Del I: Teoretiske og regulatoriske grunnlag for dynamisk balansering

Feltdynamisk balansering er en av nøkkeloperasjonene innen vibrasjonsjusteringsteknologi, med sikte på å forlenge levetiden til industrielt utstyr og forhindre nødsituasjoner. Bruken av bærbare instrumenter som Balanset-1A gjør det mulig å utføre disse operasjonene direkte på driftsstedet, noe som minimerer nedetid og kostnader forbundet med demontering. Vellykket balansering krever imidlertid ikke bare evnen til å jobbe med instrumentet, men også en dyp forståelse av de fysiske prosessene som ligger til grunn for vibrasjon, samt kunnskap om regelverket som styrer arbeidskvaliteten.

Metodikkprinsippet er basert på å installere prøvevekter og beregne ubalansepåvirkningskoeffisienter. Enkelt sagt måler instrumentet vibrasjonen (amplitude og fase) til en roterende rotor, hvoretter brukeren sekvensielt legger til små prøvevekter i spesifikke plan for å "kalibrere" påvirkningen av tilleggsmasse på vibrasjon. Basert på endringer i vibrasjonsamplitude og -fase beregner instrumentet automatisk den nødvendige massen og installasjonsvinkelen for korrigerende vekter for å eliminere ubalanse.

Denne tilnærmingen implementerer den såkalte tre-kjøringsmetoden for balansering i to plan: innledende måling og to kjøringer med prøvevekter (ett i hvert plan). For balansering i ett plan er vanligvis to kjøringer tilstrekkelig - uten vekt og med ett prøvevekt. I moderne instrumenter utføres alle nødvendige beregninger automatisk, noe som forenkler prosessen betydelig og reduserer kravene til operatørkvalifikasjon.

Seksjon 1.1: Fysikk i ubalanse: Dybdeanalyse

Kjernen i enhver vibrasjon i roterende utstyr ligger i ubalanse. Ubalanse er en tilstand der rotormassen er ujevnt fordelt i forhold til rotasjonsaksen. Denne ujevne fordelingen fører til sentrifugalkrefter, som igjen forårsaker vibrasjon av støtter og hele maskinstrukturen. Konsekvensene av ukorrekt ubalanse kan være katastrofale: fra for tidlig slitasje og ødeleggelse av lagre til skade på fundamentet og selve maskinen. For effektiv diagnose og eliminering av ubalanse er det nødvendig å tydelig skille mellom typene.

Typer ubalanse

Oppsett av rotorbalanseringsmaskin med datastyrt overvåkingssystem for måling av statiske og dynamiske krefter for å oppdage ubalanser i roterende elektriske motorkomponenter.

Statisk ubalanse (enkeltplan): Denne typen ubalanse kjennetegnes av forskyvning av rotorens massesenter parallelt med rotasjonsaksen. I en statisk tilstand vil en slik rotor, montert på horisontale prismer, alltid rotere med den tunge siden nedover. Statisk ubalanse er dominerende for tynne, skiveformede rotorer der forholdet mellom lengde og diameter (L/D) er mindre enn 0,25, for eksempel slipeskiver eller smale viftehjul. Eliminering av statisk ubalanse er mulig ved å installere en korrigerende vekt i ett korrigeringsplan, diametralt motsatt av det tunge punktet.

Par (øyeblikk) ubalanse: Denne typen oppstår når rotorens hovedtreghetsakse skjærer rotasjonsaksen i massesenteret, men ikke er parallell med den. Parubalanse kan representeres som to ubalanserte masser med samme størrelse, men motsatt rettet, plassert i forskjellige plan. I en statisk tilstand er en slik rotor i likevekt, og ubalansen manifesterer seg bare under rotasjon i form av "gynging" eller "vingling". For å kompensere for dette kreves det installasjon av minst to korrigerende vekter i to forskjellige plan, noe som skaper et kompenserende moment.

Teknisk diagram av et testapparat for elektrisk motorrotor med kobberviklinger montert på presisjonslagre, koblet til elektronisk overvåkingsutstyr for måling av rotasjonsdynamikk.

Dynamisk ubalanse: Dette er den vanligste typen ubalanse under reelle forhold, og representerer en kombinasjon av statiske og parvise ubalanser. I dette tilfellet faller ikke rotorens hovedtreghetsakse sammen med rotasjonsaksen og skjærer den ikke i massesenteret. For å eliminere dynamisk ubalanse er massekorrigering i minst to plan nødvendig. Tokanalsinstrumenter som Balanset-1A er spesielt utviklet for å løse dette problemet.

Kvasistatisk ubalanse: Dette er et spesialtilfelle av dynamisk ubalanse der hovedtreghetsaksen skjærer rotasjonsaksen, men ikke i rotorens massesenter. Dette er en subtil, men viktig forskjell for å diagnostisere komplekse rotorsystemer.

Stive og fleksible rotorer: Avgjørende forskjell

Et av de grunnleggende konseptene innen balansering er skillet mellom stive og fleksible rotorer. Dette skillet bestemmer selve muligheten og metodikken for vellykket balansering.

Stiv rotor: En rotor regnes som stiv hvis dens driftsrotasjonsfrekvens er betydelig lavere enn dens første kritiske frekvens, og den ikke gjennomgår betydelige elastiske deformasjoner (avbøyninger) under påvirkning av sentrifugalkrefter. Balansering av en slik rotor utføres vanligvis med hell i to korreksjonsplan. Balanset-1A-instrumenter er primært designet for arbeid med stive rotorer.

Fleksibel rotor: En rotor regnes som fleksibel hvis den opererer med en rotasjonsfrekvens nær en av dens kritiske frekvenser eller overstiger den. I dette tilfellet blir den elastiske akselavbøyningen sammenlignbar med masseforskyvningen og bidrar i seg selv betydelig til den totale vibrasjonen.

Forsøk på å balansere en fleksibel rotor ved hjelp av metodikken for stive rotorer (i to plan) fører ofte til feil. Installasjon av korrigerende vekter kan kompensere for vibrasjon ved lav, subresonant hastighet, men når driftshastigheten oppnås, og rotoren bøyer seg, kan disse samme vektene øke vibrasjonen ved å eksitere en av bøyningsvibrasjonsmodusene. Dette er en av hovedgrunnene til at balansering "ikke fungerer", selv om alle handlinger med instrumentet utføres riktig. Før arbeidet starter, er det ekstremt viktig å klassifisere rotoren ved å korrelere driftshastigheten med kjente (eller beregnede) kritiske frekvenser.

