Instrucțiuni de echilibrare dinamică a arborelui: Static vs. Dinamic, Procedură de teren și clase ISO 21940
Tot ce are nevoie un inginer de teren pentru a echilibra rotoare la fața locului — de la fizica dezechilibrului până la rularea finală de verificare. Procedură în șapte pași, formule pentru greutatea de probă, măsurarea unghiului de corecție și tabele de toleranță ISO. Bazat pe activitatea de teren Vibromera pe ventilatoare, tocătoare, concasoare și arbori.
Ce este echilibrarea dinamică?
Echilibrarea dinamică este procesul de măsurare și corectare a distribuției inegale a masei unui corp în rotație (rotor) în timp ce acesta se rotește la viteza de funcționare. Spre deosebire de echilibrarea statică, care corectează decalajul de masă într-un singur plan, echilibrarea dinamică abordează dezechilibrul în două sau mai multe avioane simultan, eliminând atât forța centrifugă, cât și cuplul de balansare care cauzează vibrațiile rulmentului.
Fiecare piesă rotativă — de la un rotor de tocător de 200 kg la un ax de foraj dentar de 5 g — prezintă un anumit dezechilibru rezidual. Toleranțele de fabricație, inconsecvențele materialelor, coroziunea și depunerile acumulate deplasează centrul de masă departe de axa geometrică de rotație. Rezultatul este o forță centrifugă care crește odată cu pătratul vitezei: se dublează numărul de rotații pe minut, iar forța se cvadruplează.
Un rotor care se rotește la 3.000 RPM cu doar 10 g de dezechilibru la o rază de 150 mm generează aproximativ 150 N de forță de rotație — suficientă pentru a distruge rulmenții în câteva săptămâni. Echilibrarea dinamică reduce această forță la un nivel specificat de standardele internaționale (ISO 21940‑11, fostul ISO 1940), prelungind durata de viață a rulmenților de la luni la ani și reducând timpii de nefuncționare legați de vibrații.
Echilibru static vs. dinamic
Centrul de greutate al rotorului este decalat față de axa de rotație în un plan. Când sunt așezate pe suporturi tip cuțit, partea grea se rostogolește spre fund — puteți observa acest lucru fără a se roti.
Corecţie: adăugați sau eliminați masă într-o singură poziție unghiulară opusă punctului greu. Un plan de corecție este suficient.
Se aplică la: piese înguste în formă de disc, la care L/D este sub aproximativ 0.5 - volante, discuri de rectificat, rotoare cu un singur disc, pânze de ferăstrău, discuri de frână.
Două (sau mai multe) decalaje de masă se află în diferite avioane de-a lungul lungimii rotorului. Se pot anula reciproc static — rotorul stă nemișcat pe muchii de cuțit — dar creează o cuplu balansoar la rotire. Acest cuplu nu poate fi detectat sau corectat fără rotație.
Corecţie: două greutăți compensatoare în două plane separate. Instrumentul calculează masa și unghiul pentru fiecare plan din matricea coeficienților de influență.
Se aplică la: rotoare alungite — arbori, ventilatoare cu rotor lat, rotoare de tocător, role, rotoare de pompe multietajate, turbine.
Patru tipuri de dezechilibru
ISO 21940-11 distinge patru modele fundamentale de dezechilibru. Înțelegerea modelului dominant ajută la alegerea strategiei corecte de echilibrare.
În practică, aproape fiecare rotor întâlnit pe teren are un dezechilibru dinamic - o combinație de componente de forță și cuplu. De aceea, echilibrarea pe două planuri este procedura implicită pentru orice rotor care nu este un disc subțire.
