Wyważanie wirnika: niewyważenie statyczne i dynamiczne, rezonans i procedura praktyczna
W tym przewodniku wyjaśniono wyważanie wirnika sztywne wirniki:co oznacza “niewyważenie”, czym różni się niewyważenie statyczne od dynamicznego, dlaczego rezonans i nieliniowość mogą uniemożliwić uzyskanie wysokiej jakości wyników oraz w jaki sposób wyważanie jest zazwyczaj przeprowadzane w jednej lub dwóch płaszczyznach korekcji.
Zawartość
- Czym jest wirnik i co zapewnia wyważenie?
- Rodzaje wirników i rodzaje niewyważenia
- Wibracje mechanizmów: co można, a czego nie można usunąć za pomocą równoważenia
- Rezonans: czynnik uniemożliwiający zachowanie równowagi
- Modele liniowe i nieliniowe: kiedy obliczenia przestają działać
- Urządzenia wyważające i wyważarki
- Wyważanie wirników sztywnych (uwagi praktyczne)
- Jak przeprowadza się wyważanie dynamiczne (metoda trzech przebiegów)
- Kryteria oceny jakości bilansowania
- Normy i odniesienia
- FAQ
Czym jest wirnik i co zapewnia wyważenie?
Wirnik jest ciałem, które obraca się wokół pewnej osi i jest utrzymywane przez swoje powierzchnie nośne we wspornikach. Powierzchnie nośne wirnika przenoszą obciążenia na wsporniki za pośrednictwem łożysk tocznych lub ślizgowych. Powierzchnie nośne to powierzchnie czopów lub powierzchnie, które je zastępują.
W idealnie wyważonym wirniku jego masa jest rozłożona symetrycznie wokół osi obrotu, tzn. każdy element wirnika można dopasować do innego elementu, umieszczonego symetrycznie względem osi obrotu. W wyważonym wirniku siła odśrodkowa działająca na dowolny element wirnika jest równoważona siłą odśrodkową działającą na element symetryczny. Na przykład siły odśrodkowe F1 i F2, równe co do wartości i o przeciwnym zwrocie, działają na elementy 1 i 2 (zaznaczone na zielono na rys. 1). Dotyczy to wszystkich elementów symetrycznych wirnika, a zatem całkowita siła odśrodkowa działająca na wirnik wynosi 0, a wirnik jest wyważony.
Jeśli jednak symetria wirnika jest naruszona (element asymetryczny jest oznaczony kolorem czerwonym na rys. 1), wówczas na wirnik działa niezrównoważona siła odśrodkowa F3. Podczas obrotu siła ta zmienia kierunek wraz z obrotem wirnika. Obciążenie dynamiczne wynikające z tej siły jest przenoszone na łożyska, co powoduje przyspieszone zużycie.
Ponadto, pod wpływem tej zmiennej w kierunku siły występuje cykliczne odkształcenie podpór i fundamentu, na którym zamocowany jest wirnik, tj. występują drgania. Aby wyeliminować niewyważenie wirnika i towarzyszące mu wibracje, należy zainstalować masy wyważające, aby przywrócić symetrię wirnika.
Wyważanie wirnika to operacja mająca na celu skorygowanie niewyważenia poprzez dodanie mas wyważających.
Zadaniem wyważania jest znalezienie rozmiaru i położenia (kąta) jednej lub więcej mas wyważających.
Rodzaje wirników i rodzaje niewyważenia
Biorąc pod uwagę wytrzymałość materiału wirnika i wielkość działających na niego sił odśrodkowych, wirniki można podzielić na dwa rodzaje – wirniki sztywne i wirniki elastyczne.
Sztywne wirniki odkształcają się nieznacznie pod wpływem siły odśrodkowej w trybach roboczych i wpływ tego odkształcenia na obliczenia można pominąć.
Odkształcenia wirników elastycznych nie można już pomijać. Odkształcenia wirników elastycznych komplikują rozwiązanie problemu wyważania i wymagają zastosowania innych modeli matematycznych niż w przypadku problemu wyważania wirników sztywnych. Należy zauważyć, że ten sam wirnik przy niskich prędkościach może zachowywać się jak sztywny, a przy wysokich – jak elastyczny. W dalszej części zajmiemy się wyłącznie wyważaniem wirników sztywnych.
