Zrozumienie wyważania wielopłaszczyznowego
Definicja: Czym jest wyważanie wielopłaszczyznowe?
Wyważanie wielopłaszczyznowe jest zaawansowany równoważenie procedura wykorzystująca trzy lub więcej płaszczyzny korekcyjne rozłożone wzdłuż wirnika, aby osiągnąć akceptowalny poziom drgań. Ta technika jest niezbędna do elastyczne wirniki—wirniki, które podczas pracy znacznie się wyginają lub uginają, ponieważ pracują z prędkością przekraczającą jeden lub więcej prędkości krytyczne.
Chwila wyważanie dwupłaszczyznowe jest wystarczające dla większości sztywnych wirników, wyważanie wielopłaszczyznowe rozszerza tę zasadę, aby uwzględnić złożone kształty ugięcia (kształty modów), jakie wykazują elastyczne wirniki przy dużych prędkościach.
Kiedy wymagane jest wyważanie wielopłaszczyznowe?
Wyważanie wielopłaszczyznowe staje się konieczne w kilku konkretnych sytuacjach:
1. Elastyczne wirniki pracujące powyżej prędkości krytycznych
Najczęstszym zastosowaniem jest elastyczne wirniki—długie, smukłe wirniki, które pracują z prędkościami wyższymi niż ich pierwsza (a czasem druga lub trzecia) prędkość krytyczna. Przykłady obejmują:
- Wirniki turbin parowych i gazowych
- Wały sprężarek szybkoobrotowych
- Rolki maszyny papierniczej
- Duże wirniki generatora
- Wirniki wirówkowe
- Wrzeciona szybkoobrotowe
Wirniki te ulegają znacznemu wygięciu podczas pracy, a ich kształt ugięcia zmienia się w zależności od prędkości obrotowej i wzbudzonego trybu. Dwie płaszczyzny korekcji są po prostu niewystarczające do kontrolowania drgań przy wszystkich prędkościach roboczych.
2. Bardzo długie sztywne wirniki
Nawet niektóre sztywne wirniki, jeśli są wyjątkowo długie w stosunku do swojej średnicy, mogą skorzystać z trzech lub więcej płaszczyzn korekcyjnych w celu zminimalizowania drgań w wielu łożyskach wzdłuż wału.
3. Wirniki o złożonym rozkładzie masy
Wirniki z wieloma tarczami, kołami lub wirnikami umieszczonymi w różnych położeniach osiowych mogą wymagać indywidualnego wyważania każdego elementu, co skutkuje koniecznością przeprowadzenia procedury wyważania w wielu płaszczyznach.
4. Kiedy wyważanie dwupłaszczyznowe okazuje się niewystarczające
Jeżeli próba wyważenia w dwóch płaszczyznach spowoduje redukcję drgań w mierzonych miejscach łożysk, ale drgania pozostają wysokie w miejscach pośrednich wzdłuż wirnika (np. przy ugięciu w środku rozpiętości), konieczne może być zastosowanie dodatkowych płaszczyzn korekcyjnych.
Wyzwanie: elastyczna dynamika wirnika
Elastyczne wirniki stwarzają wyjątkowe wyzwania, które sprawiają, że wyważanie wielopłaszczyznowe jest skomplikowane:
Kształty modów
Gdy elastyczny wirnik przechodzi przez prędkość krytyczna, Drgania te przebiegają według określonego wzorca, zwanego kształtem modalnym. Pierwszy mod zazwyczaj przedstawia zginanie wału w pojedynczym, gładkim łuku, drugi mod przedstawia krzywą w kształcie litery S z punktem węzłowym pośrodku, a wyższe mody charakteryzują się coraz bardziej złożonymi kształtami. Każdy mod wymaga specyficznego rozkładu masy korekcyjnej.
Zachowanie zależne od prędkości
Reakcja na niewyważenie elastycznego wirnika zmienia się drastycznie wraz z prędkością. Korekcja, która działa dobrze przy jednej prędkości, może być nieskuteczna lub wręcz nieefektywna przy innej prędkości. Wyważanie wielopłaszczyznowe musi uwzględniać cały zakres prędkości roboczych.
Efekty sprzężenia krzyżowego
W wyważaniu wielopłaszczyznowym ciężarek korekcyjny w dowolnej płaszczyźnie wpływa na drgania we wszystkich punktach pomiaru. Przy trzech, czterech lub więcej płaszczyznach korekcji zależności matematyczne stają się znacznie bardziej złożone niż w przypadku wyważania dwupłaszczyznowego.
Procedura wyważania wielopłaszczyznowego
Procedura wydłuża metoda współczynnika wpływu stosowane w wyważaniu dwupłaszczyznowym:
Krok 1: Pomiary początkowe
Zmierz drgania w wielu punktach wzdłuż wirnika (zazwyczaj przy każdym łożysku, a czasami w punktach pośrednich) przy interesującej Cię prędkości roboczej. W przypadku wirników elastycznych pomiary mogą wymagać wykonania przy różnych prędkościach.
Krok 2: Zdefiniuj płaszczyzny korekcji
Zidentyfikuj płaszczyzny korekcji N, w których można dodać obciążniki. Powinny być one rozmieszczone wzdłuż wirnika w dostępnych miejscach, takich jak kołnierze sprzęgłowe, obręcze kół lub specjalnie zaprojektowane pierścienie wyważające.
