Wyważanie wentylatorów wyciągowych w przemyśle: kompletny przewodnik od teorii do praktyki

Sekcja 1: Podstawowe zasady nierównowagi – zrozumienie „dlaczego”

Wyważanie mas wirujących jest jedną z kluczowych czynności w konserwacji i naprawie urządzeń przemysłowych, szczególnie istotną dla wyważanie spalin Zastosowania. Aby skutecznie i świadomie wyeliminować problemy związane z nadmiernymi wibracjami, niezbędne jest dogłębne zrozumienie procesów fizycznych leżących u podstaw braku równowagi, jej rodzajów, przyczyn i destrukcyjnych skutków.

1.1. Fizyka nierównowagi: nauka o wibracjach

W idealnym świecie obracający się element, taki jak wirnik wentylatora wyciągowego, byłby idealnie wyważony. Z mechanicznego punktu widzenia oznacza to, że jego główna centralna oś bezwładności pokrywa się całkowicie z geometryczną osią obrotu. Jednak w rzeczywistości, z powodu niedoskonałości produkcyjnych i czynników eksploatacyjnych, występuje stan zwany niewyważeniem, w którym środek masy wirnika jest przesunięty względem jego osi obrotu.

Gdy taki niewyważony wirnik zaczyna się obracać, to przesunięcie masy generuje siłę odśrodkową. Siła ta stale zmienia kierunek, działając prostopadle do osi obrotu i przenosząc się przez wał na podpory łożysk, a następnie na całą konstrukcję. Ta cykliczna siła jest główną przyczyną drgań.

Gdzie F to siła odśrodkowa, m to wartość masy niezrównoważonej, ω to prędkość kątowa, a r to odległość od osi obrotu do masy niezrównoważonej (mimośrodkowość).

Kluczowym aspektem tej zależności jest to, że siła bezwładności rośnie proporcjonalnie do kwadratu prędkości obrotowej (ω²). Ma to ogromne znaczenie praktyczne dla wyważanie spalin Procedury. Na przykład, podwojenie prędkości wentylatora wyciągowego zwiększy siłę drgań czterokrotnie. Ten nieliniowy wzrost wyjaśnia, dlaczego wentylator wyciągowy, który działa akceptowalnie przy niskich prędkościach, może wykazywać katastrofalne poziomy drgań po osiągnięciu prędkości nominalnej lub zwiększonej, na przykład w przypadku sterowania za pomocą przetwornic częstotliwości.

1.2. Klasyfikacja nierównowagi: trzy rodzaje problemów

Niewyważenie wirnika, zależne od wzajemnego ułożenia osi bezwładności i osi obrotu, dzieli się na trzy główne typy:

Nierównowaga statyczna (siła/nierównowaga statyczna)

Definicja: Występuje, gdy oś bezwładności jest przesunięta równolegle do osi obrotu. Można to zwizualizować jako obecność jednego „punktu ciężkości” na wirniku.

Diagnoza: Ten rodzaj nierównowagi jest wyjątkowy, ponieważ ujawnia się nawet w stanie spoczynku. Jeśli taki wirnik zostanie umieszczony na poziomych podporach o niskim tarciu (zwanych „ostrzami noża”), zawsze będzie się obracał pod wpływem grawitacji i zatrzymywał się z punktem ciężkości skierowanym w dół.

Korekta: Można to stosunkowo łatwo wyeliminować poprzez dodanie (lub usunięcie) masy korekcyjnej w jednej płaszczyźnie, 180 stopni naprzeciwko zidentyfikowanego punktu ciężkości. Niewyważenie statyczne jest charakterystyczne dla wąskich, tarczowych wirników o niskim stosunku długości do średnicy (L/D) (np. poniżej 0,5).

Nierównowaga pary

Definicja: Występuje, gdy oś bezwładności przecina oś obrotu w środku masy wirnika. Fizycznie jest to równoważne z dwiema równymi, niezrównoważonymi masami rozmieszczonymi w dwóch różnych płaszczyznach wzdłuż wirnika i ustawionymi względem siebie pod kątem 180 stopni.

Diagnoza: W pozycji statycznej taki wirnik jest wyważony i nie będzie miał tendencji do zajmowania żadnego konkretnego położenia. Jednak podczas obrotu ta para mas wytwarza moment „kołyszący” lub „drgający”, który ma tendencję do obracania wirnika prostopadle do osi obrotu, powodując silne drgania w podporach.