W zależności od rozkładu mas niewyważonych na całej długości wirnika, można wyróżnić dwa rodzaje niewyważenia – statyczne i dynamiczne (chwilowe). W związku z tym mówi się o wyważaniu wirnika statycznym i dynamicznym. Statyczne niewyważenie wirnika występuje bez jego obrotu, tj. w warunkach statycznych, gdy wirnik jest odwrócony przez grawitację, a jego "ciężki punkt" jest skierowany w dół. Przykład wirnika z niewyważeniem statycznym przedstawiono na rys. 2.
Niewyważenie dynamiczne występuje tylko wtedy, gdy wirnik się obraca.
Przykład wirnika z niewyważeniem dynamicznym pokazano na Rys. 3.
W tym przypadku niewyważone równe masy M1 i M2 znajdują się w różnych płaszczyznach - w różnych miejscach wzdłuż wirnika. W położeniu statycznym, tj. gdy wirnik się nie obraca, na wirnik działa tylko grawitacja, a masy równoważą się wzajemnie. W dynamice, gdy wirnik się obraca, siły odśrodkowe Fc1 i Fc2 zaczynają działać na masy M1 i M2. Siły te są równe co do wartości i mają przeciwne zwroty. Ponieważ jednak są one przyłożone w różnych miejscach wzdłuż wału i nie leżą na tej samej linii, siły te nie kompensują się wzajemnie. Siły Fc1 i Fc2 tworzą moment obrotowy przyłożony do wirnika. Dlatego to niewyważenie nazywane jest również momentem niewyważenia. W związku z tym nieskompensowane siły odśrodkowe działają na położenia łożysk, co może znacznie przekroczyć obliczone wartości i skrócić żywotność łożysk.
Ponieważ ten rodzaj niewyważenia występuje wyłącznie dynamicznie podczas obrotu wirnika, nazywa się je niewyważeniem dynamicznym. W warunkach statycznych nie można go skorygować metodą wyważania "na noże" ani podobnymi metodami. Aby wyeliminować niewyważenie dynamiczne, należy zamontować dwa obciążniki kompensujące, które generują moment równy co do wartości i przeciwny w kierunku do momentu pochodzącego od mas M1 i M2. Masy kompensujące nie muszą być ustawione naprzeciwko mas M1 i M2 i co do ich wartości. Najważniejsze jest to, aby generowały moment, który w pełni kompensuje moment niewyważenia.
Ogólnie rzecz biorąc, masy M1 i M2 mogą nie być sobie równe, co oznacza połączenie niewyważenia statycznego i dynamicznego. Teoretycznie udowodniono, że w przypadku sztywnego wirnika dwa obciążniki rozmieszczone w pewnej odległości od siebie wzdłuż jego długości są niezbędne i wystarczające do wyeliminowania jego niewyważenia. Obciążniki te kompensują zarówno moment obrotowy wynikający z niewyważenia dynamicznego, jak i siłę odśrodkową wynikającą z asymetrii masy względem osi wirnika (niewyważenie statyczne). Zazwyczaj niewyważenie dynamiczne jest charakterystyczne dla długich wirników, takich jak wały, a niewyważenie statyczne dla wąskich wirników. Jeśli jednak wąski wirnik jest skośny względem osi lub zdeformowany ("ósemka"), wówczas wyeliminowanie niewyważenia dynamicznego będzie trudne (patrz rys. 4), ponieważ w takim przypadku trudno jest zainstalować obciążniki korygujące, które wytworzyłyby niezbędny moment kompensacyjny.
Siły F1 i F2 nie leżą na tej samej linii i nie kompensują się wzajemnie.
