Dviejų plokštumų balansavimo supratimas
Dviejų plokštumų balansavimas yra dinaminis balansavimas procedūra, kurios metu korekciniai svoriai yra išdėstyti dviejose atskirose plokštumose išilgai rotoriaus, siekiant pašalinti tiek statinis disbalansas ir poros disbalansas tuo pačiu metu. Tai yra standartinis metodas, taikomas didžiajai daliai pramoninių sukamųjų mašinų – bet kuriam rotoriui, kurio ašinė ilgis yra lygus jo skersmeniui arba didesnis už jį. Skirtingai nuo vienos plokštumos balansavimas, kuris koreguoja tik rotoriaus masės centro poslinkį, o dviejų plokštumų balansavimas pašalina tiek poslinkį išcentrinė jėga ir momentas, dėl kurio rotorius pradeda siūbuoti ar svyruoti aplink savo centrą.
1. Apibrėžimas: kodėl dvi plokštumos?
Bet kurio standaus rotoriaus disbalansas gali būti išskaidytas į dvi nepriklausomas sudedamąsias dalis. Statinis disbalansas yra didelio svorio taškas, kurio masės centras yra nukrypęs nuo veleno ašies; jis sukuria sinfazinę jėgą abiejuose guoliuose ir būtų juntamas net jei rotorius būtų subalansuotas ant peilių ašmenų ir nesisuktų. Poros disbalansas tai pora vienodų sunkiųjų taškų, išdėstytų 180° kampu vienas nuo kito rotoriaus priešingose pusėse: ji nesukelia bendro masės centro poslinkio, todėl statiniu būdu jos nepastebima, tačiau esant greičiui ji sukuria svyravimo momentą, dėl kurio abu guoliai pradeda veikti nesinchroniškai vienas kito atžvilgiu.
Viena koregavimo plokštuma gali kompensuoti tik statinį komponentą. Norint kompensuoti sukimo momentą, reikia dviejų koregavimų, kurie kartu sudaro priešingą momentą – o tai, pagal apibrėžimą, reikalauja dviejų plokštumų. Kadangi realiuose rotoriuose susidaro įvairus statinio ir sukimo momento disbalanso derinys (tokia būsena dažnai vadinama kvazistatinis disbalansas (kai šie du elementai yra sujungti), dvi korekcijos plokštumos yra mažiausias skaičius, reikalingas visiškai apibūdinti ir pakoreguoti standaus rotoriaus vibracija.
2. Kada reikalingas dviejų plokštumų balansavimas?
Pasirinkite du plokštumas, jei tenkinama bet kuri iš šių sąlygų:
Ilgi arba ploni rotoriai
Paprastai bet kuris rotorius, kurio ilgio ir skersmens santykis yra didesnis nei maždaug 0,5–1,0, turėtų būti balansuojamas dviejose plokštumose. Tipiniai pavyzdžiai:
- Elektros variklių armatūros
- Siurblio ir kompresoriaus velenai
- Daugiapakopiai ventiliatoriaus rotoriai
- Kardaniniai velenai ir movos
- Velenai ir besisukantys įrankiai
- Turbinų rotoriai
Kitoje kraštutinėje padėtyje yra siauras diskas – šlifavimo diskas, vienintelis skriemulys, plonas smagratis – ir jį paprastai galima ištaisyti vienoje plokštumoje, nes jis per trumpas, kad sukurtų reikšmingą sukimo momentą.
Akivaizdus poros disbalansas
Kai išmatuotas 1× fazė dviejų guolių atramų kampai akivaizdžiai nesutampa – jų skirtumas siekia beveik 180°, o tai rodo, kad vyksta supimosi arba pasvirimo judesiai – yra poros disbalansas, kurį galima pašalinti tik atliekant dviejų plokštumų korekciją.
Kai balansavimas vienoje plokštumoje nepakanka
Klasikinis diagnostinis požymis: bandymas koreguoti vienoje plokštumoje sumažina vibraciją viename guolyje, tačiau ją padidina kitame. Šis kompromisas yra nekoryguotos poros požymis ir rodo, kad reikia koreguoti antrojoje plokštumoje.
Kieti rotoriai su paskirstytu svoriu
Net ir standus rotorius rezultatai gerokai prastesni nei pirmą kartą kritinis greitis turi dvigubą pranašumą, jei jo masė paskirstyta per pakankamai didelį ašinį atstumą, taip užtikrinant, kad vibracija būtų sumažinta iki minimumo ne tik viename, bet ir visuose guoliuose.
3. Dviejų plokštumų balansavimo procedūra
Dviejų plokštumų balansavimas yra sudėtingesnis už vienos plokštumos balansavimą, nes koregavimas bet kurioje iš šių plokštumų keičia vibraciją abu guoliai. Priimtinas sprendimas yra įtakos koeficiento metodas, uždedamas dviem bandomieji svoriai per visą seką matavimų serijos.
