pvz. Balansetas‑1A. Ta pati logika veikia su bet kuriuo dviejų kanalų balansavimo analizatoriumi.
Mt = Mr × Ksupport × Kvibration / (Rt × (N/100)²) kur Mr = rotor mass (g), Ksupport = support stiffness coefficient (0.5–5.0, use 3 for standard pedestals), Kvibracija = vibration level coefficient (0.5–3.0, use 1.0 for normal vibration of 5–10 mm/s), Rt = įrengimo spindulys (cm), N = aps./min. Arba naudokite mūsų internetinė bandomojo svorio skaičiuoklė — įveskite rotoriaus parametrus ir akimirksniu gaukite rekomenduojamą masę.
Bandomojo svorio apskaičiavimas
The trial weight must be heavy enough to produce a noticeable vibration change, but light enough not to overload bearings or create a dangerous condition. The standard empirical formula accounts for rotor mass, correction radius, operating speed, support stiffness, and the measured vibration level:
Mr — rotoriaus masė, gramais
Ksupport — support stiffness coefficient (0.5–5.0: 1 = soft rubber mounts, 2–3 = standard bearing pedestals, 4–5 = massive rigid foundation)
Kvibracija — vibration level coefficient (0.5–3.0: 0.5 = up to 5 mm/s, 1.0 = 5–10 mm/s, 1.5 = 10–20 mm/s, 2.0 = 20–40 mm/s, 2.5–3.0 = above 40 mm/s)
Rt — bandomojo svarelio įrengimo spindulys, cm
N — darbinis greitis, aps./min.
Nenorite atlikti skaičiavimų rankiniu būdu? Naudokite mūsų internetinė bandomojo svorio skaičiuoklė ↗ — įveskite rotoriaus parametrus, atramos tipą ir vibracijos lygį ir akimirksniu gaukite rekomenduojamą masę.
Worked Examples (Ksupport = 3, Kvibracija = 1.0)
| Mašina | Rotoriaus masė | RPM | Spindulys | Trial weight (Kpapildymas = 3, Kvibracija = 1) |
|---|---|---|---|---|
| Mulčiavimo rotorius | 120 kg | 2,200 | 30 cm | 360 000 / (30 × 484) ≈ 25 g |
| Pramoninis ventiliatorius | 80 kg | 1,450 | 40 cm | 240 000 / (40 × 210,25) ≈ 29 g |
| Centrifugos būgnas | 45 kg | 3,000 | 15 cm | 135 000 / (15 × 900) = 10 g |
| Smulkintuvo velenas | 250 kg | 900 | 25 cm | 750 000 / (25 × 81) ≈ 370 g |
Values shown assume Ksupport = 3 (standard bearing pedestals) and Kvibracija = 1.0 (normal vibration of 5–10 mm/s); scale accordingly for other support and vibration conditions.
Korekcijos kampo matavimas
Balansavimo prietaisas išveda du skaičius kiekvienoje plokštumoje: masė (kiek svorio) ir kampas (kur jį padėti). Kampas visada nurodomas pagal bandomojo svorio padėtį.
Kaip išmatuoti kampą
- Atskaitos taškas (0°): kampinė padėtis, kurioje padėjote bandomąjį svarelį. Prieš bandomąjį paleidimą aiškiai pažymėkite ją ant rotoriaus.
- Matavimo kryptis: visada rotoriaus sukimosi kryptimi.
- Kampo skaitymas: the result window shows the Correction mass ir Angle for each plane. From the trial weight mark, count that many degrees in the rotation direction — that is where the correction weight goes.
- Jei pašalinama masė: select Remove mass in the Correction method group — the software adds 180° to the computed angle automatically, so drill or grind exactly at the displayed angle.
Svorio paskirstymas fiksuotose pozicijose
When the rotor has pre‑drilled holes or fixed mounting positions (e.g. fan blade bolts), you may not be able to place a weight at the exact calculated angle. In the Balanset‑1A software this is handled by the Weight Installing Method setting, which offers four modes: Laisvos pozicijos, Fiksuotos pozicijos, Apskritas griovelisir Drill (material removal, with drilling-depth calculation). With Fixed positions you enter the angles of the two nearest available positions, and the software decomposes the single correction vector into two smaller weights at those positions. The combined effect matches the original vector.
