Rotējošo mašīnu disbalansa (nelīdzsvarotības) izpratne
Nelīdzsvarotība — lieto kā sinonīmu nelīdzsvarotība — ir stāvoklis, kurā rotorstā masas centrs nesakrīt ar rotācijas asi. Masa ir nevienmērīgi sadalīta ap vārpstu, tāpēc, rotoram griežoties, šis masas nobīde rada kopējo centrbēdzes spēks kas novirza rotoru no tā centra un liek visai mašīnai kratīties. Šis masas centra novirzījums no ģeometriskā centra ir rotora ekscentriskums, un tās radītās vibrācijas dēļ nelīdzsvarotība ir visbiežāk sastopamā kļūme rotējošās iekārtās — un parasti tā ir pirmā, ko pārbauda diagnostikas speciālists.
1. Definīcija: Kas rada spēku
Darbības spēks ir centrbēdzes spēks: F = m·r·ω², kur m·r ir nelīdzsvarotība (novirzītās masas reizinājums ar tās rādiusu) un ω ir leņķiskais ātrums. No tā izriet divas sekas. Pirmkārt, spēks griežas kopā ar vārpstu, tādējādi reizi vienā apgriezienā iedarbojoties uz gultņiem. Otrkārt, tā ir proporcionāla kvadrāts ātruma dēļ — rotors, kas, lēnām pagriežot ar roku, šķiet pilnīgi normāls, pie maksimālā apgriezienu skaita var kļūt ļoti nepatīkams, tāpēc līdzsvara kvalitāte prasības krasi palielinās, pieaugot apgriezienu skaitam. Nelīdzsvarotību izsaka kā masas un rādiusa reizinājumu, parasti gramu milimetros (g·mm), jo spēku nosaka gan tas, cik liela masa atrodas no centra, gan tas, cik tālu tā atrodas no ass.
2. Nelīdzsvarotības diagnosticēšana: klasiskā pazīme
Nelīdzsvarotību ir salīdzinoši viegli atpazīt, jo tās vibrācija paraksts ir tik vienots — tas ir galvenais iemesls, kāpēc tas ir loģisks sākumpunkts vibrācijas analīze:
- Biežums: vibrācija ir tieši 1× rotācijas ātrums (the darba ātrums). Palieliniet vai samaziniet iekārtas ātrumu, un maksimālā jauda pielāgosies ideāli.
- Virziens: enerģija galvenokārt ir radiāls — horizontāli un vertikāli — parasti ar nelielu aksiāls (spiediena) vibrācija.
- Amplitūda: ir proporcionāla rotācijas ātruma kvadratam, tādējādi, divkāršojot ātrumu, nelīdzsvarotības spēks un no tā izrietošās vibrācijas aptuveni četrkāršojas.
- Fāze: the 1× fāze rādījums ir stabils un atkārtojams, un tieši tas ļauj noteikt smaguma vietu.
Jo dominējošs 1× pīķis var rasties arī no neatbilstība, a izliekta vārpsta vai rezonanse, rūpīgs analītiķis apstiprina nelīdzsvarotību, pamatojoties uz whole modelis: augsts 1×, zems harmonikas, galvenokārt radiālā enerģija, un stabila fāze. Savukārt liela 2× komponente liek domāt par nesakritību vai mehānisks vaļīgums.
3. Trīs nelīdzsvarotības veidi
Statiskā nelīdzsvarotība
To sauc arī par „spēku nelīdzsvarotību“, un tas ir vienkāršākais veids, kurā masa ir novirzīta vienā plaknē — iedomājieties vienu smagu punktu uz plāna diska. Tas ir „statisks“, jo izpaužas miera stāvoklī: balansējot uz berzes neietekmētiem asiem malām, rotors griežas, līdz smagais punkts atrodas apakšā. Vienu svaru, kas novietots 180° leņķī pretī smagajam punktam, to izlīdzina, un tas ir vienas plaknes balansēšana.
