Niet-lineaire objecten bij rotorbalancering
Waarom balanceren "niet werkt", waarom invloedscoëfficiënten veranderen en hoe verder te gaan in de praktijk.
Overzicht
In de praktijk komt rotorbalancering vrijwel nooit neer op het simpelweg berekenen en plaatsen van een correctiegewicht. Formeel is het algoritme bekend en voert het instrument alle berekeningen automatisch uit, maar het eindresultaat hangt veel meer af van het gedrag van het object zelf dan van het balanceerapparaat. Daarom doen zich in de praktijk constant situaties voor waarin balanceren "niet werkt", invloedscoëfficiënten veranderen, trillingen instabiel worden en het resultaat niet herhaalbaar is bij elke meting.
Lineaire en niet-lineaire trillingen, hun kenmerken en balanceringsmethoden
Succesvol balanceren vereist inzicht in hoe een object reageert op het toevoegen of verwijderen van massa. In deze context spelen de concepten van lineaire en niet-lineaire objecten een sleutelrol. Begrijpen of een object lineair of niet-lineair is, maakt het mogelijk om de juiste balanceerstrategie te selecteren en helpt het gewenste resultaat te bereiken.
Lineaire objecten nemen een speciale plaats in op dit gebied vanwege hun voorspelbaarheid en stabiliteit. Ze maken het gebruik van eenvoudige en betrouwbare diagnostische en balancerende methoden mogelijk, waardoor hun studie een belangrijke stap is in trillingsdiagnostiek.
Lineaire versus niet-lineaire objecten
De meeste van deze problemen vinden hun oorsprong in een fundamenteel, maar vaak onderschat onderscheid tussen lineaire en niet-lineaire objecten. Een lineair object is, vanuit het oogpunt van balanceren, een systeem waarin bij een constante rotatiesnelheid de trillingsamplitude evenredig is met de mate van onbalans, en de trillingsfase de hoekpositie van de onbalansmassa op een strikt voorspelbare manier volgt. Onder deze omstandigheden is de invloedscoëfficiënt een constante waarde. Alle standaard dynamische balanceeralgoritmen, inclusief die welke in de Balanset-1A zijn geïmplementeerd, zijn juist ontworpen voor dergelijke objecten.
Voor een lineair object is het balanceerproces voorspelbaar en stabiel. Het plaatsen van een proefgewicht zorgt voor een evenredige verandering in trillingsamplitude en -fase. Herhaalde starts leveren dezelfde trillingsvector op en het berekende correctiegewicht blijft geldig. Dergelijke objecten zijn zeer geschikt voor zowel eenmalig balanceren als serieel balanceren met behulp van opgeslagen invloedscoëfficiënten.
Een niet-lineair object gedraagt zich op een fundamenteel andere manier. De basis van de balansberekening wordt geschonden. De trillingsamplitude is niet langer evenredig met de onbalans, de fase wordt instabiel en de invloedscoëfficiënt verandert afhankelijk van de massa van het proefgewicht, de bedrijfsmodus of zelfs de tijd. In de praktijk uit zich dit in chaotisch gedrag van de trillingsvector: na het plaatsen van een proefgewicht kan de trillingsverandering te klein, te groot of simpelweg niet reproduceerbaar zijn.
Wat zijn lineaire objecten?
Een lineair object is een systeem waarbij de trilling recht evenredig is met de grootte van de onbalans.
Een lineair object is, in de context van balanceren, een geïdealiseerd model dat wordt gekenmerkt door een rechtstreeks evenredig verband tussen de grootte van de onbalans (ongebalanceerde massa) en de trillingsamplitude. Dit betekent dat als de onbalans verdubbelt, de trillingsamplitude ook verdubbelt, mits de rotatiesnelheid van de rotor constant blijft. Omgekeerd zal het verminderen van de onbalans de trillingen evenredig verminderen.
In tegenstelling tot niet-lineaire systemen, waarbij het gedrag van een object kan variëren afhankelijk van vele factoren, maken lineaire objecten een hoge mate van precisie mogelijk met minimale inspanning.
Bovendien dienen ze als basis voor training en praktijk voor balancers. Het begrijpen van de principes van lineaire objecten helpt bij het ontwikkelen van vaardigheden die later kunnen worden toegepast op complexere systemen.
Grafische weergave van lineariteit
Stel je een grafiek voor waarbij de horizontale as de grootte van de onbalans (onbalans) weergeeft en de verticale as de trillingsamplitude. Voor een lineair object zal deze grafiek een rechte lijn zijn die door de oorsprong gaat (het punt waar zowel de grootte van de onbalans als de trillingsamplitude nul zijn). De helling van deze lijn karakteriseert de gevoeligheid van het object voor onbalans: hoe steiler de helling, hoe groter de trillingen bij dezelfde onbalans.