Ze względu na to, że ramię generujące moment obrotowy jest małe ze względu na wąski wirnik, mogą być wymagane duże obciążniki korekcyjne. Powoduje to jednak również "indukowaną niewyważenie" z powodu odkształcenia wąskiego wirnika przez siły odśrodkowe pochodzące od obciążników korekcyjnych. (Patrz np. "Wskazówki metodyczne dotyczące wyważania wirników sztywnych (zgodnie z normą ISO 22061-76)". Rozdział 10. SYSTEM PODPORY WIRNIKA.)
Jest to zauważalne w przypadku wąskich wirników wentylatorów, w których oprócz niewyważenia siłowego działa również niewyważenie aerodynamiczne. Należy rozumieć, że niewyważenie aerodynamiczne, a raczej siła aerodynamiczna jest wprost proporcjonalna do prędkości kątowej wirnika, a do jej kompensacji wykorzystywana jest siła odśrodkowa masy korygującej, która jest proporcjonalna do kwadratu prędkości kątowej. Dlatego efekt wyważania może mieć miejsce tylko przy określonej częstotliwości wyważania. Przy innych częstotliwościach obrotowych występuje dodatkowy błąd.
To samo można powiedzieć o siłach elektromagnetycznych w silniku elektrycznym, które również są proporcjonalne do prędkości kątowej. Nie jest więc możliwe wyeliminowanie wszystkich przyczyn wibracji w maszynie poprzez wyważenie.
Wibracje mechanizmów
Wibracje to reakcja konstrukcji mechanizmu na działanie cyklicznej siły pobudzającej. Siła ta może mieć różny charakter.
Siła odśrodkowa powstająca w wyniku niewyważenia wirnika to nieskompensowana siła działająca na "punkt ciężkości". To właśnie ta siła i wywoływane przez nią drgania można wyeliminować poprzez wyważenie wirnika.
Siły oddziaływania o charakterze "geometrycznym", wynikające z błędów produkcyjnych i montażowych współpracujących części. Siły te mogą powstawać na przykład w wyniku nieokrągłości czopów wałów, błędów w profilach zębów kół zębatych, falistości bieżni łożysk, niewspółosiowości współpracujących wałów itp. W przypadku nieokrągłości czopów, oś wału będzie się przemieszczać w zależności od kąta obrotu wału. Chociaż drgania te występują również przy prędkości obrotowej wirnika, ich wyeliminowanie poprzez wyważenie jest praktycznie niemożliwe.
Siły aerodynamiczne wynikające z obrotu wirników wentylatorów i innych mechanizmów łopatkowych. Siły hydrodynamiczne wynikające z obrotu wirników pomp hydraulicznych, turbin itp.
Siły elektromagnetyczne wynikające z działania maszyn elektrycznych, np. asymetryczne uzwojenia wirnika, zwarte uzwojenia itp.
Wielkość drgań (np. ich amplituda Av) zależy nie tylko od siły pobudzającej Fv działającej na mechanizm z częstotliwością kołową ω, ale także od sztywności k mechanizmu, jego masy m, a także współczynnika tłumienia C.
Do pomiaru drgań i wyważenia mechanizmów można wykorzystać różne typy czujników, w tym:
- czujniki drgań bezwzględnych przeznaczone do pomiaru przyspieszenia drgań (akcelerometry) i czujniki prędkości drgań;
- czujniki drgań względnych - wiroprądowe lub pojemnościowe, przeznaczone do pomiaru przemieszczeń drgań;
- W niektórych przypadkach (gdy konstrukcja mechanizmu na to pozwala) czujniki siły mogą być również stosowane do oceny jego obciążenia drganiami; w szczególności są szeroko stosowane do pomiaru obciążenia drganiami twardych łożysk podpór maszyn wyważających.
Wibracje są więc reakcją maszyny na działanie sił zewnętrznych. Wielkość wibracji zależy nie tylko od wielkości siły działającej na mechanizm, ale także od sztywności konstrukcji mechanizmu. Jedna i ta sama siła może prowadzić do różnych wibracji. W maszynie z twardym łożyskiem, nawet jeśli wibracje są niewielkie, łożyska mogą być poddawane znacznym obciążeniom dynamicznym. Dlatego podczas wyważania maszyn z twardym łożyskiem stosuje się raczej czujniki siły niż drgań (akcelerometry drgań).