Korekcinės plokštumos ir jutiklių išdėstymas
Korekcinė plokštuma yra rotoriaus ašinė padėtis, kurioje pridedama arba pašalinama masė. Jutiklis matuoja vibraciją artimiausiame guolyje. Kelios pagrindinės taisyklės:
- Jutiklis uždedamas ant guolio korpuso — radialine kryptimi (pageidautina horizontaliai) kuo arčiau guolio centrinės linijos.
- 1 plokštuma atitinka 1 jutiklį, 2 plokštuma iki 2 jutiklio. Numeraciją išlaikykite vienodą, kitaip programinė įranga sukeis korekcijos plokštumas.
- Maksimalus plokštumų atstumas: Kuo toliau viena nuo kitos yra dvi korekcijos plokštumos, tuo geresnė poros skiriamoji geba. Minimalus praktinis atstumas yra ⅓ guolio tarpatramio.
- Pasirinkite prieinamas pozicijas: Korekcinė plokštuma turi būti vieta, kurioje galite fiziškai pritvirtinti svarmenis – flanšo kraštas, varžto apskritimas, ratlankis arba suvirinimo paviršius.
Aukščiau esančioje nuotraukoje mulčiavimo rotorius paruoštas dviejų plokštumų balansavimui. Mėlyni žymekliai 1 ir 2 rodo jutiklių padėtis ant guolių korpusų. Raudoni žymekliai 1 ir 2 rodo korekcijos plokštumas – šiuo atveju tai rotoriaus korpuso flanšiniai galai, prie kurių bus privirinami svarmenys.
Konsolinis (išsikišęs) rotorius
Konsoliniams rotoriams – ventiliatoriaus sparnuotėms, smagračiams, sumontuotiems už guolių tarpatramio, siurblio sparnuotėms – reikalingas skirtingas jutiklio ir plokštumos išdėstymas. Abi korekcijos plokštumos yra toje pačioje guolių pusėje, o jutiklio išdėstymas turi atsižvelgti į išsikišusios masės stiprintuvo poros disbalansą.
Taikymas pagal mašinos tipą
Svorio tvirtinimo būdai
| Metodas | Priedas | Geriausiai tinka | Ribos |
|---|---|---|---|
| Suvirinimas | Prie rotoriaus krašto privirintos plieninės poveržlės arba plokštės | Smulkintuvai, trupintuvai, sunkieji pramoniniai rotoriai | Nuolatinis. Negalima naudoti ant aliuminio ar nerūdijančio plieno be specialaus strypo. |
| Varžtai ir veržlės | Varžtai per iš anksto išgręžtas skyles su fiksavimo veržlėmis | Ventiliatoriaus sparnuotės, smagračiai, jungiamosios jungės | Reikalingi esami skylių arba naujų gręžinių |
| Žarnų spaustukai | Nerūdijančio plieno žarnos spaustukas su įspraustu svoriu | Velenai, ritinėliai, cilindriniai rotoriai lauke | Laikinas arba pusiau nuolatinis. Patikrinkite spaustuko sukimo momentą. |
| Užspaudžiamas fiksavimo varžtas | Iš anksto pagaminti prisegami svareliai (kaip padangų svareliai) | Ventiliatoriaus mentės, ploni ratlankiai, lengvi rotoriai | Ribotas masės diapazonas. Gali slysti esant dideliems apsisukimams. |
| Klijai (epoksidiniai) | Svoris priklijuotas prie paviršiaus | Tikslūs rotoriai, švari aplinka | Reikalingas švarus, sausas paviršius. Temperatūros riba ~120 °C. |
| Medžiagos pašalinimas | Gręžiant arba šlifuojant medžiagą nuo sunkiosios pusės | Turbokompresoriai, didelio greičio velenai, sparnuotės | Nuolatinis ir tikslus, bet negrįžtamas. Naudokite, kai svorio pridėjimas nėra saugus. |
Dažniausios lauko balansavimo klaidos
| # | Klaida | Pasekmė | Pataisyti |
|---|---|---|---|