Grafiek 1: De relatie tussen trillingsamplitude (µm) en ongebalanceerde massa (g)
Grafiek 1 illustreert de relatie tussen de trillingsamplitude (µm) van een lineair balancerend object en de ongebalanceerde massa (g) van de rotor. De evenredigheidscoëfficiënt is 0,5 µm/g. Door 300 eenvoudigweg te delen door 600, krijgt u 0,5 µm/g. Voor een ongebalanceerde massa van 800 g (UM=800 g) bedraagt de trilling 800 g * 0,5 µm/g = 400 µm. Let op: dit geldt bij een constante rotorsnelheid. Bij een andere rotatiesnelheid is de coëfficiënt anders.
Deze evenredigheidscoëfficiënt wordt de invloedscoëfficiënt (gevoeligheidscoëfficiënt) genoemd en heeft een dimensie van µm/g of, in gevallen met onbalans, µm/(g*mm), waarbij (g*mm) de eenheid van onbalans is. Als u de invloedscoëfficiënt (IC) kent, is het ook mogelijk om het omgekeerde probleem op te lossen, namelijk het bepalen van de ongebalanceerde massa (UM) op basis van de trillingsgrootte. Om dit te doen, deelt u de trillingsamplitude door de IC.
Als de gemeten trilling bijvoorbeeld 300 µm is en de bekende coëfficiënt IC=0,5 µm/g, deelt u 300 door 0,5 om 600 g te krijgen (UM=600 g).
Invloedcoëfficiënt (IC): sleutelparameter van lineaire objecten
Een cruciale eigenschap van een lineair object is de invloedscoëfficiënt (IC). Deze is numeriek gelijk aan de tangens van de hellingshoek van de lijn in de grafiek van trilling versus onbalans en geeft aan hoeveel de trillingsamplitude (in micrometer, µm) verandert wanneer een eenheid massa (in gram, g) wordt toegevoegd in een specifiek correctievlak bij een specifieke rotorsnelheid. Met andere woorden, IC is een maat voor de gevoeligheid van het object voor onbalans. De meeteenheid is µm/g, of, wanneer onbalans wordt uitgedrukt als het product van massa en straal, µm/(g*mm).
De IC is in wezen de "paspoort"-eigenschap van een lineair object, waarmee het gedrag ervan voorspeld kan worden wanneer er massa wordt toegevoegd of verwijderd. Door de IC te kennen, kunnen zowel het directe probleem – het bepalen van de trillingsamplitude bij een gegeven onbalans – als het inverse probleem – het berekenen van de onbalansgrootte op basis van gemeten trillingen – worden opgelost.
Direct probleem:
Omgekeerd probleem:
Trillingsfase in lineaire objecten
Naast amplitude wordt een trilling ook gekenmerkt door de fase, die de positie van de rotor aangeeft op het moment van maximale afwijking van de evenwichtspositie. Voor een lineair object is de trillingsfase ook voorspelbaar. Het is de som van twee hoeken:
- De hoek die de positie van de totale onbalansmassa van de rotor bepaalt. Deze hoek geeft de richting aan waarin de primaire onbalans geconcentreerd is.
- Het argument van de invloedscoëfficiënt. Dit is een constante hoek die de dynamische eigenschappen van het object kenmerkt en niet afhankelijk is van de grootte of de hoek van de onbalans in de massa.
Door het IC-argument te kennen en de trillingsfase te meten, is het dus mogelijk om de hoek van de ongebalanceerde massa-installatie te bepalen. Dit maakt niet alleen de berekening van de grootte van de corrigerende massa mogelijk, maar ook de precieze plaatsing ervan op de rotor om een optimale balans te bereiken.
Balanceren van lineaire objecten
Het is belangrijk om op te merken dat voor een lineair object de op deze manier bepaalde invloedscoëfficiënt (IC) niet afhankelijk is van de grootte of hoek van de proefmassa-installatie, noch van de initiële trilling. Dit is een belangrijk kenmerk van lineariteit. Als de IC onveranderd blijft wanneer de proefmassaparameters of initiële trilling worden gewijzigd, kan met zekerheid worden gesteld dat het object zich lineair gedraagt binnen het beschouwde bereik van onevenwichtigheden.
Stappen voor het balanceren van een lineair object
- Het meten van de begintrilling: De eerste stap is het meten van de trilling in de begintoestand. De amplitude en de trillingshoek, die de onbalansrichting aangeven, worden bepaald.
- Een proefmassa installeren: Een massa van bekend gewicht wordt op de rotor geïnstalleerd. Dit helpt om te begrijpen hoe het object reageert op extra belastingen en maakt het mogelijk om de trillingsparameters te berekenen.
- Trillingen opnieuw meten: Na het installeren van de proefmassa worden nieuwe trillingsparameters gemeten. Door deze te vergelijken met de beginwaarden, is het mogelijk om te bepalen hoe de massa het systeem beïnvloedt.
