Rotora balansēšana: statiskā un dinamiskā nelīdzsvarotība, rezonanse un praktiskā procedūra
Šajā rokasgrāmatā ir paskaidrots rotora balansēšana stingri rotori: ko nozīmē “disbalanss”, kā atšķiras statiskais un dinamiskais disbalanss, kāpēc rezonanse un nelinearitāte var traucēt kvalitatīvam rezultātam un kā balansēšana parasti tiek veikta vienā vai divās korekcijas plaknēs.
Saturs
- Kas ir rotors un kā pareizi balansēt?
- Rotoru veidi un nelīdzsvarotības veidi
- Mehānismu vibrācija: ko balansēšana var un ko nevar novērst
- Rezonanse: faktors, kas novērš līdzsvaru
- Lineārie un nelineārie modeļi: kad aprēķini pārstāj darboties
- Balansēšanas ierīces un balansēšanas mašīnas
- Stingru rotoru balansēšana (praktiskas piezīmes)
- Kā tiek veikta dinamiskā balansēšana (trīs posmu metode)
- Balansēšanas kvalitātes novērtēšanas kritēriji
- Standarti un atsauces
- BIEŽĀK UZDOTIE JAUTĀJUMI
Kas ir rotors un kā pareizi balansēt?
Rotors ir korpuss, kas griežas ap kādu asi un ko balstos notur gultņu virsmas. Rotora gultņu virsmas pārnes slodzi uz balstiem, izmantojot rites vai slīdošos gultņus. Gultņu virsmas ir kronšteinu virsmas vai virsmas, kas tos aizstāj.
Perfekti līdzsvarotā rotorā tā masa ir sadalīta simetriski ap rotācijas asi, t.i., jebkuru rotora elementu var saskaņot ar citu elementu, kas atrodas simetriski ap rotācijas asi. Līdzsvarotā rotorā centrbēdzes spēks, kas iedarbojas uz jebkuru rotora elementu, ir līdzsvarots ar centrbēdzes spēku, kas iedarbojas uz simetrisko elementu. Piemēram, uz 1. un 2. elementu (1. attēlā atzīmēti ar zaļu krāsu) iedarbojas centrbēdzes spēki F1 un F2, kuru lielums ir vienāds un virziens pretējs. Tas attiecas uz visiem simetriskajiem rotora elementiem, un tādējādi kopējais centrbēdzes spēks, kas iedarbojas uz rotoru, ir 0, un rotors ir līdzsvarots.
Bet, ja rotora simetrija ir pārkāpta (asimetriskais elements 1. attēlā ir atzīmēts ar sarkanu krāsu), tad uz rotoru iedarbojas nelīdzsvarots centrbēdzes spēks F3. Rotējot, šis spēks maina virzienu līdz ar rotora griešanos. Šī spēka radītā dinamiskā slodze tiek pārnesta uz gultņiem, kā rezultātā paātrinās nodilums.
Turklāt šī mainīgā virziena spēka ietekmē notiek balstu un pamatnes, uz kuras nostiprināts rotors, cikliska deformācija, t. i., rodas vibrācija. Lai novērstu rotora nelīdzsvarotību un ar to saistīto vibrāciju, jāuzstāda balansējošās masas, lai atjaunotu rotora simetriju.
Rotora balansēšana ir nelīdzsvarotības koriģēšanas operācija, pievienojot balansēšanas masas.
Balansēšanas uzdevums ir atrast vienas vai vairāku balansēšanas masu lielumu un atrašanās vietu (leņķi).
Rotoru veidi un nelīdzsvarotības veidi
Ņemot vērā rotora materiāla izturību un uz to iedarbojošos centrbēdzes spēku lielumu, rotorus var iedalīt divos veidos - stingros rotoros un elastīgos rotoros.
Pie darba režīmiem cietie rotori centrbēdzes spēka iedarbībā deformējas nenozīmīgi, un šīs deformācijas ietekmi aprēķinos var neņemt vērā.
Elastīgu rotoru deformāciju vairs nevar ignorēt. Elastīgu rotoru deformācija sarežģī balansēšanas problēmas risinājumu un prasa citu matemātisko modeļu pielietošanu, salīdzinot ar stingru rotoru balansēšanas problēmu. Jāatzīmē, ka viens un tas pats rotors pie maziem ātrumiem var darboties kā stingrs, bet pie lieliem ātrumiem - kā elastīgs. Turpmāk mēs aplūkosim tikai stingru rotoru balansēšanu.
