Што е балансирање на ротор?

Брз одговор

Балансирање на ротор е процес на подобрување на распределбата на масата на ротирачко тело така што неговиот центар на маса се совпаѓа со геометриската оска на ротација. Ова ги минимизира центрифугалните сили, намалувајќи ги вибрациите, лежиште оптоварувањата, бучавата и потрошувачката на енергија. Корекцијата се врши со додавање или отстранување тег на одредени локации и агли, водено од мерења на вибрациите и анализа на фазата. Критериумот за прифаќање е дефиниран со ISO 1940-1 (ISO 21940-11) G-класи. Двата типа се статичко (една рамнина) за ротори слични на диск и динамичко (две рамнини) за издолжени ротори.

Дебаланс е најчестиот извор на вибрации кај ротирачките машини. Кога распределбата на масата е несовршена — поради производствени толеранции, нехомогеност на материјалот, корозија, натрупување наслаги или оштетување — се создаваат центрифугални сили што се зголемуваат со квадратот на брзината. Мал дебаланс при ниска брзина може да стане деструктивен при висока брзина.

Балансирањето го решава ова со итеративно мерење на вибрацискиот одѕив и прилагодување на распределбата на масата сè додека остатокот дебаланс е во рамките на толеранцијата. Тоа е и производствен процес (на работилнички машини за балансирање) и процес на одржување (балансирање на терен на инсталирана опрема).

Методот на коефициенти на влијание

Современото балансирање — и на наменски машини и на терен — го користи метод на коефициенти на влијание (пробен тег). Физичкиот принцип: ако знаеме како позната маса на позната положба ги менува вибрациите, можеме да ги пресметаме масата и положбата потребни за да се поништи првобитната неурамнотеженост.

Коефициент на влијание
α = (Vпроб − Vпочетен) / T
α = коефициент на влијание (вибрација по единица неурамнотеженост) | V = вектор на вибрација (амплитуда∠фаза) | T = вектор на пробен тег (маса∠агол)
Пресметка на корекцијата
C = −Vпочетен / α
C = вектор на корекциски тег (маса∠агол) — тегот што произведува вибрации еднакви и спротивни на Vпочетен

За балансирање во две рамнини, системот станува матрица 2×2 (четири коефициенти на влијание што ја земаат предвид вкрстената спрега меѓу рамнините), но принципот е идентичен. Balanset-1A го решава ова автоматски — операторот само ја пушта машината и прикачува пробни тегови.

Избор на пробен тег

Пробниот тег треба да предизвика забележлива промена во вибрацијата (идеално 10–30% од почетното ниво) без да создаде опасни оптоварувања. Корисна почетна проценка:

Проценка на пробниот тег
mпроб ≈ (10 × M) / (R × (n/1000)²)
m во грамови | M = маса на роторот (kg) | R = радиус на пробниот тег (mm) | n = вртежи во минута — практично правило за приближно 10% од неурамнотеженост G 6.3

Кога да се балансира — Вибрациски потпис

Како да знаете дека вибрацијата е предизвикана од неурамнотеженост, а не од неосовиненост, разлабавеност или дефекти на лежишта?

Вибрациски потпис на неурамнотеженоста

Фреквенција: Доминантен врв на точно 1× вртежи во минута (работна брзина) во FFT спектар.

Насока: Претежно радијална (хоризонтална и вертикална). Аксијалната компонента е мала.

Фаза: Стабилен, повторлив фазен агол на 1×. Фазата не отстапува со текот на времето.

Зависност од брзината: Амплитудата се зголемува со квадратот на брзината (пропорционално на ω²).

Спротивставено на неисоосноста: Неисоосноста создава значајни 2× и/или аксијални 1× компоненти. Дефектите на лежиштата создаваат несинхрони фреквенции.

Пред балансирање, секогаш проверете ја дијагнозата. Balanset-1A спектрален анализатор (режим F1) го прикажува целиот FFT спектар, овозможувајќи потврда дека 1× доминира пред да се продолжи со балансирање.

