Инструкция по динамической балансировке вала: Статический против динамического, Полевые процедуры и стандарты ISO 21940
Всё, что нужно выездному инженеру для балансировки роторов на месте, — от физики дисбаланса до финального проверочного пуска. Семишаговая процедура, формулы пробного груза, измерение угла коррекции и таблицы допусков ISO. Основано на полевых работах Vibromera с вентиляторами, мульчерами, дробилками и валами.
Что такое динамическая балансировка?
Динамическая балансировка Динамическая балансировка — это процесс измерения и коррекции неравномерного распределения массы вращающегося тела (ротора) во время его вращения на рабочей скорости. В отличие от статической балансировки, которая корректирует смещение массы в одной плоскости, динамическая балансировка устраняет дисбаланс в... две или более плоскости одновременно, устраняя как центробежную силу, так и качающийся момент, вызывающие вибрацию подшипников.
Каждая вращающаяся деталь — от ротора измельчителя весом 200 кг до шпинделя стоматологической бормашины весом 5 г — имеет некоторый остаточный дисбаланс. Производственные допуски, несоответствие материалов, коррозия и накопившиеся отложения смещают центр масс относительно геометрической оси вращения. В результате возникает центробежная сила, которая возрастает пропорционально квадрату скорости: удвоение частоты вращения приводит к учетверению силы.
Ротор, вращающийся со скоростью 3000 об/мин и имеющий всего 10 g дисбаланса на радиусе 150 мм, создает вращательную силу примерно в 150 Н — этого достаточно, чтобы разрушить подшипники за несколько недель. Динамическая балансировка снижает эту силу до уровня, установленного международными стандартами (ISO 21940-11, ранее ISO 1940), продлевая срок службы подшипников с месяцев до лет и сокращая время простоя, связанное с вибрацией.
Статический и динамический баланс
Центр тяжести ротора смещен относительно оси вращения. одна плоскость. При размещении на опорах с острыми краями, тяжелая сторона скатывается вниз — это можно заметить, даже не вращая.
Исправление: Добавить или удалить массу в одной угловой точке, противоположной точке наибольшего веса. Достаточно одной плоскости коррекции.
Применимо к: узкие дискообразные детали, у которых L/D ниже примерно 0.5 - маховики, шлифовальные круги, однодисковые рабочие колёса, пильные диски, тормозные диски.
Два (или более) смещения массы находятся в разные плоскости вдоль длины ротора. Они могут статически компенсировать друг друга — ротор неподвижно стоит на острых гранях — но создают качающаяся пара при вращении. Эта пара колебаний не может быть обнаружена или скорректирована без вращения.
Исправление: Два компенсирующих груза расположены в двух отдельных плоскостях. Прибор вычисляет массу и угол для каждой плоскости на основе матрицы коэффициентов влияния.
Применимо к: удлиненные роторы — валы, вентиляторы с широкими рабочими колесами, роторы измельчителей, ролики, рабочие колеса многоступенчатых насосов, турбины.
Четыре типа дисбаланса
В стандарте ISO 21940-11 выделяют четыре основных типа дисбаланса. Понимание того, какой из них преобладает, помогает выбрать правильную стратегию балансировки.
На практике почти каждый ротор, с которым вы сталкиваетесь в полевых условиях, имеет динамический дисбаланс — сочетание силовых и моментных составляющих. Именно поэтому двухплоскостная балансировка является стандартной процедурой для любого ротора, кроме тонкого диска.