Atkarībā no nelīdzsvarotu masu sadalījuma gar rotora garumu, var atšķirt divus disbalansa veidus - statisko un dinamisko (momentāno). Attiecīgi tiek saukta statiskā un dinamiskā rotora balansēšana. Statiskā rotora disbalanss rodas bez rotora rotācijas, t.i., statikā, kad gravitācija rotoru apgriež ar tā "smago punktu" uz leju. Rotora ar statisku disbalansu piemērs ir parādīts 2. attēlā.
Dinamiskais disbalanss rodas tikai tad, kad rotors griežas.
Rotora ar dinamisko nelīdzsvarotību piemērs ir parādīts 3. attēlā.
Šajā gadījumā nelīdzsvarotās vienādās masas M1 un M2 atrodas dažādās plaknēs - dažādās vietās gar rotora garumu. Statiskā stāvoklī, t.i., kad rotors negriežas, uz rotoru iedarbojas tikai gravitācija, un masas viena otru līdzsvaro. Dinamikā, rotoram griežoties, uz masām M1 un M2 sāk iedarboties centrbēdzes spēki Fc1 un Fc2. Šie spēki ir vienāda lieluma un pretēji vērsti. Tomēr, tā kā tie tiek pielikti dažādās vietās gar vārpstas garumu un neatrodas uz vienas līnijas, šie spēki viens otru nekompensē. Spēki Fc1 un Fc2 rada griezes momentu, kas pielikts rotoram. Tāpēc šo nelīdzsvarotību sauc arī par momentu nelīdzsvarotību. Attiecīgi uz gultņu pozīcijām iedarbojas nekompensēti centrbēdzes spēki, kas var ievērojami pārsniegt aprēķinātās vērtības un samazināt gultņu kalpošanas laiku.
Tā kā šāda veida disbalanss rodas tikai dinamiski rotora griešanās laikā, to sauc par dinamisko disbalansu. Statiskos apstākļos to nevar labot, balansējot "uz nažiem" vai līdzīgām metodēm. Lai novērstu dinamisko disbalansu, jāuzstāda divi kompensējošie atsvari, kas rada momentu, kura lielums ir vienāds ar masu M1 un M2 radīto momentu un virziens ir pretējs. Kompensējošās masas nav jāuzstāda pretējās un vienāda lieluma masām M1 un M2. Galvenais ir tas, lai tās radītu momentu, kas pilnībā kompensē disbalansa momentu.
Kopumā masas M1 un M2 var nebūt vienādas viena ar otru, tāpēc radīsies statiskā un dinamiskā disbalansa kombinācija. Teorētiski ir pierādīts, ka stingram rotoram divi atsvari, kas izvietoti viens no otra visā rotora garumā, ir nepieciešami un pietiekami, lai novērstu tā disbalansu. Šie atsvari kompensēs gan griezes momentu, kas rodas dinamiskā disbalansa dēļ, gan centrbēdzes spēku, kas rodas masas asimetrijas dēļ attiecībā pret rotora asi (statiskā disbalansa dēļ). Parasti dinamiskais disbalanss ir raksturīgs gariem rotoriem, piemēram, vārpstām, un statiskais disbalanss ir raksturīgs šauriem rotoriem. Tomēr, ja šaurais rotors ir šķībs attiecībā pret asi jeb deformēts ("astoņnieks"), tad dinamisko disbalansu būs grūti novērst (sk. 4. att.), jo šajā gadījumā ir grūti uzstādīt koriģējošus atsvarus, kas rada nepieciešamo kompensācijas momentu.
Spēki F1 un F2 neatrodas uz vienas līnijas un nekompensē viens otru.
Tā kā šaurā rotora dēļ griezes momenta radīšanas svira ir maza, var būt nepieciešami lieli korekcijas atsvari. Tomēr tas rada arī "inducētu nelīdzsvarotību" šaurā rotora deformācijas dēļ korekcijas atsvaru centrbēdzes spēku ietekmē. (Skatīt, piemēram, "Metodiskie norādījumi stingru rotoru balansēšanai (saskaņā ar ISO 22061-76)". 10. sadaļa. ROTORA BALSTA SISTĒMA.)