Korekta: Aby skompensować ten moment, konieczna jest korekta w co najmniej dwóch płaszczyznach.

Brak równowagi dynamicznej

       

Definicja: Jest to najogólniejszy i najczęściej spotykany przypadek w praktyce, w którym oś bezwładności nie jest równoległa ani przecina się z osią obrotu, lecz jest z nią skośna w przestrzeni. Nierównowaga dynamiczna jest zawsze kombinacją nierównowagi statycznej i sprzężonej.

Diagnoza: Pojawia się wyłącznie podczas obrotu wirnika.

Korekta: Zawsze wymaga wyważenia w co najmniej dwóch płaszczyznach korekcji, aby jednocześnie skompensować składowe siły i momentu.

1.3. Przyczyny problemów: Skąd bierze się brak równowagi?

Przyczyny braku równowagi można podzielić na dwie duże grupy, szczególnie istotne dla wyważanie spalin aplikacje:

Czynniki operacyjne (najczęściej występujące):

• Akumulacja materiału: Najczęstszą przyczyną pracy wentylatorów wyciągowych w zanieczyszczonym środowisku jest nierównomierne gromadzenie się kurzu, brudu, farby, produktów procesowych lub wilgoci na łopatkach wirnika, co powoduje zmianę rozkładu masy.
• Zużycie i korozja: Nierównomierne zużycie ścierne ostrzy, erozja kropelkowa spowodowana wnikaniem cieczy lub korozja chemiczna powodują utratę masy w niektórych obszarach i w konsekwencji zaburzenie równowagi.
• Deformacja termiczna: Nierównomierne nagrzewanie lub chłodzenie wirnika, zwłaszcza podczas dłuższych przestojów rozgrzanego sprzętu, może prowadzić do czasowego lub trwałego wygięcia wału lub wirnika.
• Utrata ciężarków wyważających: Wcześniej zamontowane ciężarki korekcyjne mogą odpaść wskutek wibracji, korozji lub uderzeń mechanicznych.

Wady produkcyjne i montażowe:

• Wady produkcyjne: Nierównomierność materiału (np. porowatość odlewu), niedokładności obróbki lub słaba jakość montażu łopatek wirnika.
• Błędy montażu i instalacji: Nieprawidłowe osadzenie wirnika na wale, niewspółosiowość, poluzowanie mocowania piasty, niewspółosiowość wałów silnika i wentylatora.
• Problemy z powiązanymi komponentami: Zastosowanie niestandardowych lub zużytych pasów napędowych, wady łożysk, poluzowanie mocowania urządzenia do fundamentu (stan znany jako „miękka stopa”).

1.4 Konsekwencje braku równowagi: reakcja łańcuchowa zniszczenia

Ignorowanie problemów z brakiem równowagi prowadzi do reakcji łańcuchowej niszczących skutków, które wpływają zarówno na elementy mechaniczne urządzeń, jak i na wydajność ekonomiczną, co jest szczególnie istotne w przypadku układów wydechowych:

Konsekwencje mechaniczne:

• Wibracje i hałas: Najbardziej oczywistym skutkiem jest gwałtowny wzrost wibracji i hałasu, który pogarsza warunki pracy i stanowi pierwszy sygnał awarii.
• Przyspieszone zużycie łożysk: Najczęstsza, najdroższa i najniebezpieczniejsza konsekwencja. Cykliczne obciążenia odśrodkowe powodują przyspieszone zmęczenie i zniszczenie elementów tocznych oraz bieżni, skracając żywotność łożysk dziesiątki razy.
• Zniszczenie zmęczeniowe: Długotrwałe narażenie na wibracje powoduje akumulację zmęczenia metalu, co może powodować zniszczenie wałów, konstrukcji wsporczych, spoin, a nawet pęknięcie śrub kotwiących mocujących jednostkę do fundamentu.
• Uszkodzenia sąsiednich elementów: Wibracje niszczą również połączenia sprzęgłowe, napędy pasowe i uszczelnienia wału.