- Berekening van de correctiemassa: Op basis van de meetgegevens worden de massa en de installatiehoek van het correctiegewicht bepaald. Dit gewicht wordt op de rotor geplaatst om de onbalans te elimineren.
- Definitieve verificatie: Na het installeren van het correctiegewicht, zou de trilling aanzienlijk moeten zijn verminderd. Als de resterende trilling nog steeds het acceptabele niveau overschrijdt, kan de procedure worden herhaald.
Opmerking: Lineaire objecten dienen als ideale modellen voor het bestuderen en praktisch toepassen van balanceringsmethoden. Hun eigenschappen stellen ingenieurs en diagnostici in staat zich te richten op het ontwikkelen van basisvaardigheden en het begrijpen van de fundamentele principes van het werken met rotorsystemen. Hoewel hun toepassing in de praktijk beperkt is, blijft de studie van lineaire objecten een belangrijke stap in het bevorderen van trillingsdiagnostiek en balancering.
Plaatsvervangende shortcode:
Seriële balancering en opgeslagen coëfficiënten
Serieel balanceren verdient speciale aandacht. Het kan de productiviteit aanzienlijk verhogen, maar alleen bij lineaire, trillingsstabiele objecten. In dergelijke gevallen kunnen de invloedscoëfficiënten die op de eerste rotor zijn verkregen, worden hergebruikt voor volgende identieke rotors. Zodra echter de stijfheid van de ondersteuning, het toerental of de toestand van de lagers verandert, gaat de herhaalbaarheid verloren en werkt de seriële aanpak niet meer.
Niet-lineaire objecten: wanneer theorie afwijkt van praktijk
Wat is een niet-lineair object?
Een niet-lineair object is een systeem waarbij de trillingsamplitude niet evenredig is met de grootte van de onbalans. In tegenstelling tot lineaire objecten, waarbij de relatie tussen trilling en onbalansmassa wordt weergegeven door een rechte lijn, kan deze relatie in niet-lineaire systemen complexe trajecten volgen.
In de echte wereld gedragen niet alle objecten zich lineair. Niet-lineaire objecten vertonen een relatie tussen onbalans en trilling die niet recht evenredig is. Dit betekent dat de invloedscoëfficiënt niet constant is en kan variëren afhankelijk van verschillende factoren, zoals:
- Omvang van onevenwicht: Een toename van de onbalans kan de stijfheid van de rotorsteunen veranderen, wat leidt tot niet-lineaire veranderingen in de trillingen.
- Rotatiesnelheid: Bij verschillende rotatiesnelheden kunnen verschillende resonantieverschijnselen optreden, wat ook resulteert in niet-lineair gedrag.
- Aanwezigheid van spelingen en gaten: Spelingen en openingen in lagers en andere verbindingen kunnen onder bepaalde omstandigheden abrupte veranderingen in trillingen veroorzaken.
- Temperatuur: Temperatuurveranderingen kunnen de materiaaleigenschappen en daarmee de trillingskarakteristieken van het object beïnvloeden.
- Externe belastingen: Externe belastingen die op de rotor inwerken, kunnen de dynamische eigenschappen ervan veranderen en leiden tot niet-lineair gedrag.
Waarom zijn niet-lineaire objecten zo uitdagend?
Non-lineariteit introduceert veel variabelen in het balanceringsproces. Succesvol werken met non-lineaire objecten vereist meer metingen en complexere analyses. Standaardmethoden die van toepassing zijn op lineaire objecten leveren bijvoorbeeld niet altijd nauwkeurige resultaten op voor non-lineaire systemen. Dit vereist een dieper begrip van de fysica van het proces en het gebruik van gespecialiseerde diagnostische methoden.
Tekenen van niet-lineariteit
Een niet-lineair object kan worden herkend aan de volgende tekens:
- Niet-proportionele trillingsveranderingen: Naarmate de onbalans toeneemt, kunnen de trillingen sneller of langzamer toenemen dan verwacht voor een lineair object.
- Faseverschuiving in trilling: De trillingsfase kan onvoorspelbaar veranderen bij variaties in onbalans of rotatiesnelheid.
- Aanwezigheid van harmonischen en subharmonischen: Het trillingsspectrum kan hogere harmonischen (veelvouden van de rotatiefrequentie) en subharmonischen (fracties van de rotatiefrequentie) vertonen, wat duidt op niet-lineaire effecten.
- Hysterese: De trillingsamplitude kan niet alleen afhangen van de huidige waarde van onbalans, maar ook van de geschiedenis ervan. Wanneer bijvoorbeeld onbalans toeneemt en vervolgens weer afneemt tot de oorspronkelijke waarde, kan het zijn dat de trillingsamplitude niet terugkeert naar het oorspronkelijke niveau.
Non-lineariteit introduceert veel variabelen in het balanceringsproces. Meer metingen en complexe analyses zijn vereist voor succesvolle werking. Standaardmethoden die van toepassing zijn op lineaire objecten leveren bijvoorbeeld niet altijd nauwkeurige resultaten op voor non-lineaire systemen. Dit vereist een dieper begrip van de procesfysica en het gebruik van gespecialiseerde diagnostische methoden.
