Sukamųjų mašinų disbalanso supratimas
Disbalansas (vartojamas pakaitomis su disbalansas) yra būklė rotorius kur masės centras nesutampa su sukimosi ašimi. Tas poslinkis — ekscentriškumas — reiškia, kad masė paskirstyta netolygiai aplink veleną. Kai rotorius sukasi, nuo centro nustumta masė išmetama į išorę išcentrinė jėga, sukeldama besisukančią apkrovą, kuri kratina guolius ir visą mašiną. Disbalansas yra kur kas dažniausia vibracija besisukančioje įrangoje šaltinis, ir tai gedimas, kuris balansavimas egzistuoja tam, kad būtų koreguojamas.
1. Apibrėžimas ir fizinis pagrindas
Kiekybiškai disbalansas U yra masės nuokrypio ir jos spindulio nuo ašies sandauga — sunkiosios vietos masė m esantis spinduliu r suteikia U = m·r, išreiškiamą grammilimetriais (g·mm) arba gramo coliais. Jis lygiavertiškai gali būti užrašytas kaip bendra rotoriaus masė, padauginta iš jo sunkio centro ekscentriciteto (U = M·e). Mechaniškai svarbu tai, kokią jėgą jis sukuria. Išcentrinė jėga auga proporcingai kampinio greičio kvadratui:
F = m · r · ω² — padvigubinus greitį, trikdančioji jėga keturgubina.
Šis kvadratinis dėsningumas paaiškina, kodėl ranka laisvai besisukantis rotorius gali smarkiai vibruoti darbiniame greityje ir kodėl greito sukimosi mašinos turi būti subalansuotos kur kas tiksliau nei lėtos. Jėga sukasi kartu su velenu, todėl ji veikia konstrukciją kartą per apsisukimą — tai ir yra savitas disbalanso požymis.
2. Klasikinė vibracijos charakteristika
Disbalansas yra vienas iš lengviau diagnozuojamų gedimų, nes jo požymiai yra labai pastovūs:
- Dažnis: vibracija pasireiškia tiksliai 1× sukimosi greitis (the darbinis greitis). Keičiant greitį, smailė jį tiksliai seka — tai apibrėžiantis bruožas, skiriantis šį gedimą nuo daugelio kitų.
- Kryptis: energija daugiausia yra radialinis (horizontaliai ir vertikaliai), su maža ašinis (ašinė trauka) komponentė.
- Amplitudė: ji yra proporcinga greičio kvadratui — padvigubinus apsisukimų skaičių, atsakas maždaug padvigubėja keturis kartus, kaip ir numato aukščiau pateikta fizika.
- Etapas: the 1× fazė rodmuo yra stabilus ir atkartojamas — tai ir leidžia tiksliai nustatyti sunkiosios vietos vietą ir ją ištaisyti.
Ta stabili amplitudės ir fazės pora yra korekcijos žaliava: žinodamas, koks yra 1× atsakas ir kur kuria kryptimi jis nukreiptas, analitikas gali apskaičiuoti reikalingo atsvaro dydį ir kampą. Grynas 1× smailės pikas su maža aksialine vibracija rodo disbalansą; stiprus 2× komponentas vietoj to rodo nesuderinimas arba laisvumas.
3. Trys disbalanso rūšys
Statinis disbalansas
Dar vadinamas “jėgos disbalansu,” tai yra paprasčiausias atvejis: masė pasislinkusi viename plokštumoje, kaip viena sunki vieta ant plono disko. Jis vadinamas statinis nes jis atsiranda rotoriui esant ramybės būsenoje — padėtas ant trinties neturinčių peilio briaunų, rotorius ridena tol, kol sunki vieta nusistovi apačioje. Jis taisomas vienu atsvaru, dedamu 180° priešingai sunkiajai vietai — tai vienos plokštumos balansavimas.
