Netiesiniai objektai rotoriaus balansavime
Kodėl balansavimas “neveikia”, kodėl keičiasi įtakos koeficientai ir kaip elgtis realiomis lauko sąlygomis
Apžvalga
Praktiškai rotorių balansavimas beveik niekada neapsiriboja vien korekcinio svorio apskaičiavimu ir pritvirtinimu. Formaliai algoritmas yra gerai žinomas, o prietaisas visus skaičiavimus atlieka automatiškai, tačiau galutinis rezultatas daug labiau priklauso nuo paties objekto elgsenos nei nuo balansavimo įtaiso. Štai kodėl realiame darbe nuolat susidaro situacijos, kai balansavimas “neveikia”, keičiasi įtakos koeficientai, vibracija tampa nestabili, o rezultato neįmanoma pakartoti nuo vieno važiavimo iki kito.
Linear and nonlinear vibrations, their features, and balancing methods
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.
Linijiniai ir netiesiniai objektai
Most of these problems are rooted in a fundamental but often underestimated distinction between linear and nonlinear objects. A linear object, from the balancing point of view, is a system in which, at a constant rotational speed, the vibration amplitude is proportional to the amount of disbalansas, and the vibration phase follows the angular position of the unbalanced mass in a strictly predictable way. Under these conditions, the influence coefficient is a constant value. All standard dynamic balancing algorithms, including those implemented in the Balanset-1A, are designed precisely for such objects.
For a linear object, the balancing process is predictable and stable. Installing a bandomasis svoris produces a proportional change in vibration amplitude and phase. Repeated starts give the same vibration vector, and the calculated correction weight remains valid. Such objects are well suited both for one-time balancing and for serial balancing using stored influence coefficients.
Netiesinis objektas elgiasi iš esmės kitaip. Pažeistas pats balansavimo skaičiavimo pagrindas. Vibracijos amplitudė nebėra proporcinga disbalansui, fazė tampa nestabili, o įtakos koeficientas kinta priklausomai nuo bandomojo svarelio masės, veikimo režimo ar net laiko. Praktiškai tai pasireiškia kaip chaotiškas vibracijos vektoriaus elgesys: įdiegus bandomąjį svarelį, vibracijos pokytis gali būti per mažas, per didelis arba tiesiog nepakartojamas.
Kas yra linijiniai objektai?
Linijinis objektas yra sistema, kurioje vibracija yra tiesiogiai proporcinga disbalanso dydžiui.
Balansavimo kontekste linijinis objektas yra idealizuotas modelis, kuriam būdingas tiesioginis proporcingas ryšys tarp disbalanso (nesubalansuotos masės) dydžio ir virpesių amplitudės. Tai reiškia, kad jei disbalansas padvigubėja, virpesių amplitudė taip pat padvigubės, jei rotoriaus sukimosi greitis išliks pastovus. Ir atvirkščiai, disbalanso sumažinimas proporcingai sumažins vibracijas.
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.
Graphical representation of linearity
Įsivaizduokite grafiką, kuriame horizontali ašis žymi nesubalansuotos masės (disbalanso) dydį, o vertikali ašis – virpesių amplitudę. Linijinio objekto atveju šis grafikas bus tiesė, einanti per pradžios tašką (tašką, kuriame ir disbalanso dydis, ir virpesių amplitudė lygios nuliui). Šios linijos nuolydis apibūdina objekto jautrumą disbalansui: kuo statesnis nuolydis, tuo didesnės vibracijos esant tam pačiam disbalansui.
Graph 1: The Relationship Between Vibration Amplitude (µm) and Unbalanced Mass (g) at a constant correction radius and constant rotational speed
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).
A note on units: the displacement values in µm used in these examples are illustrative and chosen for simple arithmetic. The Balanset-1A measures and displays vibration velocity, mm/s RMS; the linearity principle and the influence-coefficient method work identically in either unit.
Influence coefficient (IC): key parameter of linear objects
A critical characteristic of a linear object is the įtakos koeficientas (IC). It is numerically equal to the tangent of the slope angle of the line on the graph of vibration versus imbalance and indicates how much the vibration amplitude (in microns, µm) changes when a unit of mass (in grams, g) is added in a specific correction plane at a specific rotor speed. In other words, IC is a measure of the object's sensitivity to imbalance. Its unit of measurement is µm/g, or, when imbalance is expressed as the product of mass and radius, µm/(g*mm).
