Нелинеарни објекти во балансирањето на ротори
Зошто балансирањето „не функционира“, зошто се менуваат коефициентите на влијание и како да се постапи во реални теренски услови
Преглед
Во практика, балансирањето на ротори речиси никогаш не се сведува само на пресметување и поставување на едно коригирачко тегче. Формално, алгоритмот е добро познат и инструментот ги извршува сите пресметки автоматски, но конечниот резултат зависи многу повеќе од однесувањето на самиот објект отколку од уредот за балансирање. Затоа, во реалната работа постојано се јавуваат ситуации кога балансирањето „не функционира“, коефициентите на влијание се менуваат, вибрацијата станува нестабилна, а резултатот не е повторлив од едно пуштање до друго.
Linear and nonlinear vibrations, their features, and balancing methods
Успешното балансирање бара разбирање на тоа како објектот реагира на додавање или отстранување на маса. Во овој контекст, концептите за линеарни и нелинеарни објекти играат клучна улога. Разбирањето дали објектот е линеарен или нелинеарен овозможува избор на правилна стратегија за балансирање и помага да се постигне саканиот резултат.
Линеарните објекти заземаат посебно место во оваа област поради нивната предвидливост и стабилност. Тие овозможуваат употреба на едноставни и сигурни методи за дијагностика и балансирање, што нивното проучување го прави важен чекор во вибрациската дијагностика.
Линеарни наспроти нелинеарни објекти
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 дебаланс, 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 пробен тег 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.
Нелинеарниот објект се однесува на фундаментално различен начин. Самата основа на пресметката за балансирање е нарушена. Амплитудата на вибрацијата повеќе не е пропорционална со дебалансот, фазата станува нестабилна, а коефициентот на влијание се менува во зависност од масата на пробното тегче, режимот на работа, па дури и времето. Во практика, ова се појавува како хаотично однесување на векторот на вибрација: по поставувањето на пробно тегче, промената на вибрацијата може да биде премногу мала, преголема или едноставно неповторлива.
Што се линеарни објекти?
Линеарен објект е систем каде што вибрацијата е директно пропорционална на големината на дебалансот.
Линеарен објект, во контекст на балансирањето, е идеализиран модел кој се карактеризира со директна пропорционална врска меѓу големината на дебалансот (небалансираната маса) и амплитудата на вибрацијата. Ова значи дека ако дебалансот се удвои, амплитудата на вибрацијата исто така ќе се удвои, под услов вртежната брзина на роторот да остане константна. Спротивно на тоа, намалувањето на дебалансот пропорционално ќе ги намали вибрациите.
За разлика од нелинеарните системи, каде што однесувањето на објектот може да варира во зависност од многу фактори, линеарните објекти овозможуваат високо ниво на прецизност со минимален напор.
Дополнително, тие служат како основа за обука и вежбање на балансерите. Разбирањето на принципите на линеарните објекти помага да се развијат вештини кои подоцна може да се применат на посложени системи.
Graphical representation of linearity
Замислете график каде хоризонталната оска ја претставува големината на небалансираната маса (дебаланс), а вертикалната оска ја претставува амплитудата на вибрацијата. За линеарен објект, овој график ќе биде права линија што минува низ координатниот почеток (точката во која и големината на дебалансот и амплитудата на вибрацијата се нула). Наклонот на оваа линија ја карактеризира чувствителноста на објектот на дебаланс: колку е поголем наклонот, толку се поголеми вибрациите за истиот дебаланс.
Graph 1: The Relationship Between Vibration Amplitude (µm) and Unbalanced Mass (g) at a constant correction radius and constant rotational speed
График 1 го илустрира односот помеѓу амплитудата на вибрациите (µm) на линеарен балансиран објект и неурамнотежената маса (g) на роторот. Коефициентот на пропорционалност е 0.5 µm/g. Едноставното делење на 300 со 600 дава 0.5 µm/g. За неурамнотежена маса од 800 g (UM=800 g), вибрацијата ќе изнесува 800 g * 0.5 µm/g = 400 µm. Забележете дека ова важи при постојана брзина на вртење на роторот. При различна брзина на вртење, коефициентот ќе биде различен.
Овој коефициент на пропорционалност се нарекува коефициент на влијание (коефициент на чувствителност) и има димензија µm/g или, во случаи што вклучуваат дебаланс, µm/(g*mm), каде што (g*mm) е единица за дебаланс. Знаејќи го коефициентот на влијание (IC), можно е да се реши и инверзниот проблем, имено, да се одреди неурамнотежената маса (UM) врз основа на големината на вибрацијата. За да го направите ова, поделете ја амплитудата на вибрациите со IC.
