Rotoriaus balansavimas: statinis ir dinaminis disbalansas, rezonansas ir praktinė procedūra
Šiame vadove paaiškinamas rotoriaus balansavimas standūs rotoriai: ką reiškia “disbalansas”, kuo skiriasi statinis ir dinaminis disbalansas, kodėl rezonansas ir netiesiškumas gali trukdyti gauti kokybišką rezultatą ir kaip balansavimas paprastai atliekamas vienoje ar dviejose korekcijos plokštumose.
Turinys
- Kas yra rotorius ir ką balansavimas ištaiso?
- Rotorių tipai ir disbalanso tipai
- Mechanizmų vibracija: ką balansavimas gali ir ko negali pašalinti
- Rezonansas: balansavimą trikdantis veiksnys
- Linijiniai ir netiesiniai modeliai: kada skaičiavimai nustoja veikti
- Balansavimo įtaisai ir balansavimo mašinos
- Standžių rotorių balansavimas (praktinės pastabos)
- Kaip atliekamas dinaminis balansavimas (trijų paleidimų metodas)
- Balansavimo kokybės vertinimo kriterijai
- Standartai ir nuorodos
- DUK
Kas yra rotorius ir ką balansavimas ištaiso?
Rotorius yra kūnas, kuris sukasi apie tam tikrą ašį ir laikosi ant atramose esančių guolinių paviršių. Rotoriaus guolių paviršiai per riedėjimo arba slydimo guolius perduoda apkrovas atramoms. Guolių paviršiai - tai kakliukų paviršiai arba juos pakeičiantys paviršiai.
Idealiai subalansuotame rotoriuje jo masė pasiskirsto simetriškai sukimosi ašies atžvilgiu, t. y. bet kurį rotoriaus elementą galima derinti su kitu elementu, esančiu simetriškai sukimosi ašies atžvilgiu. Subalansuotame rotoriuje išcentrinė jėga, veikianti bet kurį rotoriaus elementą, yra subalansuota išcentrine jėga, veikiančia simetrišką elementą. Pavyzdžiui, vienodo dydžio ir priešingos krypties išcentrinės jėgos F1 ir F2 veikia 1 ir 2 elementus (1 pav. pažymėta žalia spalva). Tai galioja visiems simetriniams rotoriaus elementams, taigi bendra rotorių veikianti išcentrinė jėga yra 0, o rotorius yra subalansuotas.
Tačiau jei rotoriaus simetrija suskaidyta (asimetriškasis elementas pažymėtas raudona spalva 1 pav.), tada nesubalansuota išcentrinė jėga F3 veikia rotorių. Sukinantis rotoriui, ši jėga keičia kryptį. Dinaminis krūvis, atsirandantis dėl šios jėgos, perduodamas guoliams, dėl to padidėja jų nusidėvėjimas.
Be to, veikiant šiai kintamos krypties jėgai, atramų ir pamatų, kurių sėdi rotorius, ciklinis deformavimas, t. y. vibracijos atsiradimas. Norint pašalinti rotoriaus disbalanso sukeltą vibracijas, reikalinga sumontuoti balanso masės, kurios atkurtų simetriją rotoriuje.
Rotoriaus balansavimas - tai disbalanso ištaisymo operacija, atliekama pridedant balansavimo mases.
Balansavimo uždavinys - rasti vienos ar daugiau balansavimo masių dydį ir vietą (kampą).
Rotorių tipai ir disbalanso tipai
Atsižvelgiant į rotoriaus medžiagos stiprumą ir jį veikiančių išcentrinių jėgų dydį, rotorius galima suskirstyti į dvi rūšis – standžius ir lanksčius.
Veikiant išcentrinei jėgai standūs rotoriai darbo režimuose deformuojasi nežymiai, todėl šios deformacijos įtaka skaičiavimuose gali būti ignoruojama.
Lanksčių rotorių deformacijos nebegalima ignoruoti. Lanksčių rotorių deformacija apsunkina balansavimo problemos sprendimą ir reikalauja taikyti kitus matematinius modelius, palyginti su standžių rotorių balansavimo problema. Reikėtų pažymėti, kad tas pats rotorius esant mažam greičiui gali elgtis kaip standus, o esant dideliam greičiui – kaip lankstus. Toliau nagrinėsime tik standžių rotorių balansavimą.
