Instrukcja dynamicznego wyważania wału: Statyczne kontra dynamiczne, Procedura terenowa i klasy ISO 21940

Czym jest dynamiczne równoważenie?

Każda obracająca się część – od wirnika rozdrabniacza o masie 200 kg po wrzeciono wiertarki stomatologicznej o masie 5 g – charakteryzuje się pewnym niewyważeniem resztkowym. Tolerancje produkcyjne, niejednolitości materiałów, korozja i nagromadzone osady przesuwają środek ciężkości od geometrycznej osi obrotu. W rezultacie powstaje siła odśrodkowa, która rośnie proporcjonalnie do kwadratu prędkości: podwojenie liczby obrotów na minutę i czterokrotny wzrost siły.

Wirnik obracający się z prędkością 3000 obr./min przy niewyważeniu zaledwie 10 g w promieniu 150 mm generuje siłę obrotową o wartości około 150 N – wystarczającą do zniszczenia łożysk w ciągu kilku tygodni. Wyważanie dynamiczne redukuje tę siłę do poziomu określonego przez normy międzynarodowe (ISO 21940‑11, dawniej ISO 1940), wydłużając żywotność łożysk z miesięcy do lat i skracając przestoje spowodowane wibracjami.

Równowaga statyczna i dynamiczna

Pojedynczy samolot

Równowaga statyczna

Środek ciężkości wirnika jest przesunięty względem osi obrotu jedna płaszczyzna. Po umieszczeniu na podpórkach w kształcie ostrza noża, cięższa strona stacza się na dół — można to wykryć bez obracania się.

Korekta: Dodaj lub usuń masę w jednym położeniu kątowym naprzeciwko punktu ciężkości. Wystarczy jedna płaszczyzna korekcji.

Dotyczy: wąskie elementy tarczowe, gdzie L/D jest poniżej około 0.5 - koła zamachowe, ściernice, wirniki jednotarczowe, tarcze pił, tarcze hamulcowe.

Dwa samoloty

Równowaga dynamiczna

Dwa (lub więcej) przesunięcia masy znajdują się w różne płaszczyzny wzdłuż długości wirnika. Mogą się one wzajemnie znosić statycznie — wirnik pozostaje nieruchomo na ostrzu noża — ale tworzą kołysząca się para podczas wirowania. Tej pary nie da się wykryć ani skorygować bez rotacji.

Korekta: dwa ciężarki kompensacyjne w dwóch oddzielnych płaszczyznach. Przyrząd oblicza masę i kąt dla każdej płaszczyzny na podstawie macierzy współczynników wpływu.

Dotyczy: wydłużone wirniki — wały, wentylatory z szerokimi wirnikami, wirniki rozdrabniaczy, walce, wirniki pomp wielostopniowych, turbiny.

Cztery rodzaje niewyważenia

Norma ISO 21940‑11 wyróżnia cztery podstawowe wzorce niewyważenia. Zrozumienie, który z nich dominuje, pomaga w wyborze właściwej strategii wyważania.

W praktyce niemal każdy wirnik spotykany w terenie charakteryzuje się niewyważeniem dynamicznym – kombinacją sił i składowych sprzężenia. Dlatego wyważanie dwupłaszczyznowe jest standardową procedurą dla każdego wirnika, który nie jest cienką tarczą.

Kiedy stosować wyważanie jednopłaszczyznowe, a kiedy dwupłaszczyznowe

Decydującym czynnikiem jest wirnik stosunek geometrii L/D (długość osiowa do średnicy zewnętrznej) w połączeniu z prędkością roboczą.

ISO 21940‑11 Klasy jakości równowagi

Norma ISO 21940‑11 (następczyni normy ISO 1940‑1) przypisuje każdej klasie maszyn wirujących klasa jakości równowagi G, zdefiniowana jako maksymalna dopuszczalna prędkość środka ciężkości wirnika w mm/s. Dopuszczalne resztkowe niewyważenie właściwe e_za (w g·mm/kg) wynika z klasy i prędkości roboczej:

Przykład roboczy: wirnik wentylatora

Wirnik wentylatora odśrodkowego waży 80 kg, pracuje z prędkością 1450 obr./min, a promień korekcji wynosi 250 mm. Wymagana klasa: G 6.3.

Powiązane normy: ISO 21940‑11 (sztywne wirniki), ISO 21940‑12 (elastyczne wirniki), ISO 10816‑3 (granice intensywności drgań), ISO 1940 (poprzednia norma).

Siedmioetapowa procedura wyważania pola

Jest to metoda współczynnika wpływu do dwupłaszczyznowego wyważania pola, stosowana przy użyciu przenośnego instrumentu, takiego jak Balanset-1A. Ta sama logika działa w przypadku dowolnego dwukanałowego analizatora balansującego.