Tas ir redzams šauriem ventilatoru lāpstiņrati, kuros papildus spēka nelīdzsvarotībai darbojas arī aerodinamiskā nelīdzsvarotība. Un jāsaprot, ka aerodinamiskā nelīdzsvarotība jeb, precīzāk, aerodinamiskais spēks ir tieši proporcionāls rotora leņķiskajam ātrumam, un tās kompensēšanai izmanto koriģējošās masas centrbēdzes spēku, kas ir proporcionāls leņķiskā ātruma kvadrātam. Tāpēc balansēšanas efekts var notikt tikai pie noteiktas balansēšanas frekvences. Pie citām rotācijas frekvencēm rodas papildu kļūda.
To pašu var teikt par elektromagnētiskajiem spēkiem elektromotorā, kas arī ir proporcionāli leņķa ātrumam. Tāpēc, balansējot mašīnu, nav iespējams novērst visus vibrācijas cēloņus.
Mehānismu vibrācija
Vibrācija ir mehānisma konstrukcijas reakcija uz ciklisku uzbudinoša spēka iedarbību. Šim spēkam var būt dažāda rakstura.
Centrbēdzes spēks, kas rodas nelīdzsvarota rotora dēļ, ir nekompensēts spēks, kas iedarbojas uz "smago punktu". Tieši šo spēku un tā radīto vibrāciju var novērst, līdzsvarojot rotoru.
"Ģeometriska" rakstura mijiedarbības spēki, kas rodas savienojošo detaļu ražošanas un montāžas kļūdu dēļ. Šie spēki var rasties, piemēram, vārpstas kakliņu neapaļīguma, zobratu zobu profilu kļūdu, gultņu skrejceļu viļņošanās, savienojošo vārpstu nepareizas izlīdzināšanas u. c. rezultātā. Ja vārpstas kakliņi nav apaļi, vārpstas ass tiks nobīdīta atkarībā no vārpstas griešanās leņķa. Lai gan šī vibrācija rodas arī pie rotora ātruma, to ir gandrīz neiespējami novērst ar balansēšanu.
Aerodinamiskie spēki, ko rada ventilatoru lāpstiņrati un citi lāpstiņu mehānismi. Hidrodinamiskie spēki, ko rada hidraulisko sūkņu, turbīnu u. c. mehānismu lāpstiņrati.
Elektromagnētiskie spēki, kas rodas elektrisko mašīnu darbības rezultātā, piemēram, asimetriski rotora tinumi, īssavienoti tinumi utt.
Vibrācijas lielums (piemēram, tās amplitūda Av) ir atkarīgs ne tikai no mehānismu ar cirkulāro frekvenci ω iedarbojošā ierosmes spēka Fv, bet arī no mehānisma stingrības k, tā masas m , kā arī slāpēšanas koeficienta C.
Vibrācijas un līdzsvara mehānismu mērīšanai var izmantot dažāda veida sensorus, tostarp:
- absolūtie vibrācijas sensori, kas paredzēti vibrācijas paātrinājuma mērīšanai (akselerometri) un vibrācijas ātruma sensori;
- relatīvās vibrācijas sensori - virpuļstrāvas vai kapacitatīvie, kas paredzēti vibrācijas pārvietojuma mērīšanai;
- Dažos gadījumos (ja mehānisma konstrukcija to atļauj) spēka sensorus var izmantot arī tā vibrācijas slodzes novērtēšanai; jo īpaši tos plaši izmanto cieto gultņu balansēšanas mašīnu balstu vibrācijas slodzes mērīšanai.
Tātad vibrācija ir mašīnas reakcija uz ārējo spēku iedarbību. Vibrācijas lielums ir atkarīgs ne tikai no mehānismu ietekmējošā spēka lieluma, bet arī no mehānisma konstrukcijas stingrības. Viens un tas pats spēks var izraisīt dažādas vibrācijas. Mašīnā ar cietiem gultņiem, pat ja vibrācija ir neliela, gultņi var tikt pakļauti ievērojamai dinamiskai slodzei. Tāpēc, balansējot mašīnas ar cietiem gultņiem, izmanto spēka, nevis vibrācijas sensorus (vibrācijas akselerometrus).