Konsekwencje ekonomiczne i operacyjne:

• Zwiększone zużycie energii: Znaczna część energii silnika jest zużywana nie na przemieszczanie powietrza, lecz na wytwarzanie wibracji, co prowadzi do bezpośrednich strat finansowych.
• Obniżona wydajność: Wibracje mogą zaburzyć właściwości aerodynamiczne wirnika, co prowadzi do zmniejszenia przepływu powietrza i ciśnienia wytwarzanego przez wentylator wyciągowy.
• Przerwa awaryjna: Ostatecznie brak równowagi prowadzi do awaryjnego wyłączenia urządzeń, co skutkuje kosztownymi naprawami i stratami wynikającymi z przestoju linii produkcyjnej.
• Zagrożenia bezpieczeństwa: W przypadkach krytycznych może dojść do zniszczenia wirnika przy dużych prędkościach, co stwarza bezpośrednie zagrożenie dla życia i zdrowia ludzi.

Sekcja 2: Diagnostyka wibracyjna – sztuka precyzyjnej diagnostyki

Prawidłowa diagnoza jest podstawą udanego wyważania. Przed przystąpieniem do korekcji masy należy z dużą dozą pewności stwierdzić, że niewyważenie jest rzeczywiście główną przyczyną nadmiernych drgań. Niniejsza sekcja poświęcona jest metodom instrumentalnym, które pozwalają nie tylko wykryć problem, ale także precyzyjnie określić jego naturę.

2.1. Dlaczego wibracje nie zawsze oznaczają brak równowagi: diagnostyka różnicowa

Kluczowa zasada, którą musi zrozumieć każdy specjalista ds. konserwacji: nadmierne wibracje to objaw, a nie diagnoza. Chociaż niewyważenie jest jedną z najczęstszych przyczyn wibracji wentylatora wyciągowego, kilka innych usterek może powodować podobne wzorce, które należy wykluczyć przed rozpoczęciem prac. wyważanie spalin praca.

Główne wady „maskujące” brak równowagi:

• Niewspółosiowość: Niewspółosiowość wału między silnikiem a wentylatorem. W widmie drgań, charakteryzującym się znaczącym pikiem przy podwójnej częstotliwości pracy (2x), szczególnie w kierunku osiowym.
• Luz mechaniczny: Luzowanie śrub podtrzymujących łożyska, pęknięcia w ramie fundamentu. Objawia się serią harmonicznych częstotliwości (1x, 2x, 3x itd.), a w ciężkich przypadkach subharmonicznymi (0,5x, 1,5x).
• Wady łożysk tocznych: Łuszczenie, pęknięcia na bieżniach lub elementach tocznych. Generują drgania przy charakterystycznych, wysokoczęstotliwościowych, niesynchronicznych (niebędących wielokrotnością częstotliwości obrotów) składowych obliczonych na podstawie geometrii łożyska.
• Wygięty wał: Tworzy drgania zarówno przy częstotliwościach roboczych (1x), jak i podwójnych częstotliwościach roboczych (2x), co znacznie utrudnia diagnostykę i wymaga obowiązkowej analizy fazowej w celu odróżnienia braku równowagi i braku współosiowości.
• Rezonans: Ostre, wielokrotne wzmocnienie drgań, gdy częstotliwość obrotów roboczych pokrywa się z jedną z naturalnych częstotliwości konstrukcji. Tego niezwykle niebezpiecznego stanu nie da się wyeliminować poprzez wyważenie.

2.2. Zestaw narzędzi specjalisty: Oczy i uszy inżyniera

Precyzyjna diagnostyka drgań i późniejsza wyważanie spalin wymaga specjalistycznego sprzętu:

• Czujniki wibracji (akcelerometry): Podstawowe metody gromadzenia danych. Aby uzyskać pełny, trójwymiarowy obraz drgań maszyny, czujniki są instalowane na obudowach łożysk w trzech wzajemnie prostopadłych kierunkach: poziomym, pionowym i osiowym.
• Przenośne analizatory/wyważarki drgań: Nowoczesne instrumenty takie jak Balanset-1A Łączą funkcje wibrometru (pomiaru ogólnego poziomu drgań), analizatora widma z szybką transformatą Fouriera (FFT), fazomierza i kalkulatora wyważania. Umożliwiają one pełną diagnostykę i wyważanie bezpośrednio w miejscu eksploatacji urządzenia.
• Obrotomierz (optyczny lub laserowy): Integralna część każdego zestawu wyważającego. Niezbędna do precyzyjnego pomiaru prędkości obrotowej i synchronizacji pomiaru fazy. W celu uruchomienia, na wał lub inną obracającą się część nakłada się niewielki kawałek taśmy odblaskowej.
• Oprogramowanie: Specjalistyczne oprogramowanie umożliwia prowadzenie baz danych urządzeń, analizę trendów drgań na przestrzeni czasu, przeprowadzanie szczegółowej diagnostyki widma i automatyczne generowanie raportów z pracy.