Priklausomai nuo nesubalansuotų masių pasiskirstymo išilgai rotoriaus ilgio, galima išskirti du disbalanso tipus – statinį ir dinaminį (momentinį). Atitinkamai vadinamas statinis ir dinaminis rotoriaus balansavimas. Statinis rotoriaus disbalansas atsiranda rotoriui nesisukant, t. y. statikoje, kai gravitacija rotorių apverčia jo "sunkiąja dalimi" žemyn. Rotoriaus su statiniu disbalansu pavyzdys parodytas 2 pav.
Dinaminis disbalansas atsiranda tik tada, kai sukasi rotorius.
Rotoriaus su dinaminiu disbalansu pavyzdys parodytas 3 pav.
Šiuo atveju nesubalansuotos vienodos masės M1 ir M2 yra skirtingose plokštumose – skirtingose vietose išilgai rotoriaus ilgio. Statinėje padėtyje, t. y. kai rotorius nesisuka, rotorių veikia tik gravitacija, o masės viena kitą subalansuoja. Dinamikoje, kai rotorius sukasi, masėms M1 ir M2 pradeda veikti išcentrinės jėgos Fc1 ir Fc2. Šios jėgos yra vienodo dydžio ir priešingos krypties. Tačiau kadangi jos veikia skirtingose vietose išilgai veleno ilgio ir nėra toje pačioje linijoje, šios jėgos viena kitos nekompensuoja. Jėgos Fc1 ir Fc2 sukuria rotoriui taikomą sukimo momentą. Todėl šis disbalansas dar vadinamas momentų disbalansu. Atitinkamai, guolių vietose veikia nekompensuotos išcentrinės jėgos, kurios gali gerokai viršyti apskaičiuotas vertes ir sutrumpinti guolių tarnavimo laiką.
Kadangi tokio tipo disbalansas atsiranda tik dinamiškai rotoriaus sukimosi metu, jis vadinamas dinaminiu disbalansu. Statinėmis sąlygomis jo negalima ištaisyti balansuojant "ant peilių" ar panašiais metodais. Norint pašalinti dinaminį disbalansą, reikia sumontuoti du kompensacinius svarmenis, kurie sukurtų momentą, kurio dydis lygus masių M1 ir M2 sukeliamam momentui, ir priešingos krypties. Kompensacinės masės nebūtinai turi būti nustatytos priešingos ir lygios masėms M1 ir M2. Svarbiausia, kad jos sukurtų momentą, kuris visiškai kompensuotų disbalanso momentą.
Apskritai masės M1 ir M2 gali būti nelygios viena kitai, todėl atsiras statinio ir dinaminio disbalanso derinys. Teoriškai įrodyta, kad standžiam rotoriui du svarsčiai, išdėstyti vienas nuo kito per visą rotoriaus ilgį, yra būtini ir pakankami, kad būtų pašalintas jo disbalansas. Šie svarsčiai kompensuos tiek sukimo momentą, atsirandantį dėl dinaminio disbalanso, tiek išcentrinę jėgą, atsirandančią dėl masės asimetrijos rotoriaus ašies atžvilgiu (statinis disbalansas). Paprastai dinaminis disbalansas būdingas ilgiems rotoriams, pavyzdžiui, velenams, o statinis disbalansas – siauriems rotoriams. Tačiau jei siauras rotorius yra pasviręs ašies atžvilgiu arba deformuotas ("aštuonetas"), dinaminį disbalansą bus sunku pašalinti (žr. 4 pav.), nes tokiu atveju sunku sumontuoti korekcinius svarmenis, kurie sukurtų reikiamą kompensacinį momentą.
Jėgos F1 ir F2 nėra ant tos pačios tiesės ir nekompensuoja viena kitos.