Krok 3: Sekwencyjne biegi próbne z obciążeniem
Wykonaj N próbnych przebiegów, każdy z waga próbna w jednej płaszczyźnie korekcji. Na przykład, z czterema płaszczyznami korekcji:
- Przebieg 1: Próba ciężaru tylko w płaszczyźnie 1
- Przebieg 2: Próba ciężaru tylko w samolocie 2
- Przebieg 3: Próba ciężaru tylko w samolocie 3
- Przebieg 4: Próba ciężaru tylko w płaszczyźnie 4
Podczas każdego pomiaru należy zmierzyć drgania we wszystkich lokalizacjach czujników. W ten sposób powstanie kompletna macierz współczynników wpływu opisująca, jak każda płaszczyzna korekcji wpływa na każdy punkt pomiarowy.
Krok 4: Oblicz wagi korekcyjne
Oprogramowanie do równoważenia rozwiązuje układ N równań jednocześnie (gdzie N to liczba płaszczyzn korekcyjnych) w celu obliczenia optymalnego ciężarki korekcyjne dla każdej płaszczyzny. To obliczenie wykorzystuje algebrę macierzową i jest zbyt skomplikowane, aby wykonać je ręcznie — niezbędne jest specjalistyczne oprogramowanie.
Krok 5: Zainstaluj i zweryfikuj
Zamontuj wszystkie obliczone ciężarki korekcyjne jednocześnie i zweryfikuj poziom drgań. W przypadku wirników elastycznych weryfikację należy przeprowadzić w pełnym zakresie prędkości roboczych, aby zapewnić akceptowalny poziom drgań przy wszystkich prędkościach.
Równoważenie modalne: podejście alternatywne
W przypadku wirników o dużej elastyczności zastosowano zaawansowaną technikę zwaną równoważenie modalne może być skuteczniejsze niż konwencjonalne wyważanie wielopłaszczyznowe. Wyważanie modalne koncentruje się na konkretnych trybach drgań, a nie na konkretnych prędkościach. Obliczając wagi korekcyjne dopasowane do naturalnych trybów drgań wirnika, można osiągnąć lepsze rezultaty przy mniejszej liczbie prób. Metoda ta wymaga jednak zaawansowanych narzędzi analitycznych i dogłębnego zrozumienia dynamiki wirnika.
Złożoność i rozważania praktyczne
Wyważanie wielopłaszczyznowe jest znacznie bardziej złożone niż wyważanie dwupłaszczyznowe:
Liczba przebiegów próbnych
Liczba wymaganych przebiegów próbnych rośnie liniowo wraz z liczbą płaszczyzn. Wyważarka czteropłaszczyznowa wymaga czterech przebiegów próbnych plus przebiegów początkowych i weryfikacyjnych – łącznie sześciu uruchomień i zatrzymań. Zwiększa to koszty, czas i zużycie maszyny.
Złożoność matematyczna
Rozwiązanie problemu N wag korekcyjnych wymaga odwrócenia macierzy N×N, co jest intensywne obliczeniowo i może okazać się niestabilne numerycznie, jeśli pomiary są obarczone szumem lub jeśli płaszczyzny korekcyjne są źle rozmieszczone.
Dokładność pomiaru
Ponieważ wyważanie wielopłaszczyznowe opiera się na rozwiązywaniu wielu równań jednocześnie, błędy pomiarowe i szumy mają większy wpływ niż w przypadku wyważania dwupłaszczyznowego. Wysokiej jakości czujniki i staranne gromadzenie danych są niezbędne.
Dostępność płaszczyzny korekcyjnej
Znalezienie N dostępnych i skutecznych lokalizacji płaszczyzn korekcyjnych może być trudne, szczególnie w przypadku maszyn, które pierwotnie nie były projektowane z myślą o wyważaniu wielopłaszczyznowym.
Wymagania sprzętowe i programowe
Wyważanie wielopłaszczyznowe wymaga:
- Zaawansowane oprogramowanie do równoważenia: Potrafi posługiwać się macierzami współczynników wpływu N×N i rozwiązywać układy złożonych równań wektorowych.
- Wielokrotne czujniki wibracji: Zaleca się stosowanie co najmniej N czujników (po jednym na miejsce pomiaru), choć niektóre urządzenia mogą pracować z mniejszą liczbą czujników, zmieniając ich położenie pomiędzy pomiarami.
- Tachometr/Wskaźnik kierunkowy: Niezbędne do dokładności faza pomiar.
- Doświadczony personel: Złożoność wyważania wielopłaszczyznowego wymaga techników posiadających zaawansowane przeszkolenie w zakresie dynamiki wirnika i analizy drgań.
Typowe zastosowania
Wyważanie wielopłaszczyznowe jest standardową praktyką w branżach wykorzystujących maszyny szybkoobrotowe:
- Generowanie energii: Duże zespoły turbin parowych i gazowych
- Petrochemia: Sprężarki odśrodkowe i turboekspandery szybkoobrotowe
- Celuloza i papier: Długie rolki suszące i rolki kalandrujące do maszyn papierniczych
- Lotnictwo i kosmonautyka: Wirniki silników lotniczych i turbomaszyny
- Produkcja: Wrzeciona obrabiarek szybkoobrotowych
W tego typu zastosowaniach inwestycja w wyważanie wielopłaszczyznowe uzasadniona jest krytycznością sprzętu, konsekwencjami awarii i wzrostem wydajności operacyjnej wynikającym z pracy przy minimalnych wibracjach.
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 