На пример, ако измерената вибрација е 300 µm, а познатиот коефициент е IC=0.5 µm/g, поделете 300 со 0.5 за да добиете 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 коефициент на влијание (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).
КВ во суштина е „пасошката“ карактеристика на линеарен објект, овозможувајќи предвидувања на неговото однесување кога се додава или отстранува маса. Познавањето на КВ овозможува решавање и на директниот проблем – одредување на големината на вибрацијата за даден дебаланс – и на инверзниот проблем – пресметување на големината на дебалансот од измерената вибрација.
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 mпроб is installed (Run 1), K is the influence coefficient, and mcorr 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).
Фаза на вибрации кај линеарни објекти
Покрај амплитудата, вибрацијата се карактеризира и со својата фаза, која ја покажува положбата на роторот во моментот на максималното отстапување од неговата рамнотежна положба. За линеарен објект, фазата на вибрацијата исто така е предвидлива. Таа е збир на два агли:
- Аголот што ја одредува положбата на вкупната небалансирана маса на роторот. Овој агол ја покажува насоката во која е концентриран примарниот дебаланс.
- Аргументот на коефициентот на влијание. Ова е константен агол што ги карактеризира динамичките својства на објектот и не зависи од големината или аголот на поставувањето на небалансираната маса.
Така, знаејќи го аргументот на IC и мерејќи ја фазата на вибрациите, можно е да се одреди аголот на поставување на неурамнотежената маса. Ова овозможува не само пресметување на големината на корективната маса, туку и нејзино прецизно поставување на роторот за да се постигне оптимална избалансираност.
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) / mпроб 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.
Чекори за балансирање на линеарен објект
- Мерење на почетната вибрација: Првиот чекор е да се измери вибрацијата во нејзината почетна состојба. Се определуваат амплитудата и аголот на вибрацијата, кои ја покажуваат насоката на дебалансот.
- Поставување на пробна маса: На роторот се поставува маса со позната тежина. Ова помага да се разбере како објектот реагира на дополнителни оптоварувања и овозможува пресметување на параметрите на вибрациите.
- Повторно мерење на вибрацијата: По поставувањето на пробната маса, се мерат новите параметри на вибрациите. Со нивно споредување со почетните вредности, можно е да се одреди како масата влијае на системот.
- Пресметување на корективната маса: Врз основа на податоците од мерењето, се определуваат масата и аголот на поставување на корективниот тег. Овој тег се поставува на роторот за да се отстрани дебалансот.
- Финална проверка: По поставувањето на корективниот тег, вибрацијата треба значително да се намали. Ако резидуалната вибрација сè уште го надминува прифатливото ниво, постапката може да се повтори.
Забелешка: 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.
Сериско балансирање и зачувани коефициенти
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
Што е нелинеарен објект?
Нелинеарен објект е систем каде што амплитудата на вибрациите не е пропорционална на големината на дебалансот. За разлика од линеарните објекти, каде што односот помеѓу вибрацијата и дебалансната маса е претставен со права линија, кај нелинеарните системи овој однос може да следи сложени траектории.
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:
- Големина на дебалансот: Зголемувањето на дебалансот може да ја промени крутоста на потпорите на роторот, што доведува до нелинеарни промени во вибрацијата.
- Присуство на зазори и празнини: Зазорите и празнините во лежиштата и другите споеви може да предизвикаат нагли промени во вибрациите под одредени услови.
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?
Нелинеарноста воведува многу променливи во процесот на балансирање. Успешната работа со нелинеарни објекти бара повеќе мерења и посложена анализа. На пример, стандардните методи применливи за линеарните објекти не секогаш даваат точни резултати за нелинеарните системи. Ова налага подлабоко разбирање на физиката на процесот и употреба на специјализирани дијагностички методи.
Знаци на нелинеарност
Нелинеарен објект може да се препознае по следниве знаци:
- Непропорционални промени на вибрациите: Како што се зголемува дебалансот, вибрацијата може да расте побрзо или побавно отколку што се очекува за линеарен објект.
- Фазно поместување на вибрацијата: Фазата на вибрациите може да се менува непредвидливо со промените во дебалансот или брзината на вртење.
- Присуство на хармоници и субхармоници: 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.