Czujniki drgań są stosowane w mechanizmach ze stosunkowo elastycznymi podporami, gdy działanie niezrównoważonych sił odśrodkowych prowadzi do zauważalnego odkształcenia podpór i wibracji. Czujniki siły są stosowane w przypadku sztywnych podpór, gdy nawet znaczne siły wynikające z niewyważenia nie prowadzą do znaczących wibracji.
Rezonans jest czynnikiem, który zapobiega równoważeniu
Wcześniej wspomnieliśmy, że wirniki dzielą się na sztywne i elastyczne. Sztywność lub elastyczność wirnika nie powinna być mylona ze sztywnością lub mobilnością podpór (fundamentów), na których wirnik jest zainstalowany. Wirnik jest uważany za sztywny, gdy jego odkształcenie (zginanie) pod działaniem sił odśrodkowych można pominąć. Odkształcenie elastycznego wirnika jest stosunkowo duże i nie można go pominąć.
W tym artykule rozważamy tylko wyważanie sztywnych wirników. Sztywny (nieodkształcalny) wirnik może być z kolei zamontowany na sztywnych lub ruchomych (giętkich) podporach. Oczywiste jest, że sztywność/rozciągliwość podpór jest również względna, w zależności od prędkości wirnika i wielkości powstających sił odśrodkowych. Warunkową granicą jest częstotliwość drgań własnych podpór wirnika.
W przypadku układów mechanicznych kształt i częstotliwość drgań własnych są określane przez masę i sprężystość elementów układu mechanicznego. Oznacza to, że częstotliwość drgań własnych jest wewnętrzną cechą układu mechanicznego i nie zależy od sił zewnętrznych. Po odchyleniu od stanu równowagi, podpory ze względu na elastyczność mają tendencję do powrotu do pozycji równowagi. Jednak ze względu na bezwładność masywnego wirnika, proces ten ma charakter tłumionych oscylacji. Drgania te są drganiami własnymi układu wirnik-podpora. Ich częstotliwość zależy od stosunku masy wirnika do elastyczności podpór.
Gdy wirnik zaczyna się obracać, a częstotliwość jego obrotów zbliża się do częstotliwości drgań własnych, amplituda drgań gwałtownie wzrasta, co może prowadzić do zniszczenia konstrukcji.
Występuje zjawisko rezonansu mechanicznego. W obszarze rezonansu zmiana prędkości obrotowej o 100 obr/min może prowadzić do kilkudziesięciokrotnego wzrostu drgań. Jednocześnie (w obszarze rezonansu) faza drgań zmienia się o 180°.
Jeśli konstrukcja mechanizmu jest nieudana, a częstotliwość robocza wirnika jest bliska częstotliwości drgań własnych, wówczas działanie mechanizmu staje się niemożliwe z powodu niedopuszczalnie wysokich wibracji. Nie jest to możliwe w zwykły sposób, ponieważ nawet niewielka zmiana prędkości spowoduje drastyczną zmianę parametrów drgań. Do wyważania w obszarze rezonansu stosuje się specjalne metody, które nie zostały uwzględnione w tym artykule.
Możliwe jest określenie częstotliwości drgań własnych mechanizmu podczas wybiegu (przy wyłączeniu obrotów wirnika) lub metodą uderzeniową z późniejszą analizą widmową odpowiedzi układu na uderzenie.
W przypadku mechanizmów, których częstotliwość robocza obrotów jest wyższa od częstotliwości rezonansowej, tj. pracujących w reżimie rezonansowym, podpory są uważane za ruchome, a do pomiaru wykorzystywane są czujniki drgań, głównie wibroakcelerometry, mierzące przyspieszenie elementów konstrukcyjnych. W przypadku mechanizmów pracujących w trybie przedrezonansowym, podpory są uważane za sztywne. W tym przypadku stosowane są czujniki siły.