Grafische weergave van niet-lineariteit
In een grafiek van trilling versus onbalans is non-lineariteit duidelijk zichtbaar in afwijkingen van een rechte lijn. De grafiek kan bochten, krommingen, hysteresislussen en andere kenmerken bevatten die een complexe relatie tussen onbalans en trilling aangeven.
Grafiek 2. Niet-lineair object
50 g; 40 μm (geel), 100 g; 54,7 μm (blauw).
Dit object vertoont twee segmenten, twee rechte lijnen. Voor onevenwichtigheden van minder dan 50 gram, weerspiegelt de grafiek de eigenschappen van een lineair object, waarbij de evenredigheid tussen de onevenwichtigheid in grammen en de trillingsamplitude in microns behouden blijft. Voor onevenwichtigheden van meer dan 50 gram, vertraagt de groei van de trillingsamplitude.
Voorbeelden van niet-lineaire objecten
Voorbeelden van niet-lineaire objecten in de context van balanceren zijn:
- Rotoren met scheuren: Scheuren in de rotor kunnen leiden tot niet-lineaire veranderingen in de stijfheid en als gevolg daarvan tot een niet-lineaire relatie tussen trillingen en onbalans.
- Rotoren met lagerspeling: Spelingen in lagers kunnen onder bepaalde omstandigheden abrupte veranderingen in trillingen veroorzaken.
- Rotoren met niet-lineaire elastische elementen: Sommige elastische elementen, zoals rubberen dempers, kunnen niet-lineaire eigenschappen vertonen, wat de dynamiek van de rotor beïnvloedt.
Soorten niet-lineariteit
1. Zachte-stijve niet-lineariteit
In dergelijke systemen worden twee segmenten waargenomen: zacht en stijf. In het zachte segment lijkt het gedrag op lineariteit, waarbij de trillingsamplitude evenredig toeneemt met de onbalansmassa. Na een bepaalde drempelwaarde (breekpunt) gaat het systeem echter over naar een stijve modus, waarbij de amplitudegroei vertraagt.
2. Elastische niet-lineariteit
Veranderingen in de stijfheid van steunen of contacten binnen het systeem maken de trillings-onbalansrelatie complex. Zo kan trilling plotseling toenemen of afnemen bij het overschrijden van specifieke belastingsdrempels.
3. Wrijving-geïnduceerde niet-lineariteit
In systemen met aanzienlijke wrijving (bijvoorbeeld in lagers) kan de trillingsamplitude onvoorspelbaar zijn. Wrijving kan trillingen in het ene snelheidsbereik verminderen en in een ander versterken.
Veelvoorkomende oorzaken van niet-lineariteit
De meest voorkomende oorzaken van niet-lineariteit zijn vergrote lagerspeling, lagerslijtage, droge wrijving, losgeraakte steunen, scheuren in de constructie en werking nabij resonantiefrequenties. Vaak vertoont het object zogenaamde soft-hard niet-lineariteit. Bij kleine onbalansniveaus gedraagt het systeem zich vrijwel lineair, maar naarmate de trillingen toenemen, raken stijvere elementen van de steunen of de behuizing betrokken. In dergelijke gevallen is balanceren slechts mogelijk binnen een smal werkingsbereik en levert dit geen stabiele resultaten op de lange termijn.
Trillingsinstabiliteit
Een ander ernstig probleem is trillingsinstabiliteit. Zelfs een formeel lineair object kan in de loop van de tijd veranderingen in amplitude en fase vertonen. Dit wordt veroorzaakt door thermische effecten, veranderingen in de viscositeit van het smeermiddel, thermische uitzetting en instabiele wrijving in de steunen. Als gevolg hiervan kunnen metingen die slechts enkele minuten na elkaar worden uitgevoerd, verschillende trillingsvectoren opleveren. Onder deze omstandigheden wordt een zinvolle vergelijking van metingen onmogelijk en verliest de balansberekening aan betrouwbaarheid.
Balanceren nabij resonantie
Balanceren nabij resonantie is bijzonder problematisch. Wanneer de rotatiefrequentie samenvalt met, of dicht bij, een eigenfrequentie van het systeem ligt, veroorzaakt zelfs een kleine onbalans een scherpe toename van de trillingen. De trillingsfase wordt extreem gevoelig voor kleine snelheidsvariaties. Het object komt feitelijk in een niet-lineair regime terecht en balanceren in deze zone verliest zijn fysieke betekenis. In dergelijke gevallen moeten de bedrijfssnelheid of de mechanische structuur worden aangepast voordat balanceren kan worden overwogen.