- Хистереза: Амплитудата на вибрациите може да зависи не само од тековната вредност на неурамнотеженоста, туку и од нејзината историја. На пример, кога неурамнотеженоста се зголемува и потоа се намалува назад до почетната вредност, амплитудата на вибрациите можеби нема да се врати на своето првобитно ниво.
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
На график на вибрации во однос на неурамнотеженоста, нелинеарноста е очигледна преку отстапувањата од правата линија. Графикот може да содржи прегиби, закривеност, хистерезни јамки и други карактеристики што укажуваат на сложена врска меѓу неурамнотеженоста и вибрациите.
Graph 2. Nonlinear Object (at a constant correction radius and constant rotational speed)
50 g; 40 µm (yellow), 100 g; 54.7 µm (blue).
Овој објект покажува два сегменти, две прави линии. За неурамнотежености помали од 50 грама, графикот ги одразува својствата на линеарен објект, одржувајќи пропорционалност меѓу неурамнотеженоста во грама и амплитудата на вибрациите во микрони. За неурамнотежености поголеми од 50 грама, растот на амплитудата на вибрациите се забавува.
Примери за нелинеарни објекти
Примери на нелинеарни објекти во контекст на балансирање вклучуваат:
- Ротори со пукнатини: Пукнатините во роторот можат да доведат до нелинеарни промени во крутоста и, како резултат, до нелинеарна врска меѓу вибрациите и неурамнотеженоста.
- Ротори со зазори во лежиштата: Зазорите во лежиштата можат да предизвикаат нагли промени во вибрациите под одредени услови.
- Ротори со нелинеарни еластични елементи: Некои еластични елементи, како што се гумените пригушувачи, може да покажуваат нелинеарни карактеристики, влијаејќи врз динамиката на роторот.
Видови нелинеарност
1. Soft-stiff nonlinearity
Во таквите системи се забележуваат два сегменти: мек и крут. Во мекиот сегмент, однесувањето наликува на линеарност, каде што амплитудата на вибрациите се зголемува пропорционално на масата на неурамнотеженоста. Меѓутоа, по одреден праг (точка на прекршување), системот преминува во крут режим, каде што растот на амплитудата се забавува.
2. Elastic nonlinearity
Промените во крутоста на потпорите или контактите во системот ја прават врската вибрации–неурамнотеженост сложена. На пример, вибрациите можат нагло да се зголемат или намалат при преминување на одредени прагови на оптоварување.
3. Friction-induced nonlinearity
Во системи со значително триење (на пр. во лежиштата), амплитудата на вибрациите може да биде непредвидлива. Триењето може да ги намали вибрациите во еден опсег на брзини, а да ги засили во друг.
Чести причини за нелинеарност
The most common causes of nonlinearity are increased bearing clearances, bearing wear, dry friction, loosened supports, and cracks in the structure. Operation near a резонанца 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.
Нестабилност на вибрации
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.
Балансирање близу резонанција
Balancing near resonance is especially problematic. When the rotational frequency is close to a природна фреквенција 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.
Високи вибрации по „успешно“ балансирање
Во практика, вообичаено е да се сретнат ситуации каде, по формално успешна процедура на балансирање, вкупното ниво на вибрација останува високо. Ова не укажува на грешка на инструментот или на операторот. Балансирањето го отстранува само масениот дебаланс. Ако вибрацијата е предизвикана од дефекти на темелот, разлабавени завртки, неосовиненост или резонанца, коригирачките тегчиња нема да го решат проблемот. Во овие случаи, анализата на просторната распределба на вибрацијата по машината и нејзиниот темел помага да се идентификува вистинската причина.
Balancing nonlinear objects: a complex task with unconventional solutions
Балансирањето на нелинеарни објекти е предизвикувачка задача што бара специјализирани методи и пристапи. Стандардниот метод на пробна маса, развиен за линеарни објекти, може да даде погрешни резултати или да биде целосно неприменлив.
Методи на балансирање за нелинеарни објекти
- Балансирање чекор по чекор: Овој метод вклучува постепено намалување на дебалансот со поставување на коригирачки тегчиња во секоја фаза. По секоја фаза, се вршат мерења на вибрацијата и се одредува ново коригирачко тегче врз основа на моменталната состојба на објектот. Овој пристап ги зема предвид промените во коефициентот на влијание во текот на процесот на балансирање.
- 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.
- Користење на математички модели: За сложени нелинеарни објекти, можат да се применат математички модели што ја опишуваат динамиката на роторот, земајќи ги предвид нелинеарните ефекти. Овие модели помагаат да се предвиди однесувањето на објектот под различни услови и да се одредат оптималните параметри за балансирање.
