Ikke-lineære objekter i rotorbalansering
Hvorfor balansering “ikke fungerer”, hvorfor påvirkningskoeffisienter endres, og hvordan man skal gå frem under reelle feltforhold
Oversikt
I praksis reduseres rotorbalansering nesten aldri til å bare beregne og installere en korreksjonsvekt. Formelt sett er algoritmen velkjent, og instrumentet utfører alle beregninger automatisk, men det endelige resultatet avhenger mye mer av selve objektets oppførsel enn av balanseringsenheten. Dette er grunnen til at det i det virkelige arbeidet stadig oppstår situasjoner der balansering “ikke fungerer”, påvirkningskoeffisienter endres, vibrasjon blir ustabil, og resultatet ikke er repeterbart fra en kjøretur til en annen.
Linear and nonlinear vibrations, their features, and balancing methods
Vellykket balansering krever forståelse av hvordan et objekt reagerer på tilsetning eller fjerning av masse. I denne sammenheng spiller begrepene lineære og ikke-lineære objekter en nøkkelrolle. Å forstå om et objekt er lineært eller ikke-lineært gjør det mulig å velge riktig balansestrategi og bidrar til å oppnå ønsket resultat.
Lineære objekter har en spesiell plass i dette feltet på grunn av deres forutsigbarhet og stabilitet. De tillater bruk av enkle og pålitelige diagnostiske og balansemetoder, noe som gjør studiet til et viktig skritt i vibrasjonsdiagnostikk.
Lineære vs. ikke-lineære objekter
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 ubalanse, 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 prøvevekt 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.
Et ikke-lineært objekt oppfører seg fundamentalt annerledes. Selve grunnlaget for balanseringsberegningen brytes. Vibrasjonsamplituden er ikke lenger proporsjonal med ubalansen, fasen blir ustabil, og påvirkningskoeffisienten endres avhengig av prøvevektens masse, driftsmodus eller til og med tid. I praksis fremstår dette som kaotisk oppførsel av vibrasjonsvektoren: etter installasjon av en prøvevekt kan vibrasjonsendringen være for liten, overdreven eller rett og slett ikke-repeterbar.
Hva er lineære objekter?
Et lineært objekt er et system hvor vibrasjon er direkte proporsjonal med størrelsen på ubalansen.
Et lineært objekt, i balanseringssammenheng, er en idealisert modell karakterisert av et direkte proporsjonalt forhold mellom størrelsen på ubalansen (ubalansert masse) og vibrasjonsamplituden. Dette betyr at hvis ubalansen dobles, vil også vibrasjonsamplituden dobles, forutsatt at rotorens rotasjonshastighet forblir konstant. Omvendt vil reduksjon av ubalansen redusere vibrasjonene proporsjonalt.
I motsetning til ikke-lineære systemer, hvor oppførselen til et objekt kan variere avhengig av mange faktorer, tillater lineære objekter et høyt nivå av presisjon med minimal innsats.
I tillegg fungerer de som grunnlaget for trening og øvelse for balansere. Å forstå prinsippene for lineære objekter bidrar til å utvikle ferdigheter som senere kan brukes på mer komplekse systemer.
Graphical representation of linearity
Tenk deg en graf der den horisontale aksen representerer størrelsen på den ubalanserte massen (ubalanse), og den vertikale aksen representerer vibrasjonsamplituden. For et lineært objekt vil denne grafen være en rett linje som går gjennom origo (punktet der både ubalansens størrelse og vibrasjonsamplituden er null). Helningen til denne linjen karakteriserer objektets følsomhet for ubalanse: jo brattere helningen er, desto større er vibrasjonene for den samme ubalansen.
Graph 1: The Relationship Between Vibration Amplitude (µm) and Unbalanced Mass (g) at a constant correction radius and constant rotational speed
Graf 1 illustrerer forholdet mellom vibrasjonsamplituden (µm) til et lineært balanserende objekt og rotorens ubalanserte masse (g). Proporsjonalitetskoeffisienten er 0,5 µm/g. Bare å dele 300 på 600 gir 0,5 µm/g. For en ubalansert masse på 800 g (UM=800 g), vil vibrasjonen være 800 g * 0,5 µm/g = 400 µm. Merk at dette gjelder ved konstant rotorhastighet. Ved en annen rotasjonshastighet vil koeffisienten være annerledes.