Hoge trillingen na een "succesvolle" balancering
In de praktijk komt het vaak voor dat, na een formeel succesvolle balanceerprocedure, het algehele trillingsniveau hoog blijft. Dit duidt niet op een fout van het instrument of de operator. Balanceren verhelpt alleen massa-onbalans. Als trillingen worden veroorzaakt door funderingsdefecten, loszittende bevestigingsmiddelen, verkeerde uitlijning of resonantie, zullen correctiegewichten het probleem niet oplossen. In dergelijke gevallen helpt het analyseren van de ruimtelijke verdeling van de trillingen over de machine en de fundering om de werkelijke oorzaak te achterhalen.
Balanceren van niet-lineaire objecten: een complexe taak met onconventionele oplossingen
Het balanceren van niet-lineaire objecten is een uitdagende taak die gespecialiseerde methoden en benaderingen vereist. De standaard proefmassamethode, ontwikkeld voor lineaire objecten, kan onjuiste resultaten opleveren of helemaal niet toepasbaar zijn.
Balanceringsmethoden voor niet-lineaire objecten
- Stap voor stap balanceren: Deze methode houdt in dat de onbalans geleidelijk wordt verminderd door in elke fase correctiegewichten aan te brengen. Na elke fase worden trillingsmetingen uitgevoerd en wordt een nieuw correctiegewicht bepaald op basis van de huidige toestand van het object. Deze aanpak houdt rekening met veranderingen in de invloedscoëfficiënt tijdens het balanceringsproces.
- Balanceren op meerdere snelheden: Deze methode richt zich op de effecten van resonantieverschijnselen bij verschillende rotatiesnelheden. Balanceren wordt uitgevoerd bij verschillende snelheden in de buurt van resonantie, waardoor een gelijkmatigere trillingsreductie over het gehele operationele snelheidsbereik mogelijk is.
- Met behulp van wiskundige modellen: Voor complexe niet-lineaire objecten kunnen wiskundige modellen worden gebruikt die de rotordynamiek beschrijven en rekening houden met niet-lineaire effecten. Deze modellen helpen het gedrag van objecten onder verschillende omstandigheden te voorspellen en bepalen optimale balanceringsparameters.
De ervaring en intuïtie van een specialist spelen een cruciale rol bij het balanceren van niet-lineaire objecten. Een ervaren balanceerder kan tekenen van niet-lineariteit herkennen, een geschikte methode selecteren en deze aanpassen aan de specifieke situatie. Het analyseren van trillingsspectra, het observeren van trillingsveranderingen bij variërende bedrijfsparameters en het rekening houden met de ontwerpkenmerken van de rotor dragen allemaal bij aan het nemen van de juiste beslissingen en het behalen van de gewenste resultaten.
Hoe u niet-lineaire objecten in evenwicht kunt brengen met behulp van een hulpmiddel dat is ontworpen voor lineaire objecten
Dit is een goede vraag. Mijn persoonlijke methode voor het balanceren van dergelijke objecten begint met het repareren van het mechanisme: lagers vervangen, scheuren lassen, bouten aandraaien, ankers of trillingsdempers controleren en verifiëren dat de rotor niet tegen stationaire structurele elementen schuurt.
Vervolgens identificeer ik resonantiefrequenties, omdat het onmogelijk is om een rotor te balanceren bij snelheden die dicht bij resonantie liggen. Om dit te doen, gebruik ik de impactmethode voor resonantiebepaling of een rotor coast-down grafiek.
Vervolgens bepaal ik de positie van de sensor op het mechanisme: verticaal, horizontaal of onder een hoek.
Na proefdraaien geeft het apparaat de hoek en het gewicht van de correctielasten aan. Ik halveer het gewicht van de correctielast, maar gebruik de hoeken die het apparaat voorstelt voor de plaatsing van de rotor. Als de resterende trilling na correctie nog steeds het acceptabele niveau overschrijdt, voer ik nog een rotorrun uit. Dit kost natuurlijk meer tijd, maar de resultaten zijn soms inspirerend.
De kunst en wetenschap van het balanceren van roterende apparatuur
Het balanceren van roterende apparatuur is een complex proces dat elementen van wetenschap en kunst combineert. Voor lineaire objecten omvat balanceren relatief eenvoudige berekeningen en standaardmethoden. Werken met niet-lineaire objecten vereist echter een diepgaand begrip van rotordynamica, het vermogen om trillingssignalen te analyseren en de vaardigheid om de meest effectieve balanceringsstrategieën te kiezen.
Ervaring, intuïtie en voortdurende verbetering van vaardigheden maken een balancer tot een echte meester in zijn vak. De kwaliteit van het balanceren bepaalt immers niet alleen de efficiëntie en betrouwbaarheid van de werking van de apparatuur, maar zorgt ook voor de veiligheid van mensen.