Kadangi dėl siauro rotoriaus sukimo momentą sukurianti svirtis yra maža, gali prireikti didelių korekcinių svarmenų. Tačiau dėl korekcinių svarmenų išcentrinių jėgų deformacijos siaurame rotoriuje atsiranda "sukeltasis disbalansas". (Žr., pavyzdžiui, "Metodinės instrukcijos standžiųjų rotorių balansavimui (pagal ISO 22061-76)". 10 skyrius. ROTORIAUS ATRAMŲ SISTEMA.)
Tai pastebima siaurų ventiliatorių sparnuotėse, kuriose, be jėgos disbalanso, veikia ir aerodinaminis disbalansas. Reikia suprasti, kad aerodinaminis disbalansas, tiksliau aerodinaminė jėga, yra tiesiogiai proporcinga rotoriaus kampiniam greičiui, o jai kompensuoti naudojama korekcinės masės išcentrinė jėga, proporcinga kampinio greičio kvadratui. Todėl balansavimo poveikis gali pasireikšti tik esant konkrečiam balansavimo dažniui. Esant kitiems sukimosi dažniams, atsiranda papildoma paklaida.
Tą patį galima pasakyti ir apie elektros variklio elektromagnetines jėgas, kurios taip pat proporcingos kampiniam greičiui. Taigi balansuojant neįmanoma pašalinti visų mašinos vibracijos priežasčių.
Mechanizmų vibracija
Vibracija - tai mechanizmo konstrukcijos reakcija į ciklinio sužadinimo jėgos poveikį. Ši jėga gali būti įvairaus pobūdžio.
Išcentrinė jėga, atsirandanti dėl nesubalansuoto rotoriaus, yra nekompensuota jėga, veikianti "sunkųjį tašką". Būtent šią jėgą ir jos sukeltą vibraciją galima pašalinti subalansuojant rotorių.
"Geometrinio" pobūdžio sąveikos jėgos, atsirandančios dėl jungiamųjų dalių gamybos ir surinkimo klaidų. Šios jėgos gali atsirasti, pavyzdžiui, dėl veleno kaklelių neapvalumo, krumpliaračių dantų profilių klaidų, guolių bėgimo takų bangavimo, jungiamųjų velenų nesutapimo ir kt. Jei veleno kakliukai neapskriti, veleno ašis pasislinks priklausomai nuo veleno sukimosi kampo. Nors ši vibracija atsiranda ir rotoriaus greičiu, jos beveik neįmanoma pašalinti balansuojant.
Aerodinaminės jėgos, atsirandančios sukantis ventiliatorių sparnuotėms ir kitiems menteliniams mechanizmams. Hidrodinaminės jėgos, atsirandančios dėl hidraulinių siurblių, turbinų ir kt. sparnuotųjų ratų sukimosi.
Elektromagnetinės jėgos, atsirandančios veikiant elektros mašinoms, pvz., dėl asimetrinių rotoriaus apvijų, trumpai sujungtų apvijų ir pan.
Virpesių dydis (pvz., amplitudė Av) priklauso ne tik nuo mechanizmą veikiančios žadinamosios jėgos Fv, kurios apskritiminis dažnis ω, bet ir nuo mechanizmo standumo k, jo masės m bei slopinimo koeficiento C.
Vibracijai ir mechanizmų balansavimui matuoti gali būti naudojami įvairių tipų jutikliai, įskaitant:
- absoliutūs vibracijos jutikliai, skirti vibracijos pagreičiui matuoti (akselerometrai) ir vibracijos greičio jutikliai;
- santykinės vibracijos jutikliai - sūkurinės srovės arba talpiniai, skirti vibracijos poslinkiui matuoti;
- Kai kuriais atvejais (kai tai leidžia mechanizmo konstrukcija) jėgos jutikliai taip pat gali būti naudojami jo vibracijos apkrovai įvertinti; ypač jie plačiai naudojami standžių atramų balansavimo mašinų atramų vibracijos apkrovai matuoti.
Taigi vibracija yra mašinos reakcija į išorinių jėgų poveikį. Vibracijos dydis priklauso ne tik nuo mechanizmą veikiančios jėgos dydžio, bet ir nuo mechanizmo konstrukcijos standumo. Viena ir ta pati jėga gali sukelti skirtingas vibracijas. Kietų atramų mašinoje, net jei vibracija nedidelė, guoliai gali būti veikiami didelių dinaminių apkrovų. Todėl balansuojant kietų atramų mašinas naudojami jėgos, o ne vibracijos jutikliai (vibracijos akselerometrai).