1

Przygotuj wirnik i czujniki montażowe

Oczyść obudowy łożysk z brudu i smaru — czujniki muszą przylegać równo do powierzchni metalu. Zamontuj czujnik drgań 1 na obudowie łożyska najbliżej Samolot 1 (zwykle od strony napędu). Zamontuj czujnik 2 w pobliżu Samolot 2 (od strony przeciwnej do napędu). Przymocuj taśmę odblaskową do wału tachometru laserowego. Podłącz wszystkie kable do jednostki pomiarowej.

2

Pomiar początkowych drgań (przebieg 0)

In the software, open the balancing wizard — F3 - Two-plane (lub F7 - Balancing) — and start on the Run 0 - Initial tab. Start the rotor and bring it to stable operating speed. The instrument measures vibration amplitude (mm/s) and phase angle (°) at both sensors simultaneously. This is the linia bazowa — "chorobę" wirnika przed zabiegiem. Zanotuj wartości i zatrzymaj maszynę.

Wskazówka terenowa: Odczekaj co najmniej 10–15 sekund po ustabilizowaniu się prędkości obrotowej przed rozpoczęciem nagrywania. Przejścia termiczne i prądy powietrza ustępują w ciągu pierwszych kilku sekund.

3

Zamontuj ciężarek próbny w płaszczyźnie 1 (bieg 1)

Zatrzymaj wirnik. Podłącz ciężarek próbny of known mass at an arbitrary angular position in Plane 1. Mark this position clearly — it becomes your 0° reference for angle measurement later. Enter the trial weight Mass, g oraz Radius, mm in the software's Trial weight group — without the mass entered, the program can only report the correction as a percentage of the trial weight. Switch to the Run 1 - Trial Pl.1 tab, restart the rotor and record vibration at both sensors. The instrument now knows how the rotor's vibration field changes when mass is added in Plane 1.

Field tip: Use a bolt with a washer clamped to the rotor rim, or a hose clamp with a nut for quick attachment. The trial weight should produce a measurable vibration change (20–30% amplitude change or 20–30° phase shift at either sensor).

⚖

Ile powinien ważyć ciężarek próbny? Użyj wzoru empirycznego: Mt = Mr × Ksupport × Kvibration / (Rt × (N/100)²) gdzie M_r = rotor mass (g), K_support = support stiffness coefficient (0.5–5.0, use 3 for standard pedestals), K_wibracja = vibration level coefficient (0.5–3.0, use 1.0 for normal vibration of 5–10 mm/s), R_t = promień instalacji (cm), N = obr./min. Możesz też skorzystać z naszej kalkulator wagi próbnej online — wprowadź parametry wirnika i natychmiast otrzymaj zalecaną masę.

4

Przenieś ciężarek próbny na płaszczyznę 2 (przebieg 2)

Stop the rotor. Remove the trial weight from Plane 1. Attach the same trial weight (or one of similar known mass) at an arbitrary position in Plane 2. Mark this second reference point. Switch to the Run 2 - Trial Pl.2 tab, restart and record vibration at both sensors. Now the instrument has the complete influence coefficient matrix — four complex coefficients linking unbalance in either plane to vibration at either sensor.

Wskazówka terenowa: Jeśli w płaszczyźnie 2 używasz innej masy próbnej, wprowadź poprawną wartość w oprogramowaniu — obliczenia zostaną automatycznie dostosowane.

5

Oblicz obciążniki korekcyjne

The instrument solves the influence coefficient equations and displays the Correction mass (g) oraz Angle (°) for Plane 1 and Plane 2. The angle is measured from the trial weight position in the direction of rotor rotation. In the Correction method group you choose Add mass (weld or bolt a counterweight) or Remove mass (drill or grind material). The displayed angle is always the angle you actually work at: with Remove mass selected the software has already added 180° to the computed angle, so drill or remove exactly where it indicates — do not add another 180°.

6

Zainstaluj obciążniki korekcyjne

Remove the trial weight from Plane 2. Fabricate or select correction weights matching the calculated masses. Install each correction weight at the same radius as the trial weight — the calculated mass is valid only at that radius. If you must use a different radius, enter both radii in the software so it recalculates the mass. Measure the angle from the trial weight reference mark in the direction of rotation. Attach the correction weights firmly — welding, hose clamps, set‑screw weights, or bolts depending on the machine type and speed.

Field tip: If you cannot place a weight at the exact angle (e.g. only bolt holes available), use the Weight Installing Method setting — Free positions, Fixed positions, Circular groove, or Drill. With Fixed positions the instrument decomposes the correction vector into two components at the nearest available positions.

