Divu plakņu balansēšanas izpratne
Divu plakņu balansēšana ir dinamiskā balansēšana procedūra, kurā korekcijas svari ir izvietoti divās atsevišķās plaknēs gar rotora garumu, lai novērstu gan statiskais disbalanss un pāra nelīdzsvarotība vienlaikus. Tā ir standarta metode lielākajai daļai rūpniecisko rotējošo mašīnu — jebkuram rotoram, kura ass garums ir salīdzināms ar tā diametru vai pārsniedz to. Atšķirībā no vienas plaknes balansēšana, kas koriģē tikai rotora masas centra novirzi, savukārt divplānu balansēšana novērš gan translācijas centrbēdzes spēks un brīdis, kad rotors sāk šūpoties vai svārstīties ap savu centru.
1. Definīcija: Kāpēc divas plaknes?
Jebkura cietā rotora nelīdzsvarotība var sadalīt divās neatkarīgās sastāvdaļās. Statiskais disbalanss ir neto smaguma punkts, kura masas centrs ir novirzīts no vārpstas ass; tas rada vienfāzes spēku abos gultņos un būtu jūtams pat tad, ja rotors būtu sabalansēts uz asiem malām, negriežoties. Pāru nelīdzsvarotība tas ir divi vienādi smagi punkti, kas atrodas 180° leņķī viens no otra rotora pretējos galos: tas nerada kopējo masas centra nobīdi, tāpēc statiskā stāvoklī tas nav pamanāms, taču, sasniedzot ātrumu, tas rada šūpojošu momentu, kas izraisa abu gultņu fāžu nobīdi viena pret otru.
Viena korekcijas plakne var neitralizēt tikai statisko komponenti. Lai neitralizētu griezes momentu, ir nepieciešamas divas korekcijas, kas kopā veido pretēju momentu — un tas, pēc definīcijas, prasa divas plaknes. Tā kā reālos rotoros pastāv dažāds statiskā un griezes momenta nelīdzsvarotības kombinācijas (stāvoklis, ko bieži sauc par kvazistatiskais disbalanss (kad abi tiek apvienoti), divas korekcijas plaknes ir minimums, kas nepieciešams, lai pilnībā aprakstītu un koriģētu cietā rotora vibrācija.
2. Kad ir nepieciešama divplānu balansēšana?
Izvēlieties divas plaknes, ja ir spēkā kāds no šiem nosacījumiem:
Gari vai tievi rotori
Kā vispārējs noteikums, jebkurš rotors, kura garuma un diametra attiecība pārsniedz aptuveni 0,5 līdz 1,0, ir jābalansē divās plaknēs. Tipiski piemēri ir:
- Elektromotoru armatūras
- Sūkņa un kompresora vārpstas
- Daudzpakāpju ventilatora rotori
- Piedziņas vārpstas un savienojumi
- Vārpstas un rotējošie instrumenti
- Turbīnu rotori
Pretējā galā atrodas šaurs disks — slīpēšanas disks, viena skriemeļa rullis, plāns svārsts —, un to parasti var izlīdzināt vienā plaknē, jo tas ir pārāk īss, lai nodrošinātu nozīmīgu griezes momentu.
Redzams pāra nelīdzsvarotība
Kad izmērītais 1× fāze abos gultņu balstos ir ievērojama fāžu nobīde — leņķis starp tiem tuvojas 180°, kas liecina par šūpojošām vai sānu svārstībām — pastāv griezes disbalanss, un to var novērst tikai ar divplānu korekciju.
Kad vienplaknes balansēšana vairs nepietiek
Klasisks diagnostikas rādītājs: mēģinājums izmantot vienu plakni samazina vibrāciju vienā gultnī, bet palielina to otrā. Šāds kompromiss ir raksturīgs nekoriģētam griezes momentam un liecina, ka ir nepieciešama otrā plakne.
Cietie rotori ar izkliedētu masu
Pat a stingrs rotors rezultāti ir ievērojami zemāki nekā pirmajā reizē kritiskais ātrums iegūst priekšrocības no divām plaknēm, ja tā masa ir izkliedēta pa ievērojamu garenvirziena garumu, tādējādi nodrošinot, ka vibrācijas tiek samazinātas līdz minimumam pie katra gultņa, nevis tikai pie viena.
3. Divplānu līdzsvarošanas procedūra
Divplānu balansēšana ir sarežģītāka nekā vienplānu darbs, jo korekcija jebkurā no plāniem maina vibrāciju abi gultņi. Pieņemtais risinājums ir ietekmes koeficienta metode, uzklājot divas izmēģinājuma svari visā secībā mērījumu cikli.