IC iš esmės yra linijinio objekto "paso" charakteristika, leidžianti numatyti jo elgesį, kai pridedama arba pašalinama masė. Žinant IC, galima išspręsti tiek tiesioginę problemą – nustatyti vibracijos dydį esant tam tikram disbalansui – tiek atvirkštinę problemą – apskaičiuoti disbalanso dydį pagal išmatuotą vibraciją.
Direct problem:
Inverse problem:
How the IC is obtained in practice:
Here V0 is the vibration vector measured in the initial run (Run 0), V1 is the vector measured after a trial mass mbandymas is installed (Run 1), K is the influence coefficient, and mkorr is the correction mass. All of these are complex (vector) quantities combining amplitude and phase — which is exactly why the article speaks below about the argument of the influence coefficient.
Throughout this article, the mass in grams is used as a proxy for unbalance: it is equivalent to unbalance in g·mm only as long as the correction radius stays the same. When the radius changes, use g·mm and an IC in µm/(g·mm).
Linijinių objektų vibracijos fazė
Be amplitudės, vibraciją taip pat apibūdina fazė, kuri rodo rotoriaus padėtį didžiausio nukrypimo nuo pusiausvyros padėties momentu. Linijinio objekto vibracijos fazė taip pat yra nuspėjama. Ji yra dviejų kampų suma:
- Kampas, kuris lemia rotoriaus bendros nesubalansuotos masės padėtį. Šis kampas rodo kryptį, kurioje sutelktas pirminis disbalansas.
- Įtakos koeficiento argumentas. Tai pastovus kampas, apibūdinantis objekto dinamines savybes ir nepriklausontis 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.
Balancing linear objects
It is important to note that for a linear object, the influence coefficient obtained from the trial run as K = (V1 − V0) / mbandymas does not depend on the magnitude or angle of the trial mass installation, nor on the initial vibration. This is a key characteristic of linearity. If the IC remains unchanged when the trial mass parameters or initial vibration are altered, it can be confidently asserted that the object behaves linearly within the considered range of imbalances.
Linijinio 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.
Pastaba: Linear objects serve as ideal models for studying and practically applying balancing methods. Their properties allow engineers and diagnosticians to focus on developing basic skills and understanding the fundamental principles of working with rotor systems. Although the perfectly linear object is an idealization, most machines in good mechanical condition behave linearly enough within the range of unbalance encountered in field balancing — which is exactly why the influence-coefficient method works at all. The linear model is therefore not an academic exercise but the normal working assumption; nonlinearity is the exception that has to be recognized.
Serijinis balansavimas ir saugomi koeficientai
Serial balancing deserves special attention. It can significantly increase productivity, but only when applied to linear, vibration-stable objects. In such cases, influence coefficients obtained on the first rotor can be reused for subsequent identical rotors. The Balanset-1A software supports this directly: coefficients from a previous balancing session are stored in the archive and can be re-applied to an identical rotor with the Apply coefficients function (F6 Reports, balancing archive). However, as soon as support stiffness, rotational speed, or bearing condition changes, repeatability is lost and the serial approach stops working.
Nonlinear objects: when theory diverges from practice
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.
In the real world, not all objects behave linearly. Nonlinear objects exhibit a relationship between imbalance and vibration that is not directly proportional. This means the influence coefficient is not constant and may vary depending on factors such as:
- Disbalanso dydis: Padidinus disbalansą, gali pasikeisti rotoriaus atramų standumas, dėl to gali pasikeisti vibracija ir kilti netiesiniai pokyčiai.
- Tarpų ir spragų buvimas: Guolių ir kitų jungčių tarpai ir tarpai tam tikromis sąlygomis gali sukelti staigius vibracijos pokyčius.
Temperature changes and varying external loads also alter the dynamic characteristics of the object, but in a different way: they make the system non-stationary rather than nonlinear (see the section on vibration instability below).
Why are nonlinear objects challenging?