Vibrāciju sensorus izmanto mehānismos ar relatīvi lokaniem balstiem, kad nelīdzsvarota centrbēdzes spēka iedarbība izraisa ievērojamu balstu deformāciju un vibrāciju. Spēka sensorus izmanto cietiem balstiem, kad pat ievērojami spēki, ko izraisa nelīdzsvarotība, nerada ievērojamu vibrāciju.
Rezonanse ir faktors, kas kavē līdzsvarošanu.
Iepriekš minējām, ka rotori ir iedalīti cietajos un elastīgajos. Rotora stingrību vai elastību nedrīkst sajaukt ar balstu (pamatu), uz kuriem rotors ir uzstādīts, stingrību vai kustīgumu. Rotoru uzskata par cietu, ja tā deformāciju (saliekumu) centrbēdzes spēku ietekmē var neņemt vērā. Elastīga rotora deformācija ir relatīvi liela, un to nevar neņemt vērā.
Šajā rakstā mēs aplūkojam tikai cieto rotoru balansēšanu. Savukārt nekustīgu (nedeformējamu) rotoru var uzstādīt uz nekustīgiem vai kustīgiem (lokaniem) balstiem. Skaidrs, ka arī šī balstu stingrība/atlaidība ir relatīva atkarībā no rotora ātruma un no tā izrietošo centrbēdzes spēku lieluma. Nosacījuma robeža ir rotora balstu dabisko vibrāciju frekvence.
Mehānisko sistēmu gadījumā dabisko vibrāciju formu un frekvenci nosaka mehāniskās sistēmas elementu masa un elastība. Tas nozīmē, ka dabisko svārstību frekvence ir mehāniskās sistēmas iekšēja īpašība un nav atkarīga no ārējiem spēkiem. Ja balsti tiek izmainīti no līdzsvara stāvokļa, tie elastības dēļ tiecas atgriezties līdzsvara stāvoklī. Taču masīvā rotora inerces dēļ šis process ir amortizētu svārstību rakstura process. Šīs svārstības ir rotora un balsta sistēmas dabiskās svārstības. To frekvence ir atkarīga no rotora masas un balstu elastības attiecības.
Kad rotors sāk griezties un tā rotācijas frekvence tuvojas dabisko vibrāciju frekvencei, vibrāciju amplitūda strauji palielinās, kas var izraisīt konstrukcijas bojājumus.
Rodas mehāniskās rezonanses parādība. Rezonanses zonā rotācijas ātruma maiņa par 100 apgriezieniem minūtē var izraisīt vibrācijas pieaugumu desmitiem reižu. Tajā pašā laikā (rezonanses zonā) vibrācijas fāze mainās par 180°.
Ja mehānisma konstrukcija ir neveiksmīga un rotora darbības frekvence ir tuva dabisko vibrāciju frekvencei, tad mehānisma darbība kļūst neiespējama nepieļaujami augstas vibrācijas dēļ. Tas nav iespējams parastā veidā, jo pat nelielas ātruma izmaiņas izraisa krasas vibrāciju parametru izmaiņas. Balansēšanai rezonanses zonā izmanto īpašas metodes, kas šajā rakstā nav aplūkotas.
Ir iespējams noteikt mehānisma pašsakarīgo svārstību frekvenci, kad mehānisms darbojas krasta režīmā (izslēdzot rotora rotāciju) vai ar trieciena metodi, pēc tam veicot sistēmas reakcijas uz triecienu spektrālo analīzi.
Mehānismiem, kuru rotācijas darba frekvence ir virs rezonanses frekvences, t. i., kas darbojas rezonanses režīmā, balstus uzskata par kustīgiem, un mērījumiem izmanto vibrācijas sensorus, galvenokārt vibroakelerometrus, kas mēra konstrukcijas elementu paātrinājumu. Mehānismiem, kas darbojas pirmsrezonanses režīmā, balstus uzskata par nekustīgiem. Šajā gadījumā izmanto spēka sensorus.
Mehāniskas sistēmas lineārie un nelineārie modeļi. Nelinearitāte ir faktors, kas kavē līdzsvarošanu.
