Echilibrarea rotorului - Proceduri, tipuri & Standarde
Ghid complet pentru echilibrarea mașinilor rotative: static vs. dinamic (pe un singur plan și pe două planuri), metoda coeficientului de influență, toleranțele ISO 21940, echilibrarea pe teren și tehnici de corecție.
Echilibrarea statică vs. dinamică
Cele două tipuri fundamentale de echilibrare - determinate de geometria rotorului și de tipul de dezechilibru prezent
| Criteriu | Un singur plan | Două planuri |
|---|---|---|
| Tipul de dezechilibru corectat | Numai statice | Static + cuplu (dinamic) |
| Geometria rotorului | L/D < 0,5 (ca un disc) | L/D > 0,5 (alungit) |
| Număr de execuții | 2 (inițial + probă) | 3-4 (inițial + 2 încercări, sau cuplare încrucișată) |
| Senzori necesari | 1 accelerometru + tahometru | 2 accelerometre + tahograf |
| Modelul vibrațiilor rulmentului | În fază la 1× | Faza variază (nu în fază, nu 180°) |
| Rotoare tipice | Rotoare de ventilator, scripeți, discuri abrazive | Motoare, pompe, role, turbine, arbori |
| Recomandarea planului ISO | Rotoare înguste conform ISO 1940-1 §4.3 | Standard pentru toate rotoarele alungite |
| Mod Balanset-1A | F2 | F3 |
Procedura de echilibrare
Metoda coeficientului de influență (greutatea de probă) - abordarea standard pentru echilibrarea pe teren și în atelier
De ce echilibru? - Beneficiile
Dezechilibrul este sursa #1 de vibrații în mașinile rotative. Corectarea oferă rezultate măsurabile.
Ce este echilibrarea rotorului?
Echilibrarea rotorului este procesul de îmbunătățire a distribuției masei unui corp rotativ, astfel încât centrul său de masă să coincidă cu axa geometrică de rotație. Acest lucru minimizează forțele centrifuge, reducând vibrațiile, rulment sarcini, zgomot și consum de energie. Corectarea se face prin adăugarea sau eliminarea greutății în anumite locuri și unghiuri, pe baza măsurătorilor vibrațiilor și a analizei fazelor. Criteriul de acceptare este definit prin ISO 1940-1 (ISO 21940-11) Grade G. Cele două tipuri sunt static (un singur plan) pentru rotoarele tip disc și dinamic (în două planuri) pentru rotoarele alungite.
Dezechilibra este cea mai frecventă sursă de vibrații în mașinile rotative. Atunci când distribuția masei este imperfectă - din cauza toleranțelor de fabricație, a neomogenității materialului, a coroziunii, a acumulării de depuneri sau a deteriorării - sunt generate forțe centrifugale care cresc cu pătratul vitezei. Un mic dezechilibru la viteză mică poate deveni distructiv la viteză mare.
Echilibrarea abordează această problemă prin măsurarea iterativă a răspunsului la vibrații și ajustarea distribuției masei până când reziduurile dezechilibra este în limitele toleranței. Este atât un proces de fabricație (pe mașinile de echilibrare din atelier), cât și un proces de întreținere (echilibrare pe teren pe echipamentele instalate).
Metoda coeficientului de influență
Echilibrarea modernă - atât pe mașini dedicate, cât și pe teren - utilizează metoda coeficientului de influență (greutate de încercare). Principiul fizic: dacă știm cum modifică vibrația o masă cunoscută la o poziție cunoscută, putem calcula masa și poziția necesare pentru a anula dezechilibrul inițial.
Pentru echilibrarea pe două planuri, sistemul devine o matrice 2×2 (patru coeficienți de influență care iau în considerare cuplarea încrucișată între planuri), dar principiul este identic. Metoda Balanset-1A rezolvă această problemă în mod automat - operatorul doar rulează mașina și atașează greutățile de probă.
Selectarea greutății de probă
Greutatea de probă ar trebui să producă o modificare notabilă a vibrațiilor (în mod ideal, 10-30% din nivelul inițial) fără a crea sarcini periculoase. O estimare inițială utilă:
Când să echilibrați - Semnătura de vibrație
De unde știți că vibrațiile sunt cauzate mai degrabă de dezechilibru decât de nealiniere, slăbire, sau defecte ale rulmentului?
Frecvenţă: Vârf dominant la exact 1× RPM (viteza de rulare) în FFT spectru.