| 1 | Jutiklis, sumontuotas ant apsaugos arba dangčio | Dangtelio rezonansas iškreipia amplitudės ir fazės rodmenis → neteisinga korekcija | Visada montuokite ant guolio korpuso metalinio paviršiaus |
| 2 | Bandomasis svoris per lengvas | Fazės ir amplitudės pokytis yra triukšmo ribose → įtakos koeficientai nepatikimi | Užtikrinkite 20-30% amplitudės pokytį arba 20-30 laipsnių fazės poslinkį bent viename jutiklyje |
| 3 | Greičio kitimas tarp bėgimų | Vibracija esant 1× keičiasi priklausomai nuo RPM² – net 5% greičio pokytis iškreipia duomenis | Tiksliam apsukų skaičiavimui naudokite tachometrą. Palaukite, kol greitis stabilizuosis. |
| 4 | Leaving the trial weight on without telling the software | Correction calculation is skewed by the unaccounted trial weight → result is meaningless | Remove the trial weight before installing correction weights — or tick Leave on rotor in the Trial weight group so the software accounts for it |
| 5 | 1 ir 2 plokštumų sumaišymas | Korekciniai svareliai įstatomi į netinkamas plokštumas → padidėja vibracija | Aiškiai pažymėkite jutiklius ir plokštumas. 1 jutiklis → 1 plokštuma, 2 jutiklis → 2 plokštuma |
| 6 | Matavimo kampas, priešingas sukimuisi | Correction goes 360° − f instead of f → the weight lands mirrored about the reference mark — up to 180° away from the correct position | Prieš pradėdami, patikrinkite sukimosi kryptį. Visada matuokite sukimosi kryptimi. |
| 7 | Terminis augimas bėgimų metu | Guolių laisvumo pokyčiai tarp šalto paleidimo važiavimų → dreifo matavimai | Prieš 0 bėgimą apšilkite iki pastovios būsenos arba atlikite visus bėgimus greitai (<5 min. pertrauka). |
| 8 | Vienos plokštumos naudojimas ant ilgo rotoriaus | Poros disbalansas lieka neištaisytas → vibracija tolimajame guolyje gali netgi padidėti | Naudokite dviejų plokštumų balansavimą bet kuriam rotoriui, kurio L/D >= 0.5, plokštumų atskyrimas reikšmingas arba vienos plokštumos korekcija veikia tolimąjį guolį |
Lauko ataskaita: Mulčiavimo rotoriaus balansavimas
Mašina: „Maschio Bisonte 280“ mulčiavimo mašina, 165 kg rotorius, 2100 aps./min. galios tiekimo veleno greitis. Klientas pranešė apie didelę vibraciją pakeitus 8 mulčiavimo įrankius.
Nustatymas: Du akselerometrai ant guolių korpusų, lazerinis tachometras ant kardaninio veleno. „Balanset-1A“ dviejų plokštumų režimas.
0 paleidimas: 1 jutiklis = 12,4 mm/s esant 47° kampui, 2 jutiklis = 8,9 mm/s esant 213° kampui. ISO 10816-3 D zona (pavojinga).
Bandomieji važiavimai: Abiejose plokštumose naudotas 500 g bandomasis svoris. Aiškus atsakas – amplitudės pokytis >60% abiejuose jutikliuose.
Trial mass note: with Ksupport = 3 and Kvibracija = 1 the trial weight formula suggests only ≈ 37 g for this rotor — the formula result is a minimum, and higher Ksupport/Kvibracija factors call for heavier weights. The 500 g weight used on this job was well above that minimum; the >60% amplitude response confirmed a valid trial, which is the criterion that actually matters.
Pataisa: 1 plokštuma: 340 g, suvirinta 128° kampu. 2 plokštuma: 215 g, suvirinta 276° kampu.
Patikrinimas: 1 jutiklis = 0,8 mm/s, 2 jutiklis = 0,6 mm/s. ISO zona A (gerai). Reguliavimo nereikia.