Vibracijos jutikliai naudojami mechanizmuose su santykinai paslankiomis atramomis, kai veikiant nesubalansuotoms išcentrinėms jėgoms pastebima atramų deformacija ir vibracija. Jėgos jutikliai naudojami standžioms atramoms, kai net ir didelės jėgos dėl disbalanso nesukelia žymios vibracijos.
Rezonansas yra balansavimą trikdantis veiksnys
Anksčiau minėjome, kad rotoriai skirstomi į standžiuosius ir lanksčiuosius. Rotoriaus standumo arba lankstumo nereikėtų painioti su atramų (pamatų), ant kurių rotorius sumontuotas, standumu arba judrumu. Rotorius laikomas standžiu, kai galima nekreipti dėmesio į jo deformaciją (lenkimą) veikiant išcentrinėms jėgoms. Lankstaus rotoriaus deformacija yra santykinai didelė ir jos negalima nepaisyti.
Šiame straipsnyje nagrinėjamas tik standžių rotorių balansavimas. Savo ruožtu standus (nedeformuojamas) rotorius gali būti sumontuotas ant standžių arba judančių (lanksčių) atramų. Akivaizdu, kad šis atramų standumas (paslankumas) taip pat yra santykinis, priklausomai nuo rotoriaus greičio ir atsirandančių išcentrinių jėgų dydžio. Sąlyginė riba yra rotoriaus atramų savųjų virpesių dažnis.
Mechaninių sistemų savųjų virpesių formą ir dažnį lemia mechaninės sistemos elementų masė ir tamprumas. Tai reiškia, kad savųjų virpesių dažnis yra vidinė mechaninės sistemos savybė ir nepriklauso nuo išorinių jėgų. Iš pusiausvyros būsenos iškrypusios atramos dėl tamprumo linkusios grįžti į pusiausvyros padėtį. Tačiau dėl masyvaus rotoriaus inercijos šis procesas yra slopinamųjų svyravimų pobūdžio. Šie virpesiai yra rotoriaus ir atramos sistemos savieji virpesiai. Jų dažnis priklauso nuo rotoriaus masės ir atramų tamprumo santykio.
Kai rotorius pradeda suktis ir jo sukimosi dažnis priartėja prie savųjų virpesių dažnio, smarkiai padidėja virpesių amplitudė, todėl konstrukcija gali būti sugriauta.
Atsiranda mechaninio rezonanso reiškinys. Rezonanso zonoje, pakeitus sukimosi greitį 100 apsisukimų per minutę, vibracija gali padidėti dešimtis kartų. Tuo pat metu (rezonanso srityje) virpesių fazė pasikeičia 180°.
Jei mechanizmo konstrukcija nepavyksta ir rotoriaus darbo dažnis yra artimas savųjų virpesių dažniui, mechanizmo veikimas tampa neįmanomas dėl neleistinai didelių virpesių. Tai neįmanoma įprastu būdu, nes net nedidelis greičio pokytis sukels drastišką virpesių parametrų pokytį. Balansavimui rezonanso srityje naudojami specialūs, šiame straipsnyje nenagrinėjami metodai.
Mechanizmo savųjų virpesių dažnį galima nustatyti laisvo išbėgimo metu (išjungus rotoriaus sukimąsi) arba naudojant smūgių metodą, o vėliau atliekant sistemos atsako į smūgį spektrinę analizę.
Mechanizmų, kurių darbinis sukimosi dažnis yra didesnis už rezonanso dažnį, t. y. kurie veikia rezonanso režimu, atramos laikomos judančiomis, o matavimui naudojami vibracijos jutikliai, daugiausia vibroakelerometrai, matuojantys konstrukcijos elementų pagreitį. Mechanizmų, veikiančių prierezonansiniu režimu, atramos laikomos standžiomis. Šiuo atveju naudojami jėgos jutikliai.