Когда следует использовать одноплоскостную, а когда двухплоскостную балансировку
Решающим фактором является ротор. геометрическое соотношение L/D (от осевой длины до внешнего диаметра) в сочетании с его рабочей скоростью.
| Критерий | Одноплоскостной (1 датчик) | Двухплоскостной (2 датчика) |
|---|---|---|
| Соотношение L/D | L/D < 0.5 (узкий дискообразный ротор) | L/D >= 0.5, или значительное осевое распределение массы |
| Типичные детали | Шлифовальный круг, маховик, однодисковое рабочее колесо, шкив, тормозной диск, пильный диск | Ротор вентилятора, измельчитель, вал, ролик, многоступенчатый насос, турбина, дробилка |
| Типы дисбаланса исправлены | Только статическое (сила) | Статическое состояние + момент силы + динамическое состояние (сила + момент) |
| Плоскости коррекции | 1 | 2 |
| Измерительные серии | 2 (начальный + 1 пробный) | 3 (начальный этап + 2 испытания, по одному на каждую плоскость) |
| Время на месте | 15–20 мин | 30–45 мин |
Классы качества баланса ISO 21940-11
Стандарт ISO 21940-11 (преемник стандарта ISO 1940-1) присваивает каждому классу вращающихся машин определенный класс. сбалансированный класс качества G, определяемая как максимально допустимая скорость центра тяжести ротора в мм/с. Допустимый остаточный удельный дисбаланс eза (в г·мм/кг) определяется сортом зерна и рабочей скоростью:
G — Класс качества балансировки (например, 6.3 означает 6,3 мм/с)
ω — угловая скорость, рад/с
об/мин — рабочая скорость, об/мин
| Класс | е·ω, мм/с | Типы машин |
|---|---|---|
G 0.4 |
0.4 | Гироскопы, шпиндели прецизионных шлифовальных станков. |
G 1.0 |
1.0 | Турбокомпрессоры, газовые турбины, небольшие электрические якоря со специальными требованиями |
G 2.5 |
2.5 | Электродвигатели, генераторы, турбины среднего и большого размера, насосы со специальными требованиями. |
G 6.3 |
6.3 | Вентиляторы, насосы, технологическое оборудование, маховики, центрифуги, общее промышленное оборудование. |
G 16 |
16 | Сельскохозяйственная техника, дробилки, карданные валы (карданные валы), детали дробильных машин. |
G 40 |
40 | Колеса для легковых автомобилей, коленчатые валы в сборе (серийное производство) |
G 100 |
100 | Коленчатые валы быстроходных дизельных двигателей с шестью и более цилиндрами |
Пример решения задачи: Ротор вентилятора
Ротор центробежного вентилятора весит 80 кг, работает со скоростью 1450 об/мин, а радиус коррекции составляет 250 мм. Требуемый класс: G 6.3.
При радиусе коррекции 250 мм: максимальная остаточная масса = 3320 / 250 = 13,3 г суммарная остаточная масса
Для двухплоскостной балансировки распределите этот общий допуск между плоскостями; простое равное деление даёт примерно 6.6 g на плоскость.
Соответствующие стандарты: ISO 21940‑11 (жесткие роторы), ISO 21940‑12 (гибкие роторы), ISO 10816‑3 (пределы интенсивности вибрации), ISO 1940 (предшественник по наследству).
Семиэтапная процедура балансировки поля
Это метод коэффициента влияния для балансировки поля в двух плоскостях, применяемый с помощью портативного прибора, такого как Балансет-1А. Та же логика применима к любому двухканальному балансировочному анализатору.
Mt = Mr × K / (Rt × (N/100)²) где Мr = масса ротора (г), K = коэффициент жесткости опоры (1–5, для среднего значения используйте 3), Rt = радиус установки (см), Н = об/мин. Или воспользуйтесь нашим онлайн-калькулятором пробного груза — Введите параметры ротора и мгновенно получите рекомендуемую массу.
Расчет пробного веса
Испытательный груз должен быть достаточно большим, чтобы вызвать заметное изменение вибрации, но достаточно легким, чтобы не перегружать подшипники и не создавать опасную ситуацию. Стандартная эмпирическая формула учитывает массу ротора, радиус коррекции, рабочую скорость и жесткость опоры:
Mr — масса ротора, граммы
K — Коэффициент жесткости опоры (1 = мягкие опоры, 3 = средние, 5 = жесткое основание)
Rt — радиус установки контрольного груза, см
N — рабочая скорость, об/мин
Не хотите производить вычисления вручную? Воспользуйтесь нашим Онлайн-калькулятор веса пробных образцов ↗ — Введите параметры ротора, тип опоры и уровень вибрации, и вы мгновенно получите рекомендуемую массу.