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: The vibration spectrum may exhibit higher harmonics (multiples of the rotational frequency) and subharmonics (fractions of the rotational frequency), indicating nonlinear effects. In the Balanset-1A software, these can be inspected on the F8 Charts screen, F5-Spectrum (Hz) tab; keep in mind that the vibration sensor maintains its rated accuracy up to about 550 Hz, and its response rolls off above that, so higher-frequency spectral components should be read as indicative only.
- 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.
How to test an object for linearity
- Repeatability check: Perform Run 0, stop the machine, restart it, and repeat Run 0 without touching anything. If the amplitude agrees within about 10% and the phase within about 10–15°, the object is stable enough to balance.
- Removal check: After the trial run, remove the trial weight and repeat Run 0. If the vibration vector does not return to its original value, the object has hysteresis or looseness.
- Double-mass check: Repeat the trial run with a trial weight twice as heavy in the same location. For a linear object the vector change (V1 − V0) must double in magnitude and keep the same direction. Any other outcome means the influence coefficient depends on the trial mass — the object is nonlinear.
- 180° check: The same trial weight moved 180° must rotate the vector change by 180°.
Graphical representation of nonlinearity
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.
Graph 2. Nonlinear Object (at a constant correction radius and constant rotational speed)
50 g; 40 µm (yellow), 100 g; 54.7 µm (blue).
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 netiesines charakteristikas, turinčias įtakos rotoriaus dinamikai.
Netiesiškumo tipai
1. Soft-stiff nonlinearity
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. Elastic nonlinearity
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. Friction-induced nonlinearity
Sistemose, turinčiose didelę trintį (pvz., guoliuose), vibracijos amplitudė gali būti nenuspėjama. Trintis gali sumažinti vibraciją viename greičio diapazone, o sustiprinti – kitame.
Dažnos netiesiškumo priežastys
The most common causes of nonlinearity are increased bearing clearances, bearing wear, dry friction, loosened supports, and cracks in the structure. Operation near a rezonansas is a separate problem: it does not make the object nonlinear, but it destroys measurement repeatability and is therefore just as fatal for the influence-coefficient method. Often, the object exhibits so-called soft–hard nonlinearity. At small unbalance levels the system behaves almost linearly, but as vibration increases, stiffer elements of the supports or casing become involved. In such cases, balancing is possible only within a narrow operating range and does not provide stable long-term results.
Vibracijos nestabilumas
Another serious issue is vibration instability. Even a formally linear object may show changes in amplitude and phase over time. This is caused by thermal effects, changes in lubricant viscosity, thermal expansion, unstable friction in the supports, and varying external loads acting on the machine. As a result, measurements taken only minutes apart can produce different vibration vectors. Under these conditions, meaningful comparison of measurements becomes impossible, and the balancing calculation loses reliability.
Note the distinction: a nonlinear object gives a different influence coefficient for a different trial-weight mass; a non-stationary (unstable) object gives a different influence coefficient for the same trial weight measured at a different time. Both break the calculation, but the remedies differ — nonlinearity is fixed mechanically, instability is fixed by stabilizing the operating regime and measuring quickly.
Balansavimas netoli rezonanso
Balancing near resonance is especially problematic. When the rotational frequency is close to a savasis dažnis of the system, even a small unbalance produces a sharp increase in vibration, and both amplitude and phase become extremely sensitive to small speed variations. Note that resonance itself is not nonlinearity: a linear system has resonances, and at resonance the vibration is still proportional to the unbalance. What is lost is repeatability — a ±1% scatter in rotational speed near the critical speed changes the measured vector far more than the trial weight does, so the influence coefficient measured in this zone is unusable in practice. (A large resonant response can, in addition, push the supports into a genuinely nonlinear range — but that is a consequence, not the definition.) In such cases the balancing speed must be moved away from the natural frequency, or the mechanical structure changed, before balancing is attempted.
Didelė vibracija po “sėkmingo” balansavimo
Praktiškai dažnai susiduriama su situacijomis, kai po formaliai sėkmingos balansavimo procedūros bendras vibracijos lygis išlieka aukštas. Tai nereiškia prietaiso ar operatoriaus klaidos. Balansavimas pašalina tik masės disbalansą. Jei vibraciją sukelia pamato defektai, atsipalaidavę tvirtinimo elementai, neteisingas sulygiavimas ar rezonansas, korekciniai svareliai problemos neišspręs. Tokiais atvejais vibracijos erdvinio pasiskirstymo visoje mašinoje ir jos pamate analizė padeda nustatyti tikrąją priežastį.
