Înțelegerea echilibrării multi-plan
Definiție: Ce este echilibrarea multi-plan?
Echilibrare multi-plan este un avansat echilibrare procedură care utilizează trei sau mai multe planuri de corecție distribuite de-a lungul unui rotor pentru a obține niveluri acceptabile de vibrații. Această tehnică este necesară pentru rotoare flexibile—rotoare care se îndoaie sau se flexează semnificativ în timpul funcționării, deoarece funcționează la viteze mai mari de una sau mai multe viteze critice.
În timp ce echilibrare pe două planuri este suficientă pentru majoritatea rotoarelor rigide, echilibrarea multiplan extinde principiul pentru a acomoda formele complexe de deformare (formele modurilor) pe care le prezintă rotoarele flexibile la viteze mari.
Când este necesară echilibrarea multi-plan?
Echilibrarea multi-plan devine necesară în mai multe situații specifice:
1. Rotoare flexibile care funcționează peste viteze critice
Cea mai comună aplicație este pentru rotoare flexibile—rotoare lungi și subțiri care funcționează la viteze mai mari decât prima lor viteză critică (și uneori a doua sau a treia). Exemplele includ:
- Rotoare de turbine cu abur și gaz
- Arborii compresorului de mare viteză
- Role de mașini de hârtie
- Rotoare mari de generator
- Rotoare de centrifugă
- Axuri de mare viteză
Aceste rotoare sunt supuse unor îndoiri semnificative în timpul funcționării, iar forma deformației lor se modifică în funcție de viteza de rotație și de modul excitat. Două planuri de corecție sunt pur și simplu insuficiente pentru a controla vibrațiile la toate vitezele de funcționare.
2. Rotoare rigide foarte lungi
Chiar și unele rotoare rigide, dacă sunt extrem de lungi în raport cu diametrul lor, pot beneficia de trei sau mai multe planuri de corecție pentru a minimiza vibrațiile în mai multe locații ale rulmenților de-a lungul arborelui.
3. Rotoare cu distribuție complexă a masei
Rotoarele cu mai multe discuri, roți sau rotoare în diverse locații axiale pot necesita echilibrarea individuală a fiecărui element, rezultând o procedură de echilibrare pe mai multe planuri.
4. Când echilibrarea pe două planuri se dovedește inadecvată
Dacă o încercare de echilibrare pe două planuri reduce vibrațiile în locațiile măsurate ale rulmenților, dar vibrațiile rămân ridicate în locațiile intermediare de-a lungul rotorului (cum ar fi deformarea la mijlocul deschiderii), pot fi necesare planuri de corecție suplimentare.
Provocarea: Dinamica flexibilă a rotorului
Rotoarele flexibile prezintă provocări unice care fac echilibrarea multiplan complexă:
Forme de mod
Când un rotor flexibil trece printr-un viteză critică, vibrează într-un model specific numit formă de mod. Primul mod arată de obicei îndoirea arborelui într-un singur arc neted, al doilea mod arată o curbă în S cu un punct nodal la mijloc, iar modurile superioare arată forme din ce în ce mai complexe. Fiecare mod necesită o distribuție specifică a greutății de corecție.
Comportament dependent de viteză
Răspunsul la dezechilibru al unui rotor flexibil se schimbă dramatic odată cu viteza. O corecție care funcționează bine la o anumită viteză poate fi ineficientă sau chiar contraproductivă la o altă viteză. Echilibrarea multiplan trebuie să țină cont de întregul interval de viteze de funcționare.
Efecte de cuplare încrucișată
În echilibrarea multiplan, o greutate de corecție în orice plan influențează vibrațiile în toate locațiile de măsurare. Cu trei, patru sau mai multe plane de corecție, relațiile matematice devin semnificativ mai complexe decât în echilibrarea pe două planuri.
Procedura de echilibrare multi-plan
Procedura extinde metoda coeficientului de influență utilizat în echilibrarea pe două planuri:
Pasul 1: Măsurători inițiale
Măsurați vibrațiile în mai multe locații de-a lungul rotorului (de obicei la fiecare rulment și uneori în locații intermediare) la viteza de funcționare de interes. Pentru rotoarele flexibile, este posibil să fie nevoie să se efectueze măsurători la viteze multiple.
Pasul 2: Definirea planurilor de corecție
Identificați N planuri de corecție unde se pot adăuga greutăți. Acestea ar trebui distribuite de-a lungul lungimii rotorului în locuri accesibile, cum ar fi flanșele de cuplare, jantele roților sau inelele de echilibrare special concepute.