Direcţie: În principal radial (orizontal și vertical). Componenta axială este mică.
Faza: Unghi de fază stabil, repetabil la 1×. Faza nu derivă în timp.
Dependența de viteză: Amplitudinea crește cu pătratul vitezei (proporțional cu ω²).
Contrast cu dezalinierea: Nealinierea produce componente semnificative 2× și/sau axiale 1×. Defectele rulmenților produc frecvențe nesincrone.
Înainte de echilibrare, verificați întotdeauna diagnosticul. Caracteristicile Balanset-1A analizorul de spectru (modul F1) afișează întreaga FFT spectru, permițând confirmarea faptului că 1× domină înainte de a trece la echilibrare.
Metode de corecție
Adăugarea masei
- Greutăți Clip-on: Greutăți din zinc sau oțel cu prindere cu arc. Uzuale pentru ventilatoare, roți. Rapid, nepermanent.
- Greutăți cu șuruburi: Greutăți de precizie fixate cu șuruburi în găuri filetate sau în fante în T. Standard pentru rotoare mari, turbine.
- Greutăți sudate: Plăci sau tije de oțel sudate la rotor. Permanent. Uzual pentru ventilatoare industriale grele și rotoare de concasoare.
- Epoxid/putty: Adeziv în două părți cu umplutură metalică. Bun pentru suprafețe neregulate. Limitat la temperaturi moderate.
- Șuruburi de fixare: Înfiletate în găuri radiale. Frecvente pe butuci și fusuri de cuplare. Reglabile.
Îndepărtarea masei
- Foraj: Îndepărtarea materialului din punctul greu. Controlul precis al masei îndepărtate (masă = densitate × volum). Ireversibil.
- Morărit / măcinare: Îndepărtarea materialului de pe jantă sau față. Frecvent la roțile turbinelor, rotoarele de frână.
Împărțirea greutății
Atunci când unghiul exact calculat se află între poziții accesibile (de exemplu, între orificiile șuruburilor de pe un cuplaj), corecția este împărțită între cele două poziții adiacente utilizând descompunerea vectorială. Metoda Balanset-1A include un calculator automat de împărțire a greutății.
Echilibrarea câmpului (In-Situ)
Echilibrarea câmpului înseamnă echilibrarea unui rotor fără a-l scoate din aparat. Acest lucru elimină timpii morți de dezasamblare și ține cont de condițiile reale de funcționare (aliniere, preîncărcarea rulmenților, efectele fundației) pe care echilibrarea în atelier nu le poate reproduce.
The Balanset-1A este un sistem portabil complet de echilibrare pe teren: analizor de vibrații cu 2 canale, tahometru cu laser, încorporat ISO 1940 calculator de toleranță, moduri de echilibrare pe un singur plan (F2) și pe două planuri (F3), împărțirea automată a greutății și generarea unui raport formal de echilibrare (F6). Precizia măsurării: ±5% viteză, ±1° fază. Potrivit pentru G 16 până la G 2.5.
The Balanset-4 se extinde la 4 canale pentru rotoare complexe cu mai multe rulmenți sau monitorizarea simultană a mai multor mașini.
Avantajele echilibrării câmpului
- Fără dezasamblare: Economisește ore sau zile de timp de inactivitate pentru utilajele mari.
- Condiții reale de funcționare: Include alinierea, preîncărcarea rulmentului, starea termică, efectele fundației.
- Trim de echilibrare: Corectează dezechilibrul indus de asamblare pe care echilibrarea în atelier nu îl poate rezolva.
- Verificarea post-mentenanță: Verificare rapidă după înlocuirea rotorului, schimbarea cuplajului sau revizia rulmenților.