Denne proporsjonalitetskoeffisienten kalles påvirkningskoeffisienten (sensitivitetskoeffisient) og har en dimensjon på µm/g eller, i tilfeller som involverer ubalanse, µm/(g*mm), der (g*mm) er enheten for ubalanse. Når du kjenner til påvirkningskoeffisienten (IC), er det også mulig å løse det omvendte problemet, nemlig å bestemme den ubalanserte massen (UM) basert på vibrasjonsstørrelsen. For å gjøre dette, del vibrasjonsamplituden med IC.
For eksempel, hvis den målte vibrasjonen er 300 µm og den kjente koeffisienten er IC=0,5 µm/g, del 300 med 0,5 for å få 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 påvirkningskoeffisient (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).
IC er i hovedsak "pass"-karakteristikken til et lineært objekt, som muliggjør forutsigelser av dets oppførsel når masse legges til eller fjernes. Å kjenne IC-en tillater å løse både det direkte problemet – å bestemme vibrasjonsstørrelsen for en gitt ubalanse – og det inverse problemet – å beregne ubalansestørrelsen fra målt vibrasjon.
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 mrettssak is installed (Run 1), K is the influence coefficient, and mkorr 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).
Vibrasjonsfase i lineære objekter
I tillegg til amplitude, er vibrasjon også karakterisert av dens fase, som indikerer rotorens posisjon i øyeblikket med maksimal avvik fra dens likevektsposisjon. For et lineært objekt er vibrasjonsfasen også forutsigbar. Den er summen av to vinkler:
- Vinkelen som bestemmer posisjonen til rotorens totale ubalanserte masse. Denne vinkelen indikerer retningen som den primære ubalansen er konsentrert i.
- Argumentet for påvirkningskoeffisienten. Dette er en konstant vinkel som karakteriserer objektets dynamiske egenskaper og er ikke avhengig av størrelsen eller vinkelen til den ubalanserte masseinstallasjonen.
Ved å kjenne IC-argumentet og måle vibrasjonsfasen, er det således mulig å bestemme vinkelen til den ubalanserte masseinstallasjonen. Dette tillater ikke bare beregning av den korrigerende massestørrelsen, men også dens nøyaktige plassering på rotoren for å oppnå optimal balanse.
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) / mrettssak 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.
Fremgangsmåte for å balansere et lineært objekt
- Måling av innledende vibrasjon: Det første trinnet er å måle vibrasjonen i sin opprinnelige tilstand. Amplituden og vibrasjonsvinkelen, som indikerer ubalanseretningen, bestemmes.
- Installere en prøvemasse: En masse med kjent vekt er installert på rotoren. Dette bidrar til å forstå hvordan objektet reagerer på ekstra belastninger og lar vibrasjonsparametrene beregnes.
- Ommåling av vibrasjon: Etter installasjon av prøvemassen måles nye vibrasjonsparametere. Ved å sammenligne dem med startverdiene er det mulig å bestemme hvordan massen påvirker systemet.
- Beregning av korrigerende masse: Basert på måledataene bestemmes massen og monteringsvinkelen til korrigeringsvekten. Denne vekten plasseres på rotoren for å eliminere ubalansen.
- Endelig bekreftelse: Etter installering av korrigeringsvekten bør vibrasjonen reduseres betydelig. Hvis restvibrasjonen fortsatt overstiger det akseptable nivået, kan prosedyren gjentas.
Merk: 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.
Seriell balansering og lagrede koeffisienter
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
Hva er et ikke-lineært objekt?
Et ikke-lineært objekt er et system der vibrasjonsamplituden ikke er proporsjonal med størrelsen på ubalansen. I motsetning til lineære objekter, hvor forholdet mellom vibrasjon og ubalansemasse er representert ved en rett linje, kan dette forholdet i ikke-lineære systemer følge komplekse baner.