Hvis det er umulig å omgå resonans (for eksempel hvis maskinen har en fast hastighet som sammenfaller med den resonante), anbefales det å midlertidig endre enhetens monteringsforhold (for eksempel løsne støttens stivhet eller midlertidig installere elastiske pakninger) under balansering for å forskyve resonansen. Etter å ha eliminert rotorens ubalanse og returnert normal vibrasjon, kan maskinen tilbakeføres til standard monteringsforhold.

Avsnitt 1.2: Regelverk: ISO-standarder

Standarder innen balansering utfører flere viktige funksjoner: de etablerer enhetlig teknisk terminologi, definerer kvalitetskrav og, viktigst av alt, fungerer som grunnlag for et kompromiss mellom teknisk nødvendighet og økonomisk gjennomførbarhet. For høye kvalitetskrav for balansering er ufordelaktige, så standarder bidrar til å bestemme i hvilken grad det er tilrådelig å redusere ubalanse. I tillegg kan de brukes i kontraktsforhold mellom produsenter og kunder for å bestemme akseptkriterier.

ISO 1940-1-2007 (ISO 1940-1): Kvalitetskrav for balansering av stive rotorer

Programvare for Balanset-1A bærbar balanserer og vibrasjonsanalysator. Kalkulator for balansetoleranse (ISO 1940)

Denne standarden er det grunnleggende dokumentet for å bestemme tillatt restubalanse. Den introduserer konseptet med balanseringskvalitetsgrad (G), som avhenger av maskintype og dens driftsrotasjonsfrekvens.

Kvalitetsgrad G: Hver type utstyr tilsvarer en spesifikk kvalitetsgrad som forblir konstant uavhengig av rotasjonshastighet. For eksempel anbefales grad G6.3 for knusere og G2.5 for elektriske motorarmaturer og turbiner.

Beregning av tillatt gjenværende ubalanse (U_per): Standarden tillater beregning av en spesifikk tillatt ubalanseverdi som fungerer som en målindikator under balansering. Beregningen utføres i to trinn:

1. Bestemmelse av tillatt spesifikk ubalanse (f.eks._per) ved å bruke formelen:
   e_per = (G × 9549) / n
   hvor G er balanseringskvalitetsgraden (f.eks. 2,5), n er driftsrotasjonsfrekvensen, o/min. Måleenheten for e_per er g·mm/kg eller μm.
2. Bestemmelse av tillatt restubalanse (U_per) for hele rotoren:
   U_per = e_per × M
   hvor M er rotormassen i kg. Måleenheten for U_per er g·mm.

For eksempel, for en elektrisk motorrotor med en masse på 5 kg, som opererer ved 3000 o/min med kvalitetsgrad G2.5, ville beregningen være:

e_per = (2,5 × 9549) / 3000 ≈ 7,96 μm (eller g·mm/kg).

U_per = 7,96 × 5 = 39,8 g·mm.

Dette betyr at etter balansering bør den gjenværende ubalansen ikke overstige 39,8 g·mm.

Bruk av standarden forvandler den subjektive vurderingen «vibrasjonen er fortsatt for høy» til et objektivt, målbart kriterium. Hvis den endelige balanseringsrapporten generert av instrumentprogramvaren viser at den gjenværende ubalansen er innenfor ISO-toleransen, anses arbeidet som utført med kvalitet, noe som beskytter utføreren i omstridte situasjoner.

ISO 20806–2007 (ISO 20806): Balansering på plass

Denne standarden regulerer direkte feltbalanseringsprosessen.

Fordeler: Hovedfordelen med balansering på stedet er at rotoren er balansert under reelle driftsforhold, på støttene og under driftsbelastning. Dette tar automatisk hensyn til de dynamiske egenskapene til støttesystemet og påvirkningen fra tilkoblede akseltogkomponenter, som ikke kan modelleres på en balanseringsmaskin.

Ulemper og begrensninger: Standarden peker også på betydelige ulemper som må vurderes ved planlegging av arbeid.

• Begrenset tilgang: Ofte er tilgang til korreksjonshøyler på en montert maskin vanskelig, noe som begrenser mulighetene for vektmontering.
• Behov for prøvekjøringer: Balanseringsprosessen krever flere "start-stopp"-sykluser av maskinen, noe som kan være uakseptabelt fra et produksjonsprosess- og økonomisk effektivitetssynspunkt.
• Vanskeligheter med alvorlig ubalanse: I tilfeller med svært stor initial ubalanse, kan begrensninger i planvalg og korrigerende vektmasse ikke tillate å oppnå den nødvendige balanseringskvaliteten.

Andre relevante standarder

For fullstendighetens skyld bør andre standarder nevnes, som ISO 21940-serien (som erstatter ISO 1940), ISO 8821 (som regulerer hensynet til nøkkelfaktorer) og ISO 11342 (for fleksible rotorer).

Del II: Praktisk veiledning for balansering med Balanset-1A-instrumenter

Hvor vellykket balanseringen er, avhenger av grundigheten i forberedende arbeid. De fleste feil er ikke relatert til instrumentfeil, men til å ignorere faktorer som påvirker målingens repeterbarhet. Hovedprinsippet for forberedelse er å utelukke alle andre mulige vibrasjonskilder, slik at instrumentet kun måler effekten av ubalanse.

Avsnitt 2.1: Grunnlaget for suksess: Diagnostikk før balansering og maskinklargjøring

Før du kobler til instrumentet, er det nødvendig å utføre en fullstendig mekanismediagnostikk og klargjøring.

Trinn 1: Primær vibrasjonsdiagnostikk (Er det virkelig ubalanse?)

Før balansering er det nyttig å utføre en foreløpig vibrasjonsmåling i vibrometermodus. Balanset-1A-programvaren har en "Vibrasjonsmåler"-modus (F5-knapp) hvor du kan måle total vibrasjon og separat komponenten ved rotasjonsfrekvens (1×) før du monterer vekter. Slik diagnostikk bidrar til å forstå vibrasjonens natur: hvis amplituden til den viktigste rotasjonsharmoniske er nær den totale vibrasjonen, er den dominerende vibrasjonskilden mest sannsynlig rotorens ubalanse, og balanseringen er effektiv. Fase- og vibrasjonsavlesninger fra måling til måling bør også være stabile og ikke endres med mer enn 5-10%.