2.3. Odczyt widm drgań (analiza FFT): deszyfrowanie sygnałów maszynowych

Sygnał drgań mierzony przez akcelerometr charakteryzuje się złożoną zależnością amplitudy od czasu. Z punktu widzenia diagnostyki taki sygnał jest mało informatywny. Kluczową metodą analizy jest szybka transformata Fouriera (FFT), która matematycznie rozkłada złożony sygnał czasowy na widmo częstotliwościowe. Widmo precyzyjnie pokazuje, które częstotliwości zawierają energię drgań, umożliwiając identyfikację tych źródeł drgań.

Kluczowym wskaźnikiem niewyważenia w widmie drgań jest obecność dominującego piku o częstotliwości dokładnie równej częstotliwości obrotów wirnika. Częstotliwość ta jest oznaczana jako 1x. Amplituda (wysokość) tego piku jest wprost proporcjonalna do wielkości niewyważenia.

2.4. Kluczowa rola analizy fazowej: potwierdzanie diagnozy

Analiza fazowa jest potężnym narzędziem pozwalającym na ostateczne potwierdzenie diagnozy „nierównowagi” i odróżnienie jej od innych defektów, które również ujawniają się przy częstotliwości pracy 1x.

Faza to w zasadzie zależność czasowa między dwoma sygnałami drgań o identycznej częstotliwości, mierzona w stopniach. Pokazuje ona, jak różne punkty maszyny poruszają się względem siebie i względem znaku odblaskowego na wale.

Określanie rodzaju nierównowagi według fazy:

• Nierównowaga statyczna: Obie podpory łożyskowe poruszają się synchronicznie, „w fazie”. W związku z tym różnica kątów fazowych mierzona w dwóch podporach w tym samym kierunku promieniowym będzie bliska 0° (±30°).
• Para lub dynamiczna nierównowaga: Podpory wykonują ruch oscylacyjny „w przeciwfazie”. W związku z tym różnica faz między nimi będzie wynosić blisko 180° (±30°).

Urządzenia

Przenośna wyważarka i analizator drgań Balanset-1A

€1,751.00

Części

Czujnik wibracji

€90.00

Części

Czujnik optyczny (tachometr laserowy)

€124.00

Urządzenia

Balanset-4

€6,803.00

Części

Stojak magnetyczny Insize-60-kgf

€46.00

Części

Taśma odblaskowa

€10.00

Urządzenia

Balanser dynamiczny "Balanset-1A" OEM

€1,561.00

Sekcja 3: Praktyczny przewodnik po równoważeniu – metody krok po kroku i profesjonalne wskazówki

W tej sekcji przedstawiono szczegółowe wskazówki krok po kroku dotyczące wykonywania wyważanie spalin prace od czynności przygotowawczych po specjalistyczne techniki dla różnych typów wentylatorów wyciągowych.

3.1. Etap przygotowawczy – 50% sukcesu

Kluczem do sukcesu i bezpieczeństwa jest jakość przygotowania wyważanie spalinZaniedbanie tego etapu często prowadzi do błędnych wyników i straty czasu.

Bezpieczeństwo przede wszystkim:

Przed rozpoczęciem jakichkolwiek prac sprzęt musi zostać całkowicie odłączony od zasilania. Aby zapobiec przypadkowemu uruchomieniu, stosuje się standardowe procedury blokady/oznakowania (LOTO). Należy sprawdzić brak napięcia na zaciskach silnika.

Czyszczenie i kontrola wizualna:

To nie jest operacja wstępna, lecz podstawowa. Wirnik należy dokładnie oczyścić z wszelkich zanieczyszczeń – brudu, kurzu, produktu. W wielu przypadkach samo dokładne czyszczenie całkowicie eliminuje lub znacznie zmniejsza niewyważenie, co sprawia, że dalsze wyważanie jest zbędne. Po czyszczeniu przeprowadza się dokładną kontrolę wzrokową łopatek, tarcz i spawów pod kątem pęknięć, wgnieceń, odkształceń i śladów zużycia.