Meetnauwkeurigheid
Meetfouten spelen ook een belangrijke rol. Onjuiste installatie van trillingssensoren, wijzigingen in meetpunten of een verkeerde oriëntatie van de sensor beïnvloeden direct zowel de amplitude als de fase. Voor balanceren is het niet voldoende om trillingen te meten; herhaalbaarheid en stabiliteit van de metingen zijn cruciaal. Daarom moeten de montageposities en -oriëntaties van de sensoren in de praktijk strikt worden gecontroleerd.
Praktische aanpak voor niet-lineaire objecten
Het balanceren van een niet-lineair object begint niet met het plaatsen van een proefgewicht, maar met het evalueren van het trillingsgedrag. Als amplitude en fase duidelijk in de loop van de tijd verschuiven, van het ene beginpunt naar het andere veranderen of scherp reageren op kleine snelheidsvariaties, is de eerste taak het bereiken van de meest stabiele werkingsmodus mogelijk. Zonder dit zullen alle berekeningen willekeurig zijn.
De eerste praktische stap is het kiezen van de juiste snelheid. Niet-lineaire objecten zijn extreem gevoelig voor resonantie, dus balanceren moet gebeuren met een snelheid die zo ver mogelijk verwijderd is van de eigenfrequenties. Dit betekent vaak dat er onder of boven het gebruikelijke werkbereik moet worden gebalanceerd. Zelfs als de trilling bij deze snelheid hoger maar stabiel is, is dit te verkiezen boven balanceren in een resonantiegebied.
Vervolgens is het belangrijk om alle bronnen van extra niet-lineariteit te minimaliseren. Voordat er gebalanceerd wordt, moeten alle bevestigingsmiddelen gecontroleerd en vastgedraaid worden, spelingen zoveel mogelijk geëlimineerd worden en steunen en lagereenheden gecontroleerd worden op losheid. Balanceren compenseert geen spelingen of wrijving, maar dit kan wel mogelijk zijn als deze factoren gestabiliseerd worden.
Bij het werken met een niet-lineair object is het af te raden om uit gewoonte kleine proefgewichten te gebruiken. Een te klein proefgewicht slaagt er vaak niet in om het systeem in een herhaalbaar gebied te brengen, waardoor de trillingsverandering vergelijkbaar wordt met instabiliteitsruis. Het proefgewicht moet groot genoeg zijn om een duidelijke en reproduceerbare verandering in de trillingsvector te veroorzaken, maar niet zo groot dat het object in een ander werkingsgebied terechtkomt.
Metingen moeten snel en onder identieke omstandigheden worden uitgevoerd. Hoe korter de tijd tussen de metingen, hoe groter de kans dat de dynamische parameters van het systeem ongewijzigd blijven. Het is raadzaam om meerdere controlemetingen uit te voeren zonder de configuratie te wijzigen, om te bevestigen dat het object zich consistent gedraagt.
Het is van groot belang om de bevestigingspunten en de oriëntatie van de trillingssensoren vast te leggen. Bij niet-lineaire objecten kan zelfs een kleine verplaatsing van de sensor merkbare veranderingen in fase en amplitude veroorzaken, die ten onrechte kunnen worden geïnterpreteerd als het effect van het proefgewicht.
Bij berekeningen moet niet zozeer gelet worden op exacte numerieke overeenstemming, maar op trends. Als de trillingen consistent afnemen bij opeenvolgende correcties, duidt dit erop dat het balanceren de goede kant op gaat, zelfs als de invloedscoëfficiënten formeel niet convergeren.
Het is niet aan te raden invloedscoëfficiënten voor niet-lineaire objecten op te slaan en opnieuw te gebruiken. Zelfs als een balanceringscyclus succesvol is, kan het object bij de volgende start in een ander regime terechtkomen en zijn de vorige coëfficiënten niet langer geldig.
Men moet bedenken dat het balanceren van een niet-lineair object vaak een compromis is. Het doel is niet om de laagst mogelijke trilling te bereiken, maar om de machine in een stabiele en reproduceerbare toestand te brengen met een aanvaardbaar trillingsniveau. In veel gevallen is dit een tijdelijke oplossing totdat lagers gerepareerd zijn, steunen hersteld zijn of de constructie aangepast is.
Het belangrijkste praktische principe is om het object eerst te stabiliseren, vervolgens in evenwicht te brengen en pas daarna het resultaat te evalueren. Als stabilisatie niet mogelijk is, moet het in evenwicht brengen worden beschouwd als een aanvullende maatregel en niet als een definitieve oplossing.
Techniek met verlaagd correctiegewicht
In de praktijk blijkt bij het balanceren van niet-lineaire objecten vaak een andere belangrijke techniek effectief. Als het instrument een correctiegewicht berekent met behulp van een standaardalgoritme, maakt het installeren van het volledige berekende gewicht de situatie vaak erger: de trillingen kunnen toenemen, de fase kan verschuiven en het object kan in een andere bedrijfsmodus terechtkomen.