Bruk instrumentet i vibrometer- eller spektrumanalysatormodus (FFT) for en foreløpig vurdering av maskinens tilstand.

Klassisk ubalansetegn: Vibrasjonsspekteret bør domineres av en topp ved rotorens rotasjonsfrekvens (topp ved 1x RPM-frekvens). Amplituden til denne komponenten i horisontal og vertikal retning bør være sammenlignbar, og amplitudene til andre harmoniske bør være betydelig lavere.

Tegn på andre defekter: Hvis spekteret inneholder betydelige topper ved andre frekvenser (f.eks. 2x, 3x RPM) eller ved ikke-multiple frekvenser, indikerer dette tilstedeværelsen av andre problemer som må elimineres før balansering. For eksempel indikerer en topp ved 2x RPM ofte feiljustering av akselen.

Trinn 2: Omfattende mekanisk inspeksjon (sjekkliste)

Rotor: Rengjør alle rotoroverflater (vifteblader, knusehammere osv.) grundig for smuss, rust og fastklemte materialer. Selv en liten mengde smuss over en stor radius skaper betydelig ubalanse. Kontroller at det ikke finnes ødelagte eller manglende elementer (blader, hammere) eller løse deler.

Lagre: Sjekk lagerenhetene for overdreven slark, uvedkommende støy og overoppheting. Slitte lagre med stor klaring vil ikke gi stabile avlesninger og vil gjøre balansering umulig. Det er nødvendig å kontrollere at rotortappene passer til lagerskålene og klaringene.

Fundament og ramme: Sørg for at enheten er installert på et stivt fundament. Sjekk at ankerboltene er strammet, og at det ikke er sprekker i rammen. En "myk fot" (når en støtte ikke passer til fundamentet) eller utilstrekkelig stivhet i støttestrukturen vil føre til absorpsjon av vibrasjonsenergi og ustabile, uforutsigbare avlesninger.

Kjøre: For remdrift, sjekk remstramming og tilstand. For koblingsforbindelser - akseljustering. Feiljustering kan skape vibrasjon ved 2x RPM-frekvens, noe som vil forvrenge målingene ved rotasjonsfrekvens.

Sikkerhet: Sørg for at alle beskyttelsesanordninger er til stede og fungerer som de skal. Arbeidsområdet skal være fritt for fremmedlegemer og personer.

Avsnitt 2.2: Instrumentoppsett og konfigurasjon

Riktig sensorinstallasjon er nøkkelen til å få nøyaktige og pålitelige data.

Maskinvareinstallasjon

Vibrasjonssensorer (akselerometre):

• Koble sensorkablene til tilsvarende instrumentkontakter (f.eks. X1 og X2 for Balanset-1A).
• Installer sensorer på lagerhusene så nær rotoren som mulig.
• Viktig praksis: For å oppnå maksimalt signal (høyeste følsomhet), bør sensorer installeres i retningen der vibrasjonen er maksimal. For de fleste horisontalt plasserte maskiner er dette den horisontale retningen, da fundamentstivheten i dette planet vanligvis er lavere. Bruk en kraftig magnetisk base eller gjenget feste for å sikre stiv kontakt. En dårlig festet sensor er en av hovedårsakene til at man får feil data.

Fasesensor (laserturteller):

• Koble sensoren til den spesielle inngangen (X3 for Balanset-1A).
• Fest et lite stykke reflekterende tape til akselen eller en annen roterende del av rotoren. Tapen skal være ren og gi god kontrast.
• Monter turtelleren på det magnetiske stativet slik at laserstrålen treffer merket stabilt gjennom hele omdreiningen. Sørg for at instrumentet viser en stabil verdi for omdreininger per minutt (RPM).

Hvis sensoren "bommer" på merket eller omvendt gir ekstra pulser, må du korrigere enten bredden/fargen på merket eller følsomheten/vinkelen på sensoren. Hvis det for eksempel er skinnende elementer på rotoren, kan de dekkes med matt tape slik at de ikke reflekterer laseren. Når du arbeider utendørs eller i sterkt opplyste rom, bør du om mulig beskytte sensoren mot direkte lys, da sterk belysning kan skape forstyrrelser for fasesensoren.

Programvarekonfigurasjon (Balanset-1A)

• Start programvaren (som administrator) og koble til USB-grensesnittmodulen.
• Gå til balanseringsmodulen. Opprett en ny post for enheten som skal balanseres, og skriv inn navn, masse og andre tilgjengelige data.
• Velg balanseringstype: 1-plan (statisk) for smale rotorer eller 2-plan (dynamisk) for de fleste andre tilfeller.
• Definer korreksjonsplan: velg steder på rotoren der korrigerende vekter kan installeres trygt og pålitelig (f.eks. bakre skive på viftehjulet, spesielle spor på akselen).

Avsnitt 2.3: Balanseringsprosedyre: Steg-for-steg-veiledning

Prosedyren er basert på påvirkningskoeffisientmetoden, der instrumentet «lærer» hvordan rotoren reagerer på installasjon av en kjent masse. Balanset-1A-instrumenter automatiserer denne prosessen.

En slik tilnærming implementerer den såkalte tre-kjøringsmetoden for balansering i to plan: innledende måling og to kjøringer med prøvevekter (ett i hvert plan).

Kjøring 0: Innledende måling

• Start maskinen og bring den til stabil driftshastighet. Det er ekstremt viktig at rotasjonshastigheten er den samme i alle påfølgende kjøringer.
• Start målingen i programmet. Instrumentet vil registrere den første vibrasjonsamplituden og faseverdiene (såkalt initialvektor "O").

Industrielt motortestapparat med kobberviklet rotor montert på presisjonslagre, med datastyrt overvåkingssystem for analyse og diagnostikk av elektrisk ytelse.

Programvaregrensesnitt for dynamisk balansering med to plan som viser vibrasjonsanalysedata med tidsdomene-bølgeformer og frekvensspektrumdiagrammer for diagnostikk av roterende maskiner.