Liniowe i nieliniowe modele układów mechanicznych. Nieliniowość jest czynnikiem, który uniemożliwia zrównoważenie
Podczas wyważania sztywnych wirników do obliczeń wyważania stosuje się modele matematyczne zwane modelami liniowymi. Model liniowy oznacza, że w takim modelu jedna wielkość jest proporcjonalna (liniowa) do drugiej. Na przykład, jeśli nieskompensowana masa wirnika zostanie podwojona, wówczas wartość drgań również zostanie podwojona. W przypadku sztywnych wirników można zastosować model liniowy, ponieważ nie odkształcają się one.
W przypadku wirników elastycznych nie można już stosować modelu liniowego. W przypadku elastycznego wirnika, jeśli masa ciężkiego punktu wzrośnie podczas obrotu, nastąpi dodatkowe odkształcenie, a oprócz masy zwiększy się również promień położenia ciężkiego punktu. Dlatego w przypadku elastycznego wirnika drgania wzrosną ponad dwukrotnie, a zwykłe metody obliczeń nie będą działać.
Ponadto zmiana sprężystości podpór przy ich dużych odkształceniach, na przykład, gdy przy małych odkształceniach podpór działają niektóre elementy konstrukcyjne, a przy dużych zaangażowane są inne elementy konstrukcyjne. Dlatego nie można wyważyć mechanizmów, które nie są zamocowane na fundamencie, ale na przykład po prostu umieszczone na podłodze. Przy znacznych wibracjach siła niewyważenia może oderwać mechanizm od podłogi, tym samym znacząco zmieniając charakterystykę sztywności systemu. Nóżki silnika muszą być solidnie zamocowane, mocowania śrub muszą być dokręcone, grubość podkładek musi zapewniać wystarczającą sztywność montażu itp. Jeśli łożyska są uszkodzone, możliwa jest znaczna niewspółosiowość wału i wstrząsy, co również spowoduje słabą liniowość i niemożność wykonania wysokiej jakości wyważenia.
Urządzenia wyważające i wyważarki
Jak wspomniano powyżej, wyważanie to proces polegający na wyrównaniu głównej osi bezwładności z osią obrotu wirnika.
Proces ten można przeprowadzić na dwa sposoby.
Pierwsza metoda polega na obróbce czopów wirnika w taki sposób, aby oś przechodząca przez środki czopów przecinała się z główną centralną osią bezwładności wirnika. Taka technika jest rzadko stosowana w praktyce i nie będzie szczegółowo omawiana w tym artykule.
Druga (najbardziej powszechna) metoda polega na przesuwaniu, instalowaniu lub usuwaniu obciążników korekcyjnych na wirniku, które są umieszczane tak, aby oś bezwładności wirnika znajdowała się jak najbliżej jego osi obrotu.
Przesuwanie, dodawanie lub usuwanie ciężarków korekcyjnych podczas wyważania może być realizowane za pomocą różnych operacji technologicznych, w tym: wiercenia, frezowania, napawania, spawania, wkręcania lub wykręcania, wypalania wiązką lasera lub elektronów, elektrolizy, napawania elektromagnetycznego itp.
Proces równoważenia można przeprowadzić na dwa sposoby:
- wyważanie zmontowanych wirników (w ich własnych łożyskach) przy użyciu wyważarek;
- wyważanie wirników na wyważarkach. Do wyważania wirników we własnych łożyskach stosuje się zazwyczaj specjalistyczne urządzenia (zestawy) wyważające, które umożliwiają pomiar drgań wyważanego wirnika przy jego częstotliwości obrotowej w postaci wektorowej, tj. pomiar zarówno amplitudy, jak i fazy drgań. Obecnie powyższe urządzenia produkowane są w oparciu o technologię mikroprocesorową i (poza pomiarem i analizą drgań) zapewniają automatyczne obliczanie parametrów ciężarków korekcyjnych, które należy zamontować na wirniku w celu skompensowania jego niewyważenia.