Dviejų plokštumų dinaminis ventiliatoriaus balansavimas
Pramoniniai ventiliatoriai – išcentriniai, ašiniai ir mišraus srauto – yra vieni iš dažniausiai balansuojamų rotorių. Toliau pateikta procedūra parodo realų dviejų plokštumų radialinio ventiliatoriaus balansavimą naudojant „Balanset-1A“.
Plokštumų nustatymas ir jutiklių montavimas
Nuvalykite jutiklių montavimo paviršius nuo nešvarumų ir alyvos. Jutikliai turi tvirtai priglusti prie guolio korpuso metalinio paviršiaus – niekada netvirtinkite ant dangčių, apsaugų ar neparemtų skardos plokščių.
- 1 jutiklis (raudonas): Sumontuokite arčiau ventiliatoriaus priekio (1 plokštumos pusė).
- 2 jutiklis (žalias): Sumontuokite arčiau ventiliatoriaus galo (2 plokštumos pusė).
- 1 plokštuma (raudona zona): Korekcinė plokštuma ant sparnuotės disko, arčiau priekio.
- 2 plokštuma (žalia zona): Korekcinė plokštuma arčiau galinės plokštės arba stebulės.
Prijunkite abu vibracijos jutiklius ir lazerinį tachometrą prie „Balanset-1A“. Pritvirtinkite atspindinčią juostelę prie veleno arba stebulės, kad būtų galima matyti apsukų rodmenis.
Balansavimo procesas
Paleiskite ventiliatorių ir atlikite pradinius vibracijos matavimus (0 bandymas). Uždėkite žinomos masės bandomąjį svarelį ant 1 plokštumos savavališkame taške, paleiskite ventiliatorių ir užrašykite vibracijos pokytį (1 bandymas). Perkelkite bandomąjį svarelį į 2 plokštumą savavališkame taške, vėl paleiskite ventiliatorių ir užrašykite (2 bandymas). „Balanset-1A“ programinė įranga naudoja visus tris matavimus, kad apskaičiuotų kiekvienos plokštumos pataisos masę ir kampą.
Ventiliatoriaus korekcinių svarelių kampo matavimas
Kampas matuojamas nuo bandomojo svorio padėties ventiliatoriaus sukimosi kryptimi – tiksliai taip, kaip aprašyta instrukcijoje. Korekcijos kampo matavimas aukščiau esantį skyrių. Pažymėkite, kur buvo padėtas bandomasis svoris (0° atskaitos taškas), tada suskaičiuokite nurodytą kampą išilgai sukimosi krypties, kad rastumėte pataisymo svorio padėtį.
Remiantis programinės įrangos apskaičiuotais kampais ir masėmis, 1 ir 2 plokštumose uždėkite korekcinius svarelius. Dar kartą paleiskite ventiliatorių ir patikrinkite, ar vibracija sumažėjo iki priimtino lygio. ISO 21940-11 (paprastai G 6,3 bendrosios paskirties ventiliatoriams). Jei likutinė vibracija vis dar viršija tikslinę vertę, atlikite vieną derinimo bandymą.
Dažnai užduodami klausimai
Lauko balansavimo įranga
Balansetas‑1A yra dviejų kanalų nešiojamas prietaisas, kuris atlieka vienos plokštumos ir dviejų plokštumų dinaminį balansavimą bei vibracijos analizę (bendras greitis, spektrai, bangos forma). Jis tiekiamas kaip pilnas rinkinys:
- 2x MEMS vibracijos jutikliai (ADXL335 pagrindu veikiantys akselerometrai) su magnetiniais laikikliais
- Lazerinis tachometras (bekontaktis RPM jutiklis) su šviesą atspindinčia juosta
- USB matavimo įrenginys (prisijungia prie bet kurio „Windows“ nešiojamojo kompiuterio)
- Programinė įranga: balansavimo vedlys, vibracijos matuoklis, spektro analizatorius
- Nešiojimo dėklas su visais laidais ir priedais
RPM range: 250-90,000. Vibration range: 0.2-80 mm/s RMS. Frequency range: 5-1000 Hz. Phase accuracy: ±1°. Weight splitting, trim runs, tolerance checking, and report generation included in the software. Full kit weighs approximately 4 kg.
0 Pastabos