Pasul 3: Executări secvențiale de greutate de probă
Efectuați N rulări de probă, fiecare cu un greutate de probă într-un plan de corecție. De exemplu, cu patru planuri de corecție:
- Rula 1: Greutate de probă doar în Planul 1
- Rula 2: Greutate de probă doar în Planul 2
- Rula 3: Greutate de probă doar în Planul 3
- Rula 4: Greutate de probă doar în Planul 4
În timpul fiecărei rulări, măsurați vibrațiile la toate locațiile senzorilor. Aceasta construiește o matrice completă a coeficienților de influență care descrie modul în care fiecare plan de corecție afectează fiecare punct de măsurare.
Pasul 4: Calculați ponderile de corecție
Software-ul de echilibrare rezolvă un sistem de N ecuații simultane (unde N este numărul de plane de corecție) pentru a calcula optimul ponderi de corecție pentru fiecare plan. Acest calcul folosește algebră matriceală și este mult prea complex pentru a fi efectuat manual — este esențial un software specializat.
Pasul 5: Instalare și verificare
Instalați simultan toate greutățile de corecție calculate și verificați nivelurile de vibrații. Pentru rotoarele flexibile, verificarea trebuie efectuată pe întregul interval de turații de funcționare pentru a asigura vibrații acceptabile la toate vitezele.
Echilibrarea modală: o abordare alternativă
Pentru rotoare extrem de flexibile, o tehnică avansată numită echilibrare modală poate fi mai eficientă decât echilibrarea multiplan convențională. Echilibrarea modală vizează moduri specifice de vibrație, mai degrabă decât viteze specifice. Prin calcularea ponderilor de corecție care se potrivesc cu formele modurilor naturale ale rotorului, se pot obține rezultate mai bune cu mai puține încercări. Cu toate acestea, această metodă necesită instrumente sofisticate de analiză și o înțelegere aprofundată a dinamicii rotorului.
Complexitate și considerații practice
Echilibrarea multiplan este semnificativ mai complexă decât echilibrarea biplan:
Numărul de teste
Numărul de rulări de probă necesare crește liniar cu numărul de plane. O echilibrare pe patru plane necesită patru rulări de probă plus rulările inițiale și de verificare - un total de șase porniri și opriri. Acest lucru crește costul, timpul și uzura mașinii.
Complexitate matematică
Rezolvarea pentru N ponderi de corecție necesită inversarea unei matrice N×N, care necesită multe resurse de calcul și poate fi instabilă numeric dacă măsurătorile sunt zgomotoase sau dacă planurile de corecție sunt poziționate necorespunzător.
Precizia măsurării
Deoarece echilibrarea multiplan se bazează pe rezolvarea mai multor ecuații simultane, erorile de măsurare și zgomotul au un impact mai mare decât în cazul echilibrării pe două planuri. Senzori de înaltă calitate și colectarea atentă a datelor sunt esențiale.
Accesibilitatea planului de corecție
Găsirea a N locații accesibile și eficiente ale planului de corecție poate fi dificilă, în special la mașinile care nu au fost proiectate inițial pentru echilibrarea multi-plan.
Cerințe de echipamente și software
Echilibrarea multiplan necesită:
- Software avansat de echilibrare: Capabil să gestioneze matrici de coeficienți de influență N×N și să rezolve sisteme de ecuații vectoriale complexe.
- Senzori multipli de vibrații: Se recomandă cel puțin N senzori (unul per locație de măsurare), deși unele instrumente pot funcționa cu mai puțini senzori prin repoziționarea acestora între rulări.
- Tahometru/Fazor cheie: Esențial pentru acuratețe fază măsurare.
- Personal cu experiență: Complexitatea echilibrării multiplan necesită tehnicieni cu pregătire avansată în dinamica rotorului și analiza vibrațiilor.
Aplicații tipice
Echilibrarea multiplan este o practică standard în industriile cu utilaje de mare viteză:
- Generarea de energie: Grupuri mari de turbine-generatoare cu abur și gaz
- Petrochimie: Compresoare centrifuge de mare viteză și turboexpansoare
- Celuloză și hârtie: Role lungi pentru uscătoarele mașinilor de hârtie și role calendaristice
- Aerospațială: Rotoare și turbomașini pentru motoare de aeronave
- Fabricație: Arborele principale ale mașinilor-unelte de mare viteză
În aceste aplicații, investiția în echilibrarea multiplan este justificată de caracterul critic al echipamentului, consecințele defecțiunilor și câștigurile de eficiență operațională obținute prin funcționarea cu vibrații minime.
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 