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:
- Ubalansens størrelse: Økt ubalanse kan endre stivheten til rotorens støtter, noe som fører til ikke-lineære endringer i vibrasjon.
- Tilstedeværelse av slark og spalter: Slark og spalter i lagre og andre forbindelser kan forårsake brå endringer i vibrasjoner under visse forhold.
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?
Ikke-linearitet introduserer mange variabler i balanseringsprosessen. Vellykket arbeid med ikke-lineære objekter krever flere målinger og mer kompleks analyse. For eksempel gir standardmetoder som gjelder for lineære objekter ikke alltid nøyaktige resultater for ikke-lineære systemer. Dette nødvendiggjør en dypere forståelse av prosessens fysikk og bruk av spesialiserte diagnostiske metoder.
Tegn på ikke-linearitet
Et ikke-lineært objekt kan identifiseres med følgende tegn:
- Ikke-proporsjonale vibrasjonsendringer: Når ubalansen øker, kan vibrasjonen vokse raskere eller langsommere enn forventet for et lineært objekt.
- Faseforskyvning i vibrasjonen: Vibrasjonsfasen kan endre seg uforutsigbart med variasjoner i ubalanse eller rotasjonshastighet.
- Tilstedeværelse av harmoniske og subharmoniske: 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.
- Hysterese: Vibrasjonsamplituden kan avhenge ikke bare av den nåværende verdien av ubalanse, men også av dens historie. For eksempel, når ubalansen økes og deretter reduseres tilbake til den opprinnelige verdien, kan det hende at vibrasjonsamplituden ikke går tilbake til sitt opprinnelige nivå.
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
På en graf over vibrasjon som funksjon av ubalanse er ikke-linearitet tydelig i avvik fra en rett linje. Grafen kan inneholde bøyninger, krumning, hystereseløkker og andre egenskaper som indikerer et komplekst forhold mellom ubalanse og vibrasjon.
Graph 2. Nonlinear Object (at a constant correction radius and constant rotational speed)
50 g; 40 µm (yellow), 100 g; 54.7 µm (blue).
Dette objektet viser to segmenter, to rette linjer. For ubalanser mindre enn 50 gram, gjenspeiler grafen egenskapene til et lineært objekt, og opprettholder proporsjonalitet mellom ubalansen i gram og vibrasjonsamplituden i mikron. For ubalanser større enn 50 gram, avtar veksten av vibrasjonsamplituden.
Eksempler på ikke-lineære objekter
Eksempler på ikke-lineære objekter i balansesammenheng omfatter:
- Rotorer med sprekker: Sprekker i rotoren kan føre til ikke-lineære endringer i stivhet og, som et resultat, et ikke-lineært forhold mellom vibrasjon og ubalanse.
- Rotorer med lagerklaringer: Klaringer i lagre kan forårsake brå endringer i vibrasjoner under visse forhold.
- Rotorer med ikke-lineære elastiske elementer: Noen elastiske elementer, som gummidempere, kan ha ikke-lineære egenskaper som påvirker rotorens dynamikk.
Typer av ikke-linearitet
1. Soft-stiff nonlinearity
I slike systemer observeres to segmenter: myk og stiv. I det myke segmentet ligner oppførselen linearitet, hvor vibrasjonsamplituden øker proporsjonalt med ubalansemassen. Etter en viss terskel (bruddpunkt) går imidlertid systemet over til en stiv modus, hvor amplitudeveksten avtar.
2. Elastic nonlinearity
Endringer i stivheten til støtter eller kontakter i systemet gjør forholdet mellom vibrasjon og ubalanse komplekst. For eksempel kan vibrasjonen plutselig øke eller avta når bestemte lastgrenser passeres.
3. Friction-induced nonlinearity
I systemer med betydelig friksjon (f.eks. i lagre), kan vibrasjonsamplituden være uforutsigbar. Friksjon kan redusere vibrasjoner i ett hastighetsområde og forsterke det i et annet.