1 etapas — Pradinis matavimas
Paleiskite mašiną pasirinktu balansavimo greičiu ir užfiksuokite pradinius 1× vibracijos vektorius (amplitudę ir fazę) abiejuose guoliuose. Pažymėkite juos „Guolis 1“ ir „Guolis 2“. Ši pora atspindi bendrą visų rotoriaus disbalanso veiksnių poveikį.
2 veiksmas - Korekcijos plokštumų nustatymas
Pasirinkite du korekcijos plokštumos kur galima pridėti arba pašalinti masę. Juos reikia išdėstyti kuo toliau vienas nuo kito ir kuo prieinamesnėje vietoje – paprastai prie kiekvieno rotoriaus galo, jungiamųjų flanšų arba ventiliatoriaus stebulės. Didelis plokštumų tarpas užtikrina stiprų ir gerai subalansuotą sukimosi momento koregavimą.
3 etapas — Bandomasis svoris plokštumoje 1
Sustabdykite mašiną ir pirmojoje plokštumoje žinomu kampu pritvirtinkite žinomos masės bandomąjį svorį. Vėl paleiskite mašiną ir užfiksuokite naujus abiejų guolių virpesius. Vektorius pokytis kiekvienoje padėtyje nurodomi du įtakos koeficientai: 1-osios plokštumos poveikis 1-ajai padėčiai ir 1-osios plokštumos poveikis 2-ajai padėčiai.
4 etapas — Bandomasis svoris plokštumoje 2
Nuimkite pirmąjį bandomąjį svorį, antrojoje plokštumoje pritvirtinkite bandomąjį svorį, paleiskite įrenginį ir vėl atlikite matavimą. Taip gaunami likę du koeficientai: 2-osios plokštumos koeficientas 1-ajame guolyje ir 2-osios plokštumos koeficientas 2-ajame guolyje.
5 žingsnis — Apskaičiuokite pataisas
Šiuo metu prietaisas saugo keturis sudėtingus įtakos koeficientus, išdėstytus 2×2 matricoje. Naudojant vektorių matematika ir matricos apgręžimo būdu ji išsprendžia lygtų porą, leidžiančią tiksliai nustatyti masę ir kampą, reikalingus kiekvienoje plokštumoje, kad abiejų guolių vibracija vienu metu būtų sumažinta iki nulio. A vienos plokštumos įtakos koeficiento skaičiuoklė pavaizduoja pagrindinę vektorių aritmetiką vienoje plokštumoje; dviejų plokštumų atveju ji tiesiog išplečiama į matricą, o bandomojo svorio skaičiuoklė padeda nustatyti tinkamą pradinę bandymo masę.
6 žingsnis — Įdiekite ir patikrinkite
Tvirtai pritvirtinkite abu apskaičiuotus svorius ir paleiskite sistemą patikrinimui. Vibracija abiejuose guoliuose dabar turėtų neviršyti nustatytų ribų. Jei lieka šiek tiek likutinės vibracijos, greitai apkarpyti balansą — pakartotinai panaudojant jau išmatuotus koeficientus — patikslina rezultatą be papildomų bandymų.
4. Įtakos koeficientų matricos paaiškinimas
Šio metodo pranašumas glūdi būtent toje 2×2 matricoje, nes kiekviena plokštuma daro įtaką abu guoliai:
- Tiesioginis poveikis: svoris 1-oje plokštumoje labiausiai veikia šalia esantį 1-ąjį azimutą, o svoris 2-oje plokštumoje – šalia esantį 2-ąjį azimutą.
- Kryžminio susiejimo reiškiniai: svoris 1-oje plokštumoje taip pat judina 2-ąjį guolį (paprastai silpniau), o svoris 2-oje plokštumoje – 1-ąjį guolį.
Ši matrica vienu metu atsižvelgia į visas keturias sąveikas, todėl šios dvi korekcijos viena kitą papildo, o ne trukdo. Atliekant skaičiavimus rankiniu būdu net menkiausia paklaida – pavyzdžiui, ženklų apsikeitimas ar nedidelė fazės paklaida – perduodama per inversiją, todėl specialus balansavimo prietaisas tikrai pasiteisina.
Dviem plokštumoms (1, 2) ir dviem kryptims (A, B) sistema yra VA = αA1-W1 + αA2-W2 ir VB = αB1-W1 + αB2-W2, kur kiekvienas narys V, α ir W yra kompleksinis (amplitudės ir fazės) vektorius. Balansavimo programinė įranga atlieka šios 2×2 sistemos inversiją, kad nustatytų korekcinius svorius W1 ir W2 dėl kurių VA ir VB išnykti.