Urządzenia te obejmują:
- jednostka pomiarowa i obliczeniowa oparta na komputerze lub sterowniku przemysłowym;
- Dwa (lub więcej) czujniki wibracji;
- Czujnik kąta fazowego;
- akcesoria do montażu czujników na miejscu;
- specjalistyczne oprogramowanie, zaprojektowane do wykonywania pełnego cyklu pomiarów parametrów drgań wirnika w jednej, dwóch lub więcej płaszczyznach korekcyjnych.
Obecnie najpopularniejsze są dwa rodzaje wyważarek:
- Maszyny z miękkimi łożyskami (z miękkimi podporami);
- Maszyny z łożyskami twardymi (ze sztywnymi podporami).
Maszyny z miękkimi łożyskami mają stosunkowo giętkie podpory, na przykład oparte na płaskich sprężynach. Częstotliwość drgań własnych tych podpór jest zazwyczaj 2-3 razy niższa niż częstotliwość obrotów zamontowanego na nich wirnika wyważającego. Do pomiaru drgań podpór przedrezonansowych maszyny zazwyczaj stosuje się czujniki drgań (akcelerometry, czujniki prędkości drgań itp.).
Maszyny do wyważania przedrezonansowego wykorzystują stosunkowo sztywne podpory, których częstotliwości drgań własnych powinny być 2-3 razy wyższe niż częstotliwość obrotowa wyważanego wirnika. Przetworniki siły są zwykle używane do pomiaru obciążenia wibracyjnego podpór maszyny przedrezonansowej.
Zaletą wyważarek przedrezonansowych jest to, że wyważanie na nich można wykonywać przy stosunkowo niskich prędkościach obrotowych wirnika (do 400 - 500 obr./min), co znacznie upraszcza konstrukcję maszyny i jej fundament, a także zwiększa wydajność i bezpieczeństwo wyważania.
Wyważanie sztywnych wirników
Ważne!
- Wyważanie eliminuje jedynie wibracje spowodowane asymetrycznym rozkładem masy wirnika względem jego osi obrotowej. Inne rodzaje wibracji nie są eliminowane przez wyważanie!
- Mechanizmy techniczne, których konstrukcja zapewnia brak rezonansów przy częstotliwości roboczej obrotu, niezawodnie zamocowane na fundamencie, zainstalowane w sprawnych łożyskach, podlegają wyważeniu.
- Uszkodzone maszyny muszą zostać naprawione przed wyważeniem. W przeciwnym razie wyważanie wysokiej jakości nie będzie możliwe.
Wyważanie nie zastąpi naprawy!
Głównym zadaniem wyważania jest znalezienie masy i położenia ciężarków kompensacyjnych, które podlegają równoważącym siłom odśrodkowym.
Jak wspomniano powyżej, w przypadku sztywnych wirników zazwyczaj konieczne i wystarczające jest zainstalowanie dwóch obciążników kompensacyjnych. Wyeliminuje to zarówno statyczne, jak i dynamiczne niewyważenie wirnika. Ogólny schemat pomiaru drgań podczas wyważania jest następujący.
Czujniki drgań są instalowane na wspornikach łożysk w punktach 1 i 2. Znacznik obrotów jest przymocowany do wirnika, zwykle za pomocą taśmy odblaskowej. Znacznik obrotów jest wykorzystywany przez tachometr laserowy do określenia prędkości obrotowej wirnika i fazy sygnału drgań.
Jak przeprowadza się wyważanie dynamiczne (metoda trzech przebiegów)
W większości przypadków wyważanie dynamiczne jest przeprowadzane metodą trzech uruchomień. Metoda ta polega na tym, że obciążniki testowe o znanej masie są umieszczane na wirniku szeregowo w płaszczyźnie 1 i 2, a masy i położenie obciążników wyważających są obliczane na podstawie wyników zmian parametrów drgań.
Miejsce instalacji obciążników nazywane jest płaszczyzną korekcyjną. Zazwyczaj płaszczyzny korekcyjne są wybierane w obszarze podpór łożyskowych, na których zainstalowany jest wirnik.