Vanlige årsaker til ikke-linearitet
The most common causes of nonlinearity are increased bearing clearances, bearing wear, dry friction, loosened supports, and cracks in the structure. Operation near a resonans 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.
Vibrasjonsustabilitet
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.
Balansering nær resonans
Balancing near resonance is especially problematic. When the rotational frequency is close to a naturlig frekvens 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.
Høy vibrasjon etter “vellykket” balansering
I praksis er det vanlig å støte på situasjoner der det totale vibrasjonsnivået forblir høyt etter en formelt vellykket balanseringsprosedyre. Dette indikerer ikke en feil hos instrumentet eller operatøren. Balansering eliminerer kun masseubalanse. Hvis vibrasjonen er forårsaket av fundamentfeil, løse fester, feiljustering eller resonans, vil ikke korreksjonsvekter løse problemet. I disse tilfellene bidrar analyse av den romlige fordelingen av vibrasjoner over maskinen og fundamentet til å identifisere den virkelige årsaken.
Balancing nonlinear objects: a complex task with unconventional solutions
Balansering av ikke-lineære objekter er en utfordrende oppgave som krever spesialiserte metoder og tilnærminger. Standardmetoden med prøvevekt, utviklet for lineære objekter, kan gi feilaktige resultater eller være helt ubrukelig.
Balanseringsmetoder for ikke-lineære objekter
- Trinn-for-trinn balansering: Denne metoden innebærer gradvis reduksjon av ubalanse ved å installere korrigerende vekter i hvert trinn. Etter hvert trinn tas vibrasjonsmålinger, og en ny korrigerende vekt bestemmes basert på objektets nåværende tilstand. Denne tilnærmingen tar hensyn til endringer i påvirkningskoeffisienten under balanseringsprosessen.
- 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.
- Bruke matematiske modeller: For komplekse ikke-lineære objekter kan matematiske modeller som beskriver rotordynamikken og tar hensyn til ikke-lineære effekter, brukes. Disse modellene bidrar til å forutsi objektets oppførsel under ulike forhold og til å bestemme optimale balanseringsparametere.
En spesialists erfaring og intuisjon spiller en avgjørende rolle i balansering av ikke-lineære objekter. En erfaren balanserer kan gjenkjenne tegn på ikke-linearitet, velge en passende metode og tilpasse den til den spesifikke situasjonen. Å analysere vibrasjonsspektre, observere vibrasjonsendringer når objektets driftsparametere varierer, og å ta hensyn til rotorens designfunksjoner bidrar til å ta de riktige beslutningene og oppnå de ønskede resultatene.
How to balance nonlinear objects using a tool designed for linear objects
Dette er et godt spørsmål. Min personlige metode for å balansere slike objekter starter med å reparere mekanismen: bytte ut lagre, sveise sprekker, stramme bolter, kontrollere forankringer eller vibrasjonsisolatorer og verifisere at rotoren ikke gnisser mot stasjonære konstruksjonselementer.
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).
Deretter bestemmer jeg sensorens plassering på mekanismen: vertikal, horisontal eller i en vinkel.
Etter prøvekjøringene angir enheten vinkelen og vekten til korreksjonsvektene. Jeg halverer vekten på korreksjonsvekten, men bruker vinklene som enheten foreslår for plassering på rotoren. Hvis restvibrasjonen etter korreksjon fortsatt overstiger det akseptable nivået, kjører jeg rotoren en gang til. Naturligvis tar dette mer tid, men resultatene er noen ganger imponerende.
The art and science of balancing rotating equipment
Å balansere roterende utstyr er en kompleks prosess som kombinerer elementer av vitenskap og kunst. For lineære objekter innebærer balansering relativt enkle beregninger og standardmetoder. Arbeid med ikke-lineære objekter krever imidlertid en dyp forståelse av rotordynamikk, evnen til å analysere vibrasjonssignaler og ferdigheten til å velge de mest effektive balansestrategiene.