1. solis — Sākotnējie mērījumi
Darbiniet mašīnu izvēlētajā balansēšanas ātrumā un reģistrējiet sākotnējos 1× vibrācijas vektorus (amplitūdu un fāzi) abos gultņos. Apzīmējiet tos kā „Gultnis 1” un „Gultnis 2”. Šis pāris atspoguļo visu rotora nelīdzsvarotības kopējo ietekmi.
2. solis - Korekcijas plakņu definēšana
Izvēlieties divus korekcijas plaknes kur var pievienot vai noņemt masu. Novietojiet tos pēc iespējas tālāk viens no otra un pēc iespējas pieejamāk — parasti pie katra rotora gala, pie savienojuma atlokiem vai pie ventilatora rumbas. Liels plakņu attālums nodrošina spēcīgu un labi izlīdzinātu griezes momenta korekciju.
3. solis — Pārbaudes svars plaknē 1
Apstādiniet iekārtu un uzstādiet pirmajā plaknē izmēģinājuma svaru ar zināmu masu noteiktā leņķī. Atkārtoti palaidiet iekārtu un reģistrējiet jauno vibrāciju abos gultņos. Vektors pārmaiņas katrā virzienā parādās divi ietekmes koeficienti: 1. plaknes ietekme uz 1. virzienu un 1. plaknes ietekme uz 2. virzienu.
4. solis — Pārbaudes svars plaknē 2
Noņemiet pirmo pārbaudes svaru, uzstādiet pārbaudes svaru otrajā plaknē, palaidiet iekārtu un veiciet mērījumus atkārtoti. Tādējādi iegūsit atlikušos divus koeficientus: 2. plakne uz 1. gultņa un 2. plakne uz 2. gultņa.
5. solis — Aprēķiniet korekcijas
Tagad instrumentā ir četri sarežģīti ietekmes koeficienti, kas izkārtoti 2×2 matricā. Izmantojot vektoru matemātika un matricas apgriešanu, tā atrisina vienādu vienādojumu pāri, lai noteiktu precīzo spēku un leņķi, kas nepieciešami katrā plaknē, lai vienlaikus samazinātu svārstības abos gultņos līdz nullei. A vienplaknes ietekmes koeficienta aprēķinātājs parāda vienā plaknē piemēroto vektoru aritmētiku; divu plakņu gadījumā tā vienkārši tiek attiecināta uz matricu, savukārt izmēģinājuma svara kalkulators palīdz noteikt piemērotu sākotnējās testa masas lielumu.
6. solis — Instalēšana un pārbaude
Pastāvīgi uzstādiet abus aprēķinātos svara elementus un veiciet pārbaudi. Vibrācijai abos gultņos tagad vajadzētu ērti atrasties mērķa robežās. Ja paliek neliela atlikusī vibrācija, ātri apgriešanas balanss — izmantojot jau izmērītos koeficientus — ļauj precizēt rezultātu bez papildu izmēģinājumu veikšanas.
4. Ietekmes koeficientu matricas izskaidrojums
Šīs metodes spēks slēpjas šajā 2×2 matricā, jo katra plakne ietekmē abi gultņi:
- Tiešā ietekme: svars 1. plaknē visvairāk ietekmē blakus esošo virzienu 1, bet svars 2. plaknē — blakus esošo virzienu 2.
- Savstarpējās saistības efekti: svars 1. plaknē pārvieto arī virzienu 2 (parasti mazāk), savukārt svars 2. plaknē pārvieto arī virzienu 1.
Matricas risinājums vienlaikus ņem vērā visas četras mijiedarbības, tādējādi abas korekcijas savstarpēji papildina viena otru, nevis traucē viena otrai. Rēķinot ar rokām, matemātika ir nežēlīga — zīmes apgriešanās vai neliela fāzes kļūda izplatās visā apgriešanas procesā — un tieši tādēļ specializēts balansēšanas instruments ir savu naudu vērts.
Diviem plaknēm (1, 2) un diviem virzieniem (A, B) sistēma ir VA = αA1-W1 + αA2-W2 un VB = αB1-W1 + αB2-W2, kur katrs lielums V, α un W ir kompleksais (amplitūdas un fāzes) vektors. Balansēšanas programmatūra veic šīs 2×2 sistēmas inversiju, lai atrastu korekcijas koeficientus W1 un W2 kas padara VA un VB pazūd.