Przy pierwszym uruchomieniu mierzone są początkowe wibracje. Następnie na wirniku, bliżej jednego z łożysk, umieszczany jest obciążnik testowy o znanej masie. Przeprowadzany jest drugi rozruch i mierzone są parametry drgań, które powinny ulec zmianie w wyniku instalacji obciążnika testowego. Następnie obciążnik testowy w pierwszej płaszczyźnie jest usuwany i instalowany w drugiej płaszczyźnie. Przeprowadzany jest trzeci test i mierzone są parametry drgań. Obciążnik testowy jest usuwany, a oprogramowanie automatycznie oblicza masy i kąty instalacji obciążników.
Celem instalacji obciążników testowych jest określenie reakcji systemu na zmiany niewyważenia. Wagi i lokalizacje obciążników testowych są znane, więc oprogramowanie może obliczyć tak zwane współczynniki wpływu, pokazujące, jak wprowadzenie znanego niewyważenia wpływa na parametry drgań. Współczynniki wpływu są charakterystyką samego układu mechanicznego i zależą od sztywności podpór i masy (bezwładności) układu wirnik-podpora.
Dla tego samego typu mechanizmów o tej samej konstrukcji współczynniki wpływu będą zbliżone. Możliwe jest zapisanie ich w pamięci komputera i wykorzystanie do wyważania mechanizmów tego samego typu bez przeprowadzania testów, co znacznie zwiększa wydajność wyważania. Należy pamiętać, że masa obciążników testowych powinna być tak dobrana, aby parametry drgań zmieniały się zauważalnie po zamontowaniu obciążników testowych. W przeciwnym razie wzrasta błąd obliczania współczynników wpływu i pogarsza się jakość wyważania.
Jak widać na Rys. 1, siła odśrodkowa działa w kierunku promieniowym, tj. prostopadle do osi wirnika. Dlatego czujniki drgań muszą być zainstalowane tak, aby ich oś czułości również wskazywała kierunek promieniowy. Zazwyczaj sztywność fundamentu w kierunku poziomym jest mniejsza, więc drgania w kierunku poziomym są większe. Dlatego, aby zwiększyć czułość, czujniki powinny być zainstalowane tak, aby ich oś czułości była również skierowana poziomo. Chociaż nie ma zasadniczej różnicy. Oprócz drgań w kierunku promieniowym, należy monitorować drgania w kierunku osiowym, wzdłuż osi obrotu wirnika. Drgania te zwykle nie są spowodowane niewyważeniem, ale innymi przyczynami, głównie związanymi z niewspółosiowością i niewspółosiowością wałów połączonych przez sprzęgło.
Drgań tych nie da się wyeliminować poprzez wyważenie, dlatego konieczne jest wyosiowanie. W praktyce takie maszyny zazwyczaj charakteryzują się zarówno niewyważeniem wirnika, jak i niewspółosiowością wałów, co znacznie utrudnia eliminację drgań. W takich przypadkach konieczne jest najpierw wycentrowanie maszyny, a następnie jej wyważenie. (Chociaż przy silnym niewyważeniu momentu obrotowego drgania występują również w kierunku osiowym z powodu "skręcania" konstrukcji fundamentu).
Powiązane artykuły (przykłady stanowisk wyważających)
- Stojak do ćwiczeń równowagi z miękkim podparciem
- Wyważanie wirników silników elektrycznych
- Proste, ale skuteczne stojaki wyważające
Kryteria oceny jakości mechanizmów równoważenia
Jakość wyważenia wirników (mechanizmów) można ocenić na dwa sposoby. Pierwsza metoda polega na porównaniu wielkości niewyważenia szczątkowego określonego podczas procesu wyważania z tolerancją niewyważenia szczątkowego. Tolerancje te dla różnych klas wirników zostały określone w normie ISO 1940-1-2007. Część 1. Definicja dopuszczalnego niewyważenia.
