Înțelegerea dezechilibrului în mașinile rotative
Dezechilibra (folosit în mod interschimbabil cu dezechilibru) este condiția în care rotor în cazul în care centrul de masă nu se află pe axa de rotație. Această deplasare — excentricitate — înseamnă că masa este distribuită inegal în jurul axului. Când rotorul se rotește, masa descentrată este aruncată spre exterior de forță centrifugă, generând o sarcină rotativă care zguduie rulmenții și întreaga mașină. Dezechilibrul este, de departe, cea mai frecventă cauză a vibrații în echipamentele rotative, iar aceasta este defecțiunea care echilibrare există pentru a fi corectat.
1. Definiția și principiile fizice care stau la baza ei
Din punct de vedere cantitativ, dezechilibru U este produsul dintre masa deplasată și raza acesteia față de axă — un punct de masă concentrat m așezat la o distanță de r rezultă U = m·r, exprimat în grame-milimetri (g·mm) sau grame-inci. Aceasta poate fi exprimată, în mod echivalent, ca masa totală a rotorului înmulțită cu excentricitatea centrului său de greutate (U = M·e). Din punct de vedere mecanic, ceea ce contează este forța pe care o generează. Forța centrifugă crește proporțional cu pătratul vitezei unghiulare:
F = m · r · ω² — dublarea vitezei duce la dublarea forței perturbatoare cvadruple.
Această relație de proporționalitate cu pătratul este motivul pentru care un rotor care se rotește lin când este acționat manual poate vibra violent la viteza de funcționare și de ce mașinile rapide trebuie echilibrate mult mai precis decât cele lente. Forța se rotește odată cu arborele, antrenând astfel structura o dată la fiecare rotație — aceasta fiind originea semnăturii inconfundabile a dezechilibrului.
2. Semnătura vibrației clasice
Dezechilibrul este una dintre defecțiunile cele mai ușor de diagnosticat, deoarece semnele sale sunt extrem de caracteristice:
- Frecvenţă: vibrația apare exact la 1× viteza de rotație (the viteză de funcționare). Modificați viteza, iar dispozitivul o urmărește cu precizie — o caracteristică esențială care îl diferențiază de multe alte defecte.
- Direcţie: energia este în principal radial (pe orizontală și pe verticală), cu puțin axial (conținut principal).
- Amplitudine: este proporțională cu pătratul vitezei — dublarea turației pe minut (RPM) aproape că quadruplează timpul de răspuns, așa cum prevăd legile fizicii menționate mai sus.
- Faza: 1× fază Măsurarea este stabilă și repetabilă, ceea ce face ca punctul de concentrare să poată fi localizat și corectat.
Această pereche stabilă de amplitudine și fază constituie materia primă pentru corecție: cunoașterea valorii răspunsului 1× și unde Aceste indicații permit unui analist să calculeze dimensiunea și unghiul contragreutății necesare. Un vârf pur de 1× cu vibrații axiale reduse indică un dezechilibru; o componentă puternică de 2× sugerează, în schimb, nealiniere sau slăbiciune.
3. Cele trei tipuri de dezechilibru
Dezechilibru static
Denumit și „dezechilibru de forțe”, acesta este cel mai simplu caz: masa este deplasată într-un singur plan, ca un punct de greutate pe un disc subțire. Se numește Statică deoarece se observă atunci când rotorul este în repaus — așezat pe muchii ascuțite fără frecare, rotorul se rotește până când punctul de greutate se așează în partea de jos. Acest lucru se corectează prin plasarea unei singure greutăți la 180° față de punctul de greutate, zona echilibrare pe un singur plan.
Dezechilibru de cuplu
Aici, două puncte de greutate egale sunt amplasate la capetele opuse ale rotorului, la o distanță de 180° una de cealaltă. Acestea se anulează reciproc ca forță netă, dar formează o cuplu — un moment de balansare care încearcă să răsucească rotorul cap-coadă. Un rotor cu un dezechilibru de cuplu pur este echilibrat static (nu se va răsturna pe muchii ascuțite), dar vibrează puternic odată ce începe să se rotească. Pentru corectare sunt necesare două greutăți amplasate în două planuri distincte, care să contracareze momentul de balansare.
Dezechilibru dinamic
Dezechilibrul dinamic, o problemă întâlnită la aproape toate utilajele reale, este o combinație între componentele statice și cele de cuplu. Remedierea acestuia necesită modificări ale masei în cel puțin două planuri de-a lungul rotorului — procesul de echilibrare dinamică (pe două planuri). Un caz strâns legat de acesta, în care efectele statice și cele de cuplu au aceeași poziție unghiulară, se numește dezechilibru cvasistatic.
4. Cauze frecvente ale dezechilibrului
Dezechilibrul poate fi prezent încă din faza de fabricație sau poate apărea în timpul utilizării. Printre sursele tipice se numără:
- Defectele de fabricație: Porozitatea pieselor turnate, densitatea neuniformă a materialului și toleranțe de prelucrare.
- Erori de asamblare: componente montate incorect, șuruburi strânse inegal sau chei nealiniate care modifică distribuția masei.
- Uzură și rupere: eroziune neuniformă, coroziune sau purta pe paletele ventilatorului și pe pompă rotoare.
- Acumularea de material: acumularea de murdărie, praf sau reziduuri de produs pe rotoarele ventilatoarelor, suflantelor și centrifugelor.
- Defecțiune a unei componente: O greutate de echilibrare aruncată sau o lamă ruptă provoacă instantaneu un dezechilibru grav.
5. De ce este esențial să se remedieze dezechilibrul
Funcționarea unui utilaj cu un dezechilibru semnificativ duce la deteriorarea treptată a acestuia, deoarece forța de rotație exercită o solicitare ciclică asupra structurii la fiecare rotație:
- Defecțiunea prematură a rulmentului: Rulmenții suportă sarcini dinamice mari și se uzează rapid.
- Oboseală și fisurare: se acumulează tensiunea ciclică oboseală deteriorări la nivelul puțului, fundației și structurii.
- Eficiență redusă: energia se disipă sub formă de vibrații și căldură, în loc să fie transformată în lucru util.
- Riscuri de siguranță: Un dezechilibru grav poate duce la o defecțiune catastrofală.
6. Măsurarea, corectarea și stabilirea toleranțelor pentru dezechilibru
Dezechilibrul se elimină printr-o procedură sistematică de echilibrare — una dintre cele mai rentabile metode de a spori fiabilitatea utilajelor. În cazul unui utilaj asamblat, această operațiune se efectuează la fața locului, nu pe un mașină de echilibrat. Un analizor portabil cu două canale, precum Balanset-1A măsoară amplitudinea și faza de 1×, calculează coeficienți de influență de la un greutate de probăși îi indică inginerului masa și unghiul corecției necesare pentru un singur plan sau pentru două planuri echilibrarea la fața locului. Deoarece funcționează în rulmenții proprii ai mașinii la viteza de funcționare, acesta surprinde starea reală de funcționare.
Echilibrarea nu înseamnă niciodată atingerea valorii zero — ci menținerea dezechilibrului sub o limită stabilită. Această limită provine din grad de calitate al echilibrului (clasa G) sistem de ISO 21940-11 (care a înlocuit binecunoscutul standard ISO 1940-1). Gradul și viteza de exploatare se traduc printr-o viteză admisibilă dezechilibru rezidual în g·mm; un rotor liber Calculator de dezechilibru rezidual (ISO 21940-11) transformă direct valoarea selectată a gradului și a turației în valoarea admisibilă pentru fiecare plan.