Tiesiniai ir netiesiniai mechaninės sistemos modeliai. Nelinijiškumas yra veiksnys, kuris neleidžia subalansuoti
Balansuojant standžius rotorius, balansavimo skaičiavimams naudojami matematiniai modeliai, vadinami tiesiniais modeliais. Tiesinis modelis reiškia, kad tokiame modelyje vienas dydis yra proporcingas (tiesinis) kitam. Pavyzdžiui, jei nekompensuojama rotoriaus masė padvigubėja, vibracijos vertė taip pat padvigubėja. Standiems rotoriams galima taikyti tiesinį modelį, nes jie nesideformuoja.
Lanksčių rotorių atveju tiesinis modelis nebegali būti taikomas. Lankstaus rotoriaus atveju, jei sukantis didėja sunkaus taško masė, atsiranda papildomų deformacijų, be masės, didėja ir sunkaus taško vietos spindulys. Todėl lanksčiojo rotoriaus atveju virpesiai padidės daugiau kaip du kartus, ir įprasti skaičiavimo metodai neveiks.
Taip pat atramų tamprumo pokytis esant didelėms jų deformacijoms, pavyzdžiui, kai esant mažoms atramų deformacijoms veikia vieni konstrukciniai elementai, o esant didelėms - kiti konstrukciniai elementai. Štai kodėl negalima subalansuoti mechanizmų, kurie nėra pritvirtinti prie pagrindo, o, pavyzdžiui, tiesiog padėti ant grindų. Esant dideliems virpesiams, disbalanso jėga gali ištraukti mechanizmą iš grindų ir taip labai pakeisti sistemos standumo charakteristikas. Variklio kojelės turi būti patikimai pritvirtintos, varžtų tvirtinimai turi būti priveržti, poveržlių storis turi užtikrinti pakankamą tvirtinimo standumą ir t. t. Jei guoliai sugadinti, galimas didelis veleno nesutapimas ir smūgiai, o tai taip pat lems prastą tiesiškumą ir negalėjimą atlikti kokybiško balansavimo.
Balansavimo įtaisai ir balansavimo mašinos
Kaip minėta pirmiau, balansavimas yra pagrindinės centrinės inercijos ašies suderinimo su rotoriaus sukimosi ašimi procesas.
Šį procesą galima atlikti dviem būdais.
Pirmuoju metodu rotoriaus strypeliai apdirbami taip, kad ašis, einanti per strypelių centrus, kirstųsi su pagrindine centrine rotoriaus inercijos ašimi. Toks metodas praktikoje taikomas retai, todėl šiame straipsnyje nebus išsamiai aptariamas.
Antrasis (labiausiai paplitęs) būdas - ant rotoriaus perkelti, pritvirtinti arba nuimti korekcinius svorius, kurie dedami taip, kad rotoriaus inercijos ašis būtų kuo arčiau jo sukimosi ašies.
Balansavimo metu koreguojamuosius svorius galima perkelti, pridėti arba pašalinti atliekant įvairias technologines operacijas, įskaitant: gręžimą, frezavimą, paviršinį apdirbimą, suvirinimą, prisukimą arba atsukimą, deginimą lazeriu arba elektronų pluoštu, elektrolizę, elektromagnetinį paviršinį apdirbimą ir t. t.
Balansavimo procesą galima atlikti dviem būdais:
- surinktų rotorių (su savo guoliais) balansavimas balansavimo staklėmis;
- rotorių balansavimas balansavimo staklėmis. Rotorių balansavimui nuosavuose guoliuose paprastai naudojami specializuoti balansavimo prietaisai (rinkiniai), kuriais galima matuoti balansuojamo rotoriaus virpesius jo sukimosi dažniu vektoriniu pavidalu, t. y. matuoti ir virpesių amplitudę, ir fazę. Šiuo metu minėti prietaisai gaminami pagal mikroprocesorinę technologiją ir (be vibracijos matavimo ir analizės) leidžia automatiškai apskaičiuoti koreguojančių svorių, kuriuos reikėtų įrengti ant rotoriaus, kad būtų kompensuotas jo disbalansas, parametrus.