Kjøring 1: Prøvevekt i plan 1

• Stopp maskinen.
• Valg av prøvevekt: Dette er det mest kritiske trinnet, avhengig av operatøren. Prøvevektens masse bør være tilstrekkelig til å forårsake merkbar endring i vibrasjonsparametrene (amplitudeendring på minst 20–30°C ELLER faseendring på minst 20–30°C). Hvis endringen er for liten, vil beregningsnøyaktigheten være lav. Dette skjer fordi det svake nyttesignalet fra prøvevekten "drukner" i systemstøy (lagerslark, strømningsturbulens), noe som fører til feil beregning av påvirkningskoeffisienten.
• Montering av prøvevekt: Fest den veide prøvevekten (m) forsvarlig_t) ved en kjent radius (r) i plan 1. Monteringen må tåle sentrifugalkraft. Registrer vektens vinkelposisjon i forhold til fasemerket.
• Start maskinen med samme stabile hastighet.
• Utfør den andre målingen. Instrumentet vil registrere den nye vibrasjonsvektoren ("O+T").
• Stopp maskinen og FJERN prøvevekten (med mindre programmet spesifiserer noe annet).

3D-gjengivelse av et oppsett for testing av en elektrisk motorrotor med kobberviklinger montert på presisjonsbalanseringsutstyr, koblet til diagnostiske sensorer og en bærbar datamaskin for ytelsesanalyse.

Programvaregrensesnitt for dynamisk balansering med to plan som viser vibrasjonsanalyse med tidsdomene-bølgeformer og frekvensspekter for balansering av roterende maskiner ved ~2960 o/min.

Forsøk 2: Prøvevekt i plan 2 (for balansering i to plan)

• Gjenta nøyaktig samme prosedyre som i trinn 2, men denne gangen monterer du prøvevekten i plan 2.
• Start, mål, stopp og FJERN prøvevekten.

Industrielt motortestapparat med kobberviklinger montert på støttestativer, med bærbar PC-styrt diagnostikk for analyse av elektriske motorers ytelse og effektivitet.

Toplans dynamisk balanseringsmaskingrensesnitt som viser resultater av vibrasjonsanalyse og massekorreksjonsberegninger for roterende utstyr, med avlesninger av gjenværende ubalanse.

Beregning og installasjon av korrigerende vekter

• Basert på vektorendringer registrert under prøvekjøringer, vil programmet automatisk beregne massen og installasjonsvinkelen til korrigeringsvekten for hvert plan.
• Installasjonsvinkelen måles vanligvis fra prøvevektens plassering i rotorens rotasjonsretning.
• Fest permanente korrigerende vekter sikkert. Husk at selve sveisen også har masse når du bruker sveising. Ved bruk av bolter bør massen deres tas i betraktning.

3D-gjengitt modell av en stor elektromagnetisk spole eller motorstator montert på testapparat, med kobberviklinger og overvåkingsutstyr for elektrisk analyse og ytelsesevaluering.

Programvaregrensesnitt for dynamisk balanseringsmaskin som viser resultater fra to plan med korreksjonsmasser på 0,290 g og 0,270 g i bestemte vinkler for å eliminere vibrasjoner.

Toplans dynamisk balanseringsanalyse som viser polare grafer for rotorkorreksjon. Grensesnittet viser krav til massetilsetning (0,290 g ved 206° for plan 1, 0,270 g ved 9° for plan 2) for å minimere vibrasjon og oppnå mekanisk balanse i roterende maskineri.

Run 3: Verifiseringsmåling og finbalansering

• Start maskinen på nytt.
• Utfør en kontrollmåling for å vurdere nivået av gjenværende vibrasjon.
• Sammenlign den oppnådde verdien med toleransen beregnet i henhold til ISO 1940-1.
• Hvis vibrasjonen fortsatt overstiger toleransen, vil instrumentet, ved hjelp av allerede kjente påvirkningskoeffisienter, beregne en liten "fin" (trim) korreksjon. Installer denne ekstra vekten og sjekk på nytt. Vanligvis er én eller to finbalanseringssykluser tilstrekkelig.
• Når du er ferdig, lagre rapporten og påvirkningskoeffisientene for eventuell fremtidig bruk på lignende maskiner.

3D-gjengivelse av en elektrisk motorrotorenhet på testutstyr, med kobberviklinger med grønne diagnostiske indikatorer og tilkoblede måleinstrumenter for kvalitetskontrollanalyse.

Programvaregrensesnitt for dynamisk balansering med to plan som viser resultater av vibrasjonsmålinger og korreksjonsberegninger for roterende maskineri, samt visning av prøvemasser, vinkler og restubalanseverdier.

Del III: Avansert problemløsning og feilsøking

Denne delen er viet til de mest komplekse aspektene ved feltbalansering – situasjoner der standardprosedyren ikke gir resultater.

Dynamisk balansering innebærer rotasjon av massive deler, så det er kritisk viktig å følge sikkerhetsprosedyrer. Nedenfor er de viktigste sikkerhetstiltakene når du balanserer rotorer på plass:

Sikkerhetstiltak

Forebygging av utilsiktet start (Lockout/Tagout): Før arbeidet starter, er det nødvendig å gjøre rotordriften spenningsløs og koble fra. Varselskilt er hengt opp på startanordninger slik at ingen starter maskinen ved en feiltakelse. Hovedrisikoen er plutselig rotorstart under montering av vekt eller sensor. Derfor må akselen stoppes pålitelig før prøve- eller korrigeringsvekter monteres, og det må ikke være mulig å starte den uten din viten. For eksempel, koble fra motorens automatiske bryter og heng opp en lås med en merkelapp, eller fjern sikringer. Først etter å ha forsikret seg om at rotoren ikke starter spontant, kan montering av vekten utføres.

Personlig verneutstyr: Bruk passende personlig verneutstyr ved arbeid med roterende deler. Vernebriller eller ansiktsskjerm er obligatorisk for å beskytte mot mulig utkasting av små deler eller vekter. Hansker – etter behov (de vil beskytte hendene under montering av vekter, men under målingene er det bedre å arbeide uten løse klær og hansker som kan sette seg fast i roterende deler). Klærne bør være tettsittende, uten løse kanter. Langt hår bør gjemmes under et hodeplagg. Bruk av ørepropper eller hodetelefoner – ved arbeid med støyende maskiner (balansering av store vifter kan for eksempel være ledsaget av sterk støy). Hvis sveising brukes til vektfeste – bruk i tillegg sveisemaske, sveisehansker og fjern brennbare materialer.