Balansējot nekustīgus rotorus, balansēšanas aprēķiniem izmanto matemātiskos modeļus, ko sauc par lineārajiem modeļiem. Lineārs modelis nozīmē, ka šādā modelī viens lielums ir proporcionāls (lineārs) otram. Piemēram, ja rotora nekompensētā masa tiek dubultota, tad arī vibrācijas vērtība dubultosies. Stingriem rotoriem var izmantot lineāro modeli, jo tie nedeformējas.
Elastīgiem rotoriem lineāro modeli vairs nevar izmantot. Elastīgam rotoram, ja rotācijas laikā palielinās smagā punkta masa, rodas papildu deformācija, un papildus masai palielināsies arī smagā punkta atrašanās vietas rādiuss. Tāpēc elastīgam rotoram vibrācijas palielināsies vairāk nekā divas reizes, un parastās aprēķinu metodes nedarbosies.
Arī balstu elastības izmaiņas pie lielām deformācijām, piemēram, kad pie mazām balstu deformācijām darbojas vieni konstrukcijas elementi, bet pie lielām - citi konstrukcijas elementi. Tāpēc nevar līdzsvarot mehānismus, kas nav nostiprināti uz pamatnes, bet, piemēram, vienkārši novietoti uz grīdas. Pie ievērojamām vibrācijām nelīdzsvarotības spēks var mehānismu izraut no grīdas, tādējādi būtiski mainot sistēmas stinguma raksturlielumus. Motora kājām jābūt droši nostiprinātām, skrūvju stiprinājumiem jābūt pievilktiem, paplākšņu biezumam jānodrošina pietiekama montāžas stingrība utt. Ja gultņi ir bojāti, iespējama ievērojama vārpstas nobīde un triecieni, kas arī novedīs pie sliktas linearitātes un nespējas veikt kvalitatīvu balansēšanu.
Balansēšanas ierīces un balansēšanas mašīnas
Kā minēts iepriekš, balansēšana ir galvenās inerces ass izlīdzināšanas process ar rotora rotācijas asi.
Šo procesu var veikt, izmantojot divas metodes.
Pirmā metode ietver rotora stobru mehānisku apstrādi tā, lai ass, kas šķērso stobru centru šķērsgriezumu, sakristu ar rotora galveno centrālo inerces asi. Šādu metodi praksē izmanto reti, un šajā rakstā tā netiks sīkāk aplūkota.
Otrā (visizplatītākā) metode ietver korekcijas atsvaru pārvietošanu, uzstādīšanu vai noņemšanu uz rotora, kas tiek novietoti tā, lai rotora inerces ass atrastos pēc iespējas tuvāk tā rotācijas asij.
Korekcijas atsvaru pārvietošanu, pievienošanu vai noņemšanu balansēšanas laikā var veikt ar dažādām tehnoloģiskām operācijām, tostarp urbšanu, frēzēšanu, virsmas apstrādi, metināšanu, skrūvēšanu vai atskrūvēšanu, dedzināšanu ar lāzeru vai elektronu staru kūli, elektrolīzi, elektromagnētisko virsmas apstrādi utt.
Līdzsvarošanas procesu var veikt divējādi:
- samontētu rotoru balansēšana (savos gultņos), izmantojot balansēšanas mašīnas;
- rotoru balansēšana balansēšanas iekārtās. Rotoru balansēšanai savos gultņos parasti izmanto specializētas balansēšanas ierīces (komplektus), kas ļauj izmērīt balansētā rotora vibrāciju tā rotācijas frekvencē vektora veidā, t. i., izmērīt gan vibrācijas amplitūdu, gan fāzi. Šobrīd minētās ierīces tiek ražotas, izmantojot mikroprocesoru tehnoloģiju, un (papildus vibrāciju mērīšanai un analīzei) nodrošina automātisku to koriģējošo atsvaru parametru aprēķināšanu, kuri jāuzstāda rotoram, lai kompensētu tā nelīdzsvarotību.
Šajās ierīcēs ietilpst:
- mērīšanas un skaitļošanas bloks, kura pamatā ir dators vai rūpnieciskais kontrolieris;
- Divi (vai vairāki) vibrācijas sensori;
- Fāzes leņķa sensors;
- piederumi sensoru uzstādīšanai uz vietas;
- specializēta programmatūra, kas izstrādāta, lai veiktu pilnu rotora vibrācijas parametru mērījumu ciklu vienā, divās vai vairākās korekcijas plaknēs.