Kontrola mechaniczna („Hierarchia interwencji”):

Przed przystąpieniem do korygowania rozkładu masy należy sprawdzić mechaniczną solidność całego zespołu:

• Dokręcanie połączeń śrubowych: Sprawdź i w razie potrzeby dokręć śruby mocujące wirnik do piasty, piastę do wału, obudowy łożysk do ramy oraz śruby kotwiące ramy do fundamentu.
• Kontrola geometrii: Za pomocą czujników zegarowych sprawdź bicie promieniowe i osiowe wału i wirnika. Sprawdź również wizualnie lub za pomocą szablonów i narzędzi pomiarowych ustawienie łopatek i równomierność ich kąta natarcia.

3.2. Wyważanie statyczne: proste metody dla prostych przypadków

Wyważanie statyczne stosuje się w przypadku wąskich wirników w kształcie dysku (np. wirników o małym stosunku L/D), gdy wyważanie dynamiczne jest technicznie niemożliwe lub ekonomicznie niepraktyczne.

Metoda ostrza noża:

Klasyczna i bardzo precyzyjna metoda. Wirnik (wyjęty z urządzenia) umieszczany jest na dwóch idealnie poziomych, równoległych i gładkich pryzmatach lub podporach o niskim współczynniku tarcia. Pod wpływem grawitacji „punkt ciężkości” wirnika zawsze będzie znajdował się w dolnej pozycji. Ciężarek korekcyjny jest instalowany dokładnie naprzeciwko (pod kątem 180°) tego punktu. Proces powtarza się, aż wirnik pozostanie w równowadze neutralnej w dowolnym położeniu.

Metoda swobodnego obrotu („pion”):

Uproszczona metoda stosowana w przypadku wentylatorów z łopatkami osadzonymi bezpośrednio na miejscu. Po zdjęciu pasków napędowych (jeśli występują), wirnik powoli obraca się i zwalnia. Najcięższa łopatka opadnie w dół. Korektę wprowadza się poprzez dodanie niewielkich ciężarków (np. za pomocą taśmy klejącej lub magnesów) do najlżejszych łopatek, aż wirnik przestanie szukać określonej pozycji.

3.3. Dynamiczne równoważenie pola: profesjonalne podejście

Jest to podstawowa metoda stosowana w przemyśle wyważanie spalin, wykonywane przy użyciu specjalistycznych instrumentów, takich jak Balanset-1A Bez demontażu sprzętu. Proces składa się z kilku obowiązkowych kroków.

Krok 1: Pomiar początkowy (uruchomienie początkowe)

• Czujniki drgań zamontowano na obudowach łożysk, a na wałku tachometru zastosowano taśmę odblaskową.
• Uruchomiony zostaje wentylator wyciągowy i ustawiony na nominalną prędkość roboczą.
• Za pomocą analizatora drgań rejestrowane są dane początkowe: amplituda (zwykle w mm/s) i kąt fazowy (w stopniach) drgań przy częstotliwości roboczej 1x. Dane te reprezentują początkowy wektor nierównowagi.

Krok 2: Próbny bieg z ciężarem

Logika: Aby przyrząd dokładnie obliczył sposób korygowania niewyważenia, konieczne jest wprowadzenie znanej zmiany do systemu i obserwacja jej reakcji. Właśnie w tym celu przeprowadza się instalację próbnego ciężarka.

• Wybór masy i lokalizacji: Ciężarek próbny dobiera się tak, aby powodował zauważalną, ale bezpieczną zmianę wektora drgań (np. zmianę amplitudy o 20–30° i/lub przesunięcie fazy o 20–30°). Ciężarek jest tymczasowo mocowany w wybranej płaszczyźnie korekcji w znanym położeniu kątowym.
• Pomiar: Powtórz rozruch i wykonaj pomiary, rejestrując nowe wartości amplitudy i fazy.

Krok 3: Obliczanie i montaż wagi korekcyjnej

Nowoczesne instrumenty równoważące, takie jak Balanset-1A Automatycznie wykonuje odejmowanie wektora drgań początkowych od wektora uzyskanego za pomocą obciążnika próbnego. Na podstawie tej różnicy (wektora wpływu) przyrząd oblicza dokładną masę i kąt, pod którym należy zamontować stały obciążnik korekcyjny w celu skompensowania początkowej niewyważenia.

Korektę można przeprowadzić poprzez dodanie masy (spawanie blach, montaż śrub z nakrętkami) lub jej usunięcie (wiercenie otworów, szlifowanie). Dodanie masy jest preferowane, ponieważ jest procesem odwracalnym i bardziej kontrolowanym.