7

Sprawdź wyważenie (przebieg sprawdzania)

Restart the rotor and record the final vibration. Compare against the initial baseline and against the ISO 21940‑11 tolerance for your machine class — enter the tolerance in the Balancing tolerance, g*mm field, or press the ISO 1940... button to calculate it from the G‑grade, rotor mass, and RPM (divide the g·mm result by the correction radius to get grams). If vibration is within specification, you are done. If not, the instrument can perform a przebieg sprawdzający on the Run T - Trim tab — it uses the existing influence coefficients to calculate a small additional correction without new trial weights.

Wskazówka terenowa: Jedna próba zazwyczaj wystarczy. Jeśli potrzebujesz więcej niż dwóch prób, coś zmieniło się między nimi — sprawdź luzy ciężarków, wzrost temperatury lub wahania prędkości.

Obliczanie masy próbnej

The trial weight must be heavy enough to produce a noticeable vibration change, but light enough not to overload bearings or create a dangerous condition. The standard empirical formula accounts for rotor mass, correction radius, operating speed, support stiffness, and the measured vibration level:

Nie chcesz liczyć ręcznie? Skorzystaj z naszego kalkulator wagi próbnej online ↗ — wprowadź parametry wirnika, typ podparcia i poziom wibracji, aby natychmiast uzyskać zalecaną masę.

Worked Examples (K_support = 3, K_wibracja = 1.0)

Values shown assume K_support = 3 (standard bearing pedestals) and K_wibracja = 1.0 (normal vibration of 5–10 mm/s); scale accordingly for other support and vibration conditions.

Pomiar kąta korekcji

Urządzenie wyważające podaje dwie liczby na płaszczyznę: masa (ile waży) i kąt (gdzie go umieścić). Kąt zawsze odnosi się do położenia ciężarka próbnego.

Jak zmierzyć kąt

• Punkt odniesienia (0°): Pozycja kątowa, pod którą umieściłeś ciężarek próbny. Zaznacz to wyraźnie na wirniku przed próbnym uruchomieniem.
• Kierunek pomiaru: zawsze w kierunku obrotów wirnika.
• Odczyt kąta: the result window shows the Correction mass oraz Angle for each plane. From the trial weight mark, count that many degrees in the rotation direction — that is where the correction weight goes.
• W przypadku usuwania masy: select Remove mass in the Correction method group — the software adds 180° to the computed angle automatically, so drill or grind exactly at the displayed angle.

Podział ciężaru na stałe pozycje

When the rotor has pre‑drilled holes or fixed mounting positions (e.g. fan blade bolts), you may not be able to place a weight at the exact calculated angle. In the Balanset‑1A software this is handled by the Weight Installing Method setting, which offers four modes: Wolne pozycje, Stałe pozycje, Okrągły rowek, oraz Drill (material removal, with drilling-depth calculation). With Fixed positions you enter the angles of the two nearest available positions, and the software decomposes the single correction vector into two smaller weights at those positions. The combined effect matches the original vector.

Płaszczyzny korekcji i rozmieszczenie czujników

Płaszczyzna korekcji to położenie osiowe wirnika, w którym dodaje się lub odejmuje masę. Czujnik mierzy drgania w najbliższym łożysku. Kilka kluczowych zasad:

• Czujnik montowany na obudowie łożyska — jak najbliżej osi łożyska, w kierunku promieniowym (najlepiej poziomym).
• Płaszczyzna 1 odpowiada czujnikowi 1, Płaszczyzna 2 do czujnika 2. Zachowaj spójną numerację, w przeciwnym razie oprogramowanie zamieni płaszczyzny korekcji.
• Maksymalizacja separacji płaszczyzn: Im dalej od siebie znajdują się dwie płaszczyzny korekcji, tym lepsza jest rozdzielczość par. Minimalna praktyczna odległość wynosi ⅓ rozpiętości łożyska.
• Wybierz dostępne pozycje: płaszczyzna korekcji musi być miejscem, w którym można fizycznie przymocować obciążniki — krawędzią kołnierza, okręgiem śrub, obręczą lub powierzchnią spawania.

Na powyższym zdjęciu wirnik rozdrabniacza jest przygotowany do wyważania w dwóch płaszczyznach. Niebieskie znaczniki 1 i 2 wskazują położenie czujników na obudowach łożysk. Czerwone znaczniki 1 i 2 wskazują płaszczyzny korekcji — w tym przypadku kołnierzowe końce korpusu wirnika, do których zostaną przyspawane obciążniki.