Faresonen rundt maskinen: Begrens tilgangen til balanseringssonen for uautoriserte personer. Under testkjøringer monteres det sperringer eller i det minste varselbånd rundt enheten. Faresonens radius er minst 3–5 meter, og enda mer for store rotorer. Ingen skal befinne seg i nærheten av roterende deler eller i nærheten av rotorens rotasjonsplan under akselerasjon. Vær forberedt på nødsituasjoner: Operatøren skal ha en nødstoppknapp klar eller være i nærheten av strømbryteren for å umiddelbart koble fra enheten ved uvedkommende støy, vibrasjoner over tillatte nivåer eller vektutkast.

Pålitelig vektfeste: Når du fester prøve- eller permanente korrigeringsvekter, må du være spesielt oppmerksom på festet. Midlertidige prøvevekter festes ofte med en bolt til et eksisterende hull eller limes med sterk tape/dobbeltsidig tape (for små vekter og lave hastigheter), eller festes med heftsveis på et par punkter (hvis det er trygt og materialet tillater det). Permanente korrigeringsvekter bør festes pålitelig og langvarig: som regel sveises de, skrus fast med bolter/skruer, eller det utføres metallboring (fjerning av masse) på de nødvendige stedene. Det er absolutt forbudt å la en dårlig festet vekt ligge på rotoren (for eksempel med en magnet uten støtte eller svakt lim) under rotasjon - en utkastet vekt blir et farlig prosjektil. Beregn alltid sentrifugalkraften: selv en 10-grams bolt ved 3000 o/min skaper en stor utkastningskraft, så festet må tåle overbelastning med stor margin. Etter hvert stopp, sjekk om prøvevektfestet har løsnet før du starter rotoren igjen.

Elektrisk sikkerhet for utstyr: Balanset-1A-instrumentet drives vanligvis fra en bærbar PCs USB-port, noe som er trygt. Men hvis den bærbare datamaskinen er koblet til et 220V-nettverk via en adapter, bør generelle elektriske sikkerhetstiltak overholdes - bruk en fungerende jordet stikkontakt, ikke før kabler gjennom våte eller varme soner, beskytt utstyr mot fuktighet. Det er forbudt å demontere eller reparere Balanset-instrumentet eller strømforsyningen mens det er koblet til nettverket. Alle sensortilkoblinger gjøres kun når instrumentet er strømløst (USB frakoblet eller strømmen til den bærbare datamaskinen fjernet). Hvis det er ustabil spenning eller sterk elektrisk forstyrrelse på arbeidsstedet, anbefales det å drive den bærbare datamaskinen fra en autonom kilde (UPS, batteri) for å unngå forstyrrelser i signaler eller at instrumentet slås av.

Hensyntagen til rotorfunksjoner: Noen rotorer kan kreve ytterligere forholdsregler. For eksempel, når du balanserer høyhastighetsrotorer, må du sørge for at de ikke overskrider tillatt hastighet (ikke "løp av"). For dette kan takometriske begrensninger brukes, eller rotasjonsfrekvensen kan kontrolleres på forhånd. Fleksible lange rotorer kan under rotasjon passere kritiske hastigheter – vær forberedt på å raskt redusere omdreiningene ved for store vibrasjoner. Hvis balansering utføres på en enhet med arbeidsvæske (f.eks. pumpe, hydraulisk system), må du sørge for at det ikke vil være noen væsketilførsel eller andre belastningsendringer under balansering.

Dokumentasjon og kommunikasjon: I henhold til arbeidsmiljøreglene er det ønskelig å ha instruksjoner for sikker utførelse av balanseringsarbeid spesifikt for din bedrift. De bør foreskrive alle listede tiltak og muligens ytterligere tiltak (for eksempel krav om tilstedeværelse av en annen observatør, verktøyinspeksjon før arbeid, osv.). Gjør hele teamet som er involvert i arbeidet kjent med disse instruksjonene. Før du starter eksperimentene, gjennomfør en kort orientering: hvem gjør hva, når du skal signalisere et stopp, hvilke konvensjonelle tegn du skal gi. Dette er spesielt viktig hvis én person er ved kontrollpanelet og en annen ved måleutstyret.

Å overholde de listede tiltakene vil minimere risikoen under balansering. Husk at sikkerhet går foran balanseringshastighet. Det er bedre å bruke mer tid på forberedelse og kontroll enn å tillate en ulykke. I balanseringspraksis er det kjente tilfeller der ignorering av regler (for eksempel svak vektfeste) har ført til ulykker og skader. Derfor, nærm deg prosessen ansvarlig: balansering er ikke bare en teknisk, men også en potensielt farlig operasjon som krever disiplin og oppmerksomhet.

Avsnitt 3.1: Diagnose og overvinnelse av måleinstabilitet ("flytende" avlesninger)

Symptom: Under gjentatte målinger under identiske forhold endres amplitude- og/eller faseavlesningene betydelig ("flyt", "hopp"). Dette gjør korreksjonsberegning umulig.

Rotårsak: Instrumentet fungerer ikke feil. Det rapporterer nøyaktig at systemets vibrasjonsrespons er ustabil og uforutsigbar. Spesialistens oppgave er å finne og eliminere kilden til denne ustabiliteten.