Krok 4: Weryfikacja i wyważanie przycinania

• Po zainstalowaniu stałego ciężarka korekcyjnego (i usunięciu ciężarka próbnego) przeprowadzana jest weryfikacja w celu oceny wyników.
• Jeśli poziom drgań spadł, ale nadal przekracza dopuszczalne normy, przeprowadzane jest wyważanie. Procedura jest powtarzana, ale wyniki przebiegu weryfikacyjnego są teraz wykorzystywane jako dane początkowe. Pozwala to na iteracyjne, krok po kroku podejście do wymaganej jakości wyważenia.

3.4. Wyważanie jedno- czy dwupłaszczyznowe? Praktyczne kryteria wyboru

Wybór pomiędzy wyważaniem jedno- i dwupłaszczyznowym jest kluczową decyzją wpływającą na powodzenie całej procedury, szczególnie ważną w przypadku wyważanie spalin aplikacje.

Główne kryterium: stosunek długości wirnika (L) do średnicy (D).

• Jeśli L/D < 0,5 i prędkość obrotowa mniejsza niż 1000 obr./min, zwykle dominuje niewyważenie statyczne i wystarczające jest wyważenie w jednej płaszczyźnie.
• Jeżeli L/D > 0,5 lub prędkość obrotowa jest wysoka (>1000 obr./min), nierównowaga pary zaczyna odgrywać znaczącą rolę, a jej wyeliminowanie wymaga wyważenia w dwóch płaszczyznach.

3.5. Specyfika wyważania wentylatora nawisowego

Wentylatory wyciągowe typu wiszącego, w których koło robocze (wirnik) znajduje się poza podporami łożyskowymi, charakteryzują się szczególną trudnością w zakresie wyważania.

Problem: Takie układy są z natury niestabilne dynamicznie i niezwykle wrażliwe na brak równowagi, zwłaszcza w przypadku par. Często objawia się to nienormalnie wysokimi drganiami osiowymi.

Powikłania: Zastosowanie standardowych metod dwupłaszczyznowych do wirników zwieszonych często prowadzi do niezadowalających rezultatów lub wymaga montażu niewystarczająco dużych obciążników korekcyjnych. Reakcja systemu na obciążenie próbne może być nieintuicyjna: na przykład, montaż obciążnika na wirniku może spowodować większą zmianę drgań na dalszym podparciu (przy silniku) niż na bliższym.

Zalecenia: Wyważanie wentylatora wyciągowego wymaga większego doświadczenia specjalistycznego i zrozumienia dynamiki. Często konieczne jest użycie specjalistycznych modułów oprogramowania w analizatorach drgań, które wykorzystują metodę separacji siły statycznej/siły sprzężenia w celu dokładniejszego obliczenia masy korekcyjnej.

Sekcja 4: Złożone przypadki i techniki zawodowe

Nawet przy ścisłym przestrzeganiu procedur, specjaliści mogą napotkać sytuacje, w których standardowe podejście nie przynosi rezultatów. Takie przypadki wymagają głębszej analizy i zastosowania niestandardowych technik.

4.1. Typowe błędy i jak ich unikać

Błąd 1: Błędna diagnoza

Najczęstszy i najkosztowniejszy błąd - próba zrównoważenia drgań wywołanych przez niewspółosiowość, luzy mechaniczne lub rezonans.

Rozwiązanie: Zawsze zaczynaj od pełnej analizy drgań (analizy widma i fazy). Jeśli widmo nie wykazuje wyraźnej dominacji piku 1x, ale występują znaczące piki w innych częstotliwościach, równoważenie nie może się rozpocząć do czasu wyeliminowania głównej przyczyny.

Błąd 2: Ignorowanie etapu przygotowawczego

Pominięcie etapów czyszczenia wirnika i kontroli dokręcenia połączeń śrubowych.

Rozwiązanie: Należy ściśle przestrzegać „hierarchii interwencji” opisanej w sekcji 3.1. Czyszczenie i dokręcanie nie są opcjami, lecz obowiązkowymi pierwszymi krokami.

Błąd 3: Usunięcie wszystkich starych ciężarków wyważających

Działanie to niszczy poprzednie (być może fabryczne) wyniki wyważenia i często znacznie komplikuje pracę, gdyż początkowe niewyważenie może okazać się bardzo duże.

