Forstå eksentrisitet i roterende maskiner

Definisjon: Hva er eksentrisitet?

I sammenheng med rotordynamikk, eksentrisitet refererer til den radielle avstanden eller forskyvningen mellom en rotors massesenter (også kalt tyngdepunktet) og dens geometriske sentrum (det sanne sentrum av dens form eller aksel). I en perfekt balansert rotor ville disse to sentrumene falle sammen. På grunn av produksjonsfeil og ujevn materialtetthet er det imidlertid nesten alltid en viss iboende eksentrisitet. Når en eksentrisk rotor spinner, genererer det forskjøvne massesenteret en sentrifugalkraft, som er roten til vibrasjon på grunn av ubalanse.

Det direkte forholdet mellom eksentrisitet og ubalanse

Eksentrisitet og ubalanse er fundamentalt knyttet sammen. Ubalanse er *målet* på effekten av eksentrisitet ved en gitt hastighet, mens eksentrisitet er den *fysiske årsaken*. Mengden ubalanse er direkte proporsjonal med rotorens masse og dens eksentrisitet.

Formelen er enkel:

Ubalanse (U) = Masse (M) × Eksentrisitet (e)

Dette forholdet fremhever hvorfor eksentrisitet er så kritisk. Selv en veldig liten eksentrisitet (bare noen få mikrometer) på en tung, høyhastighets rotor kan skape en massiv ubalansekraft, noe som fører til kraftig vibrasjon og rask slitasje på lagrene.

Typer eksentrisitet

Det er viktig å skille mellom ulike former for eksentrisitet og relaterte geometriske ufullkommenheter:

1. Masseeksentrisitet

Dette er den sanne eksentrisiteten som definert ovenfor – forskyvningen mellom massesenteret og det geometriske sentrum. Dette er typen som forårsaker ubalanse og er målet for alle balanseringsprosedyrer. Den kan ikke sees eller måles direkte med en måleur når rotoren står stille.

2. Geometrisk eksentrisitet (runout)

Dette refererer til et avvik i rotorens overflate fra en perfekt sirkel. Det er et mål på hvor «ute av rund» en aksel eller rotor er. Dette er også kjent som mekanisk utløpFor eksempel kan en akseltapp være litt oval, eller en trinse kan være maskinert litt utenfor senter på en aksel. Denne typen ufullkommenhet *kan* måles med en måleur under en langsom rulling. Selv om den ikke representerer masseubalanse direkte, bidrar en eksentrisk geometrisk form ofte til masseubalanse.

3. Elektrisk avkobling

Dette er ikke en fysisk ufullkommenhet, men en målefeil som oppstår med berøringsfrie nærhetsprober. Hvis rotorens overflate har variasjoner i magnetisk permeabilitet eller elektrisk ledningsevne, kan proben gi en feilaktig avlesning som etterligner geometrisk kast. Denne «støyen» må tas hensyn til under dynamisk testing av rotor.

Årsaker til eksentrisitet

Masseeksentrisitet introduseres i rotorer på forskjellige måter:

• Produksjonstoleranser: Ingen produksjonsprosess er perfekt. Det vil alltid være små feil i maskinering, støping og montering.
• Ikke-jevn materialtetthet: Inneslutninger, hulrom eller porøsitet i en støpegods eller smiing betyr at materialet ikke er helt homogent, noe som fører til at massesenteret forskyves.
• Asymmetrisk design: Komponenter som veivaksler er iboende asymmetriske.
• Monteringsfeil: En trinse eller et lager som ikke er perfekt sentrert på en aksel, vil skape en eksentrisk masse.
• Termisk forvrengning: Ujevn oppvarming eller avkjøling kan føre til at en rotor bøyer seg, noe som midlertidig forskyver massesenteret. Dette er kjent som en termisk vektor.

Hvordan eksentrisitet håndteres

Siden masseeksentrisitet er årsaken til ubalanse, korrigeres den gjennom prosessen med balanseringVed å legge til eller fjerne små mengder vekt, skaper en tekniker en motkraft som effektivt trekker rotorens massesenterlinje tilbake i samsvar med dens geometriske senterlinje, noe som minimerer netto sentrifugalkraften og den resulterende vibrasjonen.

← Tilbake til hovedindeksen