Jednak zgodność z określonymi tolerancjami nie może w pełni zagwarantować niezawodności działania mechanizmu, związanej z osiągnięciem minimalnego poziomu jego drgań. Wynika to z faktu, że wielkość drgań mechanizmu zależy nie tylko od wielkości siły związanej z niewyważeniem szczątkowym jego wirnika, ale także od kilku innych parametrów, w tym: sztywności k elementów konstrukcyjnych mechanizmu, jego masy m, współczynnika tłumienia, a także częstotliwości obrotowej. Dlatego w celu oszacowania właściwości dynamicznych mechanizmu (w tym jakości jego wyważenia) w wielu przypadkach zaleca się oszacowanie poziomu drgań szczątkowych mechanizmu, który jest regulowany przez szereg norm.
Najpopularniejszą normą regulującą dopuszczalne poziomy drgań mechanizmów jest ISO 10816-3-2002. Z jej pomocą możliwe jest ustalenie tolerancji dla dowolnego typu maszyn, biorąc pod uwagę moc ich napędu elektrycznego.
Oprócz tego uniwersalnego standardu istnieje szereg specjalistycznych standardów opracowanych dla określonych typów maszyn. Na przykład 31350-2007, ISO 7919-1-2002 itp.
Normy i odniesienia
- ISO 1940-1:2007. Drgania. Wymagania dotyczące jakości wyważania wirników sztywnych. Część 1. Określanie dopuszczalnego niewyważenia.
- Norma ISO 10816-3:2009. Drgania mechaniczne — Ocena drgań maszyn za pomocą pomiarów na częściach nieobrotowych — Część 3: Maszyny przemysłowe o mocy znamionowej powyżej 15 kW i prędkościach znamionowych od 120 obr./min do 15 000 obr./min mierzonych in situ.
- ISO 14694:2003. Wentylatory przemysłowe — Specyfikacje dotyczące jakości wyważenia i poziomu drgań.
- ISO 7919-1:2002. Drgania maszyn bez ruchu posuwisto-zwrotnego — Pomiary na wałach obrotowych i kryteria oceny — Wskazówki ogólne.
FAQ
Czy wyważanie usuwa wszelkie drgania?
Nie. Wyważanie usuwa drgania spowodowane asymetrycznym rozkładem masy wirnika względem jego osi obrotu. Drgania spowodowane niewspółosiowością, defektami łożysk, siłami aerodynamicznymi/hydrodynamicznymi, siłami elektromagnetycznymi i innymi przyczynami wymagają oddzielnej diagnostyki i działań korygujących.
Dlaczego wyważanie może zawieść w pobliżu rezonansu?
W pobliżu rezonansu, niewielkie zmiany prędkości mogą powodować duże zmiany amplitudy drgań i przesunięcie fazowe o 180°. W takich warunkach wyniki pomiarów stają się niestabilne, a konwencjonalne procedury wyważania mogą nie być zbieżne bez zastosowania specjalnych metod.
Kiedy potrzebne jest wyważanie jednopłaszczyznowe, a kiedy dwupłaszczyznowe?
W przypadku sztywnego wirnika, dwa ciężarki rozdzielone wzdłuż jego długości są zazwyczaj niezbędne i wystarczające do wyeliminowania łącznego niewyważenia statycznego i dynamicznego. Wąskie wirniki często wykazują głównie niewyważenie statyczne, ale odkształcenia i geometria mogą wprowadzić składową dynamiczną, która może wymagać korekcji w dwóch płaszczyznach.
Co należy zrobić przed wyważeniem?
Upewnij się, że maszyna jest sprawna: ma solidne mocowanie do fundamentu, sprawne łożyska, nie ma poważnych luzów i nie ma widocznych źródeł nieliniowości. Wyważenie nie zastępuje naprawy.
Najważniejsze wnioski
- Wyważanie koryguje wzbudzenia związane z masą (odśrodkowe), ale nie rozwiązuje problemów związanych z brakiem współosiowości, uszkodzeniami łożysk ani źródłami elektromagnetycznymi/aerodynamicznymi.
- Rezonans i nieliniowość mogą sprawić, że konwencjonalne wyważanie będzie nieskuteczne lub niebezpieczne.
- W przypadku wirników sztywnych, rozwiązaniem pozwalającym na uniknięcie niewyważenia statycznego i dynamicznego jest wyważanie dwupłaszczyznowe.
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 