Inzicht in onbalans in roterende machines

Definitie: Wat is onevenwicht?

Onbalans (vaak door elkaar gebruikt met onbalans) is een toestand in een rotor waarbij het zwaartepunt (of zwaartepunt) niet in lijn ligt met het rotatiecentrum. Deze afwijking, bekend als excentriciteit, betekent dat de massa niet gelijkmatig verdeeld is over de rotatieas. Wanneer de rotor draait, creëert deze ongelijke massaverdeling een netto centrifugale kracht die de rotor van zijn middelpunt wegtrekt, waardoor de hele machine trilt. Onbalans is de meest voorkomende bron van trillingen in roterende machines.

De klassieke signatuur van onbalans

Onbalans heeft een zeer herkenbaar trillingskenmerk, waardoor het relatief eenvoudig te diagnosticeren is:

• Frequentie: De trilling vindt plaats op precies 1x de rotatiesnelheid van de rotor. Als de machine versnelt of vertraagt, zal de trillingsfrequentie dit perfect volgen.
• Richting: De trillingen bevinden zich voornamelijk in de radiaal richting (horizontaal en verticaal). Er is doorgaans zeer weinig axiale (stuw)trillingen.
• Amplitude: De amplitude van de trilling is evenredig met het kwadraat van de rotatiesnelheid. Als je de snelheid verdubbelt, verviervoudigt de onbalanskracht (en de resulterende trilling).
• Fase: De fasemeting voor onbalans is doorgaans stabiel en herhaalbaar.

Soorten onbalans

Onevenwichtigheid kan worden onderverdeeld in drie hoofdtypen:

1. Statische onbalans

Ook bekend als "krachtonevenwicht", is dit het eenvoudigste type. Het treedt op wanneer de massa ongelijkmatig verdeeld is over één vlak, zoals een enkele zware plek op een dunne schijf. Het wordt "statisch" genoemd omdat het kan worden gedetecteerd met de rotor in rust; als het op wrijvingsloze mesranden wordt geplaatst, zal de rotor rollen totdat de zware plek zich onderaan bevindt. Dit kan worden gecorrigeerd met een enkel gewicht dat 180° tegenover de zware plek wordt geplaatst.

2. Onbalans in het koppel

Dit gebeurt wanneer er twee gelijke, zware punten aan de tegenoverliggende uiteinden van een rotor zitten, op 180° van elkaar. Dit creëert een "koppel" of schommelbeweging die de rotor van top tot teen probeert te draaien. Een rotor met pure koppelonbalans is statisch gebalanceerd (hij rolt niet over mesranden), maar trilt wel hevig tijdens het roteren. Er zijn twee correctiegewichten in twee afzonderlijke vlakken nodig om de schommelbeweging tegen te gaan.

3. Dynamische onbalans

Dit is de meest voorkomende situatie in echte machines. Het is een combinatie van zowel statische als koppelonbalans. Het corrigeren van dynamische onbalans vereist massacorrecties in ten minste twee verschillende vlakken langs de rotor, een proces dat bekend staat als dynamische balancering.

Veelvoorkomende oorzaken van onevenwichtigheid

Onbalans kan al tijdens de productie aanwezig zijn of tijdens het gebruik ontstaan. Veelvoorkomende oorzaken zijn:

• Productiefouten: Porositeit in gietstukken, ongelijkmatige materiaaldichtheid en bewerkingstoleranties.
• Montagefouten: Onjuist gemonteerde onderdelen, niet gelijkmatig aangedraaide bouten of verkeerd uitgelijnde spieën.
• Slijtage: Ongelijkmatige erosie, corrosie of slijtage van ventilatorbladen of pompwaaiers.
• Materiaalopbouw: Ophoping van vuil, stof of product op rotoren van ventilatoren, blowers en centrifuges.
• Componentstoring: Een weggegooid balansgewicht of een gebroken lemmet zal onmiddellijk een ernstige onbalans veroorzaken.

Waarom het corrigeren van onbalans cruciaal is

Een machine met aanzienlijke onbalans laten draaien is schadelijk voor de gezondheid ervan. De constante cyclische kracht veroorzaakt:

• Voortijdig lagerfalen: De lagers worden blootgesteld aan hoge dynamische belastingen, waardoor ze snel slijten.
• Vermoeidheid en scheuren: De trillingen veroorzaken vermoeiingsspanning op de as, de fundering en andere onderdelen.
• Verminderde efficiëntie: Er gaat energie verloren in de vorm van trillingen en hitte in plaats van dat er nuttig werk wordt verricht.
• Veiligheidsrisico's: Ernstige onevenwichtigheid kan tot een catastrofale storing leiden.

Onbalans wordt gecorrigeerd door een systematische balanceerprocedure. Dit is een van de meest effectieve manieren om de betrouwbaarheid van machines te verbeteren.

← Terug naar hoofdindex