Balancing nonlinear objects: a complex task with unconventional solutions
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 svarmenis. Po kiekvieno etapo atliekami vibracijos matavimai ir, atsižvelgiant į dabartinę objekto būseną, nustatomas naujas korekcinis svoris. Šis metodas atsižvelgia į įtakos koeficiento pokyčius balansavimo proceso metu.
- Balancing at several speeds: Influence coefficients are speed-dependent, so a rotor that must run over a wide speed range may need coefficients measured at more than one speed. This is the domain of modal (multi-speed) balancing of flexible rotors and requires a linear, repeatable object, several correction planes and, as a rule, a balancing machine. It is not a workaround for a nonlinear object, and it does not mean balancing near a resonance — measurement speeds must still be chosen away from the critical speeds. The Balanset-1A implements the single-speed influence-coefficient method: all runs (Run 0 / Run 1 / Run 2 / Run T) must be performed at the same rotational speed.
- 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 vaidina lemiamą vaidmenį balansuojant netiesinius objektus. Patyręs balansuotojas gali atpažinti netiesiškumo požymius, pasirinkti tinkamą metodą ir pritaikyti jį konkrečiai situacijai. Vibracijų spektrų analizė, vibracijų pokyčių stebėjimas keičiantis objekto veikimo parametrams ir rotoriaus konstrukcijos ypatybių įvertinimas padeda priimti teisingus sprendimus ir pasiekti norimų rezultatų.
How to balance nonlinear objects using a tool designed for linear objects
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.
Next, I identify resonance frequencies, as it is impossible to balance a rotor at speeds close to resonance. To do this, I use the impact method for resonance determination (the Bump Test function in the Balanset-1A software) or a rotor coast-down graph (the RunDown function).
Tada nustatau jutiklio padėtį mechanizme: 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.
The art and science of balancing rotating equipment
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.
Matavimo pakartojamumas
Matavimo klausimai taip pat vaidina svarbų vaidmenį. Neteisingas vibracijos jutiklių montavimas, matavimo taškų pakeitimai arba netinkama jutiklių orientacija tiesiogiai veikia tiek amplitudę, tiek fazę. Balansavimui nepakanka išmatuoti vibraciją; labai svarbu matavimų pakartojamumas ir stabilumas. Štai kodėl praktiniame darbe jutiklių tvirtinimo vietos ir orientacijos turi būti griežtai kontroliuojamos.
Praktinis netiesinių objektų metodas
Netiesinio objekto balansavimas visada prasideda ne nuo bandomojo svorio pritvirtinimo, o nuo vibracijos elgsenos įvertinimo. Jei amplitudė ir fazė laikui bėgant aiškiai kinta, keičiasi nuo vieno paleidimo iki kito arba staigiai reaguoja į nedidelius greičio pokyčius, pirmiausia reikia pasiekti kuo stabilesnį veikimo režimą. Be to, bet kokie skaičiavimai bus atsitiktiniai.
Pirmas praktinis žingsnis yra tinkamo greičio pasirinkimas. Netiesiniai objektai yra itin jautrūs rezonansui, todėl balansavimas turi būti atliekamas kuo didesniu greičiu nuo natūralių dažnių. Tai dažnai reiškia judėjimą žemiau arba virš įprasto veikimo diapazono. Net jei vibracija šiuo greičiu yra didesnė, bet stabili, geriau nei balansavimas rezonansinėje zonoje.
Toliau svarbu sumažinti visus papildomo netiesiškumo šaltinius. Prieš balansuojant reikia patikrinti ir priveržti visus tvirtinimo elementus, kiek įmanoma pašalinti tarpus, o atramas ir guolius – patikrinti, ar nėra atsilaisvinimo. Balansavimas nekompensuoja tarpų ar trinties, tačiau tai gali būti įmanoma, jei šie veiksniai stabilizuojami.