Wirnik wspornikowy (wysięgnikowy)

Wirniki wspornikowe — wirniki wentylatorów, koła zamachowe zamontowane na zewnątrz łożyska, wirniki pomp — wymagają innego układu czujników i płaszczyzn. Obie płaszczyzny korekcji znajdują się po tej samej stronie łożysk, a umiejscowienie czujnika musi uwzględniać niewyważenie pary wzmacniającej masę wystającą.

Zastosowania według typu maszyny

Metody mocowania ciężarków

Typowe błędy w wyważaniu polowym

Raport terenowy: Wyważanie wirnika mulczera

Dwupłaszczyznowe dynamiczne wyważanie wentylatora

Wentylatory przemysłowe – promieniowe, osiowe i mieszano-przepływowe – należą do najczęściej wyważanych wirników w warunkach rzeczywistych. Poniższa procedura przedstawia rzeczywisty proces wyważania dwupłaszczyznowego wentylatora promieniowego z użyciem urządzenia Balanset-1A.

Określanie płaszczyzn i instalacja czujników

Oczyść powierzchnie przeznaczone do montażu czujnika z brudu i oleju. Czujniki muszą ściśle przylegać do metalowej powierzchni obudowy łożyska — nigdy nie montuj ich na pokrywach, osłonach ani niepodpartych panelach blaszanych.

• Czujnik 1 (czerwony): Zainstaluj bliżej przodu wentylatora (strona płaszczyzny 1).
• Czujnik 2 (zielony): Zainstaluj bliżej tyłu wentylatora (strona płaszczyzny 2).
• Płaszczyzna 1 (strefa czerwona): Płaszczyzna korekcyjna na tarczy wirnika, bliżej przodu.
• Płaszczyzna 2 (strefa zielona): Płaszczyzna korekcyjna bliżej płyty tylnej lub piasty.

Podłącz oba czujniki drgań i tachometr laserowy do Balanset‑1A. Przymocuj taśmę odblaskową do wału lub piasty, aby uzyskać punkt odniesienia dla obrotów na minutę.

Proces wyważania

Uruchom wentylator i wykonaj wstępne pomiary drgań (Praca 0). Zamontuj ciężarek próbny o znanej masie na płaszczyźnie 1 w dowolnym punkcie, uruchom wentylator i zapisz zmianę drgań (Praca 1). Przenieś ciężarek próbny na płaszczyznę 2 w dowolnym punkcie, ponownie uruchom wentylator i zapisz (Praca 2). Oprogramowanie Balanset‑1A wykorzystuje wszystkie trzy pomiary do obliczenia masy korekcyjnej i kąta dla każdej płaszczyzny.

Pomiar kąta dla ciężarków korekcyjnych wentylatora

Kąt mierzony jest od położenia ciężarka próbnego w kierunku obrotu wentylatora — dokładnie tak, jak opisano w Pomiar kąta korekcji Sekcja powyżej. Zaznacz miejsce umieszczenia ciężarka próbnego (punkt odniesienia 0°), a następnie policz wskazany kąt wzdłuż kierunku obrotu, aby znaleźć położenie ciężarka korekcyjnego.

Na podstawie kątów i mas obliczonych przez oprogramowanie zamontuj obciążniki korekcyjne na płaszczyźnie 1 i płaszczyźnie 2. Uruchom wentylator jeszcze raz i sprawdź, czy drgania spadły do akceptowalnego poziomu. ISO 21940‑11 (zwykle G 6,3 dla wentylatorów ogólnego przeznaczenia). Jeśli drgania resztkowe nadal przekraczają wartość docelową, należy wykonać jedno przycięcie.

Często zadawane pytania

Sprzęt do wyważania w terenie

Balanset-1A to dwukanałowy, przenośny przyrząd, który obsługuje dynamiczne wyważanie w jednej i dwóch płaszczyznach, a także analizę drgań (prędkość całkowita, widma, przebieg). Dostarczany jest jako kompletny zestaw:

• 2x czujniki drgań MEMS (akcelerometry oparte na ADXL335) z mocowaniami magnetycznymi
• Tachometr laserowy (bezkontaktowy czujnik obrotów) z taśmą odblaskową
• Jednostka pomiarowa USB (podłączana do dowolnego laptopa z systemem Windows)
• Oprogramowanie: kreator wyważania, miernik drgań, analizator widma
• Etui ze wszystkimi kablami i akcesoriami

RPM range: 250-90,000. Vibration range: 0.2-80 mm/s RMS. Frequency range: 5-1000 Hz. Phase accuracy: ±1°. Weight splitting, trim runs, tolerance checking, and report generation included in the software. Full kit weighs approximately 4 kg.