Pašlaik visizplatītākās ir divu veidu balansēšanas mašīnas:
- Mīksto gultņu mašīnas (ar mīkstajiem balstiem);
- Cieto gultņu mašīnas (ar stingriem balstiem).
Mašīnām ar mīkstiem gultņiem ir relatīvi elastīgi balsti, piemēram, uz plakanām atsperēm. Šo balstu pašsvārstību frekvence parasti ir 2–3 reizes zemāka nekā uz tiem uzstādītā balansējošā rotora griešanās frekvence. Vibrācijas sensorus (akselerometrus, vibrācijas ātruma sensorus utt.) parasti izmanto, mērot mašīnas prerezonanses balstu vibrācijas.
Pirmsrezonanses balansēšanas iekārtās izmanto relatīvi stingrus balstus, kuru vibrāciju īpatnējām frekvencēm jābūt 2-3 reizes lielākām par balansējamā rotora rotācijas frekvenci. Pirmsrezonanses balansēšanas mašīnas balstu vibrācijas slodzes mērīšanai parasti izmanto spēka devējus.
Pirmsrezonanses balansēšanas mašīnu priekšrocība ir tā, ka balansēšanu uz tām var veikt ar relatīvi mazu rotora ātrumu (līdz 400–500 apgr./min), kas ievērojami vienkāršo mašīnas un tās pamatnes konstrukciju, kā arī palielina balansēšanas produktivitāti un drošību.
Cieto rotoru balansēšana
Svarīgi!
- Līdzsvarošana novērš tikai vibrāciju, ko izraisa rotora masas asimetrisks sadalījums attiecībā pret rotācijas asi. Balansēšana nenovērš cita veida vibrāciju!
- Balansēšanai tiek pakļauti tehniskie mehānismi, kuru konstrukcija nodrošina rezonanses neesamību rotācijas darba frekvencē, kas ir droši nostiprināti uz pamatnes, uzstādīti ekspluatācijā derīgos gultņos.
- Pirms balansēšanas jālabo bojātas mašīnas. Pretējā gadījumā kvalitatīva balansēšana nav iespējama.
Balansēšana neaizstāj remontu!
Galvenais balansēšanas uzdevums ir atrast kompensējošo atsvaru masu un atrašanās vietu, uz kuriem iedarbojas balansējošie centrbēdzes spēki.
Kā minēts iepriekš, cietiem rotoriem parasti ir nepieciešams un pietiek uzstādīt divus kompensējošos atsvarus. Tas novērsīs gan rotora statisko, gan dinamisko nelīdzsvarotību. Vispārējā vibrācijas mērīšanas shēma balansēšanas laikā ir šāda.
Vibrācijas sensori ir uzstādīti uz gultņu balstiem 1. un 2. punktā. Rotācijas marķieris ir piestiprināts pie rotora, parasti ar atstarojošu lentu. Apgriezienu atzīmes izmanto lāzera tahometrs, lai noteiktu rotora apgriezienu skaitu un vibrācijas signāla fāzi.
Kā tiek veikta dinamiskā balansēšana (trīs posmu metode)
Vairumā gadījumu dinamisko balansēšanu veic, izmantojot trīs palaižu metodi. Metodes pamatā ir tas, ka uz rotora secīgi 1. un 2. plaknē novieto zināmas masas testa atsvarus, un, pamatojoties uz vibrācijas parametru izmaiņu rezultātiem, aprēķina atsvarus un balansēšanas atsvaru atrašanās vietu.
Atsvaru uzstādīšanas vietu sauc par korekcijas plakni. Parasti korekcijas plaknes izvēlas gultņu balstu zonā, uz kuriem uzstādīts rotors.
Pirmajā palaišanas reizē tiek izmērīta sākotnējā vibrācija. Tad uz rotora tuvāk vienam no gultņiem uzliek zināmas masas testa atsvaru. Veic otro iedarbināšanu un mēra vibrācijas parametrus, kuriem testa atsvara uzstādīšanas dēļ vajadzētu mainīties. Tad testa atsvaru no pirmās plaknes noņem un uzstāda otrajā plaknē. Veic trešo testa palaišanu un mēra vibrācijas parametrus. Testa atsvaru noņem, un programmatūra automātiski aprēķina atsvaru masas un uzstādīšanas leņķus.
