Inzicht in onbalans in roterende machines
Onbalans - door elkaar gebruikt met onevenwicht - is de voorwaarde waarin a rotor‘Het massamiddelpunt valt niet samen met de rotatieas. De massa is ongelijk verdeeld over de as, dus wanneer de rotor draait, genereert de offsetmassa een netto centrifugale kracht die de rotor wegsleept van zijn middelpunt en de hele machine aan het schudden brengt. Deze verschuiving van het massamiddelpunt ten opzichte van het geometrische middelpunt is de rotor's excentriciteit, en de trillingen die het veroorzaakt, maakt onbalans de meest voorkomende fout in roterende machines - en meestal de eerste waar een diagnosesteller op controleert.
1. Definitie: Wat veroorzaakt de kracht
De verstorende kracht is centrifugaal: F = m-r-ω², waarbij m-r de onbalans is (de offsetmassa maal de straal) en ω is de hoeksnelheid. Twee gevolgen volgen onmiddellijk. Ten eerste roteert de kracht mee met de as, dus drukt hij elke omwenteling één keer op de lagers. Ten tweede schaalt de kracht met de vierkant van snelheid - een rotor die zich goed voelt als hij langzaam met de hand wordt rondgedraaid, kan bij vol toerental wreed worden. balanskwaliteit De eisen worden scherper naarmate de dienstsnelheid toeneemt. Onbalans wordt gekwantificeerd als een massa maal een straal, gewoonlijk in gram-millimeter (g-mm), omdat zowel de hoeveelheid massa uit het midden als de afstand tot de as de kracht bepalen.
2. Diagnose van onbalans: De klassieke handtekening
Onevenwichtigheid is relatief eenvoudig vast te stellen omdat het trillingen handtekening zo consistent is - een belangrijke reden waarom het het natuurlijke startpunt is in trillingsanalyse:
- Frequentie: de trilling zit op precies 1× de rotatiesnelheid (de bedrijfssnelheid). Verhoog of verlaag de snelheid van de machine en de piek volgt perfect.
- Richting: energie is voornamelijk radiaal - horizontaal en verticaal - met typisch weinig axiaal (stuwkracht)trilling.
- Amplitude: evenredig met het kwadraat van de rotatiesnelheid, dus een verdubbeling van de snelheid verviervoudigt ruwweg de onbalanskracht en de resulterende trilling.
- Fase: de 1× fase De aflezing is stabiel en herhaalbaar, wat de zware plek lokaliseerbaar maakt.
Omdat een dominante 1× piek ook kan ontstaan door verkeerde uitlijning, a gebogen as of resonantie, bevestigt een zorgvuldige analist onevenwichtigheid door zijn heel patroon: hoog 1×, laag harmonischen, voornamelijk radiale energie en een stabiele fase. Een grote 2×-component daarentegen stuurt de diagnose in de richting van een verkeerde uitlijning of mechanische losheid.
3. De drie soorten onbalans
Statische onbalans
Dit is het eenvoudigste type, ook wel “krachtonbalans” genoemd, waarbij de massa in één vlak verschoven is - denk aan één zware plek op een dunne schijf. Het is “statisch” omdat het zich in rust openbaart: gebalanceerd op wrijvingsloze mesranden rolt de rotor totdat de zware plek onderaan hangt. Een enkel gewicht dat 180° tegenover de zware plek wordt geplaatst, corrigeert het, het rijk van eenvlaksbalancering.
Onevenwicht tussen echtparen
Twee gelijke zware punten aan tegenovergestelde uiteinden van de rotor, 180° uit elkaar, heffen als nettokracht op maar vormen een stel - een schommelend moment dat de rotor kantelt. Zo'n rotor is statisch gebalanceerd (hij rolt niet over mesranden) maar trilt hevig tijdens het draaien en er zijn twee correctiegewichten in twee verschillende vlakken nodig om het moment op te heffen.
Dynamische onbalans
Dynamische onbalans, een toestand die in bijna alle echte machines voorkomt, combineert statische en koppeleffecten. Om dit te corrigeren zijn massaveranderingen nodig in ten minste twee vlakken langs de rotor. dynamisch balanceren (twee vlakken). Als de statische en koppelcomponenten onder een hoek op één lijn liggen, wordt dit speciale geval aangeduid als quasi-statische onbalans.
4. Algemene oorzaken
Een onbalans kan al bestaan vanaf de fabricage of zich ontwikkelen tijdens het gebruik. Frequente bronnen zijn onder andere:
- Productie onvolkomenheden: Porositeit in gietstukken, ongelijkmatige materiaaldichtheid en bewerkingstoleranties.
- Assemblagefouten: verkeerd geïnstalleerde onderdelen, ongelijkmatig aangedraaide bouten of verkeerd uitgelijnde spieën.
- Slijtage: ongelijkmatige erosie, corrosie of dragen op ventilatorbladen en pomp waaiers.
- Opbouw van materiaal: vuil, stof of product dat zich ophoopt op de rotors van ventilatoren, blowers en centrifuges.
- Falen van onderdelen: Een gegooid balansgewicht of gebroken blad zorgt direct voor een ernstige onbalans.
5. Waarom het corrigeren van onbalans cruciaal is
Een machine laten draaien met een aanzienlijke onbalans is schadelijk voor de machine, omdat de cyclische kracht de structuur bij elke omwenteling belast:
- Voortijdige lageruitval: lagers worden blootgesteld aan hoge dynamische belastingen en slijten snel.
- Vermoeiing en scheuren: herhaalde stress ontstaat vermoeidheid schade aan de as, fundering en omliggende onderdelen.
- Verminderde efficiëntie: energie wegvloeit als trillingen en warmte in plaats van nuttige output.
- Veiligheidsrisico's: In het extreme geval kan ernstige onbalans leiden tot een catastrofale storing.
6. Onbalans in het veld corrigeren
Onbalans wordt verholpen door een systematische balanceren procedure - een van de meest effectieve stappen om de betrouwbaarheid van machines te verbeteren. Het doel is niet nul onbalans, maar een kleine, gedefinieerde resterende onbalans binnen de tolerantie. De geaccepteerde grenzen komen van de G-klasse systeem van ISO 21940-11 (die de oudere ISO 1940-1 heeft overgenomen); de resulterende trillingen worden vervolgens beoordeeld aan de hand van de grenswaarden voor de ernst van de trillingen in ISO 20816 (de moderne opvolger van ISO 10816). Een vrije Rekenmachine voor resterende onbalans (ISO 21940-11) converteert een gekozen hellingshoek en werksnelheid naar de toelaatbare g-mm per vlak.
Op een geassembleerde machine wordt het werk ter plaatse gedaan in plaats van op een balanceermachine. Een draagbare tweekanaalsanalysator zoals de Balans-1a meet de 1× amplitude en fase en leidt daaruit de rotor's invloedcoëfficiënten van een proefgewicht, en berekent de massa en hoek van elke correctiegewicht voor één- of tweevlaks veldbalancering. Omdat het werkt in de eigen lagers van de machine op rijsnelheid, corrigeert het zowel de onbalans als controleert het of de rest binnen de gekozen ISO-klasse valt.