5. Divplānu balansēšana lauka apstākļos
Divplānu balansēšana ir ikdienā izmantota metode lauka balansēšana, un tieši šim nolūkam ir paredzēts portatīvais divkanālu analizators. Ar tādu ierīci kā Balanset-1A, tehniķis uzstāda akselerometrs pie katra gultņa ir uzstādīts optisks lāzera tahometrs kā atskaites punktu un izpilda visus sešus iepriekš minētos posmus — sākotnējo darbību, divus izmēģinājuma ciklus, risināšanu, labošanu, pārbaudi —, neizjaucot iekārtu un neizsūtot rotors uz riepu balansēšanas darbnīcu. Jo darbs ir paveikts in situ, izmantojot paša iekārtas gultņus un reālu darba ātrumu, rezultāts atspoguļo faktiskos uzstādīšanas apstākļus — gultņu stingrību, pamatu elastību, termiskās un procesa slodzes —, ar kuriem saskaras darbnīca balansēšanas mašīna nevar atkārtot. Pēc tam instruments pārbauda galīgo atlikušais disbalanss salīdzināt ar izvēlēto ISO klasi, pirms ziņojums tiek apstiprināts.
6. Divplānu balansēšanas priekšrocības
- Pilnīga labojums: novērš gan statisko, gan pāra nelīdzsvarotību, tādējādi nodrošinot pilnīgu stingra rotora darbību.
- Samazina vibrāciju visos gultņos: optimizē visu rotora sistēmu, nevis tikai vienu galu.
- Pagarināts komponenta kalpošanas laiks: mazākas vibrācijas abos balstos nozīmē mazāku gultņu, blīvju un savienojumu nodilumu, kā arī mazāku risku, ka nogurums plaisāšana.
- Nozares standarts: ko prasa daudzi iekārtu ražotāji un kas ir noteikts stingrajiem rotoriem ISO 21940-11 (mūsdienu pēctecis standartam ISO 1940-1).
- Piemērots lielākajai daļai mašīnu: tas attiecas uz cietajiem rotoriem, kas darbojas zem to pirmā kritiskā ātruma, kas aptver lielāko daļu rūpniecisko iekārtu.
7. Izvietojums: vienplaknes, divplaknes un daudzplaknes
| Metode | Lidmašīnas | Labo | Tipisks rotors |
|---|---|---|---|
| Vienplaknes | 1 | Tikai statiska | Plāni diski, šauras skriemeļi, atsevišķi ventilatori |
| Divu plakņu | 2 | Statisks + pāris | Viscietākie rūpnieciskie rotori |
| Vairāku plakņu | 3 vai vairāk | Statiskais + pāra + modālais lieces spēks | Elastīgi rotori virs kritiskā apgriezienu skaita |
Salīdzinot ar vienplaknes balansēšanu, divplaknes balansēšana ir sarežģītāka un prasa vairāk laika, taču tā nodrošina daudz labāku vibrāciju samazinājumu visiem rotoriem, izņemot visšaurākos disku tipa rotorus. No otras puses, elastīgs rotors darbošanās ar ātrumu, kas pārsniedz vienu vai vairākas kritiskās frekvences, var prasīt trīs vai vairāk plakņu — skatīt daudzplakņu balansēšanu — tomēr lielākajai daļai rūpniecisko iekārtu pilnīgi pietiek ar divām plaknēm.
8. Bieži sastopamās problēmas un to risinājumi
Nepieejamas korekcijas plaknes
Izaicinājums: uz samontētas iekārtas ideālie plaknes novietojumi var būt nepieejami.
Risinājums: izmantojiet visu, kas ir pieejams — savienojuma rumbas, ventilatora lāpstas, ārējās atloksnes — un ļaujiet instrumenta koeficientiem kompensēt neideālo ģeometriju, jo matrica tiek mērīta uz reālās iekārtas.
Vāja reakcija uz izmēģinājuma svaru
Izaicinājums: ja pārbaudes svars gandrīz nemaina rādījumus, ietekmes koeficienti kļūst neprecīzi un risinājums – neuzticams.
Risinājums: izmantojiet lielāku izmēģinājuma masu vai novietojiet to lielākā attālumā, lai tās ietekme būtu ievērojami lielāka par mērījumu trokšņu līmeni.
Nelineārā uzvedība
Izaicinājums: rotori ar mehānisks vaļīgums, mīksta pēda, vai darbība netālu no rezonanse var neatbilst lineārai atkarībai no svariem — priekšnoteikums, no kā izriet šī metode.
Risinājums: vispirms novēršiet mehāniskās kļūdas (pievelciet stiprinājumus, novēršiet „mīksto kāju”) un, ja iespējams, izlīdziniet, izvairoties no kritiskajiem apgriezieniem. Pārliecinieties, ka problēma patiešām ir nelīdzsvarotība, nevis neatbilstība izliekoties par to.
