Zrozumienie wirników nawisowych
Definicja: Czym jest wirnik nawisowy?
Jakiś wirnik zwisający (nazywany również wirnikiem wspornikowym lub wirnikiem wspornikowym) jest wirnik Konfiguracja, w której masa wirująca wystaje na zewnątrz poza łożyska nośne, zamontowana w sposób wspornikowy. W tej konstrukcji wirnik jest podparty tylko z jednej strony, a element roboczy (wirnik, koło wentylatora, ściernica itp.) wystaje poza podporę łożyska, a nie jest umieszczony między dwoma łożyskami.
Taka konfiguracja jest powszechna w wielu typach urządzeń przemysłowych i stwarza wyjątkowe wyzwania dla równoważenie ze względu na wzmocnienie brak równowagi siły poprzez działanie wspornika.
Typowe przykłady wirników zwieszonych
Konstrukcje wirników wystających są szeroko stosowane w przemyśle i handlu:
HVAC i wentylatory przemysłowe
- Wirniki dmuchaw odśrodkowych wystające z wałów silnika
- Osiowe wentylatory chłodzące zamontowane na dzwonach silnika
- Wentylatory przemysłowe montowane na cokole
Pompy
- Wirniki pomp odśrodkowych jednostopniowych
- Pompy sprzężone, w których wirnik wystaje z łożyska silnika
Obrabiarki
- Ściernice na wrzecionach wysięgnikowych
- Frezy i uchwyty narzędziowe
- Uchwyty tokarskie
Przenoszenie mocy
- Koła pasowe i krążki linowe zamontowane na wałach silników
- Koła zębate na przedłużonych wałach
- Zębatki łańcuchowe
Sprzęt przetwórczy
- Mieszalniki i wirniki
- Łopatki turbiny na wałach turbiny
Dlaczego konstrukcja Overhung?
Pomimo problemów z wyważeniem, wirniki z wystającym wierzchołkiem oferują znaczące zalety praktyczne:
1. Dostępność
Element roboczy jest łatwo dostępny w celu przeprowadzenia kontroli, konserwacji i wymiany bez konieczności rozmontowywania całej maszyny lub naruszania łożysk.
2. Prostota i koszt
Wyeliminowanie jednego wspornika łożyska zmniejsza złożoność mechaniczną, liczbę części i koszty produkcji.
3. Efektywność przestrzenna
Kompaktowa konstrukcja wymaga mniej miejsca osiowego niż układ międzyłożyskowy.
4. Łatwy montaż
Często elementy można montować bezpośrednio na standardowych wałach silników lub istniejących maszynach, bez konieczności stosowania specjalnych układów sprzęgających.
5. Wymagania procesowe
W niektórych zastosowaniach (pompy, mieszalniki, obróbka chemiczna) konieczne jest umieszczenie elementu roboczego tylko po jednej stronie, aby uzyskać dostęp do procesowego płynu lub materiału.
Unikalne wyzwania równoważenia
Wirniki z wystającym łożyskiem stwarzają szereg problemów, które sprawiają, że są bardziej wrażliwe na niewyważenie niż konstrukcje z łożyskami międzyłożyskowymi:
1. Wzmocnienie momentu
Dowolny brak równowagi W wirniku wiszącym powstaje nie tylko siła odśrodkowa, ale także moment (moment obrotowy) wokół podpory łożyska. Im dalej masa znajduje się od łożysk, tym większy jest ten moment, wzmacniając efekt nawet niewielkich niewyważeń. Opisuje to zasada ramienia dźwigni: Siła × Odległość = Moment.
2. Wysokie obciążenia łożysk
Konfiguracja wspornikowa nakłada wysokie obciążenia promieniowe i momentowe na łożyska, szczególnie łożysko znajdujące się najbliżej wirnika. Niewyważenie nasila te obciążenia, przyspieszając zużycie łożysk.
3. Gięcie i ugięcie wału
Wał wspornikowy jest poddawany działaniu sił zginających, a nawet niewielkie niewyważenie może spowodować znaczne ugięcie wału na końcu wystającym, zwłaszcza przy większych prędkościach lub dłuższych odległościach wystających.
4. Sprzęgło i efekty wpustowe
Wiele wirników wiszących jest montowanych na wałach silnika za pomocą klinów, śrub ustalających lub sprzęgieł. Połączenia te mogą powodować lub zmieniać stan niewyważenia, a każdy luz drastycznie pogarsza drgania.
5. Wrażliwość na instalację
Nieprawidłowy montaż (niedokładne osadzenie na wale, odchylenie pod kątem, luźne elementy mocujące) ma poważniejszy wpływ na wirniki z przewieszeniem niż na konstrukcje z łożyskiem międzyłożyskowym.
Zagadnienia dotyczące wyważania wirników z zawieszeniem nawisowym
Zwykle wystarczy jedna płaszczyzna
Większość wirników z wystającym końcem jest stosunkowo krótka w kierunku osiowym i można je skutecznie wyważyć za pomocą wyważanie jednopłaszczyznowe. Ten płaszczyzna korekcyjna jest zazwyczaj umiejscowiony na samym wirniku, w miejscu najłatwiej dostępnym.
Równowaga statyczna i dynamiczna
- Równowaga statyczna: Zapewnia, że środek masy wirnika leży na osi obrotu. W przypadku wirników w kształcie dysku, wyważenie statyczne jest często wystarczające.
- Równowaga dynamiczna: W przypadku wirników o dłuższym wysięgu lub o znacznej grubości osiowej konieczne może być wyważanie dynamiczne w dwóch płaszczyznach w celu wyeliminowania brak równowagi pary.