Искуството и интуицијата на специјалистот играат клучна улога во балансирањето на нелинеарни објекти. Искусен балансер може да ги препознае знаците на нелинеарност, да избере соодветен метод и да го прилагоди на конкретната ситуација. Анализата на спектрите на вибрација, набљудувањето на промените на вибрацијата како што се менуваат работните параметри на објектот и земањето предвид на конструктивните карактеристики на роторот, сето тоа помага при донесувањето вистински одлуки и постигнувањето на саканите резултати.
How to balance nonlinear objects using a tool designed for linear objects
Ова е добро прашање. Мојот личен метод за балансирање на такви објекти започнува со поправка на механизмот: замена на лежиштата, заварување на пукнатините, затегнување на завртките, проверка на анкерите или вибрационите изолатори и потврдување дека роторот не се трие со неподвижните структурни елементи.
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).
Потоа, ја одредувам положбата на сензорот на механизмот: вертикална, хоризонтална или под агол.
По пробните вртења, уредот ги покажува аголот и тежината на корективните товари. Ја преполовувам тежината на корективниот товар, но ги користам аглите предложени од уредот за поставување на роторот. Ако резидуалната вибрација по корекцијата сè уште го надминува дозволеното ниво, извршувам уште едно вртење на роторот. Природно, ова одзема повеќе време, но резултатите понекогаш се инспиративни.
The art and science of balancing rotating equipment
Балансирањето на ротирачка опрема е сложен процес што комбинира елементи на наука и уметност. За линеарни објекти, балансирањето вклучува релативно едноставни пресметки и стандардни методи. Меѓутоа, работата со нелинеарни објекти бара длабоко разбирање на динамиката на роторот, способност за анализа на вибрационите сигнали и вештина за избор на најефикасните стратегии за балансирање.
Искуството, интуицијата и постојаното усовршување на вештините се тоа што го прави балансерот вистински мајстор на својот занает. На крајот на краиштата, квалитетот на балансирањето не само што ја одредува ефикасноста и сигурноста на работата на опремата, туку и ја обезбедува безбедноста на луѓето.
Повторливост на мерењето
Проблемите со мерењето исто така играат голема улога. Неправилното поставување на вибрациските сензори, промените во мерните точки или неправилната ориентација на сензорот директно влијаат и на амплитудата и на фазата. За балансирање, не е доволно само да се измери вибрацијата; повторливоста и стабилноста на мерењата се критични. Затоа, во практичната работа, местата на монтирање на сензорите и нивните ориентации мора строго да се контролираат.
Практичен пристап за нелинеарни објекти
Балансирањето на нелинеарен објект секогаш започнува не со поставување на пробно тегче, туку со проценување на однесувањето на вибрацијата. Ако амплитудата и фазата јасно се поместуваат со текот на времето, се менуваат од едно пуштање до друго или нагло реагираат на мали варијации во брзината, првата задача е да се постигне најстабилниот можен работен режим. Без ова, секоја пресметка ќе биде случајна.
Првиот практичен чекор е избирањето на правилната брзина. Нелинеарните објекти се исклучително чувствителни на резонанца, па балансирањето мора да се изведува при брзина што е колку што е можно подалеку од сопствените фреквенции. Ова честопати значи движење под или над вообичаениот работен опсег. Дури и ако вибрацијата при оваа брзина е повисока, но стабилна, тоа е подобро од балансирање во резонантна зона.
Потоа, важно е да се минимизираат сите извори на дополнителна нелинеарност. Пред балансирањето, треба да се проверат и затегнат сите завртки, да се отстранат зазорите колку што е можно повеќе и да се проверат потпорите и лежишните склопови за разлабавеност. Балансирањето не ги компензира зазорите или триењето, но може да биде можно ако овие фактори се доведат во стабилна состојба.
Кога се работи со нелинеарен објект, не треба по навика да се користат мали пробни тегчиња. Премногу малото пробно тегче честопати не успева да го премести системот во повторлива област, а промената на вибрацијата станува споредлива со шумот од нестабилноста. Пробното тегче мора да биде доволно големо за да предизвика јасна и репродуцибилна промена на векторот на вибрација, но не толку големо што ќе го натера објектот во различен работен режим.
Мерењата треба да се изведуваат брзо и под идентични услови. Колку помалку време поминува меѓу мерењата, толку е поголема веројатноста дека динамичките параметри на системот остануваат непроменети. Препорачливо е да се извршат неколку контролни пуштања без менување на конфигурацијата за да се потврди дека објектот се однесува конзистентно.