Testa atsvaru uzstādīšanas mērķis ir noteikt, kā sistēma reaģē uz nelīdzsvarotības izmaiņām. Testa atsvaru svars un atrašanās vieta ir zināma, tāpēc programmatūra var aprēķināt tā sauktos ietekmes koeficientus, kas parāda, kā zināmas nelīdzsvarotības ieviešana ietekmē vibrācijas parametrus. Ietekmes koeficienti ir pašas mehāniskās sistēmas raksturlielumi un ir atkarīgi no balstu stingrības un rotora un balsta sistēmas masas (inerces).
Vienāda tipa mehānismiem ar vienādu konstrukciju ietekmes koeficienti būs tuvi. Tos ir iespējams saglabāt datora atmiņā un izmantot vienāda tipa mehānismu balansēšanai bez testa braucieniem, kas ievērojami palielina balansēšanas produktivitāti. Jāņem vērā, ka testa atsvaru masa jāizvēlas tāda, lai vibrācijas parametri ievērojami mainītos, kad tiek uzstādīti testa atsvari. Pretējā gadījumā palielinās ietekmes koeficientu aprēķina kļūda un pasliktinās balansēšanas kvalitāte.
Kā redzams 1. attēlā, centrbēdzes spēks darbojas radiālā virzienā, t. i., perpendikulāri rotora asij. Tāpēc vibrāciju sensori jāuzstāda tā, lai to jutības ass arī būtu vērsta radiālā virzienā. Parasti pamatnes stingrība horizontālā virzienā ir mazāka, tāpēc vibrācija horizontālā virzienā ir lielāka. Tāpēc, lai palielinātu jutību, sensori jāuzstāda tā, lai to jutības ass būtu vērsta arī horizontāli. Lai gan būtiskas atšķirības nav. Papildus vibrācijai radiālā virzienā jāuzrauga arī vibrācija aksiālā virzienā, gar rotora rotācijas asi. Šo vibrāciju parasti neizraisa nelīdzsvarotība, bet gan citi cēloņi, kas galvenokārt saistīti ar ar sakabes savienoto vārpstu neatbilstīgu izlīdzināšanu un nesaskaņotību.
Šo vibrāciju nevar novērst ar balansēšanu, un tādā gadījumā ir nepieciešama izlīdzināšana. Praksē šādām mašīnām parasti ir gan rotora nelīdzsvarotība, gan vārpstas nepareiza izlīdzināšana, kas ievērojami apgrūtina vibrācijas novēršanas uzdevumu. Šādos gadījumos vispirms ir jācentrē mašīna un pēc tam jābalansē. (Lai gan ar spēcīgu griezes momenta nelīdzsvarotību vibrācija rodas arī aksiālā virzienā pamatnes konstrukcijas "savērpšanās" dēļ.)
Saistītie raksti (balansēšanas statīvu piemēri)
- Balansēšanas statīvs ar mīkstu balstu
- Elektromotoru rotoru balansēšana
- Vienkārši, bet efektīvi balansēšanas statīvi
Balansēšanas mehānismu kvalitātes novērtēšanas kritēriji
Rotoru (mehānismu) balansēšanas kvalitāti var novērtēt divējādi. Pirmā metode ietver balansēšanas procesā noteiktā atlikušās nelīdzsvarotības daudzuma salīdzināšanu ar pieļaujamo atlikušās nelīdzsvarotības pielaidi. Šīs pielaides dažādām rotoru klasēm ir noteiktas standartā ISO 1940-1-2007. 1. daļa. Pieļaujamās nelīdzsvarotības definīcija.
Tomēr atbilstība noteiktajām pielaidēm nevar pilnībā garantēt mehānisma darbības uzticamību, kas saistīta ar tā vibrācijas minimālā līmeņa sasniegšanu. Tas izskaidrojams ar to, ka mehānisma vibrācijas lielumu nosaka ne tikai spēka lielums, kas saistīts ar rotora atlikušo nelīdzsvarotību, bet tas ir atkarīgs arī no vairākiem citiem parametriem, tostarp no mehānisma konstrukcijas elementu stingrības k, tā masas m, slāpēšanas koeficienta, kā arī rotācijas frekvences. Tāpēc, lai novērtētu mehānisma dinamiskās īpašības (tostarp tā līdzsvara kvalitāti), vairākos gadījumos ieteicams novērtēt mehānisma atlikušo vibrāciju līmeni, ko reglamentē vairāki standarti.