Prie šių prietaisų priskiriami:
- matavimo ir skaičiavimo įrenginys, pagrįstas kompiuteriu arba pramoniniu valdikliu;
- Du (arba daugiau) vibracijos jutikliai;
- Fazės kampo jutiklis;
- priedus, skirtus jutikliams montuoti objekte;
- specializuota programinė įranga, skirta atlikti visą rotoriaus vibracijos parametrų matavimo ciklą vienoje, dviejose ar daugiau korekcijos plokštumų.
Šiuo metu dažniausiai naudojamos dviejų tipų balansavimo mašinos:
- Minkštų atramų mašinos (su minkštomis atramomis);
- Standžių atramų balansavimo mašinos (su standžiomis atramomis).
Minkštų atramų mašinos turi santykinai paslankias atramas, pavyzdžiui, pagrįstas plokščiomis spyruoklėmis. Šių atramų savųjų virpesių dažnis paprastai yra 2–3 kartus mažesnis už ant jų sumontuoto balansuojamo rotoriaus sukimosi dažnį. Vibracijos jutikliai (akselerometrai, vibracijos greičio jutikliai ir kt.) paprastai naudojami matuojant mašinos priešrezonansinių atramų vibraciją.
Priešrezonansinėse balansavimo mašinose naudojamos palyginti standžios atramos, kurių savieji virpesių dažniai turėtų būti 2-3 kartus didesni už balansuojamo rotoriaus sukimosi dažnį. Priešrezonansinių mašinų atramų vibracinei apkrovai matuoti paprastai naudojami jėgos keitikliai.
Priešrezonansinių balansavimo mašinų privalumas yra tas, kad balansavimas jose gali būti atliekamas esant santykinai mažam rotoriaus greičiui (iki 400–500 aps./min.), o tai labai supaprastina mašinos ir jos pagrindo konstrukciją, padidina balansavimo našumą ir saugumą.
Standžiųjų rotorių balansavimas
Svarbu!
- Balansavimas pašalina tik vibraciją, atsirandančią dėl asimetriško rotoriaus masės pasiskirstymo sukimosi ašies atžvilgiu. Balansavimas nepašalina kitų tipų vibracijos!
- Balansuojami techniniai mechanizmai, kurių konstrukcija užtikrina rezonansų nebuvimą darbiniu sukimosi dažniu, patikimai pritvirtinti prie pagrindo, sumontuoti tvarkinguose guoliuose.
- Prieš balansavimą reikia sutaisyti sugedusias mašinas. Priešingu atveju kokybiškas balansavimas neįmanomas.
Balansavimas nepakeičia remonto!
Pagrindinė balansavimo užduotis — rasti kompensavimo masių kiekį ir vietą, kurie neutralizuotų išcentrines jėgas.
Kaip minėta pirmiau, standžiųjų rotorių atveju paprastai būtina ir pakanka įrengti du kompensacinius svorius. Taip bus pašalintas ir statinis, ir dinaminis rotoriaus disbalansas. Bendroji vibracijos matavimo schema balansuojant yra tokia.
Vibracijos jutikliai sumontuoti ant guolių atramų 1 ir 2 taškuose. Prie rotoriaus pritvirtinamas apsisukimų žymeklis, paprastai su šviesą atspindinčia juosta. Apsisukimų žymę lazerinis tachometras naudoja rotoriaus sukimosi dažniui ir vibracijos signalo fazei nustatyti.
Kaip atliekamas dinaminis balansavimas (trijų paleidimų metodas)
Dažniausiai dinaminis balansavimas atliekamas trijų paleidimų metodu. Šis metodas pagrįstas tuo, kad ant rotoriaus nuosekliai 1-oje ir 2-oje korekcijos plokštumoje uždedami žinomo svorio bandomieji svoriai, o svoriai ir balansavimo svorių vieta apskaičiuojami remiantis vibracijos parametrų pokyčių rezultatais.
Svarmenų įrengimo vieta vadinama korekcijos plokštuma. Paprastai korekcijos plokštumos parenkamos guolių atramų, ant kurių sumontuotas rotorius, srityje.