Многу е важно да се фиксираат местата на монтирање на вибрациските сензори и нивната ориентација. За нелинеарни објекти, дури и мало поместување на сензорот може да предизвика забележливи промени во фазата и амплитудата, кои може погрешно да се протолкуваат како ефект на пробното тегче.
Во пресметките, вниманието треба да се насочи не кон точното нумеричко совпаѓање, туку кон трендовите. Ако вибрацијата постојано се намалува со последователните корекции, тоа укажува дека балансирањето се движи во вистинската насока, дури и ако коефициентите на влијание формално не конвергираат.
Не се препорачува чување и повторно користење на коефициентите на влијание за нелинеарни објекти. Дури и ако еден циклус на балансирање е успешен, за време на следното пуштање објектот може да влезе во различен режим и претходните коефициенти повеќе нема да важат.
Треба да се има предвид дека балансирањето на нелинеарен објект честопати е компромис. Целта не е да се постигне најниска можна вибрација, туку машината да се доведе во стабилна и повторлива состојба со прифатливо ниво на вибрации. Во многу случаи, ова е привремено решение сè додека не се поправат лежиштата, не се обноват потпорите или не се модифицира структурата.
Главниот практичен принцип е прво да се стабилизира објектот, потоа да се балансира и дури потоа да се оцени резултатот. Ако не може да се постигне стабилизација, балансирањето треба да се смета за помошна мерка, а не за конечно решение.
Техника на намалено коригирачко тегче
Во практиката, при балансирање на нелинеарни објекти, честопати се покажува како ефикасна уште една важна техника. Ако инструментот пресметува корекциско тегче со стандарден алгоритам, поставувањето на целото пресметано тегче честопати ја влошува ситуацијата: вибрациите може да се зголемат, фазата може да скокне, а објектот може да премине во друг работен режим.
Во такви случаи, добро функционира поставувањето на намалено корекциско тегче — два или понекогаш дури три пати помало од вредноста пресметана од инструментот. Ова помага да се избегне „исфрлањето“ на системот од условно линеарната област во друг нелинеарен режим. Всушност, корекцијата се применува нежно, со мал чекор, без да предизвика нагла промена во динамичките параметри на објектот.
По поставувањето на намаленото тегче, мора да се изврши контролно пуштање и да се оцени трендот на вибрациите. Ако амплитудата постојано опаѓа, а фазата останува релативно стабилна, корекцијата може да се повтори со истиот пристап, постепено приближувајќи се до минималното достижно ниво на вибрации. Овој метод чекор-по-чекор честопати е поверодостоен од поставувањето на целото пресметано корекциско тегче наеднаш.
Оваа техника е особено ефикасна за објекти со зазори, суво триење и меки–тврди потпори, каде што целосната пресметана корекција веднаш го исфрла системот од условно линеарната зона. Користењето намалени корекциски маси му овозможува на објектот да остане во најстабилниот работен режим и овозможува да се постигне практичен резултат дури и таму каде што балансирањето формално се смета за невозможно.
Важно е да се разбере дека ова не е „грешка на инструментот“, туку последица на физиката на нелинеарните системи. Инструментот правилно пресметува за линеарен модел, додека инженерот во практиката го приспособува резултатот кон реалното однесување на механичкиот систем.
Завршен принцип
Во крајна линија, успешното балансирање не се сведува само на пресметување на тегче и агол. Тоа бара разбирање на динамичкото однесување на објектот, неговата линеарност, стабилноста на вибрациите и оддалеченоста од резонантните услови. Balanset-1A ги обезбедува сите потребни алатки за мерење, анализа и пресметка, но конечниот резултат секогаш го определува механичката состојба на самиот систем. Тоа е она што го разликува формалниот пристап од реалната инженерска практика во вибродијагностиката и балансирањето на ротори.
Прашања & одговори
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).
Линеарен објект е роторски систем во кој, при иста ротациона брзина, амплитудата на вибрациите е директно пропорционална на големината на дебалансот, а фазата на вибрациите строго ја следи аголната положба на небалансираната маса. За такви објекти, коефициентот на влијание е константен и не зависи од масата на пробното тегче.
Нелинеарен објект е систем во кој е нарушена пропорционалноста помеѓу вибрациите и дебалансот и/или константноста на фазниот однос. Амплитудата и фазата на вибрациите почнуваат да зависат од масата на пробното тегче. Најчесто ова е поврзано со зазори во лежиштата, абење, суво триење, меки–тврди потпори или вклучување на поцврсти структурни елементи.