5. Dviejų plokštumų balansavimas lauke
Dviejų plokštumų balansavimas yra įprastas metodas lauko balansavimas, ir būtent tam ir yra skirtas nešiojamas dviejų kanalų analizatorius. Turint tokį prietaisą kaip Balanset-1A, technikas sumontuoja akselerometras prie kiekvieno guolio pritvirtintas optinis lazerinis tachometras kaip etaloną ir vykdo visus šešis minėtus etapus – pradinį paleidimą, du bandomuosius paleidimus, sprendimą, pataisymą, patikrinimą – neišardydamas įrenginio ir nesiųsdamas rotorius į ratų sureguliavimo dirbtuvę. Kadangi darbas jau atliktas in situ, esant tikriesiems mašinos guoliams ir tikrajam darbo greičiui, rezultatas atspindi tikrąsias eksploatavimo sąlygas – guolių standumą, pamatų lankstumą, termines ir technologines apkrovas – su kuriomis susiduria dirbtuvės balansavimo mašina negali atkurti. Tada prietaisas patikrina galutinį likutinis disbalansas palyginti su pasirinktu ISO lygiu prieš patvirtinant ataskaitą.
6. Dviejų plokštumų balansavimo privalumai
- Išsamus pataisymas: pašalina tiek statinį, tiek porinį disbalansą – tai visiškai standaus rotoriaus modelis.
- Sumažina vibraciją visuose guoliuose: optimizuoja visą rotoriaus sistemą, o ne tik vieną jos galą.
- Pailgina komponento tarnavimo laiką: Mažesnės vibracijos abiejose atramose reiškia mažesnį guolių, sandariklių ir movų nusidėvėjimą bei mažesnę riziką, kad nuovargis krekingo.
- Pramonės standartas: kurio reikalauja daugelis įrangos gamintojų ir kuris yra nustatytas standžiems rotoriams ISO 21940-11 (šiuolaikinis ISO 1940-1 standarto pakaitalas).
- Tinka daugumai mašinų: tai tinka standžiems rotoriams, veikiantiems žemiau pirmojo kritinio greičio, o tai apima didžiąją dalį pramoninės įrangos.
7. Įrengimo vieta: vienos, dviejų ir kelių plokštumų
| Metodas | Lėktuvai | Taisoma | Tipinis rotorius |
|---|---|---|---|
| Vienpusis | 1 | Tik statinis | Ploni diskai, siauri skriemuliai, viengubi ventiliatoriai |
| Dviejų plokštumų | 2 | Statinis + pora | Tvirčiausi pramoniniai rotoriai |
| Kelių plokštumų | 3 ar daugiau | Statinis + sukimo + modalinis lenkimas | Lankstieji rotoriai, viršijantys kritinį greitį |
Palyginti su vienos plokštumos balansavimu, dviejų plokštumų balansavimas yra sudėtingesnis ir užtrunka ilgiau, tačiau užtikrina žymiai geresnį vibracijos slopinimą visų tipų rotorių atveju, išskyrus pačius siauriausius diskinio tipo rotorius. Kita vertus, lankstus rotorius Jei mašina veikia viršydama vieną ar daugiau kritinių greičių, gali prireikti trijų ar daugiau plokštumų (žr. „Daugiakryptis balansavimas“), tačiau daugumai pramoninių mašinų visiškai pakanka dviejų plokštumų.
8. Dažniausiai pasitaikančios problemos ir jų sprendimai
Neprieinamos koregavimo plokštumos
Iššūkis: surinktoje mašinoje idealios plokštumos vietos gali būti nepasiekiamos.
Sprendimas: naudokite viską, kas yra po ranka – movų jungtis, ventiliatoriaus mentis, išorinius flanšus – ir leiskite, kad prietaiso koeficientai kompensuotų ne visiškai idealią geometriją, nes matrica matuojama ant pačios mašinos.
Silpna reakcija į bandomąjį svorį
Iššūkis: jei bandomasis svoris beveik nepakeičia rodmenų, įtakos koeficientai tampa netikslūs, o gautas sprendimas – nepatikimas.
Sprendimas: naudokite didesnį bandomąjį masę arba perkelkite ją į didesnį spindulį, kad jos poveikis gerokai viršytų matavimo triukšmo lygį.
Netiesinė charakteristika
Iššūkis: rotoriai su mechaninis laisvumas, minkšta pėdaarba veikla netoli rezonansas gali nereaguoti tiesiškai į svorio koeficientus — o tai yra prielaida, kuria remiasi šis metodas.
Sprendimas: pirmiausia pašalinkite mechaninius gedimus (priveržkite tvirtinimo detales, pašalinkite „minkštą koją“) ir, jei įmanoma, subalansuokite taip, kad nebūtų pasiekiami kritiniai greičiai. Įsitikinkite, kad problema iš tikrųjų yra susijusi su disbalansu, o ne nesutapimas apsimetęs juo.