Systematisk diagnostisk algoritme:

• Mekanisk løshet: Dette er den vanligste årsaken. Sjekk tiltrekkingen av lagerhusets monteringsbolter og rammens ankerbolter. Sjekk for sprekker i fundamentet eller rammen. Fjern "myk fot".
• Lagerfeil: For stor innvendig klaring i rullelagre eller slitasje på lagerskallet gjør at akselen beveger seg kaotisk inne i støtten, noe som fører til ustabile avlesninger.
• Prosessrelatert ustabilitet:
  • Aerodynamisk (vifter): Turbulent luftstrøm og strømningsseparasjon fra bladene kan forårsake tilfeldige krafteffekter på løpehjulet.
  • Hydraulisk (pumper): Kavitasjon – dannelse og kollaps av dampbobler i væske – skaper kraftige, tilfeldige hydrauliske støt. Disse støtene maskerer fullstendig det periodiske signalet fra ubalanse og gjør balansering umulig.
  • Intern massebevegelse (knusere, møller): Under drift kan materiale bevege seg og omfordeles inne i rotoren, noe som fungerer som "mobil ubalanse".
• Resonans: Hvis driftshastigheten er svært nær konstruksjonens naturlige frekvens, vil selv små hastighetsvariasjoner (50–100 o/min) forårsake store endringer i vibrasjonsamplitude og -fase. Balansering i resonanssonen er umulig. Det er nødvendig å utføre en nedrullingstest (når maskinen stoppes) for å bestemme resonanstopper og velge en hastighet for balansering som er langt fra dem.
• Termiske effekter: Etter hvert som maskinen varmes opp, kan termisk ekspansjon føre til at akselen bøyes eller endres i justeringen, noe som fører til avlesning av "drift". Det er nødvendig å vente til maskinen når et stabilt termisk regime og utføre alle målinger ved denne temperaturen.
• Påvirkning fra nærliggende utstyr: Sterke vibrasjoner fra nærliggende maskiner i drift kan overføres gjennom gulvet og forvrenge målingene. Hvis mulig, isoler enheten som balanseres eller stopp interferenskilden.

Del 3.2: Når balansering ikke hjelper: Identifisering av rotfeil

Symptom: Balanseringsprosedyren er utført, avlesningene er stabile, men den endelige vibrasjonen forblir høy. Eller balansering i ett plan forverrer vibrasjonen i et annet.

Rotårsak: Økt vibrasjon skyldes ikke bare ubalanse. Operatøren prøver å løse et geometri- eller komponentfeilproblem med massekorreksjonsmetoden. Et mislykket balanseringsforsøk er i dette tilfellet en vellykket diagnostisk test som beviser at problemet ikke er ubalanse.

Bruk av spektrumanalysator for differensialdiagnose:

• Feil innretting av akselen: Hovedtegn - høy vibrasjonstopp ved 2x turtallsfrekvens, ofte ledsaget av betydelig topp ved 1x turtall. Høy aksial vibrasjon er også karakteristisk. Forsøk på å "balansere" feiljustering er dømt til å mislykkes. Løsning - utfør akseljustering av høy kvalitet.
• Defekter i rullelager: Manifesterer seg som høyfrekvent vibrasjon i spekteret ved karakteristiske "lager"-frekvenser (BPFO, BPFI, BSF, FTF) som ikke er multipler av rotasjonsfrekvensen. FFT-funksjonen i Balanset-instrumenter hjelper med å oppdage disse toppene.
• Skaftbue: Manifesterer seg som en høy topp ved 1x RPM (ligner på ubalanse), men ofte ledsaget av en merkbar komponent ved 2x RPM og høy aksial vibrasjon, noe som gjør at bildet ligner på en kombinasjon av ubalanse og feiljustering.
• Elektriske problemer (elektriske motorer): Magnetisk feltasymmetri (for eksempel på grunn av rotorstangdefekter eller luftgapseksentrisitet) kan forårsake vibrasjoner med dobbelt så høy frekvens som tilførselsfrekvensen (100 Hz for 50 Hz-nett). Denne vibrasjonen elimineres ikke ved mekanisk balansering.

Et eksempel på et komplekst årsak-virkning-forhold er kavitasjon i en pumpe. Lavt innløpstrykk fører til koking av væsken og dannelse av dampbobler. Deres påfølgende kollaps på impelleren forårsaker to effekter: 1) erosjonsslitasje av bladene, som over tid faktisk endrer rotorens balanse; 2) kraftige tilfeldige hydrauliske støt som skaper bredbåndsvibrasjons"støy", som fullstendig maskerer det nyttige signalet fra ubalanse og gjør avlesningene ustabile. Løsningen er ikke å balansere, men å eliminere den hydrauliske årsaken: kontroll og rengjøring av sugeledningen, og sikring av tilstrekkelig kavitasjonsmargin (NPSH).

Vanlige balanseringsfeil og tips for forebygging

Når man utfører rotorbalansering, spesielt i feltforhold, støter nybegynnere ofte på typiske feil. Nedenfor finner du vanlige feil og anbefalinger om hvordan du kan unngå dem:

Balansering av en defekt eller skitten rotor: En av de vanligste feilene er å prøve å balansere en rotor som har andre problemer: slitte lagre, slark, sprekker, fastsittende smuss osv. Som et resultat av dette er det ikke sikkert at ubalanse er hovedårsaken til vibrasjon, og etter lange forsøk forblir vibrasjonen høy. Råd: Sjekk alltid mekanismens tilstand før balansering.

Prøvevekt for liten: En vanlig feil er å installere en prøvevekt med utilstrekkelig masse. Som et resultat drukner dens innflytelse i målestøy: fasen endres knapt, amplituden endres med bare noen få prosent, og beregningen av den korrigerende vekten blir unøyaktig. Råd: Sikt på vibrasjonsendringsregelen 20-30%. Noen ganger er det bedre å gjøre flere forsøk med forskjellige prøvevekter (beholde det mest vellykkede alternativet) - instrumentet tillater dette, du vil bare overskrive resultatet fra kjøring 1. Merk også: å ta en prøvevekt som er for stor er også uønsket, da det kan overbelaste støttene. Velg en prøvevekt med en slik masse at 1× vibrasjonsamplituden endres med minst en fjerdedel i forhold til originalen når den er installert. Hvis du etter den første prøvekjøringen ser at endringene er små, øk prøvevektmassen dristig og gjenta målingen.

Manglende overholdelse av regimekonstans og resonanseffekter: Hvis rotoren roterte med vesentlig forskjellige hastigheter under balansering mellom forskjellige kjøringer, eller hastigheten "svømte" under måling, vil resultatene bli feil. Hvis hastigheten er nær systemets resonansfrekvens, kan vibrasjonsresponsen være uforutsigbar (store faseskift, amplitudespredning). Feilen er å ignorere disse faktorene. Råd: Oppretthold alltid stabil og identisk rotasjonshastighet under alle målinger. Hvis drivenheten har en regulator, sett faste omdreininger (for eksempel nøyaktig 1500 o/min for alle målinger). Unngå å passere gjennom kritiske hastigheter for strukturen. Hvis du merker at fasen "hopper" fra kjøring til kjøring og amplituden ikke gjentas under de samme forholdene - mistenker du resonans. I slike tilfeller kan du prøve å redusere eller øke hastigheten med 10-15% og gjenta målingene, eller endre maskinens installasjonsstivhet for å dempe resonans. Oppgaven er å ta måleregimet ut av resonanssonen, ellers er balansering meningsløs.