Да, но резултатот е нестабилен и зависи од работниот режим. Балансирањето е можно само во ограничен опсег каде што објектот се однесува условно линеарно. Надвор од овој опсег, коефициентите на влијание се менуваат и се губи повторливоста на резултатот.
Коефициентот на влијание е мерка за чувствителноста на вибрациите на промените во дебалансот. Тој покажува колку ќе се промени векторот на вибрациите кога познато пробно тегче ќе се постави во дадена рамнина при дадена брзина.
Коефициентот на влијание е нестабилен ако објектот е нелинеарен, ако вибрациите се нестабилни со текот на времето, или ако се присутни резонанца, термичко загревање, олабавени прицврстувачи или променливи услови на триење. Во такви случаи, повторените пуштања даваат различни вредности на амплитудата и фазата.
Зачуваните коефициенти на влијание може да се користат само за идентични ротори што работат со иста брзина, при исти услови на монтажа и иста крутост на потпорите. Објектот мора да биде линеарен и стабилен во поглед на вибрациите. Дури и мала промена во условите ги прави старите коефициенти неверодостојни.
При загревање, се менуваат зазорите во лежиштата, крутоста на потпорите, вискозноста на лубрикантот и нивото на триење. Ова ги менува динамичките параметри на системот и, како резултат, ги менува амплитудата и фазата на вибрациите.
Нестабилноста на вибрациите е промена на амплитудата и/или фазата со текот на времето при константна ротациона брзина. Балансирањето се потпира на споредување на векторите на вибрациите, па кога вибрациите се нестабилни, споредбата го губи значењето и пресметката станува неверодостојна.
Постојат вродена структурна нестабилност, бавна „ползечка“ нестабилност, варијација од пуштање до пуштање, нестабилност поврзана со загревањето и нестабилност поврзана со резонанца при работа во близина на сопствените фреквенции.
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.
Високите вибрации може да бидат предизвикани од резонанца, олабавени конструкции, дефекти на темелот или проблеми со лежиштата. Во такви случаи, балансирањето нема да ја отстрани причината за вибрациите.
Поместувањето на вибрации ја карактеризира амплитудата на движењето, брзината на вибрации ја карактеризира брзината на тоа движење, а забрзувањето на вибрации го карактеризира забрзувањето. Овие величини се меѓусебно поврзани, но секоја е подобра за откривање на одредени типови дефекти и фреквентни опсези.
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.
Точна конверзија е возможна само за едночестотна хармонична вибрација. За сложени вибрациски спектри, ваквите конверзии даваат само приближни резултати.
Можни причини се резонанца, дефекти на темелот, олабавени спојни елементи, истрошеност на лежиштата, несоосност или нелинеарност на објектот. Балансирањето го отстранува само дебалансот, не и другите дефекти.
Ако не се откриени механички дефекти и вибрациите не се намалуваат по балансирањето, потребно е да се анализира распределбата на вибрациите по машината и темелот. Типични знаци се високите вибрации на куќиштето и основата, и фазните поместувања меѓу мерните точки.
Неправилната монтажа на сензорот ги искривува амплитудата и фазата, ја намалува повторливоста на мерењата и може да доведе до погрешни дијагностички заклучоци и грешни резултати од балансирањето.
Вибрациите се распределуваат нерамномерно низ целата конструкција. Крутоста, масите и формите на осцилирање се разликуваат, така што амплитудата и фазата можат значително да варираат од точка до точка.
По правило, не. Истрошеноста и зголемените зазори го прават објектот нелинеарен. Балансирањето станува нестабилно и не дава долготраен резултат. Исклучоци се можни само при проектни зазори и стабилни услови.
Пуштањето создава високи динамички оптоварувања. Ако конструкцијата е олабавена, релативните позиции на елементите се менуваат по секое пуштање, што доведува до промени во вибрациските параметри.
Сериското балансирање е можно за идентични ротори монтирани под идентични услови, со стабилност на вибрациите и отсуство на резонанца. Во тој случај, коефициентите на влијание од првиот ротор може да се применат на следните.
Ова обично се должи на промени во крутоста на потпорите, разлики во склопувањето, промени во брзината на вртење или премин на објектот во нелинеарен работен режим.
Намалување на вибрациите на стабилно ниво со зачувување на повторливоста на амплитудата и фазата од пуштање до пуштање, и отсуство на знаци на резонанца или нелинеарност.
0 Comments