Методи на корекција

Додавање маса

  • Закачливи тегови: Тегови од цинк или челик со пружинеста стега. Вообичаени за вентилатори и тркала. Брзо, непостојано.
  • Тегови со завртки: Прецизни тегови зацврстени со завртки во нарезани дупки или T-жлебови. Стандард за големи ротори и турбини.
  • Заварени тегови: Челични плочи или прачки точкесто заварени на роторот. Постојани. Вообичаени за тешки индустриски вентилатори и ротори на дробилки.
  • Епокси/кит: Двокомпонентно лепило со метален полнител. Добро за неправилни површини. Ограничено на умерени температури.
  • Штелувачки завртки: Наврнати во радијални дупки. Вообичаени на главчините на спојките и на вретената. Прилагодливи.

Отстранување маса

  • Дупчење: Отстранете материјал од тешкото место. Прецизна контрола на отстранетата маса (маса = густина × волумен). Неповратно.
  • Глодање/брусење: Отстранете материјал од работ или челото. Вообичаено на турбински тркала и сопирачки ротори.

Делење на тег

Кога точно пресметаниот агол паѓа меѓу достапни позиции (на пр., меѓу дупките за завртки на спојката), корекцијата се дели меѓу двете соседни позиции со векторска декомпозиција. Balanset-1A вклучува автоматски калкулатор за делење на тегот.

Теренско балансирање (in-situ)

Балансирањето на терен значи балансирање на ротор без да се вади од машината. Ова ги елиминира застоите поради расклопување и ги зема предвид вистинските работни услови (соосност, предоптоварување на лежиштата, ефекти на темелот) што работилничкото балансирање не може да ги реплицира.

Комплет за теренско балансирање Balanset-1A

Тоа Balanset-1A е целосен преносен систем за балансирање на терен: 2-канален анализатор на вибрации, ласерски тахометар, вграден ISO 1940 калкулатор за толеранции, режими на балансирање со една рамнина (F2) и со две рамнини (F3), автоматска поделба на тегови и генерирање формален извештај за балансирање (F6). Точност на мерење: ±5% брзина, ±1° фаза. Погоден за G 16 до G 2.5.

Тоа Balanset-4 се проширува на 4 канали за сложени ротори со повеќе лежишта или за истовремено следење на повеќе машини.

Предности на теренското балансирање

  • Без демонтажа: Заштедува часови или денови застој кај големите машини.
  • Вистински работни услови: Вклучува соосност, предоптоварување на лежиштата, термичка состојба, ефекти на темелот.
  • Фино балансирање: Ја коригира неурамнотеженоста внесена при склопувањето, што работилничкото балансирање не може да ја реши.
  • Верификација по одржување: Брза проверка по замена на работното коло, менување на спојката или ремонт на лежиштето.

Стандарди и толеранции

Балансирањето не е „најдобро можно“ — тоа е „во рамките на толеранцијата“. Толеранцијата е дефинирана со меѓународни стандарди:

📏 Клучни стандарди за балансирање
СтандардТемаКлучна содржина
ISO 1940-1 / ISO 21940-11Класи на квалитет на балансирање (G-класи)Скала G 0.4–G 4000. Формула: Uпо = (9 549×G×M)/n. G 6.3 = стандард за вентилатори, пумпи, мотори.
ISO 1940-2 / ISO 21940-2РечникДефиниции: типови на неурамнотеженост, класификации на ротори, типови на машини, поими за квалитет.
ISO 14694Индустриски вентилаториBV категории за примена на вентилатори, класи на балансирање и упатства за граници на вибрации специфични за индустриски вентилатори.
ISO 10816 / ISO 20816Оцена на вибрациите на машинатаГо мери оперативниот резултат од квалитетот на балансирањето. Класификација по зони A/B/C/D.
ISO 21940-12Флексибилни роториПовеќебрзински, повеќерамнински процедури за ротори над првата критична брзина на свиткување.
ISO 21940-14Процедури за балансирањеОпшти процедури за балансирање во повеќе рамнини.
API 610 / API 617Нафтени пумпи / компресориСе повикува на G-класите од ISO 1940 за барањата за балансирање на ротори.
Формула за толеранција според ISO 1940-1
Uпо = (9 549 × G × M) / n
Uпо = дозволена преостаната неурамнотеженост (g·mm) | G = класа (mm/s) | M = маса (kg) | n = макс. вртежи/мин