Erfaring, intuisjon og kontinuerlig ferdighetsutvikling er det som gjør en balanseringstekniker til en sann mester i håndverket sitt. Tross alt bestemmer kvaliteten på balanseringen ikke bare effektiviteten og påliteligheten til utstyrsdriften, men sikrer også sikkerheten til mennesker.
Målingens repeterbarhet
Måleproblemer spiller også en viktig rolle. Feil installasjon av vibrasjonssensorer, endringer i målepunkter eller feil sensororientering påvirker direkte både amplitude og fase. For balansering er det ikke nok å måle vibrasjon; repeterbarhet og stabilitet i målingene er avgjørende. Derfor må monteringsplasseringer og -orienteringer av sensorer kontrolleres strengt i praktisk arbeid.
Praktisk tilnærming for ikke-lineære objekter
Balansering av et ikke-lineært objekt starter alltid ikke med å installere en prøvevekt, men med å evaluere vibrasjonsatferd. Hvis amplitude og fase tydelig driver over tid, endrer seg fra en start til en annen, eller reagerer kraftig på små hastighetsvariasjoner, er den første oppgaven å oppnå en mest mulig stabil driftsmodus. Uten dette vil eventuelle beregninger være tilfeldige.
Det første praktiske trinnet er å velge riktig hastighet. Ikke-lineære objekter er ekstremt følsomme for resonans, så balansering må utføres med en hastighet så langt unna naturlige frekvenser som mulig. Dette betyr ofte å bevege seg under eller over det vanlige driftsområdet. Selv om vibrasjonen ved denne hastigheten er høyere, men stabil, er det å foretrekke fremfor å balansere i en resonansone.
Deretter er det viktig å minimere alle kilder til ytterligere ikke-linearitet. Før balansering bør alle festemidler kontrolleres og strammes, klaringer elimineres så mye som mulig, og støtter og lagerenheter inspiseres for løshet. Balansering kompenserer ikke for klaringer eller friksjon, men det kan være mulig hvis disse faktorene bringes til en stabil tilstand.
Når man arbeider med et ikke-lineært objekt, bør man ikke bruke små prøvevekter av vane. Et for lite prøvevekt fører ofte ikke til at systemet flyttes til et repeterbart område, og vibrasjonsendringen blir sammenlignbar med ustabilitetsstøy. Prøvevekten må være stor nok til å forårsake en tydelig og reproduserbar endring i vibrasjonsvektoren, men ikke så stor at den driver objektet inn i et annet driftsregime.
Målinger bør utføres raskt og under identiske forhold. Jo kortere tid det går mellom målingene, desto større er sjansen for at systemets dynamiske parametere forblir uendret. Det anbefales å utføre flere kontrollkjøringer uten å endre konfigurasjonen for å bekrefte at objektet oppfører seg konsistent.
Det er svært viktig å fikse vibrasjonssensorens monteringspunkter og deres orientering. For ikke-lineære objekter kan selv en liten sensorforskyvning forårsake merkbare endringer i fase og amplitude, noe som feilaktig kan tolkes som effekten av prøvevekten.
I beregninger bør man ikke fokusere på nøyaktig numerisk samsvar, men på trender. Hvis vibrasjonen avtar konsekvent med suksessive korreksjoner, indikerer dette at balanseringen beveger seg i riktig retning, selv om påvirkningskoeffisientene ikke formelt konvergerer.
Det anbefales ikke å lagre og gjenbruke påvirkningskoeffisienter for ikke-lineære objekter. Selv om én balanseringssyklus er vellykket, kan objektet gå inn i et annet regime under neste start, og de tidligere koeffisientene vil ikke lenger være gyldige.
Det bør huskes at balansering av et ikke-lineært objekt ofte er et kompromiss. Målet er ikke å oppnå lavest mulig vibrasjon, men å bringe maskinen i en stabil og repeterbar tilstand med et akseptabelt vibrasjonsnivå. I mange tilfeller er dette en midlertidig løsning inntil lagrene er reparert, støttene er restaurert eller strukturen er modifisert.