Standarde și toleranțe
Echilibrarea nu este "cât mai bună posibil" - este "în limitele toleranței". Toleranța este definită prin standarde internaționale:
| Standard | Subiect | Conținut cheie |
|---|---|---|
| ISO 1940-1 / ISO 21940-11 | Clase de calitate a echilibrului (clasele G) | Scala G 0,4-G 4000. Formula: Upe = (9 549×G×M)/n. G 6.3 = standard pentru ventilatoare, pompe, motoare. |
| ISO 1940-2 / ISO 21940-2 | Vocabular | Definiții: tipuri de dezechilibre, clasificarea rotorilor, tipuri de mașini, termeni de calitate. |
| ISO 14694 | Ventilatoare industriale | Categoriile BV (echilibru) și FV (vibrații) specifice rotoarelor de ventilator. |
| ISO 10816 / ISO 20816 | Evaluarea vibrațiilor mașinilor | Măsoară funcționarea rezultat a calității echilibrului. Clasificare zonă A/B/C/D. |
| ISO 21940-12 | Rotoare flexibile | Proceduri cu mai multe viteze și mai multe planuri pentru rotoarele care depășesc viteza critică la prima încovoiere. |
| ISO 21940-14 | Proceduri de echilibrare | Proceduri generale pentru echilibrarea în mai multe planuri. |
| API 610 / API 617 | Pompe / compresoare petroliere | Referința ISO 1940 G-grade pentru cerințele de echilibrare a rotorului. |
Exemple lucrate
Maşină: Ventilator centrifugal de alimentare de 22 kW, 1 460 RPM, masa rotorului 38 kg. Vibrații excesive: 8,2 mm/s RMS pe rulmentul capătului de transmisie. FFT confirmă un vârf dominant de 1× cu fază stabilă.
Configurare: Balanset-1A senzor pe rulmentul DE, tahometru laser pe arbore. Modul F2 (plan unic - L/D < 0,4).
Pasul 1: Cursa inițială: 8,2 mm/s la 47°.
Pasul 2: Greutatea de încercare: 15 g la 0° pe butucul ventilatorului, R = 200 mm.
Pasul 3: Cursă de încercare: 5,9 mm/s la 112°.
Pasul 4: Software-ul calculează: corecția = 22 g la 198°, R = 200 mm.
Pasul 5: Instalați o greutate sudată de 22 g la 198°. Îndepărtați greutatea de probă.
Pasul 6: Verificare: 0,9 mm/s. Toleranță ISO G 6.3 → Upe = 1 570 g-mm. Realizat: ~180 g-mm. ✅ Pass.
Maşină: Motor de 45 kW + pompă centrifugă, 2 950 RPM, masa rotorului 55 kg. Vibrații: rulment DE 6,1 mm/s, rulment NDE 4,8 mm/s. Diferență de fază ~140° → dezechilibru dinamic.
Configurare: Balanset-1A doi senzori (DE + NDE), modul F3. Planuri de corecție: butucul cuplajului (planul 1) și capătul ventilatorului motorului (planul 2).
Cursă: Inițial → planul de încercare 1 (10 g la 0°) → planul de încercare 2 (8 g la 0°).
Rezultat: Software-ul rezolvă matricea 2×2. Corecție: planul 1 = 18 g la 245°, planul 2 = 12 g la 68°.
Verificare: DE: 0,7 mm/s, Experiență în pragul morții: 0,5 mm/s. G 6.3 limită: 1 122 g-mm. ✅ Ambele planuri se încadrează bine în toleranță.
Maşină: Concasor cu ciocane, 980 RPM, masa rotorului 420 kg. După înlocuirea ciocanului, vibrația a crescut la 14,5 mm/s.
Specificații: G 16 (utilizare intensivă, condiții severe). Upe = 9 549 × 16 × 420 / 980 = 65 500 g-mm.
Procedura: Un singur plan (rotor în formă de disc). Încercare 150 g la 0° pe jantă. Corecție: 280 g la 315°. Placă de oțel sudată.
Rezultat: 2,8 mm/s. Rezidu ~5 600 g-mm. ✅ Bine în limita G 16.
Subiecte conexe
- ISO 1940-1: Sistemul de toleranță de grad G - criteriul de acceptare pentru rezultatele echilibrării.
- ISO 1940-2: Vocabular - definiții ale tuturor termenilor de echilibrare.
- Calitatea echilibrului: Calculator interactiv de grad G.
- Dezechilibra: Starea fizică pe care echilibrarea o corectează.
- ISO 14694: Categorii BV/FV specifice ventilatoarelor.
- Armonice: Distincția dintre 1× (dezechilibru) și 2× (nealiniere) și alte ordine.
- Frecvență naturală: Limita rotor rigid/flexibil - esențială pentru abordarea echilibrării.
Întrebări frecvente - Echilibrarea rotorului
Proceduri, tipuri, diagnostic și standarde
Articole legate de glosar
Echilibrați orice rotor - Pe teren
Moduri cu un singur plan și cu două planuri, calculator de toleranță ISO 1940, analizor de spectru pentru diagnosticare, divizare automată a greutății și rapoarte oficiale de echilibrare - toate într-un singur instrument portabil.
Parcurgeți echipamente de echilibrare →