Rozwiązanie: Nigdy nie usuwaj wszystkich obciążników bez uzasadnionego powodu. Jeśli wirnik zgromadził wiele małych obciążników z poprzednich wyważeń, można je usunąć, ale następnie połączyć ich sumę wektorową w jeden równoważny obciążnik i zamontować go na miejscu.

Błąd 4: Brak sprawdzenia powtarzalności danych

Rozpoczęcie równoważenia przy niestabilnych początkowych odczytach amplitudy i fazy.

Rozwiązanie: Przed montażem ciężarka próbnego należy wykonać 2-3 rozruchy kontrolne. Jeśli amplituda lub faza „płynie” od startu do startu, wskazuje to na występowanie bardziej złożonego problemu (rezonans, wygięcie termiczne, niestabilność aerodynamiczna). Wyważanie w takich warunkach nie da stabilnego wyniku.

4.2. Wyważanie w pobliżu rezonansu: gdy faza leży

Problem: Gdy prędkość robocza wentylatora wyciągowego jest bardzo bliska jednej z częstotliwości drgań własnych układu (rezonansu), kąt fazowy staje się niezwykle niestabilny i bardzo wrażliwy na najmniejsze wahania prędkości. To sprawia, że standardowe obliczenia wektorowe oparte na pomiarze fazy są niedokładne lub całkowicie niemożliwe.

Rozwiązanie: metoda czterech przebiegów

Istota: Ta unikalna metoda wyważania nie wykorzystuje pomiarów fazowych. Obliczanie masy korekcyjnej odbywa się wyłącznie na podstawie zmian amplitudy drgań.

Proces: Metoda wymaga czterech kolejnych przebiegów:

1. Pomiar początkowej amplitudy drgań
2. Pomiar amplitudy z ciężarkiem próbnym zainstalowanym w pozycji warunkowej 0°
3. Pomiar amplitudy przy tym samym ciężarze przesuniętym o 120°
4. Pomiar amplitudy przy tym samym ciężarze przesuniętym o 240°

Na podstawie uzyskanych czterech wartości amplitudy konstruowane jest rozwiązanie graficzne (metoda przecięcia okręgów) lub wykonywane są obliczenia matematyczne pozwalające na wyznaczenie niezbędnej masy i kąta montażu ciężarka korekcyjnego.

4.3. Gdy problemem nie jest równowaga: siły strukturalne i aerodynamiczne

Problemy strukturalne:

Słabe lub popękane fundamenty, poluzowane podpory mogą wpadać w rezonans z częstotliwością pracy wentylatora wyciągowego, wielokrotnie zwiększając natężenie drgań.

Diagnoza: Aby określić strukturalne częstotliwości drgań własnych w stanie wyłączonym, stosuje się test udarowy (bump test). Przeprowadza się go za pomocą specjalnego młotka modalnego i akcelerometru. Jeśli jedna ze znalezionych częstotliwości drgań własnych jest zbliżona do roboczej częstotliwości obrotowej, problem rzeczywiście występuje w przypadku rezonansu.

Siły aerodynamiczne:

Turbulencje przepływu powietrza na wlocie (spowodowane przeszkodami lub nadmiernie zamkniętą przepustnicą, tzw. „głodowanie wentylatora”) lub na wylocie mogą powodować drgania o niskiej częstotliwości, często niestabilne, niezwiązane z nierównowagą masy.

Diagnoza: Przeprowadza się test ze zmianą obciążenia aerodynamicznego przy stałej prędkości obrotowej (np. poprzez stopniowe otwieranie/zamykanie amortyzatora). Jeśli poziom drgań ulega znacznej zmianie, prawdopodobnie ma on charakter aerodynamiczny.

4.4. Analiza rzeczywistych przykładów (studia przypadków)

Przykład 1 (rezonans):

W jednym udokumentowanym przypadku, wyważenie wentylatora nawiewnego metodą standardową nie przyniosło rezultatów z powodu skrajnie niestabilnych odczytów fazy. Analiza wykazała, że prędkość robocza (29 Hz) była bardzo zbliżona do częstotliwości drgań własnych wirnika (28 Hz). Zastosowanie metody czterech przebiegów, niezależnej od fazy, pozwoliło na skuteczną redukcję drgań do akceptowalnego poziomu, zapewniając rozwiązanie tymczasowe do czasu wymiany wentylatora na bardziej niezawodny.