Visizplatītākais standarts, kas reglamentē mehānismu pieļaujamo vibrācijas līmeni, ir ISO 10816-3-2002. Ar tā palīdzību ir iespējams noteikt pielaides jebkura tipa mehānismiem, ņemot vērā to elektriskās piedziņas jaudu.
Papildus šim universālajam standartam ir vairāki specializēti standarti, kas izstrādāti konkrētiem mašīnu tipiem. Piemēram, 31350-2007 , ISO 7919-1-2002 u.c.
Standarti un atsauces
- ISO 1940-1:2007. Vibrācija. Prasības stingru rotoru balansēšanas kvalitātei. 1. daļa. Pieļaujamā nelīdzsvarotības noteikšana.
- ISO 10816-3:2009. Mehāniskā vibrācija — Mašīnu vibrācijas novērtēšana, veicot mērījumus uz nerotējošām daļām — 3. daļa: Rūpnieciskās mašīnas ar nominālo jaudu virs 15 kW un nominālo ātrumu no 120 apgr./min līdz 15 000 apgr./min, mērot uz vietas.
- ISO 14694:2003. Rūpnieciskie ventilatori — Specifikācijas attiecībā uz balansa kvalitāti un vibrācijas līmeņiem.
- ISO 7919-1:2002. Mašīnu vibrācija bez virzuļkustības — Rotējošo vārpstu mērījumi un novērtēšanas kritēriji — Vispārīgi norādījumi.
BIEŽĀK UZDOTIE JAUTĀJUMI
Vai balansēšana likvidē visas vibrācijas?
Nē. Balansēšana novērš vibrāciju, ko izraisa rotora masas asimetrisks sadalījums attiecībā pret tā rotācijas asi. Vibrācijai, ko rada nepareiza izlīdzināšana, gultņu defekti, aerodinamiskie/hidrodinamiskie spēki, elektromagnētiskie spēki un citi cēloņi, nepieciešama atsevišķa diagnostika un korektīvās darbības.
Kāpēc balansēšana var neizdoties rezonanses tuvumā?
Rezonanses tuvumā nelielas ātruma izmaiņas var izraisīt lielas vibrācijas amplitūdas izmaiņas un 180° fāzes nobīdi. Šādos apstākļos mērījumu rezultāti kļūst nestabili, un parastās balansēšanas procedūras var nesaplūst bez īpašām metodēm.
Kad nepieciešama vienas plaknes vai divu plakņu balansēšana?
Stingram rotoram divi atsvari, kas atdalīti gar rotora garumu, parasti ir nepieciešami un pietiekami, lai novērstu kombinēto statisko un dinamisko disbalansu. Šauriem rotoriem bieži vien ir galvenokārt statisks disbalanss, taču deformācija un ģeometrija var radīt dinamisku komponentu, kam var būt nepieciešama divu plakņu korekcija.
Kas jādara pirms balansēšanas?
Pārliecinieties, vai mašīna ir darbspējīga: drošs stiprinājums pie pamatnes, veseli gultņi, nav ievērojama vaļīguma un nav acīmredzamu nelinearitātes avotu. Balansēšana neaizstāj remontu.
Galvenie secinājumi
- Balansēšana koriģē ar masu saistīto (centrbēdzes) ierosmi; tā neatrisina nepareizu izlīdzināšanu, gultņu bojājumus vai elektromagnētiskos/aerodinamiskos avotus.
- Rezonanse un nelinearitāte var padarīt tradicionālo balansēšanu neefektīvu vai nedrošu.
- Stingriem rotoriem divu plakņu balansēšana ir vispārējs risinājums kombinētai statiskajai un dinamiskajai nelīdzsvarotībai.
EN 
AR 
AZ 
BG 
ZH 
HR 
CS 
DA 
NL 
ET 
FI 
FR 
DE 
KA 
EL 
HE 
HI 
HU 
ID 
IT 
JA 
KO 
LV 
LT 
MS 
NB 
FA 
PL 
PT_BR 
PT 
RO 
SR 
SK 
SL 
ES 
SV 
TH 
TR 
UR 
UK 
VI 