Fase- og merkefeil: Noen ganger blir brukeren forvirret av vinkelmålinger. For eksempel angir feil hvor vektens installasjonsvinkel skal beregnes fra. Som et resultat er vekten installert, ikke der instrumentet beregnet. Råd: Overvåk vinkelbestemmelsen nøye. I Balanset-1A måles den korrigerende vektvinkelen vanligvis fra prøvevektens posisjon i rotasjonsretningen. Det vil si at hvis instrumentet viste for eksempel "Plan 1: 45°", betyr dette - fra punktet der prøvevekten var, mål 45° i rotasjonsretningen. For eksempel går klokkeviserne "med klokken" og rotoren roterer "med klokken", så 90 grader vil være der klokken 3 er på skiven. Noen instrumenter (eller programmer) kan måle fase fra merket eller i den andre retningen - les alltid de spesifikke enhetsinstruksjonene. For å unngå forvirring kan du merke direkte på rotoren: merk prøvevektens posisjon som 0°, angi deretter rotasjonsretningen med en pil, og bruk en vinkelmåler eller papirmal til å måle vinkelen for den permanente vekten.

Merk: Under balansering kan ikke turtelleren flyttes. Den skal alltid rettes mot samme punkt på omkretsen. Hvis fasemerket ble forskjøvet eller fasesensoren ble installert på nytt, vil hele fasebildet bli forstyrret.

Feil feste eller vekttap: Det hender at vekten i all hast ble skrudd fast dårlig, og ved neste start falt den av eller forskjøv seg. Da er alle målinger av denne kjøringen ubrukelige, og viktigst av alt - det er farlig. Eller en annen feil - å glemme å fjerne prøvevekten når metoden krever fjerning, og som et resultat tror instrumentet at den ikke er der, men den ble værende på rotoren (eller omvendt - programmet forventet å forlate den, men du fjernet den). Råd: Følg den valgte metoden nøye - hvis det kreves fjerning av prøvevekten før du monterer den andre, fjern den og ikke glem den. Bruk en sjekkliste: "prøvevekt 1 fjernet, prøvevekt 2 fjernet" - før beregning, sørg for at det ikke er ekstra masser på rotoren. Når du fester vekter, sjekk alltid påliteligheten deres. Det er bedre å bruke ytterligere 5 minutter på boring eller boltstramming enn å senere se etter den utkastede delen. Stå aldri i planet for mulig vektutkasting under rotasjon - dette er en sikkerhetsregel også i tilfelle feil.

Bruker ikke instrumentfunksjoner: Noen operatører ignorerer ubevisst nyttige Balanset-1A-funksjoner. For eksempel lagrer de ikke påvirkningskoeffisienter for lignende rotorer, bruker ikke nedrullingsgrafer og spektrummodus hvis instrumentet tilbyr dem. Råd: Gjør deg kjent med instrumenthåndboken og bruk alle alternativene. Balanset-1A kan lage grafer over vibrasjonsendringer under nedrulling (nyttig for resonansdeteksjon), utføre spektralanalyse (bidrar til å sikre at 1×-harmoniske dominerer) og til og med måle relativ akselvibrasjon gjennom berøringsfrie sensorer hvis slike er koblet til. Disse funksjonene kan gi verdifull informasjon. I tillegg vil lagrede påvirkningskoeffisienter tillate balansering av en lignende rotor neste gang uten prøvevekter – én kjøring vil være tilstrekkelig, noe som sparer tid.

Kort sagt, hver feil er lettere å forhindre enn å korrigere. Nøye forberedelser, grundig overholdelse av målemetoder, bruk av pålitelige festemidler og anvendelse av instrumentlogikk er nøklene til vellykket og rask balansering. Hvis noe går galt, ikke nøl med å avbryte prosessen, analyser situasjonen (muligens med hjelp av vibrasjonsdiagnostikk) og fortsett først da. Balansering er en iterativ prosess som krever tålmodighet og nøyaktighet.

Eksempel på oppsett og kalibrering i praksis:

Tenk deg at vi må balansere rotorer til to identiske ventilasjonsenheter. Instrumentoppsett utføres for den første viften: vi installerer programvaren, kobler til sensorer (to på støtter, optisk på stativ), forbereder viften for start (fjerner deksel, setter på merke). Vi utfører balansering av den første viften med prøvevekter, instrumentet beregner og foreslår korreksjon - vi installerer det, oppnår vibrasjonsreduksjon til standarder. Deretter lagrer vi koeffisientfilen (via instrumentmenyen). Nå, når vi går videre til den andre identiske viften, kan vi laste inn denne filen. Instrumentet vil be om å umiddelbart utføre en kontrollkjøring (i hovedsak kjøring 0-måling for den andre viften) og, ved å bruke tidligere lastede koeffisienter, umiddelbart gi masser og vinkler for korrigerende vekter for den andre viften. Vi installerer vekter, starter - og får betydelig vibrasjonsreduksjon fra første forsøk, vanligvis innenfor toleransen. Dermed tillot instrumentoppsett med lagring av kalibreringsdata på den første maskinen en dramatisk reduksjon av balanseringstiden for den andre. Hvis den andre viftens vibrasjon ikke ble redusert til standard, kan selvfølgelig ytterligere sykluser med prøvevekter utføres individuelt, men ofte viser lagrede data seg å være tilstrekkelig.

Balansering av kvalitetsstandarder

Del IV: Ofte stilte spørsmål og applikasjonsnotater

Denne delen oppsummerer praktiske råd og svarer på spørsmål som oftest dukker opp blant spesialister i feltforhold.

Avsnitt 4.1: Generelle ofte stilte spørsmål (FAQ)

Når skal man bruke 1-plans og når 2-plans balansering?
Bruk 1-plans (statisk) balansering for smale, skiveformede rotorer (L/D-forhold < 0,25) der parubalansen er ubetydelig. Bruk 2-plans (dynamisk) balansering for praktisk talt alle andre rotorer, spesielt med L/D > 0,25 eller drift med høye hastigheter.