Det viktigste praktiske prinsippet er å stabilisere objektet først, deretter balansere det, og først deretter evaluere resultatet. Hvis stabilisering ikke kan oppnås, bør balansering betraktes som et hjelpetiltak snarere enn en endelig løsning.
Teknikk med redusert korreksjonsvekt
I praksis, når man balanserer ikke-lineære objekter, viser en annen viktig teknikk seg ofte å være effektiv. Hvis instrumentet beregner en korreksjonsvekt ved hjelp av en standardalgoritme, forverrer installasjon av hele den beregnede vekten ofte situasjonen: vibrasjonen kan øke, fasen kan hoppe, og objektet kan gå over i en annen driftsmodus.
I slike tilfeller fungerer det bra å installere en redusert korreksjonsvekt – to eller noen ganger til og med tre ganger mindre enn verdien beregnet av instrumentet. Dette bidrar til å unngå å "kaste" systemet ut av det betinget lineære området og inn i et annet ikke-lineært regime. I praksis brukes korreksjonen forsiktig, med et lite trinn, uten å forårsake en skarp endring i objektets dynamiske parametere.
Etter at den reduserte vekten er installert, må en kontrollkjøring utføres og vibrasjonstrenden evalueres. Hvis amplituden avtar jevnt og fasen forblir relativt stabil, kan korreksjonen gjentas med samme fremgangsmåte, og gradvis nærme seg det laveste oppnåelige vibrasjonsnivået. Denne trinnvise metoden er ofte mer pålitelig enn å installere hele den beregnede korreksjonsvekten på én gang.
Denne teknikken er spesielt effektiv for objekter med klaringer, tørrfriksjon og myk-hard støtte, hvor full beregnet korreksjon umiddelbart driver systemet ut av den betinget lineære sonen. Bruk av reduserte korreksjonsmasser lar objektet forbli i det mest stabile driftsregimet og gjør det mulig å oppnå et praktisk resultat selv der balansering formelt anses som umulig.
Det er viktig å forstå at dette ikke er en “instrumentfeil”, men en konsekvens av fysikken i ikke-lineære systemer. Instrumentet beregner riktig for en lineær modell, mens ingeniøren tilpasser resultatet i praksis til den mekaniske systemets reelle oppførsel.
Endelig prinsipp
Til syvende og sist handler ikke vellykket balansering bare om å beregne en vekt og en vinkel. Det krever forståelse av objektets dynamiske oppførsel, dets linearitet, vibrasjonsstabilitet og avstand fra resonansforhold. Balanset-1A tilbyr alle nødvendige verktøy for måling, analyse og beregning, men det endelige resultatet bestemmes alltid av selve systemets mekaniske tilstand. Dette er det som skiller en formell tilnærming fra reell ingeniørpraksis innen vibrasjonsdiagnostikk og rotorbalansering.
Spørsmål og svar
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).
Et lineært objekt er et rotorsystem der vibrasjonsamplituden ved samme rotasjonshastighet er direkte proporsjonal med størrelsen på ubalansen, og vibrasjonsfasen følger strengt den ubalanserte massens vinkelposisjon. For slike objekter er påvirkningskoeffisienten konstant og avhenger ikke av massen til prøvevekten.
Et ikke-lineært objekt er et system der proporsjonaliteten mellom vibrasjon og ubalanse og/eller konstanten av faseforholdet brytes. Vibrasjonsamplitude og -fase begynner å avhenge av massen til prøvevekten. Oftest er dette forbundet med lagerklaringer, slitasje, tørrfriksjon, myk-hard støtte eller inngrep av stivere strukturelle elementer.
Ja, men resultatet er ustabilt og avhenger av driftsmodusen. Balansering er bare mulig innenfor et begrenset område der objektet oppfører seg betinget lineært. Utenfor dette området endres påvirkningskoeffisientene, og resultatets repeterbarhet går tapt.
Påvirkningskoeffisienten er et mål på vibrasjonsfølsomhet for endringer i ubalanse. Den viser hvor mye vibrasjonsvektoren vil endre seg når en kjent prøvevekt installeres i et gitt plan med en gitt hastighet.