Przykład 2 (wiele wad):

Analiza drgań wentylatorów wyciągowych w cukrowni ujawniła złożone problemy. Jedno widmo wentylatora wskazywało na niewspółosiowość kątową (wysokie piki 1x i 2x w kierunku osiowym), podczas gdy inne wskazywało na luzy mechaniczne (harmoniczne jednorodne 1x, 2x, 3x). Dowodzi to wagi sekwencyjnej eliminacji usterek: najpierw wykonywano osiowanie i dokręcanie śrub, a dopiero potem, w razie potrzeby, przeprowadzano wyważanie.

Rozdział 5: Normy, tolerancje i konserwacja zapobiegawcza

Końcowym etapem wszelkich prac technicznych jest ocena ich jakości zgodnie z wymogami regulacyjnymi i opracowanie strategii mającej na celu utrzymanie sprzętu w dobrym stanie długoterminowym.

5.1. Przegląd kluczowych standardów (ISO)

Do oceny jakości wyważenia i stanu drgań wentylatorów wyciągowych stosuje się szereg norm międzynarodowych.

ISO 14694:2003:

Główna norma dla wentylatorów przemysłowych. Określa wymagania dotyczące jakości wyważenia i maksymalnego dopuszczalnego poziomu drgań w zależności od kategorii zastosowania wentylatora (BV-1, BV-2, BV-3 itd.), mocy i rodzaju instalacji.

ISO 1940-1:2003:

Niniejsza norma definiuje klasy jakości wyważenia (G) dla wirników sztywnych. Klasa jakości charakteryzuje dopuszczalne niewyważenie resztkowe. Dla większości przemysłowych wentylatorów wyciągowych obowiązują następujące klasy:

• G6.3: Standardowa jakość przemysłowa, odpowiednia do większości ogólnych zastosowań przemysłowych.
• G2.5: Wyższa jakość, wymagana w przypadku wentylatorów wyciągowych o dużej prędkości lub wentylatorów o szczególnie krytycznym znaczeniu, w których wymagania dotyczące drgań są bardziej rygorystyczne.

ISO 10816-3:2009:

Norma reguluje ocenę stanu drgań maszyn przemysłowych na podstawie pomiarów części nieobrotowych (np. obudów łożysk). Norma wprowadza cztery strefy stanu:

• Strefa A: „Dobry” (nowy sprzęt)
• Strefa B: „Zadowalający” (dozwolone nieograniczone działanie)
• Strefa C: „Dopuszczalne przez ograniczony czas” (wymagane zidentyfikowanie i wyeliminowanie przyczyny)
• Strefa D: „Niedopuszczalne” (wibracje mogą spowodować uszkodzenia)

ISO 14695:2003:

W niniejszej normie ustalono ujednolicone metody i warunki pomiaru drgań wentylatorów przemysłowych, niezbędne do zapewnienia porównywalności i powtarzalności wyników uzyskanych w różnym czasie i na różnym sprzęcie.

5.2. Strategia długoterminowa: integracja z programem konserwacji predykcyjnej

Wyważanie układu wydechowego Nie powinno być traktowane jako jednorazowa naprawa. Jest to integralna część nowoczesnej strategii konserwacji predykcyjnej.

Wdrożenie regularnego monitoringu drgań (np. poprzez zbieranie danych o przebiegu trasy za pomocą przenośnych analizatorów) umożliwia śledzenie stanu sprzętu w czasie. Analiza trendów, a w szczególności stopniowy wzrost amplitudy drgań przy częstotliwości 1x, jest wiarygodnym wskaźnikiem narastającej nierównowagi.

Podejście to pozwala na:

• Zaplanuj wyważanie z wyprzedzeniem, zanim poziom drgań osiągnie wartości krytyczne ustalone w normie ISO 10816-3.
• Zapobieganie wtórnym uszkodzeniom łożysk, sprzęgieł i konstrukcji wsporczych, które nieuchronnie występują podczas długotrwałej pracy w warunkach nadmiernych wibracji.
• Eliminacja nieplanowanych przestojów awaryjnych poprzez przekształcenie prac naprawczych w działania zapobiegawcze.

Stworzenie elektronicznej bazy danych o stanie drgań kluczowych urządzeń i regularna analiza trendów stanowią podstawę podejmowania technicznie uzasadnionych i ekonomicznie efektywnych decyzji dotyczących konserwacji, co ostatecznie zwiększa niezawodność i ogólną wydajność produkcji.