Czym jest wyważanie wirnika? Kompleksowy przewodnik

Definicja: Podstawowa koncepcja równoważenia

Wyważanie wirnika To systematyczny proces poprawy rozkładu masy obracającego się ciała (wirnika), aby zapewnić, że efektywna oś masy pokrywa się z jego rzeczywistą geometryczną osią. Gdy wirnik jest niewyważony, podczas obrotu powstają siły odśrodkowe, co prowadzi do nadmiernych wibracji, hałasu, skrócenia żywotności łożysk i potencjalnie katastrofalnej awarii. Celem wyważania jest minimalizacja tych sił poprzez dodawanie lub usuwanie precyzyjnych ciężarów w określonych miejscach, a tym samym redukcja wibracji do akceptowalnego poziomu.

Dlaczego równoważenie jest krytycznym zadaniem konserwacyjnym?

Niewyważenie jest jednym z najczęstszych źródeł drgań w maszynach wirujących. Precyzyjne wyważanie to nie tylko redukcja drgań; to kluczowa czynność konserwacyjna, która przynosi znaczące korzyści:

• Zwiększona żywotność łożysk: Siły niewyważenia są bezpośrednio przenoszone na łożyska. Zmniejszenie tych sił znacząco wydłuża żywotność łożysk.
• Zwiększona niezawodność maszyny: Niższe wibracje zmniejszają obciążenie wszystkich podzespołów maszyny, w tym uszczelnień, wałów i podpór konstrukcyjnych, co przekłada się na mniejszą liczbę awarii.
• Zwiększone bezpieczeństwo: Wysoki poziom wibracji może spowodować awarię podzespołów, stwarzając poważne zagrożenie bezpieczeństwa personelu.
• Obniżony poziom hałasu: Wibracje mechaniczne są głównym źródłem hałasu przemysłowego. Dobrze wyważona maszyna pracuje znacznie ciszej.
• Niższe zużycie energii: Energia, która w przeciwnym razie zostałaby zmarnowana na wytwarzanie wibracji i ciepła, zostaje przekształcona w użyteczną pracę, co zwiększa wydajność.

Rodzaje wyważania: statyczne i dynamiczne

Procedury wyważania są klasyfikowane w zależności od rodzaju korygowanego niewyważenia. Dwa podstawowe typy to wyważanie statyczne i dynamiczne.

Wyważanie statyczne (wyważanie w jednej płaszczyźnie)

Niewyważenie statyczne występuje, gdy środek masy wirnika jest przesunięty względem osi obrotu. Często jest to wizualizowane jako pojedynczy „punkt ciężkości”. Wyważanie statyczne koryguje to poprzez zastosowanie pojedynczego ciężarka korekcyjnego pod kątem 180° naprzeciwko punktu ciężkości. Nazywa się je „statycznym”, ponieważ ten rodzaj niewyważenia można wykryć w stanie spoczynku wirnika (na przykład na rolkach o ostrych krawędziach). Jest ono odpowiednie dla wąskich wirników o kształcie dysku, takich jak wentylatory, ściernice i koła zamachowe, gdzie stosunek długości do średnicy jest niewielki.

Wyważanie dynamiczne (wyważanie dwupłaszczyznowe)

Niewyważenie dynamiczne to bardziej złożony stan, obejmujący zarówno niewyważenie statyczne, jak i niewyważenie „pary”. Niewyważenie pary występuje, gdy na przeciwległych końcach wirnika znajdują się dwa jednakowe punkty ciężkości, oddalone od siebie o 180°. Powoduje to ruch kołyszący, czyli moment, który można wykryć tylko podczas obracania się wirnika. Wyważenie dynamiczne jest wymagane w przypadku większości wirników, zwłaszcza tych o długości większej niż ich średnica (np. wirniki silników, wały i turbiny). Wymaga ono wprowadzenia korekt w co najmniej dwóch różnych płaszczyznach wzdłuż wirnika, aby przeciwdziałać zarówno sile, jak i niewyważeniu pary.

Procedura równoważenia: jak to się robi

Współczesne wyważanie wykonuje się zazwyczaj przy użyciu specjalistycznego sprzętu i systematycznego podejścia, często stosując metodę współczynników wpływu:

1. Początkowy bieg: Maszyna jest uruchamiana w celu pomiaru początkowej amplitudy drgań i kąta fazowego spowodowanego istniejącym niewyważeniem. Używa się czujnika drgań i tachometru (do pomiaru fazy).
2. Bieg próbny: Znany ciężarek próbny jest tymczasowo przymocowany do wirnika pod znanym kątem na płaszczyźnie korekcyjnej.
3. Drugi bieg: Maszyna jest ponownie uruchamiana i mierzona jest nowa amplituda i faza drgań. Zmiana drgań (różnica wektorów) jest spowodowana wyłącznie przez masę próbną.
4. Obliczenie: Wiedząc, jak ciężarek próbny wpłynął na drgania, przyrząd do wyważania oblicza „współczynnik wpływu”. Współczynnik ten jest następnie wykorzystywany do określenia dokładnej ilości ciężarka korekcyjnego i dokładnego kąta, pod którym należy go umieścić, aby zniwelować pierwotne niewyważenie.
5. Korekta i weryfikacja: Zdejmuje się obciążnik próbny, instaluje obliczony stały obciążnik korekcyjny i przeprowadza się ostateczny test w celu sprawdzenia, czy drgania zostały zredukowane do akceptowalnego poziomu. W przypadku wyważania dwupłaszczyznowego proces ten powtarza się dla drugiej płaszczyzny.

Odpowiednie normy i tolerancje

Dopuszczalne poziomy wibracji nie są arbitralne. Są one określone przez normy międzynarodowe, w szczególności ISO 21940 Seria (która zastąpiła starszą normę ISO 1940). Normy te definiują „klasy jakości wyważenia” (np. G 6.3, G 2.5, G 1.0) dla różnych klas maszyn. Niższy numer G oznacza węższą tolerancję. Klasy te służą do obliczenia maksymalnego dopuszczalnego niewyważenia resztkowego dla danego wirnika na podstawie jego masy i prędkości roboczej, zapewniając spełnienie wymagań eksploatacyjnych.

← Powrót do indeksu głównego