Când se utilizează echilibrarea pe un singur plan vs. pe două planuri
Factorul decisiv este rotorul raportul geometric L/D (lungimea axială raportată la diametrul exterior) combinată cu viteza sa de funcționare.
| Criteriu | Plan unic (1 senzor) | Două planuri (2 senzori) |
|---|---|---|
| Raportul L/D | L/D < 0.5 (rotor îngust de tip disc) | L/D >= 0.5, sau distribuție axială semnificativă a masei |
| Piese tipice | Disc abraziv, volantă, rotor monodisc, fulie, disc de frână, lamă de ferăstrău | Rotor ventilator, tocător, arbore, tăvălug, pompă multietajată, turbină, concasor |
| Tipurile de dezechilibru corectate | Numai static (forțat) | Static + cuplu + dinamic (forță + moment) |
| Plane de corecție | 1 | 2 |
| Rute de măsurare | 2 (inițial + 1 încercare) | 3 (inițiale + 2 încercări, câte una pe avion) |
| Timp pe site | 15–20 de minute | 30–45 minute |
ISO 21940‑11 Grade de calitate a balanței
ISO 21940-11 (succesorul ISO 1940-1) atribuie fiecărei clase de mașini rotative o gradul de calitate al echilibrului G, definită ca viteza maximă admisă a centrului de greutate al rotorului în mm/s. Dezechilibrul specific rezidual admis epe (în g·mm/kg) este derivată din gradul de calitate și viteza de funcționare:
G — gradul de calitate al balanței (de exemplu, 6,3 înseamnă 6,3 mm/s)
ω — viteza unghiulară, rad/s
RPM — viteza de funcționare, rot/min
| Grad | e-ω, mm/s | Tipuri de mașini |
|---|---|---|
G 0.4 |
0.4 | Giroscoape, axe ale mașinilor de rectificat de precizie |
G 1.0 |
1.0 | Turbochargers, small electric armatures with special requirements |
G 2.5 |
2.5 | Electric motors and generators with special requirements (ordinary industrial motors are G 6.3), medium/large turbines, pumps |
G 6.3 |
6.3 | Ventilatoare, pompe, utilaje de procesare, volante, centrifuge, utilaje industriale generale |
G 16 |
16 | Mașini agricole, concasoare, arbori cardanici, piese pentru mașini de concasare |
G 40 |
40 | Roți pentru autoturisme, ansambluri arbore cotit (producție de serie) |
G 100 |
100 | Ansambluri de arbori cotiți de motoare diesel rapide cu șase sau mai mulți cilindri |
Exemplu lucrat: Rotor ventilator
Un rotor de ventilator centrifugal cântărește 80 kg, funcționează la 1.450 RPM, iar raza de corecție este de 250 mm. Gradul necesar: G 6.3.
La o rază de corecție de 250 mm: masă reziduală maximă = 3320 / 250 = 13,3 grame masa reziduală totală
Pentru o lucrare în două planuri, distribuiți acea toleranță totală între planuri; o împărțire egală simplă oferă aproximativ 6.6 g per plan.
Standarde conexe: ISO 21940-11 (rotoare rigide), ISO 21940-12 (rotoare flexibile), ISO 10816-3 (limitele de severitate a vibrațiilor), ISO 1940 (predecesor moștenit).
Procedura de echilibrare a câmpului în șapte pași
Aceasta este metoda coeficientului de influență pentru echilibrarea câmpului biplanar, aplicată cu un instrument portabil, cum ar fi Balanset-1A. Aceeași logică funcționează cu orice analizor de echilibrare cu două canale.
Mt = Mr × Ksupport × Kvibration / (Rt × (N/100)²) unde Mr = rotor mass (g), Ksupport = support stiffness coefficient (0.5–5.0, use 3 for standard pedestals), Kvibrații = vibration level coefficient (0.5–3.0, use 1.0 for normal vibration of 5–10 mm/s), Rt = raza de instalare (cm), N = RPM. Sau folosiți calculator online de greutate de probă — introduceți parametrii rotorului și obțineți instantaneu masa recomandată.
Calculul greutății de probă
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:
Mr — masa rotorului, grame
Ksupport — support stiffness coefficient (0.5–5.0: 1 = soft rubber mounts, 2–3 = standard bearing pedestals, 4–5 = massive rigid foundation)
Kvibrații — vibration level coefficient (0.5–3.0: 0.5 = up to 5 mm/s, 1.0 = 5–10 mm/s, 1.5 = 10–20 mm/s, 2.0 = 20–40 mm/s, 2.5–3.0 = above 40 mm/s)
Rt — raza de instalare a greutății de probă, cm
N — viteza de funcționare, RPM
Nu vrei să faci calculele de mână? Folosește-ne calculator online de greutate de probă ↗ — introduceți parametrii rotorului, tipul de suport și nivelul de vibrații și obțineți instantaneu masa recomandată.