Odległość nawisu ma znaczenie
Im większa odległość wysięgu (odległość od najbliższego łożyska do środka masy wirnika), tym ważniejsza staje się jakość wyważenia. Zasadniczo:
- Krótki nawis (L/D < 0,3): Obowiązują mniej wrażliwe, standardowe tolerancje równowagi
- Umiarkowany nawis (0,3 < L/D < 0,7): Większa czułość, należy rozważyć węższe tolerancje
- Długie wysunięcie (L/D > 0,7): Bardzo wrażliwe, wymagające starannego wyważenia i może wymagać dynamicznego wyważenia
Gdzie L to długość nawisu, a D to średnica wirnika.
Najlepsze praktyki wyważania wirnika nawisowego
1. W miarę możliwości zrównoważyć ostateczną konfigurację instalacji
Wirniki z wystającym wirnikiem są szczególnie wrażliwe na sposób montażu. Idealnie byłoby, gdyby… równoważenie pola z wirnikiem zamontowanym na wale, w ostatecznej konfiguracji roboczej.
2. Sprawdź bezpieczne mocowanie
Przed wyważeniem należy upewnić się, że:
- Wszystkie elementy mocujące (śruby ustalające, śruby, klucze) są prawidłowo dokręcone
- Wirnik jest całkowicie osadzony na wale, bez żadnych szczelin
- Wszystkie rowki wpustowe są prawidłowo zamontowane, bez nadmiernego luzu
- Wirnik jest prostopadły do wału (nie jest odchylony ani ustawiony pod kątem)
3. Użyj odpowiedniego promienia korekcji
Miejsce ciężarki korekcyjne o jak największym promieniu, jak to praktycznie możliwe (zazwyczaj blisko średnicy zewnętrznej). Maksymalizuje to efekt każdego grama ciężarka korekcyjnego, umożliwiając dodawanie mniejszych ciężarków.
4. Sprawdź, czy nie ma bicia
Zmierz wał wyczerpanie przed wyważeniem. Nadmierne bicie (mimośrodowość, chybotanie, wygięty wał) uniemożliwi uzyskanie prawidłowego wyważenia i należy je najpierw skorygować.
5. Weź pod uwagę wpływ momentów w pomiarach drgań
Podczas pomiaru wibracja W przypadku instalacji z wirnikiem wystającym, należy dokonać pomiarów zarówno na łożyskach po stronie napędowej, jak i po stronie przeciwnej, jeśli są dostępne. Wzór drgań będzie się znacznie różnić w zależności od lokalizacji ze względu na moment generowany przez masę wystającą.
6. Użyj węższych tolerancji
Ze względu na efekty wzmacniające, należy rozważyć określenie jednego G-klasa ciaśniejsze niż w przypadku równoważnego wirnika międzyłożyskowego. Na przykład, w krytycznych zastosowaniach należy użyć G 2,5 zamiast G 6,3.
Typowe problemy i rozwiązania
Problem: Wibracje powracają po wyważeniu
Możliwe przyczyny:
- Luźne elementy montażowe poluzowały się podczas pracy
- Ciężarki korekcyjne przesunęły się lub spadły
- Nagromadzenie lub erozja materiału zmienia stan równowagi
- Wzrost termiczny spowodował przesunięcie
Rozwiązania: Stosuj kleje zabezpieczające gwinty, spawaj lub trwale przymocuj ciężarki korekcyjne, ustal regularny harmonogram kontroli.
Problem: Nie udało się osiągnąć akceptowalnego salda
Możliwe przyczyny:
- Bicie wału lub wygięcie wału
- Zużycie łożyska lub nadmierny luz
- Rezonans strukturalny przy prędkości roboczej
- Słabe mocowanie wirnika (naciągnięty, nie do końca osadzony)
Rozwiązania: Przed wyważeniem należy sprawdzić, czy wał jest prosty, wymienić zużyte łożyska i zweryfikować poprawność montażu.
Rozważania projektowe dotyczące nowego sprzętu
Podczas projektowania urządzeń z wirnikami wystającymi:
- Zminimalizuj nawis: Utrzymuj odległość nawisu tak krótką, jak to praktycznie możliwe
- Wzmocnij wał: Aby zapobiec zginaniu, należy stosować wałki o większej średnicy
- Użyj solidnych łożysk: Określ łożyska o odpowiedniej nośności promieniowej i momentu obrotowego
- Zapewnij zdolność równoważenia: Zaprojektuj płaszczyzny korekcyjne lub dostępne miejsca do dodawania/usuwania ciężarków wyważających
- Rozważ wstępne wyważenie: Jeśli to możliwe, przed montażem należy wyważyć element wirnika
- Określ odpowiednie tolerancje: Nie przesadzaj, ale pamiętaj, że projekty z przewieszonymi krawędziami wymagają dobrej równowagi
Normy i wytyczne branżowe
Chociaż wirniki z wysięgnikiem bocznym nie mają osobnych norm wyważania, podlegają one ogólnym normom wyważania ze szczególnymi uwagami:
- Norma ISO 21940-11: Zawiera wskazówki dotyczące wyboru klasy G, mające zastosowanie do wirników z wysięgiem górnym
- API 610 (Pompy odśrodkowe): Określa jakość wyważenia wirników pomp wiszących
- Normy ANSI/AGMA: Udzielanie wskazówek dotyczących wyważania kół zębatych i kół pasowych
Zasadniczo należy stosować standardowe stopnie równoważenia, ale należy pamiętać, że w przypadku konfiguracji zwisających korzystne może okazać się zastosowanie o jeden stopień ciaśniejszego, aby skompensować efekty wzmocnienia.
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 