Решени примери

Случај 1: Центрифугален вентилатор — балансирање во една рамнина на терен

Машина: Центрифугален доводен вентилатор од 22 kW, 1 460 вртежи/мин, маса на работното коло 38 kg. Прекумерна вибрација: 8.2 mm/s RMS на лежиштето од погонската страна. FFT потврдува доминантен 1× врв со стабилна фаза.

Поставување: Balanset-1A сензор на лежиштето од погонската страна (DE), ласерски тахометар на вратилото. Режим F2 (една рамнина — L/D < 0.4).

Чекор 1: Почетно пуштање: 8.2 mm/s на 47°.

Чекор 2: Пробен тег: 15 g на 0° на главчината на вентилаторот, R = 200 mm.

Чекор 3: Пробно пуштање: 5.9 mm/s на 112°.

Чекор 4: Софтверот пресметува: корекција = 22 g на 198°, R = 200 mm.

Чекор 5: Поставете тег за заварување 22 g на 198°. Отстранете го пробниот тег.

Чекор 6: Верификација: 0.9 mm/s. ISO толеранција G 6.3 → Uпо = 1 570 g·mm. Постигнато: ~180 g·mm. ✅ Поминато.

Случај 2: Склоп мотор-пумпа — две рамнини

Машина: Мотор од 45 kW + центрифугална пумпа, 2 950 вртежи/мин, маса на ротор 55 kg. Вибрација: лежиште DE 6.1 mm/s, лежиште NDE 4.8 mm/s. Фазна разлика ~140° → динамичка неурамнотеженост.

Поставување: Balanset-1A со два сензора (DE + NDE), режим F3. Рамнини на корекција: главчина на спојката (рамнина 1) и страна на вентилаторот на моторот (рамнина 2).

Пуштања: Почетно → проба рамнина 1 (10 g на 0°) → проба рамнина 2 (8 g на 0°).

Резултат: Софтверот решава матрица 2×2. Корекција: рамнина 1 = 18 g на 245°, рамнина 2 = 12 g на 68°.

Верификација: DE: 0.7 mm/s, NDE: 0.5 mm/s. Граница G 6.3: 1 122 g·mm. ✅ Двете рамнини се добро во рамките на толеранцијата.

Случај 3: Ротор на дробилка — груб G 16

Машина: Дробилка со чекани, 980 вр/мин, маса на ротор 420 kg. По замена на чеканите, вибрациите се зголемија на 14,5 mm/s.

Спецификација: G 16 (за тешки услови, строги услови). Uпо = 9 549 × 16 × 420 / 980 = 65 500 g·mm.

Постапка: Едно-рамнинско (ротор во облик на диск). Пробен тег 150 g на 0° на обрачот. Корекција: 280 g на 315°. Заварена челична плоча.

Резултат: 2.8 mm/s. Преостанат дисбаланс ~5 600 g·mm. ✅ Значително во границите на G 16.

  • ISO 1940-1: Систем на G-класи на толеранција — критериум за прифаќање на резултатите од балансирањето.
  • ISO 1940-2: Речник — дефиниции на сите поими од балансирањето.
  • Степен на квалитет на балансирање: Интерактивен калкулатор за G-класа.
  • Дебаланс: Физичката состојба што ја коригира балансирањето.
  • ISO 14694: BV категории специфични за вентилатори и граници на вибрации.
  • Хармоници: Разликување на 1× (дисбаланс) од 2× (несоосност) и други редови.
  • Сопствена фреквенција: Граница крут/флексибилен ротор — клучна за пристапот кон балансирањето.

← Назад кон индексот на речникот