Worked Examples (Ksupport = 3, Kvibrații = 1.0)
| Mașină | Masa rotorului | RPM | Rază | Trial weight (Ksupliment = 3, Kvibrație = 1) |
|---|---|---|---|---|
| Rotor de tocător | 120 kg | 2,200 | 30 cm | 360.000 / (30 × 484) ≈ 25 de grame |
| Ventilator industrial | 80 kg | 1,450 | 40 cm | 240.000 / (40 × 210,25) ≈ 29 de grame |
| tambur centrifugal | 45 kg | 3,000 | 15 cm | 135.000 / (15 × 900) = 10 grame |
| Arborele concasorului | 250 kg | 900 | 25 cm | 750.000 / (25 × 81) ≈ 370 de grame |
Values shown assume Ksupport = 3 (standard bearing pedestals) and Kvibrații = 1.0 (normal vibration of 5–10 mm/s); scale accordingly for other support and vibration conditions.
Măsurarea unghiului de corecție
Instrumentul de echilibrare generează două numere pe plan: masa (câtă greutate) și unghi (unde să fie plasată). Unghiul este întotdeauna raportat la poziția greutății de probă.
Cum se măsoară unghiul
- Punct de referință (0°): poziția unghiulară în care ați plasat greutatea de probă. Marcați-o clar pe rotor înainte de proba de funcționare.
- Direcția de măsurare: întotdeauna în direcția de rotație a rotorului.
- Citirea unghiului: the result window shows the Correction mass și Angle for each plane. From the trial weight mark, count that many degrees in the rotation direction — that is where the correction weight goes.
- Dacă se îndepărtează masa: 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.
Împărțirea greutății în poziții fixe
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: Poziții libere, Poziții fixe, Canelură circularăși 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.
Planuri de corecție și amplasarea senzorilor
Planul de corecție este poziția axială pe rotor unde adăugați sau eliminați masă. Senzorul măsoară vibrațiile la cel mai apropiat rulment. Câteva reguli cheie:
- Senzorul se montează pe carcasa rulmentului — cât mai aproape de axa centrală a rulmentului, în direcție radială (de preferință orizontală).
- Planul 1 corespunde Senzorului 1, Planul 2 către senzorul 2. Mențineți numerotarea consecventă, altfel software-ul va schimba planurile de corecție.
- Maximizarea separării plane: Cu cât cele două plane de corecție sunt mai depărtate, cu atât rezoluția cuplului este mai bună. Separarea minimă practică este de ⅓ din deschiderea lagărului.
- Alegeți poziții accesibile: Planul de corecție trebuie să fie o locație în care puteți atașa fizic greutăți - o margine a flanșei, un cerc de șurub, o jantă sau o suprafață de sudură.
În fotografia de mai sus, un rotor de tocător este pregătit pentru echilibrare pe două planuri. Marcajele albastre 1 și 2 indică pozițiile senzorilor pe carcasele rulmenților. Marcajele roșii 1 și 2 arată planurile de corecție - în acest caz, capetele cu flanșă ale corpului rotorului unde vor fi sudate greutățile.
Rotor în consolă (suspendat)
Rotoarele în consolă — rotoarele ventilatorului, volantele montate în exteriorul rampei, rotoarele pompei — necesită o configurație diferită a senzorilor și a planurilor. Ambele planuri de corecție se află pe aceeași parte a rulmenților, iar amplasarea senzorilor trebuie să țină cont de dezechilibrul cuplului de amplificare a masei în consolă.