In dergelijke gevallen werkt het goed om een gereduceerd correctiegewicht te gebruiken — twee of soms zelfs drie keer kleiner dan de waarde die door het instrument is berekend. Dit helpt voorkomen dat het systeem vanuit het voorwaardelijk lineaire gebied in een niet-lineair gebied terechtkomt. De correctie wordt in feite geleidelijk toegepast, met een kleine stap, zonder een abrupte verandering in de dynamische parameters van het object te veroorzaken.
Na het aanbrengen van het gereduceerde gewicht moet een controletest worden uitgevoerd en de trillingstrend worden geëvalueerd. Als de amplitude gestaag afneemt en de fase relatief stabiel blijft, kan de correctie worden herhaald met dezelfde aanpak, waarbij geleidelijk het minimaal haalbare trillingsniveau wordt benaderd. Deze stapsgewijze methode is vaak betrouwbaarder dan het in één keer aanbrengen van het volledige berekende correctiegewicht.
Deze techniek is met name effectief voor objecten met speling, droge wrijving en zachte/harde ondersteuningen, waarbij een volledige berekende correctie het systeem direct uit de voorwaardelijk lineaire zone duwt. Door gebruik te maken van gereduceerde correctiemassa's blijft het object in het meest stabiele werkingsgebied en is het mogelijk een praktisch resultaat te bereiken, zelfs wanneer balanceren formeel onmogelijk wordt geacht.
Het is belangrijk te begrijpen dat dit geen "instrumentfout" is, maar een gevolg van de natuurkunde van niet-lineaire systemen. Het instrument berekent correct voor een lineair model, terwijl de ingenieur het resultaat in de praktijk aanpast aan het werkelijke gedrag van het mechanische systeem.
Eindprincipe
Uiteindelijk draait succesvol balanceren niet alleen om het berekenen van een gewicht en een hoek. Het vereist inzicht in het dynamische gedrag van het object, de lineariteit, de trillingsstabiliteit en de afstand tot resonantieomstandigheden. De Balanset-1A biedt alle benodigde tools voor meting, analyse en berekening, maar het eindresultaat wordt altijd bepaald door de mechanische toestand van het systeem zelf. Dit is wat een formele benadering onderscheidt van de daadwerkelijke technische praktijk bij trillingsdiagnostiek en rotorbalancering.
Vragen en antwoorden
Dit is een teken van een niet-lineair object. Bij een lineair object is de trillingsamplitude evenredig met de mate van onbalans, en verandert de fase met dezelfde hoek als de hoekpositie van het gewicht. Wanneer aan deze voorwaarden niet wordt voldaan, is de invloedscoëfficiënt niet langer constant en begint het standaard balanceeralgoritme fouten te produceren. Typische oorzaken zijn lagerspeling, losgeraakte steunen, wrijving en werking nabij resonantie.
Een lineair object is een rotorsysteem waarbij, bij dezelfde rotatiesnelheid, de trillingsamplitude recht evenredig is met de grootte van de onbalans, en de trillingsfase strikt de hoekpositie van de onbalansmassa volgt. Voor dergelijke objecten is de invloedscoëfficiënt constant en onafhankelijk van de massa van het proefgewicht.
Een niet-lineair object is een systeem waarin de proportionaliteit tussen trilling en onbalans en/of de constantheid van de faseverhouding wordt geschonden. De trillingsamplitude en -fase beginnen af te hangen van de massa van het testgewicht. Dit wordt meestal geassocieerd met lagerspeling, slijtage, droge wrijving, zachte of harde steunpunten, of de aangrijping van stijvere structurele elementen.
Ja, maar het resultaat is instabiel en afhankelijk van de bedrijfsmodus. Balanceren is alleen mogelijk binnen een beperkt bereik waar het object zich voorwaardelijk lineair gedraagt. Buiten dit bereik veranderen de invloedscoëfficiënten en gaat de herhaalbaarheid van het resultaat verloren.
De invloedscoëfficiënt is een maat voor de trillingsgevoeligheid voor veranderingen in onbalans. Het geeft aan hoeveel de trillingsvector verandert wanneer een bekend proefgewicht in een bepaald vlak wordt geplaatst bij een bepaalde snelheid.
De invloedscoëfficiënt is instabiel als het object niet-lineair is, als de trilling in de loop van de tijd instabiel is, of als er sprake is van resonantie, thermische opwarming, loszittende bevestigingsmiddelen of veranderende wrijvingsomstandigheden. In dergelijke gevallen leiden herhaalde starts tot verschillende amplitude- en fasewaarden.
Opgeslagen invloedscoëfficiënten mogen alleen worden gebruikt voor identieke rotoren die met dezelfde snelheid werken, onder dezelfde installatieomstandigheden en met dezelfde ondersteuningsstijfheid. Het object moet lineair en trillingsstabiel zijn. Zelfs een kleine verandering in de omstandigheden maakt de oude coëfficiënten onbetrouwbaar.
