Zrozumienie niewyważenia (nierównowagi) w maszynach wirujących

Definicja: Czym jest niewyważenie?

Brak równowagi (często używane zamiennie z niewyważeniem) to stan wirnika, w którym środek masy (lub środek ciężkości) nie pokrywa się ze środkiem obrotu. To przesunięcie, znane jako ekscentrycznośćOznacza to, że masa nie jest równomiernie rozłożona wokół osi obrotu. Podczas obrotu wirnika ten nierównomierny rozkład masy tworzy wypadkową siłę odśrodkową, która odciąga wirnik od środka, powodując drgania całej maszyny. Niewyważenie jest najczęstszym źródłem drgań w maszynach obrotowych.

Klasyczny znak braku równowagi

Brak równowagi charakteryzuje się bardzo wyraźną i rozpoznawalną sygnaturą wibracji, dzięki czemu można go stosunkowo łatwo zdiagnozować:

• Częstotliwość: Wibracje występują dokładnie w 1x prędkość obrotowa wirnika. Jeśli maszyna przyspiesza lub zwalnia, częstotliwość drgań będzie się do tego idealnie dostosowywać.
• Kierunek: Wibracje występują głównie w promieniowy kierunku (poziomym i pionowym). Zwykle występują bardzo niewielkie drgania osiowe (naporowe).
• Amplituda: Amplituda drgań jest proporcjonalna do kwadratu prędkości obrotowej. Podwojenie prędkości spowoduje czterokrotny wzrost siły niewyważenia (i wynikających z niej drgań).
• Faza: Pomiar fazy w celu wykrycia braku równowagi jest zazwyczaj stabilny i powtarzalny.

Rodzaje niewyważenia

Nierównowagę można podzielić na trzy główne typy:

1. Niewyważenie statyczne

Znany również jako „nierównowaga sił”, jest to najprostszy typ. Występuje, gdy masa jest nierównomiernie rozłożona w jednej płaszczyźnie, niczym pojedynczy punkt ciężkości na cienkim dysku. Nazywa się go „statycznym”, ponieważ można go wykryć, gdy wirnik jest w spoczynku; umieszczony na beztarciowych ostrzach noża, wirnik będzie się obracał, aż punkt ciężkości znajdzie się na dole. Można to skorygować za pomocą pojedynczego ciężarka umieszczonego 180° naprzeciwko punktu ciężkości.

2. Brak równowagi pary

Dzieje się tak, gdy na przeciwległych końcach wirnika znajdują się dwa jednakowe punkty ciężkości, oddalone od siebie o 180°. Powoduje to powstanie „pary” lub ruchu kołysania, który próbuje obrócić wirnik do góry nogami. Wirnik z czystym niewyważeniem pary jest wyważony statycznie (nie będzie się toczył po krawędziach), ale będzie silnie wibrował podczas obrotu. Wymaga to dwóch ciężarków korekcyjnych w dwóch oddzielnych płaszczyznach, aby przeciwdziałać ruchowi kołysania.

3. Nierównowaga dynamiczna

Jest to najczęstszy problem występujący w rzeczywistych maszynach. Jest to połączenie niewyważenia statycznego i sprzężenia zwrotnego. Korekcja niewyważenia dynamicznego wymaga wprowadzenia korekt masy w co najmniej dwóch różnych płaszczyznach wzdłuż wirnika, w procesie znanym jako równoważenie dynamiczne.

Najczęstsze przyczyny braku równowagi

Brak równowagi może występować od momentu produkcji lub rozwinąć się w trakcie eksploatacji. Najczęstsze przyczyny to:

• Niedoskonałości produkcyjne: Porowatość odlewów, nierównomierna gęstość materiału i tolerancje obróbki.
• Błędy montażu: Nieprawidłowo zamontowane komponenty, nierównomiernie dokręcone śruby lub źle ustawione klucze.
• Zużycie: Nierównomierna erozja, korozja lub zużycie łopatek wentylatora lub wirników pomp.
• Nagromadzenie materiału: Gromadzenie się brudu, kurzu lub produktu na wirnikach wentylatorów, dmuchaw i wirówek.
• Awaria komponentu: Wyrzucony ciężarek lub złamane ostrze natychmiast spowodują poważne zaburzenie równowagi.

Dlaczego korygowanie niewyważenia jest tak ważne

Praca maszyny ze znacznym brakiem równowagi jest szkodliwa dla jej zdrowia. Stała siła cykliczna powoduje:

• Przedwczesne uszkodzenie łożyska: Łożyska poddawane są dużym obciążeniom dynamicznym, co powoduje ich szybkie zużycie.
• Zmęczenie i pękanie: Wibracje powodują naprężenia zmęczeniowe wału, fundamentu i innych elementów.
• Obniżona wydajność: Energia marnuje się w postaci wibracji i ciepła, zamiast wykonywać pożyteczną pracę.
• Zagrożenia bezpieczeństwa: Poważne zaburzenie równowagi może doprowadzić do katastrofalnej awarii.

Niewyważenie koryguje się poprzez systematyczne wyważanie, co jest jedną z najskuteczniejszych metod poprawy niezawodności maszyn.

← Powrót do indeksu głównego