Aplicații după tipul de mașină
Metode de atașare a greutății
| Metodă | Atașament | Cel mai bun pentru | Limite |
|---|---|---|---|
| Sudare | Șaibe sau plăci de oțel sudate prin puncte pe marginea rotorului | Tocătoare, concasoare, rotoare industriale grele | Permanent. Nu se poate utiliza pe aluminiu sau oțel inoxidabil fără o tijă specială. |
| Șuruburi și piulițe | Șuruburi prin găuri pre-găurite cu piulițe autoblocante | Rotoare de ventilator, volante, flanșe de cuplare | Necesită găuri existente sau găuri noi |
| Cleme de furtun | Clemă de furtun din oțel inoxidabil cu greutate intercalată | Arbore, role, rotoare cilindrice în câmp | Temporar sau semipermanent. Verificați cuplul de strângere a clemei. |
| Șurub de fixare cu clipsare | Greutăți prefabricate cu clipsuri (cum ar fi greutățile pentru anvelope) | Pale de ventilator, jante subțiri, rotoare ușoare | Gamă de masă limitată. Poate patina la turații mari |
| Adeziv (epoxid) | Greutate lipită de suprafață | Rotoare de precizie, medii curate | Necesită suprafață curată și uscată. Limită de temperatură ~120°C |
| Îndepărtarea materialelor | Găurirea sau șlefuirea materialului departe de partea grea | Turbocompresoare, axe de mare viteză, rotoare | Permanent și precis, dar ireversibil. Utilizarea atunci când se adaugă greutate nu este sigură. |
Greșeli frecvente în echilibrarea terenului
| # | Greşeală | Consecinţă | Reparare |
|---|---|---|---|
| 1 | Senzor montat pe o protecție sau un capac | Rezonanța capacului distorsionează citirile de amplitudine și fază → corecție greșită | Montați întotdeauna pe suprafața metalică a carcasei rulmentului |
| 2 | Greutate de probă prea ușoară | Schimbarea de fază și amplitudine se face în interiorul zgomotului → coeficienții de influență nu sunt fiabili | Asigurați-vă de o schimbare a amplitudinii de 20-30% sau de o schimbare de fază de 20-30 de grade la cel puțin un senzor |
| 3 | Variația vitezei între curse | Vibrațiile la 1× se modifică în funcție de RPM² — chiar și schimbarea vitezei 5% corupe datele | Folosește un tahometru pentru o urmărire precisă a turației. Așteaptă ca viteza să se stabilizeze. |
| 4 | Leaving the trial weight on without telling the software | Correction calculation is skewed by the unaccounted trial weight → result is meaningless | Remove the trial weight before installing correction weights — or tick Leave on rotor in the Trial weight group so the software accounts for it |
| 5 | Amestecarea Planului 1 cu Planul 2 | Greutățile corectoare intră în planuri greșite → vibrațiile cresc | Etichetați clar senzorii și planurile. Senzor 1 → Plan 1, Senzor 2 → Plan 2 |
| 6 | Măsurarea unghiului opus rotației | Correction goes 360° − f instead of f → the weight lands mirrored about the reference mark — up to 180° away from the correct position | Confirmați direcția de rotație înainte de a începe. Măsurați întotdeauna în direcția de rotație |
| 7 | Creșterea termică în timpul alergărilor | Modificări ale jocului lagărului între pornirile la rece → măsurători de deviație | Fie încălziți-vă la starea constantă înainte de alergarea 0, fie finalizați toate alergările rapid (la o diferență de <5 minute) |
| 8 | Utilizarea unui singur plan pe un rotor lung | Dezechilibrul cuplului rămâne necorectat → vibrațiile pot crește chiar și la rulmentul îndepărtat | Folosiți echilibrarea în două planuri pentru orice rotor la care L/D >= 0.5, separarea planurilor este semnificativă sau corecția într-un singur plan afectează rulmentul îndepărtat |
Raport de teren: Echilibrarea rotorului tocătorului
Maşină: Tocătoare cu ciocane Maschio Bisonte 280, rotor de 165 kg, turație priză de putere de 2.100 RPM. Clientul a raportat vibrații severe după înlocuirea a 8 ciocane.
Configurare: Două accelerometre pe carcasele lagărelor, tahometru laser pe arborele cardanic. Mod biplanar Balanset-1A.
Rularea 0: Senzor 1 = 12,4 mm/s la 47°, Senzor 2 = 8,9 mm/s la 213°. ISO 10816-3 zona D (pericol).