Tijdens het opwarmen veranderen de lagerspeling, de stijfheid van de ondersteuning, de viscositeit van het smeermiddel en het wrijvingsniveau. Dit verandert de dynamische parameters van het systeem en daarmee ook de trillingsamplitude en -fase.
Trillingsinstabiliteit is een verandering in amplitude en/of fase in de tijd bij een constante rotatiesnelheid. Balanceren is gebaseerd op het vergelijken van trillingsvectoren; wanneer de trilling instabiel is, verliest de vergelijking betekenis en wordt de berekening onbetrouwbaar.
Bij gebruik nabij natuurlijke frequenties zijn er inherente structurele instabiliteit, langzame "sluipende" instabiliteit, variatie van begin tot eind, instabiliteit als gevolg van opwarming en resonantie-gerelateerde instabiliteit.
In het resonantiegebied veroorzaakt zelfs een kleine onbalans een scherpe toename van de trilling, en de fase wordt extreem gevoelig voor kleine veranderingen. Onder deze omstandigheden wordt het object niet-lineair en verliezen de balanceringsresultaten hun fysische betekenis.
Typische kenmerken zijn een scherpe toename van de trillingen bij kleine snelheidsveranderingen, een instabiele fase, brede pieken in het spectrum en een hoge gevoeligheid van de trillingen voor kleine toerentalvariaties. Een trillingsmaximum wordt vaak waargenomen tijdens het opstarten of afremmen.
Sterke trillingen kunnen worden veroorzaakt door resonantie, loszittende constructies, funderingsdefecten of problemen met de lagers. In dergelijke gevallen zal balanceren de oorzaak van de trillingen niet wegnemen.
De trillingsverplaatsing kenmerkt de amplitude van de beweging, de trillingssnelheid kenmerkt de snelheid van deze beweging en de trillingsversnelling kenmerkt de versnelling. Deze grootheden zijn aan elkaar gerelateerd, maar elk is beter geschikt voor het detecteren van bepaalde soorten defecten en frequentiebereiken.
De trillingssnelheid geeft het energieniveau van de trilling weer over een breed frequentiebereik en is handig voor het beoordelen van de algehele conditie van machines volgens ISO-normen.
Correcte omrekening is alleen mogelijk voor harmonische trillingen met één frequentie. Voor complexe trillingsspectra leveren dergelijke omrekeningen slechts benaderende resultaten op.
Mogelijke oorzaken zijn resonantie, funderingsdefecten, loszittende bevestigingsmiddelen, lagerslijtage, verkeerde uitlijning of niet-lineaire beweging van het object. Balanceren verhelpt alleen de onbalans, niet andere defecten.
Als er geen mechanische defecten worden geconstateerd en de trillingen na het balanceren niet afnemen, is het noodzakelijk om de trillingsverdeling over de machine en de fundering te analyseren. Typische tekenen hiervan zijn sterke trillingen van de behuizing en de fundering, en faseverschuivingen tussen meetpunten.
Een onjuiste installatie van de sensor verstoort de amplitude en fase, vermindert de herhaalbaarheid van de meting en kan leiden tot onjuiste diagnoseconclusies en foutieve balanceringsresultaten.
De trillingen zijn ongelijkmatig verdeeld over de structuur. Stijfheid, massa en trillingsvormen verschillen, waardoor amplitude en fase van punt tot punt aanzienlijk kunnen variëren.
In de regel niet. Slijtage en toegenomen speling maken het object niet-lineair. Balanceren wordt instabiel en levert geen resultaat op de lange termijn. Uitzonderingen zijn alleen mogelijk bij ontwerptoleranties en stabiele omstandigheden.
Bij het starten ontstaan hoge dynamische belastingen. Als de constructie los zit, veranderen de relatieve posities van de elementen na elke start, wat leidt tot veranderingen in de trillingsparameters.
Seriebalancering is mogelijk voor identieke rotors die onder identieke omstandigheden zijn geïnstalleerd, met behoud van trillingsstabiliteit en afwezigheid van resonantie. In dit geval kunnen invloedscoëfficiënten van de eerste rotor worden toegepast op de volgende rotors.
Dit is meestal te wijten aan veranderingen in de stijfheid van de ondersteuning, verschillen in de assemblage, veranderingen in de rotatiesnelheid of de overgang van het object naar een niet-lineair werkingsregime.
Het terugdringen van trillingen tot een stabiel niveau, met behoud van herhaalbaarheid van amplitude en fase van begin tot eind, en de afwezigheid van tekenen van resonantie of niet-lineariteit.
EN 
AR 
AZ 
BG 
ZH 
HR 
CS 
DA 
NL 
ET 
FI 
FR 
DE 
KA 
EL 
HE 
HI 
HU 
ID 
IT 
JA 
KO 
LV 
LT 
MS 
NB 
FA 
PL 
PT_BR 
PT 
RO 
SR 
SK 
SL 
ES 
SV 
TH 
TR 
UR 
UK 
VI 
0 reacties