Pirmą kartą įjungus matuojama pradinė vibracija. Tada ant rotoriaus arčiau vieno iš guolių uždedamas žinomo svorio bandomasis svoris. Įjungiama antrą kartą ir išmatuojami vibracijos parametrai, kurie turėtų pasikeisti dėl įrengto bandomojo svorio. Tada bandomasis svoris iš pirmosios plokštumos nuimamas ir sumontuojamas antrojoje plokštumoje. Atliekamas trečiasis bandomasis paleidimas ir išmatuojami vibracijos parametrai. Bandomasis svoris nuimamas ir programinė įranga automatiškai apskaičiuoja balansinių svorių mases ir įrengimo kampus.
Bandomųjų svorių įrengimo tikslas - nustatyti, kaip sistema reaguoja į disbalanso pokyčius. Bandomųjų svorių svoriai ir vietos yra žinomos, todėl programinė įranga gali apskaičiuoti vadinamuosius įtakos koeficientus, parodančius, kaip žinomo disbalanso įvedimas veikia vibracijos parametrus. Įtakos koeficientai yra pačios mechaninės sistemos charakteristikos ir priklauso nuo atramų standumo bei rotoriaus ir atramų sistemos masės (inercijos).
Tos pačios konstrukcijos to paties tipo mechanizmų įtakos koeficientai bus artimi. Juos galima išsaugoti kompiuterio atmintyje ir naudoti to paties tipo mechanizmų balansavimui be bandomųjų važiavimų, o tai labai padidina balansavimo našumą. Atkreipkite dėmesį, kad bandomųjų svorių masė turėtų būti parinkta tokia, kad įrengus bandomuosius svorius pastebimai pasikeistų vibracijos parametrai. Priešingu atveju padidėja įtakos koeficientų skaičiavimo paklaida ir pablogėja balansavimo kokybė.
Kaip matyti iš 1 pav., išcentrinė jėga veikia radialine kryptimi, t. y. statmenai rotoriaus ašiai. Todėl vibracijos jutikliai turi būti sumontuoti taip, kad jų jautrumo ašis taip pat būtų nukreipta radialine kryptimi. Paprastai, pamatų standumas horizontalioje kryptimi yra mažesnis, todėl vibracijos amplitudė horizontalioje kryptimi didesnė. Dėl to, siekiant padidinti jautrumą, jutikliai turėtų būti sumontuoti taip, kad jų jautrumo ašis būtų nukreipta horizontaliai. Nors iš esmės nėra reikšmingų skirtumų. Be vibracijos radialine kryptimi, reikalinga stebėti vibraciją aksialioje kryptimi, išilgai rotoriaus sukimosi ašies. Ši vibracija paprastai nesukelia disbalansas, o kitos priežastys, daugiausia susijusios su įrankiais, sujungtais per spragą, nesuderinimais.
Šios vibracijos balansuojant pašalinti neįmanoma; tokiu atveju reikia atlikti ašių lygiavimą. Praktikoje tokios mašinos paprastai turi ir rotoriaus disbalansą, ir velenų ašių nesutapimą, todėl pašalinti vibraciją yra daug sunkiau. Tokiais atvejais pirmiausia reikia sulygiuoti mašiną, o tada ją subalansuoti. (Nors esant stipriam sukimo momento disbalansui, vibracija dėl pamato konstrukcijos „susisukimo“ atsiranda ir ašine kryptimi.)
Susiję straipsniai (balansavimo stovų pavyzdžiai)
- Balansavimo stovas su minkšta atrama
- Elektros variklių rotorių balansavimas
- Paprasti, bet veiksmingi balansavimo stendai
Balansavimo mechanizmų kokybės vertinimo kriterijai
Rotorių (mechanizmų) balansavimo kokybę galima įvertinti dviem būdais. Pirmuoju metodu lyginamas balansavimo metu nustatytas likutinio disbalanso dydis su leistinu likutinio disbalanso nuokrypiu. Šios leistinosios nuokrypos skirtingoms rotorių klasėms nurodytos ISO 1940-1-2007. 1 dalis. Leistino disbalanso apibrėžimas.