Hva skal man gjøre hvis prøvevekten forårsaker farlig økning i vibrasjoner?
Stopp maskinen umiddelbart. Dette betyr at prøvevekten ble installert nær det eksisterende tunge punktet, noe som forverret ubalansen. Løsningen er enkel: flytt prøvevekten 180 grader fra sin opprinnelige posisjon.

Kan lagrede påvirkningskoeffisienter brukes for en annen maskin?
Ja, men bare hvis den andre maskinen er helt identisk – samme modell, samme rotor, samme fundament, samme lagre. Enhver endring i strukturell stivhet vil endre påvirkningskoeffisientene, noe som gjør dem ugyldige. Beste praksis er alltid å utføre nye prøvekjøringer for hver ny maskin.

Hvordan ta hensyn til kilespor? (ISO 8821)
Standard praksis (med mindre annet er spesifisert i dokumentasjonen) er å bruke en "halv kile" i akselens kilespor når man balanserer uten motstykket. Dette kompenserer for massen til den delen av kilen som fyller sporet på akselen. Bruk av full kile eller balansering uten kile vil resultere i en feil balansert enhet.

Hva er de viktigste sikkerhetstiltakene?

• Elektrisk sikkerhet: Bruk en koblingsordning med to sekvensielle brytere for å forhindre utilsiktet rotor-"løpsbane". Bruk prosedyrer for låsing og merking (LOTO) når du monterer vekter. Arbeidet skal utføres under tilsyn, og arbeidsområdet skal være avsperret.
• Mekanisk sikkerhet: Ikke arbeid i løse klær med flagrende elementer. Før du starter, må du sørge for at alle beskyttelsesvern er på plass. Aldri berør roterende deler eller forsøk å bremse rotoren manuelt. Sørg for at korrigeringsvektene er festet slik at de ikke blir til prosjektiler.
• Generell produksjonskultur: Oppretthold renhold på arbeidsplassen, ikke rot til gangveier.

Avsnitt 4.2: Balanseringsveiledning for spesifikke utstyrstyper

Industrielle vifter og røykavsugere:

• Problem: Mest utsatt for ubalanse på grunn av produktoppbygging på blader (masseøkning) eller slipende slitasje (massetap).
• Fremgangsmåte: Rengjør alltid impelleren grundig før arbeidet starter. Balansering kan kreve flere trinn: først selve impelleren, deretter montering med aksel. Vær oppmerksom på aerodynamiske krefter som kan forårsake ustabilitet.

Pumper:

• Problem: Hovedfienden - kavitasjon.
• Fremgangsmåte: Før balansering, sørg for tilstrekkelig kavitasjonsmargin ved innløpet (NPSHa). Kontroller at sugerøret eller filteret ikke er tett. Hvis du hører karakteristisk "grus"-støy og vibrasjonen er ustabil, må du først utbedre det hydrauliske problemet.

Knusere, kverner og mulchere:

• Problem: Ekstrem slitasje, mulighet for store og plutselige ubalanseendringer på grunn av brudd eller slitasje på hammer/slagmaskin. Rotorer er tunge og opererer under høye støtbelastninger.
• Fremgangsmåte: Kontroller at arbeidselementene er intakte og festet. På grunn av sterk vibrasjon kan det være nødvendig med ekstra forankring av maskinrammen til gulvet for å oppnå stabile avlesninger.

Anker for elektriske motorer:

• Problem: Kan ha både mekaniske og elektriske vibrasjonskilder.
• Fremgangsmåte: Bruk en spektrumanalysator til å sjekke om det er vibrasjon ved dobbelt så høy frekvens som nettfrekvensen (f.eks. 100 Hz). Tilstedeværelsen indikerer elektrisk feil, ikke ubalanse. For likestrømsmotorankere og induksjonsmotorer gjelder standard prosedyre for dynamisk balansering.

Konklusjon

Dynamisk balansering av rotorer på plass ved hjelp av bærbare instrumenter som Balanset-1A er et kraftig verktøy for å øke påliteligheten og effektiviteten til driften av industrielt utstyr. Imidlertid, som analysen viser, avhenger suksessen til denne prosedyren ikke så mye av selve instrumentet som av spesialisters kvalifikasjoner og evne til å anvende en systematisk tilnærming.

De viktigste konklusjonene i denne veiledningen kan reduseres til flere grunnleggende prinsipper:

Forberedelsen avgjør resultatet: Grundig rengjøring av rotoren, kontroll av lager- og fundamenttilstand og innledende vibrasjonsdiagnostikk for å utelukke andre defekter er obligatoriske forutsetninger for vellykket balansering.

Samsvar med standarder er grunnlaget for kvalitet og juridisk beskyttelse: Anvendelse av ISO 1940-1 for å bestemme toleranser for gjenværende ubalanse omdanner subjektiv vurdering til objektive, målbare og juridisk signifikante resultater.

Instrumentet er ikke bare en balanserer, men også et diagnostisk verktøy: Manglende evne til å balansere en mekanisme eller ustabilitet i avlesningen er ikke instrumentfeil, men viktige diagnostiske tegn som indikerer tilstedeværelsen av mer alvorlige problemer som feiljustering, resonans, lagerfeil eller teknologiske brudd.

Å forstå prosessfysikk er nøkkelen til å løse ikke-standardiserte oppgaver: Kunnskap om forskjellene mellom stive og fleksible rotorer, forståelse av resonanspåvirkning, termiske deformasjoner og teknologiske faktorer (f.eks. kavitasjon) lar spesialister ta riktige beslutninger i situasjoner der standard trinnvise instruksjoner ikke fungerer.

Effektiv feltbalansering er dermed en syntese av presise målinger utført med moderne instrumenter og en dyptgående analytisk tilnærming basert på kunnskap om vibrasjonsteori, standarder og praktisk erfaring. Ved å følge anbefalingene som er skissert i denne veiledningen, vil tekniske spesialister ikke bare kunne håndtere typiske oppgaver, men også effektivt diagnostisere og løse komplekse, ikke-trivielle problemer med vibrasjon i roterende utstyr.