Dirbant su netiesiniu objektu, maži bandomieji svoriai neturėtų būti naudojami iš įpročio. Per mažas bandomasis svoris dažnai neperkelia sistemos į pakartojamą sritį, o vibracijos pokytis tampa panašus į nestabilumo triukšmą. Bandomasis svoris turi būti pakankamai didelis, kad sukeltų aiškų ir atkartojamą vibracijos vektoriaus pokytį, bet ne toks didelis, kad perkeltų objektą į kitą veikimo režimą.
Matavimai turėtų būti atliekami greitai ir vienodomis sąlygomis. Kuo mažiau laiko praeina tarp matavimų, tuo didesnė tikimybė, kad sistemos dinaminiai parametrai nepasikeis. Patartina atlikti kelis kontrolinius bandymus nekeičiant konfigūracijos, kad būtų patvirtinta, jog objektas elgiasi nuosekliai.
Labai svarbu nustatyti vibracijos jutiklių tvirtinimo taškus ir jų orientaciją. Netiesiniams objektams net ir nedidelis jutiklio poslinkis gali sukelti pastebimus fazės ir amplitudės pokyčius, kurie gali būti klaidingai interpretuojami kaip bandomojo svorio poveikis.
Skaičiavimuose dėmesys turėtų būti skiriamas ne tiksliam skaitiniam atitikimui, o tendencijoms. Jei vibracija nuosekliai mažėja atliekant korekcijas, tai rodo, kad balansavimas juda teisinga kryptimi, net jei įtakos koeficientai formaliai nesutampa.
Nerekomenduojama saugoti ir pakartotinai naudoti netiesinių objektų įtakos koeficientų. Net jei vienas balansavimo ciklas sėkmingas, kito paleidimo metu objektas gali pereiti į kitą režimą ir ankstesni koeficientai nebegalios.
Reikėtų nepamiršti, kad netiesinio objekto balansavimas dažnai yra kompromisas. Tikslas yra ne pasiekti kuo mažesnę vibraciją, o pasiekti stabilią ir pakartojamą mašinos būklę su priimtinu vibracijos lygiu. Daugeliu atvejų tai laikinas sprendimas, kol bus suremontuoti guoliai, atkurtos atramos arba modifikuota konstrukcija.
Pagrindinis praktinis principas yra pirmiausia stabilizuoti objektą, tada jį subalansuoti ir tik po to įvertinti rezultatą. Jei stabilizavimo pasiekti nepavyksta, balansavimas turėtų būti laikomas pagalbine priemone, o ne galutiniu sprendimu.
Sumažinto korekcinio svorio technika
Praktiškai, balansuojant netiesinius objektus, dažnai veiksmingas yra kitas svarbus metodas. Jei prietaisas apskaičiuoja pataisos svorį naudodamas standartinį algoritmą, viso apskaičiuoto svorio įdėjimas dažnai pablogina situaciją: gali padidėti vibracija, gali šoktelėti fazė, o objektas gali pereiti į kitą darbo režimą.
Tokiais atvejais gerai veikia sumažinto korekcijos svorio įdiegimas – du ar net tris kartus mažesnio už prietaiso apskaičiuotą vertę. Tai padeda išvengti sistemos “išmetimo” iš sąlyginai tiesinės srities į kitą netiesinį režimą. Iš esmės korekcija taikoma švelniai, mažu žingsneliu, nesukeliant staigaus objekto dinaminių parametrų pokyčio.
Sumontavus sumažintą svorį, reikia atlikti kontrolinį važiavimą ir įvertinti vibracijos tendenciją. Jei amplitudė tolygiai mažėja, o fazė išlieka santykinai stabili, korekciją galima pakartoti tuo pačiu metodu, palaipsniui artėjant prie minimalaus pasiekiamo vibracijos lygio. Šis žingsnis po žingsnio metodas dažnai yra patikimesnis nei iš karto sumontuoti visą apskaičiuotą korekcinį svorį.
Ši technika ypač efektyvi objektams su tarpais, sausa trintimi ir minkštomis-kietomis atramomis, kur pilna apskaičiuota korekcija iš karto išstumia sistemą iš sąlyginai tiesinės zonos. Naudojant sumažintas korekcijos mases, objektas gali išlikti stabiliausiame veikimo režime ir pasiekti praktinį rezultatą net ir tada, kai balansavimas formaliai laikomas neįmanomu.