Påvirkningskoeffisienten er ustabil hvis objektet er ikke-lineært, hvis vibrasjonen er ustabil over tid, eller hvis resonans, termisk oppvarming, løse festemidler eller endrede friksjonsforhold er til stede. I slike tilfeller produserer gjentatte starter forskjellige amplitude- og faseverdier.
Lagrede påvirkningskoeffisienter kan kun brukes for identiske rotorer som opererer med samme hastighet, under samme installasjonsforhold og stivhet i underlaget. Objektet må være lineært og vibrasjonsstabilt. Selv en liten endring i forholdene gjør de gamle koeffisientene upålitelige.
Under oppvarming endres lagerklaringer, stivhet i støtten, smøremiddelviskositet og friksjonsnivå. Dette endrer systemets dynamiske parametere og endrer dermed vibrasjonsamplitude og -fase.
Vibrasjonsinstabilitet er en endring i amplitude og/eller fase over tid ved konstant rotasjonshastighet. Balansering er avhengig av å sammenligne vibrasjonsvektorer, så når vibrasjonen er ustabil, mister sammenligningen mening og beregningen blir upålitelig.
Det er iboende strukturell ustabilitet, langsom “krypende” ustabilitet, variasjon fra start til start, oppvarmingsrelatert ustabilitet og resonansrelatert ustabilitet når man opererer nær naturlige frekvenser.
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.
Høy vibrasjon kan skyldes resonans, løse konstruksjoner, fundamentfeil eller lagerproblemer. I slike tilfeller vil ikke balansering eliminere årsaken til vibrasjonen.
Vibrasjonsforskyvning karakteriserer bevegelsesamplituden, vibrasjonshastighet karakteriserer hastigheten på denne bevegelsen, og vibrasjonsakselerasjon karakteriserer akselerasjonen. Disse størrelsene er relaterte, men hver er bedre egnet til å oppdage bestemte typer defekter og frekvensområder.
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.
Korrekt konvertering er bare mulig for harmoniske vibrasjoner med én frekvens. For komplekse vibrasjonsspektre gir slike konverteringer bare omtrentlige resultater.
Mulige årsaker inkluderer resonans, fundamentfeil, løse festemidler, lagerslitasje, feiljustering eller objektets ulinearitet. Balansering fjerner kun ubalanse, ikke andre defekter.
Hvis mekaniske defekter ikke oppdages og vibrasjonen ikke avtar etter balansering, er det nødvendig å analysere vibrasjonsfordelingen over maskinen og fundamentet. Typiske tegn er høy vibrasjon i foringsrøret og basen, og faseforskyvninger mellom målepunkter.
Feil montering av sensorer forvrenger amplitude og fase, reduserer målegjennomsnittligheten og kan føre til feil diagnostiske konklusjoner og feilaktige balanseringsresultater.
Vibrasjon er ujevnt fordelt i hele strukturen. Stivhet, masser og modusformer varierer, så amplitude og fase kan variere betydelig fra punkt til punkt.
Som regel, nei. Slitasje og økte klaringer gjør objektet ikke-lineært. Balanseringen blir ustabil og gir ikke et langsiktig resultat. Unntak er bare mulige med dimensjonerende klaringer og stabile forhold.
Oppstart skaper høye dynamiske belastninger. Hvis konstruksjonen løsnes, endres elementenes relative posisjoner etter hver oppstart, noe som fører til endringer i vibrasjonsparametere.
Seriell balansering er mulig for identiske rotorer installert under identiske forhold, med vibrasjonsstabilitet og fravær av resonans. I dette tilfellet kan påvirkningskoeffisienter fra den første rotoren brukes på de påfølgende.
Dette skyldes vanligvis endringer i støttestivhet, forskjeller i montering, endringer i rotasjonshastighet eller overgang av objektet til et ikke-lineært driftsregime.
Reduksjon av vibrasjon til et stabilt nivå samtidig som repeterbarhet av amplitude og fase opprettholdes fra start til start, og fravær av tegn på resonans eller ikke-linearitet.
0 Kommentarer