Pāra disbalanss
Divi vienādi smaguma punkti rotora pretējos galos, kas atrodas 180° leņķī viens no otra, savstarpēji neitralizējas kā kopējā spēka, bet veido pāris — šūpojošs moments, kas rotoru pagriež par 180 grādiem. Šāds rotors ir statiski sabalansēts (tas negriežas uz asiem malām), taču darbības laikā stipri vibrē, un, lai neitralizētu šo momentu, ir nepieciešami divi korekcijas svari divās atsevišķās plaknēs.
Dinamiskā nelīdzsvarotība
Dinamiskais nelīdzsvarotums, kas raksturīgs gandrīz visām reālajām mašīnām, apvieno statiskos un griezes momentu efektus. Tā novēršanai nepieciešamas masas izmaiņas vismaz divās plaknēs gar rotora garumu — dinamiskā (divplakņu) balansēšana. Ja statiskā un momenta komponentes sakrīt leņķiski, šo īpašo gadījumu sauc par kvazistatiskais disbalanss.
4. Biežākie cēloņi
Nelīdzsvarotība var būt ražošanas defekts vai arī izveidoties ekspluatācijas laikā. Bieži sastopami cēloņi ir:
- Ražošanas defekti: Lējumu porainība, nevienmērīgs materiāla blīvums un apstrādes pielaides.
- Montāžas kļūdas: nepareizi uzstādītas detaļas, nevienmērīgi pievilktas skrūves vai nepareizi izvietotas atslēgas.
- Nodilums un nolietojums: nevienmērīga erozija, korozija vai valkāt uz ventilatora lāpstiņām un sūkni lāpstiņrati.
- Materiālu uzkrāšanās: netīrumi, putekļi vai produkta atliekas, kas uzkrājas ventilatoru, pūstņu un centrifūgu rotoriem.
- Komponenta bojājums: izsviests balansieris vai salauzts lāpstiņas asmens uzreiz rada nopietnu nelīdzsvarotību.
5. Kāpēc ir ļoti svarīgi novērst nelīdzsvarotību
Ja mašīna tiek ekspluatēta ar ievērojamu nelīdzsvarotību, tas tai pakāpeniski nodara kaitējumu, jo cikliskais spēks katrā apgriezienā rada slodzi uz konstrukciju:
- Priekšlaicīga gultņu bojāšanās: gultņi tiek pakļauti lielām dinamiskām slodzēm un ātri nolietojas.
- Nolietošanās un plaisāšana: uzkrājas atkārtots stress nogurums bojājumi vārpstā, pamatos un apkārtējās detaļās.
- Samazināta efektivitāte: enerģija izplūst kā vibrācija un siltums, nevis kā lietderīga jauda.
- Drošības riski: ekstrēmos gadījumos nopietna nelīdzsvarotība var izraisīt katastrofālu kļūmi.
6. Nelīdzsvarotības novēršana laukā
Nelīdzsvarotību novērš, sistemātiski līdzsvarošana procedūra — viens no visefektīvākajiem pasākumiem mašīnu darbspējas uzlabošanai. Mērķis nav panākt pilnīgu līdzsvaru, bet gan nelielu, noteiktu atlikušais disbalanss pieļaujamās robežas ietvaros. Pieņemtās robežas ir noteiktas, pamatojoties uz G klase system of ISO 21940-11 (kas pārņēma iepriekšējo standartu ISO 1940-1); pēc tam radušās vibrācijas tiek novērtētas, ņemot vērā smaguma robežvērtības ISO 20816 (mūsdienu ISO 10816 pēctecis). Bezmaksas Atlikuma nelīdzsvarotības kalkulators (ISO 21940-11) pārrēķina izvēlēto slīpumu un darba ātrumu pieļaujamajā g·mm uz plakni.
Uz samontētas iekārtas darbi tiek veikti uz vietas, nevis uz balansēšanas mašīna. Pārnēsājams divkanālu analizators, piemēram, Balanset-1A izmēra 1× amplitūdu un fāzi, aprēķina rotora ietekmes koeficienti from a izmēģinājuma svars, un aprēķina katra masu un leņķi korekcijas svars vienas vai divu plakņu lauka balansēšana. Tā kā tas darbojas paša mašīnas gultņos darba ātrumā, tas ne tikai novērš nelīdzsvarotību, bet arī pārbauda, vai atlikusī nelīdzsvarotība atbilst izvēlētajam ISO klasifikācijas līmenim.