Poros disbalansas
Čia dvi vienodos sunkios vietos yra rotoriaus galuose, 180° viena nuo kitos. Jos kompensuoja bendrą jėgą, tačiau sudaro pora — supimo momentą, kuris bando sukioti rotorių galo per galą. Rotorius su grynu poriniu disbalansu yra statiškai subalansuotas (jis nesislinks ant peilio briaunų), tačiau sukdamasis stipriai vibruoja. Korekcijai reikalingi du atsvarai dviejose atskirose plokštumose supimo momentui kompensuoti.
Dinaminis disbalansas
Dinaminė disbalansas, randamas beveik visose realiose mašinose, yra statinio ir sukimo komponentų derinys. Jo koregavimui reikalingi masės pakeitimai bent dviejose plokštumose išilgai rotoriaus — tai dinaminis (dviejų plokštumų) balansavimas. Artimas atvejis, kai statinis ir sukimo poveikiai turi tą patį kampinį padėtį, vadinamas kvazistatinis disbalansas.
4. Dažniausios disbalanso priežastys
Disbalansas gali atsirasti gamybos metu arba išsivystyti eksploatacijos eigoje. Tipiniai šaltiniai:
- Gamybos trūkumai: Liejinių poringumas, netolygus medžiagos tankis ir apdirbimo tolerancijos.
- Surinkimo klaidos: neteisingai sumontuoti komponentai, netolygiai priveržti varžtai arba netiksliai sulygiuoti špontiniai lizdai, dėl kurių pasikeičia masės pasiskirstymas.
- Nusidėvėjimas: netolygi erozioa, korozija arba dėvėti ant ventiliatoriaus mentelių ir siurblio sparnuotės.
- Medžiagų sankaupos: nešvarumų, dulkių ar medžiagų kaupimasis ant ventiliatorių, pūstuvų ir centrifugų rotorių.
- Komponento gedimas: išmestas balansavimo svarelis arba nulūžusi mentė akimirksniu sukuria stipraus disbalanso būseną.
5. Kodėl disbalanso korekcija yra kritiškai svarbi
Mašinos eksploatacija su žymiu disbalansu nuolat ją gadina, nes besisukanti jėga kiekvieną apsisukimą apkrauna konstrukciją cikliškai:
- Priešlaikinis guolio gedimas: guoliai patiria didelę dinaminę apkrovą ir greitai susidėvi.
- Nuovargis ir įtrūkimai: kaupiasi ciklinė įtampa nuovargis pažeidimai veleno, pagrindo ir konstrukcijos elementuose.
- Sumažėjęs efektyvumas: energija išsisklaido kaip vibracija ir šiluma, o ne kaip naudingas darbas.
- Saugos pavojus: didelis disbalansas gali sukelti katastrofinį gedimą.
6. Disbalanso matavimas, korekcija ir toleravimas
Disbalansas šalinamas sisteminės balansavimo procedūros būdu — tai vienas ekonomiškai efektyviausių būdų padidinti įrangos patikimumą. Surinktos mašinos atveju tai atliekama vietoje, o ne balansavimo mašina. Nešiojamas dviejų kanalų analizatorius, pavyzdžiui, Balanset-1A matuoja 1× amplitudę ir fazę, apskaičiuoja rotoriaus įtakos koeficientai from a bandomasis svoris, ir nurodo inžinieriui korekcijos masę ir kampą, reikalingą vienos arba dviejų plokštumų lauko balansavimas. Kadangi sistema veikia mašinos guoliuose darbiniu greičiu, ji fiksuoja tikrąją darbo būklę.
Balansavimas niekada nesiekia nulio — tikslas yra sumažinti disbalansą žemiau nustatytos ribos. Ta riba nustatoma pagal balansavimo kokybės klasę (G klasė) system of ISO 21940-11 (kuri pakeitė ilgai naudotą ISO 1940-1). Klasė ir darbinis greitis lemia leistinąjį likutinis disbalansas g·mm; laisva Likutinio disbalanso skaičiuoklė (ISO 21940-11) paverčia pasirinktą klasę ir apsisukimų skaičių tiesiai į leistiną reikšmę kiekvienai plokštumai.