Svarbu suprasti, kad tai ne “prietaiso klaida”, o netiesinių sistemų fizikos pasekmė. Prietaisas teisingai skaičiuoja pagal tiesinį modelį, o inžinierius pritaiko rezultatą praktiškai prie realaus mechaninės sistemos elgesio.
Galutinis principas
Galiausiai, sėkmingas balansavimas neapsiriboja vien svorio ir kampo apskaičiavimu. Reikia suprasti objekto dinaminį elgesį, jo tiesiškumą, vibracijos stabilumą ir atstumą nuo rezonanso sąlygų. „Balanset-1A“ suteikia visas reikalingas matavimo, analizės ir skaičiavimo priemones, tačiau galutinį rezultatą visada lemia pačios sistemos mechaninė būklė. Tai ir skiria formalų požiūrį nuo realios inžinerinės praktikos vibracijos diagnostikoje ir rotorių balansavime.
Klausimai ir atsakymai
This is a sign of a nonlinear object. In a linear object, vibration amplitude is proportional to the amount of unbalance, and the phase changes by the same angle as the angular position of the weight. When these conditions are violated, the influence coefficient is no longer constant and the standard balancing algorithm starts to produce errors. Typical causes are bearing clearances, loosened supports, friction, and operation near resonance — which is not nonlinearity in itself, but amplifies the vibration and destroys the repeatability of the readings (check it with the Bump Test).
Linijinis objektas yra rotoriaus sistema, kurioje esant tam pačiam sukimosi greičiui, vibracijos amplitudė yra tiesiogiai proporcinga disbalanso dydžiui, o vibracijos fazė griežtai atitinka nesubalansuotos masės kampinę padėtį. Tokių objektų įtakos koeficientas yra pastovus ir nepriklauso nuo bandomojo svarelio masės.
Netiesinis objektas yra sistema, kurioje pažeidžiamas proporcingumas tarp virpesių ir disbalanso ir (arba) fazės santykio pastovumas. Vibracijų amplitudė ir fazė pradeda priklausyti nuo bandomojo svarelio masės. Dažniausiai tai susiję su guolių laisvumu, dilimu, sausa trintimi, minkštų ir kietų atramų sąveika arba standesnių konstrukcinių elementų sąveika.
Taip, bet rezultatas yra nestabilus ir priklauso nuo veikimo režimo. Balansavimas galimas tik ribotame diapazone, kuriame objektas elgiasi sąlygiškai tiesiškai. Už šio diapazono ribų įtakos koeficientai keičiasi ir prarandamas rezultato pakartojamumas.
Įtakos koeficientas yra vibracijos jautrumo disbalanso pokyčiams matas. Jis parodo, kiek pasikeis vibracijos vektorius, kai žinomas bandomasis svoris bus sumontuotas tam tikroje plokštumoje tam tikru greičiu.
Įtakos koeficientas yra nestabilus, jei objektas yra netiesinis, jei vibracija laikui bėgant nestabili arba jei yra rezonansas, terminis įkaitimas, atsipalaidavę tvirtinimo elementai arba kintančios trinties sąlygos. Tokiais atvejais pakartotiniai paleidimai sukuria skirtingas amplitudės ir fazės vertes.
Išsaugoti įtakos koeficientai gali būti naudojami tik identiškiems rotoriams, veikiantiems tuo pačiu greičiu, esant toms pačioms montavimo sąlygoms ir atramos standumui. Objektas turi būti tiesus ir atsparus vibracijai. Net ir nedidelis sąlygų pasikeitimas senus koeficientus daro nepatikimus.
Įšilimo metu keičiasi guolių tarpai, atramų standumas, tepalo klampumas ir trinties lygis. Tai pakeičia sistemos dinaminius parametrus ir dėl to keičiasi vibracijos amplitudė bei fazė.
Vibracijos nestabilumas yra amplitudės ir (arba) fazės pokytis laikui bėgant esant pastoviam sukimosi greičiui. Balansavimas remiasi vibracijos vektorių palyginimu, todėl, kai vibracija nestabili, palyginimas praranda prasmę ir skaičiavimas tampa nepatikimas.