Tačiau laikantis nurodytų leistinų nuokrypių negalima visiškai užtikrinti mechanizmo veikimo patikimumo, susijusio su minimalaus jo vibracijos lygio pasiekimu. Tai paaiškinama tuo, kad mechanizmo virpesių dydį lemia ne tik jėgos, susijusios su likutiniu rotoriaus disbalansu, dydis, bet ir keletas kitų parametrų, įskaitant: mechanizmo konstrukcinių elementų standumą k, jo masę m, slopinimo koeficientą ir sukimosi dažnį. Todėl, norint įvertinti mechanizmo dinamines savybes (įskaitant jo balansavimo kokybę), daugeliu atvejų rekomenduojama įvertinti mechanizmo liekamųjų virpesių lygį, kurį reglamentuoja keletas standartų.
Labiausiai paplitęs standartas, reglamentuojantis leistinus mechanizmų vibracijos lygius, yra ISO 10816-3-2002. Jo pagalba galima nustatyti leistinus nuokrypius bet kokio tipo mašinoms, atsižvelgiant į jų elektrinės pavaros galią.
Be šio universalaus standarto, yra keletas specializuotų standartų, sukurtų konkrečioms mašinų rūšims. Pavyzdžiui, 31350-2007 , ISO 7919-1-2002 ir kt.
Standartai ir nuorodos
- ISO 1940-1:2007. Vibracija. Standžių rotorių balansavimo kokybės reikalavimai. 1 dalis. Leistino disbalanso nustatymas.
- ISO 10816-3:2009. Mechaniniai virpesiai. Mašinų virpesių įvertinimas matuojant nesisukančias dalis. 3 dalis. Pramoninės mašinos, kurių vardinė galia didesnė nei 15 kW, o vardinis greitis – nuo 120 aps./min. iki 15 000 aps./min., matuojant vietoje.
- ISO 14694:2003. Pramoniniai ventiliatoriai. Balanso kokybės ir vibracijos lygių specifikacijos.
- ISO 7919-1:2002. Mašinų be slenkamojo-atgalinio judesio vibracija. Sukamųjų velenų matavimai ir vertinimo kriterijai. Bendrosios gairės.
DUK
Ar balansavimas pašalina visas vibracijas?
Ne. Balansavimas pašalina vibraciją, kurią sukelia asimetriškas rotoriaus masės pasiskirstymas jo sukimosi ašies atžvilgiu. Vibracijai, kurią sukelia ašių nesutapimas, guolių defektai, aerodinaminės/hidrodinaminės jėgos, elektromagnetinės jėgos ir kitos priežastys, reikalinga atskira diagnostika ir taisomieji veiksmai.
Kodėl balansavimas gali nepavykti esant rezonansui?
Netoli rezonanso, maži greičio pokyčiai gali sukelti didelius vibracijos amplitudės pokyčius ir 180° fazės poslinkį. Tokiomis sąlygomis matavimo rezultatai tampa nestabilūs, o įprasti balansavimo metodai gali nekonverguoti be specialių metodų.
Kada reikalingas vienos plokštumos, o kada dviejų plokštumų balansavimas?
Standžiam rotoriui du išilgai rotoriaus išdėstyti svarmenys paprastai yra būtini ir pakankami, kad būtų pašalintas bendras statinis ir dinaminis disbalansas. Siauriems rotoriams dažnai būdingas daugiausia statinis disbalansas, tačiau deformacija ir geometrija gali sukelti dinaminį komponentą, kuriam gali prireikti dviejų plokštumų korekcijos.
Ką reikėtų padaryti prieš balansavimą?
Įsitikinkite, kad mašina yra tinkama naudoti: patikimai pritvirtinta prie pagrindo, guoliai sveiki, nėra didelio mechaninio laisvumo ir akivaizdžių netiesiškumo šaltinių. Balansavimas nepakeičia remonto.
Svarbiausios išvados
- Balansavimas koreguoja su mase susijusį (išcentrinį) sužadinimą; jis neišsprendžia nesukentravimo, guolių pažeidimų ar elektromagnetinių / aerodinaminių šaltinių problemų.
- Dėl rezonanso ir netiesiškumo įprastas balansavimas gali būti neveiksmingas arba nesaugus.
- Standžiųjų rotorių atveju dviejų plokštumų balansavimas yra bendras sprendimas kombinuotam statiniam ir dinaminiam disbalansui.