Perioade de probă: Greutate de probă de 500 g utilizată în ambele planuri. Răspuns clar — modificare a amplitudinii >60% la ambii senzori.
Trial mass note: with Ksupport = 3 and Kvibrații = 1 the trial weight formula suggests only ≈ 37 g for this rotor — the formula result is a minimum, and higher Ksupport/Kvibrații factors call for heavier weights. The 500 g weight used on this job was well above that minimum; the >60% amplitude response confirmed a valid trial, which is the criterion that actually matters.
Corecţie: Planul 1: 340 g sudat la 128°. Planul 2: 215 g sudat la 276°.
Verificare: Senzor 1 = 0,8 mm/s, Senzor 2 = 0,6 mm/s. Zona ISO A (bună). Nu este necesară o cursă de ajustare.
Echilibrarea dinamică pe două planuri a unui ventilator
Ventilatoarele industriale — centrifuge, axiale și cu flux mixt — se numără printre cele mai comune rotoare echilibrate în domeniu. Procedura de mai jos prezintă o lucrare reală pe două planuri pe un ventilator radial folosind Balanset‑1A.
Determinarea planurilor și instalarea senzorilor
Curățați suprafețele de instalare a senzorilor de murdărie și ulei. Senzorii trebuie să se potrivească perfect pe suprafața metalică a carcasei rulmentului - nu montați niciodată pe capace, apărători sau panouri de tablă nesusținute.
- Senzor 1 (roșu): Instalați mai aproape de partea din față a ventilatorului (partea Planului 1).
- Senzor 2 (verde): Instalați mai aproape de spatele ventilatorului (partea Planului 2).
- Planul 1 (zona roșie): Plan de corecție pe discul rotorului, mai aproape de față.
- Planul 2 (zona verde): Planul de corecție mai aproape de placa din spate sau de butuc.
Conectați ambii senzori de vibrații și tahometrul laser la Balanset‑1A. Atașați bandă reflectorizantă pe ax sau butuc pentru referință RPM.
Procesul de echilibrare
Porniți ventilatorul și efectuați măsurători inițiale ale vibrațiilor (Run 0). Instalați o greutate de probă cu masă cunoscută pe Planul 1 într-un punct arbitrar, porniți ventilatorul și înregistrați schimbarea vibrațiilor (Run 1). Mutați greutatea de probă pe Planul 2 într-un punct arbitrar, porniți din nou ventilatorul și înregistrați (Run 2). Software-ul Balanset-1A utilizează toate cele trei măsurători pentru a calcula masa și unghiul de corecție pentru fiecare plan.
Măsurarea unghiului pentru greutățile de corecție a ventilatorului
Unghiul este măsurat de la poziția greutății de probă în direcția de rotație a ventilatorului — exact așa cum este descris în Măsurarea unghiului de corecție secțiunea de mai sus. Marcați locul unde a fost plasată greutatea de probă (referință 0°), apoi numărați unghiul indicat de-a lungul direcției de rotație pentru a găsi poziția greutății de corecție.
Pe baza unghiurilor și maselor calculate de software, instalați greutățile de corecție pe Planul 1 și Planul 2. Porniți din nou ventilatorul și verificați dacă vibrațiile au scăzut la un nivel acceptabil pe ISO 21940-11 (de obicei G 6,3 pentru ventilatoare de uz general). Dacă vibrațiile reziduale sunt încă peste țintă, efectuați o rundă de reglare.
Întrebări frecvente
Echipamente pentru echilibrarea pe teren
Balanset-1A este un instrument portabil cu două canale care gestionează echilibrarea dinamică pe un singur plan și pe două planuri, plus analiza vibrațiilor (viteză generală, spectre, formă de undă). Se livrează ca un kit complet:
- 2x senzori de vibrații MEMS (accelerometre pe bază de ADXL335) cu prinderi magnetice
- Tahometru laser (senzor RPM fără contact) cu bandă reflectorizantă
- Unitate de măsură USB (se conectează la orice laptop cu Windows)
- Software: asistent de echilibrare, vibrametru, analizor de spectru
- Geantă de transport cu toate cablurile și accesoriile
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.
0 Comments