Yra būdingas struktūrinis nestabilumas, lėtas “šliaužiantis” nestabilumas, svyravimai nuo pradžios iki pradžios, su įšilimu susijęs nestabilumas ir su rezonansu susijęs nestabilumas, kai veikiama šalia natūralių dažnių.
In the resonance zone, even a small unbalance causes a sharp increase in vibration, and both amplitude and phase become extremely sensitive to small speed variations. Resonance itself is not nonlinearity — a linear system has resonances, and at resonance the vibration is still proportional to the unbalance. What is lost is repeatability: the normal scatter in rotational speed near the critical speed changes the measured vector far more than the trial weight does, so the influence coefficient measured in this zone is unusable in practice. The balancing speed must be moved away from the natural frequency before balancing is attempted.
Typical signs are a sharp increase in vibration with small speed changes, unstable phase, broad humps in the spectrum, and high sensitivity of vibration to minor RPM variations. A vibration maximum is often observed during run-up or coast-down. The most reliable indicator is the phase: as the speed passes through a resonance, the phase lag goes through about 90° at the peak and reverses by roughly 180° above it. Watch the phase readout during a slow run-up or coast-down — a 180° swing together with an amplitude maximum locates the critical speed.
Didelę vibraciją gali sukelti rezonansas, atsilaisvinusios konstrukcijos, pamatų defektai arba guolių problemos. Tokiais atvejais balansavimas nepašalins vibracijos priežasties.
Vibracijos poslinkis apibūdina judesio amplitudę, vibracijos greitis apibūdina šio judėjimo greitį, o vibracijos pagreitis apibūdina pagreitį. Šie dydžiai yra susiję, tačiau kiekvienas iš jų geriau tinka tam tikrų tipų defektams ir dažnių diapazonams aptikti.
Vibration velocity reflects the energy level of vibration over a wide frequency range and is convenient for assessing the overall condition of machines according to ISO standards such as ISO 10816-1.
Teisingas konvertavimas įmanomas tik vieno dažnio harmoniniams virpesiams. Sudėtingiems virpesių spektrams tokie konvertavimai pateikia tik apytikslius rezultatus.
Galimos priežastys: rezonansas, pamato defektai, atsipalaidavę tvirtinimo elementai, guolių susidėvėjimas, nesuderinamumas arba objekto netiesiškumas. Balansavimas pašalina tik disbalansą, o ne kitus defektus.
Jei mechaninių defektų neaptinkama ir vibracija po balansavimo nesumažėja, būtina išanalizuoti vibracijos pasiskirstymą ant mašinos ir pagrindo. Tipiniai požymiai yra didelė korpuso ir pagrindo vibracija bei fazės poslinkiai tarp matavimo taškų.
Neteisingas jutiklio montavimas iškreipia amplitudę ir fazę, sumažina matavimo pakartojamumą ir gali lemti neteisingas diagnostikos išvadas bei klaidingus balansavimo rezultatus.
Vibracija pasiskirsto netolygiai visoje struktūroje. Skiriasi standumas, masės ir režimo formos, todėl amplitudė ir fazė gali labai skirtis skirtinguose taškuose.
Paprastai ne. Dėl susidėvėjimo ir padidėjusių tarpų objektas tampa netiesinis. Balansavimas tampa nestabilus ir nesuteikia ilgalaikio rezultato. Išimtys galimos tik esant projektiniams tarpams ir stabilioms sąlygoms.
Paleidimas sukuria dideles dinamines apkrovas. Jei konstrukcija atlaisvinama, elementų santykinė padėtis keičiasi po kiekvieno paleidimo, todėl keičiasi ir vibracijos parametrai.
Nuoseklus balansavimas galimas identiškiems rotoriams, sumontuotiems identiškomis sąlygomis, užtikrinant vibracijos stabilumą ir nesant rezonanso. Tokiu atveju pirmojo rotoriaus įtakos koeficientai gali būti taikomi vėlesniems rotoriams.
Paprastai tai lemia atramos standumo pokyčiai, surinkimo skirtumai, sukimosi greičio pokyčiai arba objekto perėjimas į netiesinį veikimo režimą.
Vibracijos sumažinimas iki stabilaus lygio, išlaikant amplitudės ir fazės pakartojamumą nuo pradžios iki pradžios ir rezonanso ar netiesiškumo požymių nebuvimą.
0 Pastabos