Примеры решения (K = 3, средняя жесткость)
| Машина | Масса ротора | об/мин | Радиус | Вес в пробе (K = 3) |
|---|---|---|---|---|
| Ротор мульчера | 120 кг | 2,200 | 30 см | 360 000 / (30 × 484) ≈ 25 г |
| Промышленный вентилятор | 80 кг | 1,450 | 40 см | 240 000 / (40 × 210,25) ≈ 29 г |
| Центрифужный барабан | 45 кг | 3,000 | 15 см | 135 000 / (15 × 900) = 10 г |
| Вал дробилки | 250 кг | 900 | 25 см | 750 000 / (25 × 81) ≈ 370 г |
Измерение угла коррекции
Балансировочный прибор выдает два числа для каждой плоскости: масса (какой вес) и угол (где его разместить). Угол всегда определяется относительно положения контрольного груза.
Как измерить угол
- Опорная точка (0°): Угловое положение, в котором вы разместили пробный груз. Четко отметьте его на роторе перед началом пробного запуска.
- Направление измерения: всегда в направлении вращения ротора.
- Определение ракурса: Прибор отображает угол f₁ для плоскости 1 и f₂ для плоскости 2. От метки на контрольном грузе отсчитайте соответствующее количество градусов в направлении вращения — именно туда устанавливается корректирующий груз.
- Если удаляется масса: Разместите поправку под углом 180° напротив указанного положения "добавить".
Распределение веса по фиксированным положениям
Если ротор имеет предварительно просверленные отверстия или фиксированные места крепления (например, болты лопастей вентилятора), вы можете не иметь возможности разместить груз под точно рассчитанным углом. В комплект Balanset-1A входит функция разделения весаВы вводите углы двух ближайших доступных положений, и программное обеспечение разлагает единый корректирующий вектор на два меньших веса в этих положениях. Совокупный эффект соответствует исходному вектору.
Плоскости коррекции и размещение датчиков
Плоскость коррекции — это осевое положение на роторе, в котором добавляется или удаляется масса. Датчик измеряет вибрацию в ближайшем подшипнике. Несколько ключевых правил:
- Датчик устанавливается на корпус подшипника. — как можно ближе к осевой линии подшипника в радиальном направлении (предпочтительно горизонтальном).
- Плоскость 1 соответствует датчику 1., Плоскость 2 к датчику 2. Сохраняйте единообразие нумерации, иначе программное обеспечение поменяет местами плоскости коррекции.
- Максимальное разделение плоскостей: Чем дальше друг от друга находятся две плоскости коррекции, тем лучше разрешение пары сил. Минимальное практическое расстояние между ними составляет ⅓ от длины подшипника.
- Выбирайте доступные позиции: Плоскость коррекции должна представлять собой место, где можно физически прикрепить грузы — край фланца, окружность расположения болтов, обод или сварочная поверхность.
На фотографии выше ротор измельчителя подготовлен для двухплоскостной балансировки. Синие метки 1 и 2 указывают положение датчиков на корпусах подшипников. Красные метки 1 и 2 показывают плоскости коррекции — в данном случае, фланцевые концы корпуса ротора, к которым будут приварены грузы.
Консольный (выносной) ротор
Для консольных роторов — рабочих колес вентиляторов, маховиков, установленных за пределами подшипникового узла, рабочих колес насосов — требуется иная компоновка датчиков и плоскостей коррекции. Обе плоскости коррекции находятся на одной стороне подшипников, и при размещении датчиков необходимо учитывать дисбаланс усилительной пары подвесной массы.
Применение по типу оборудования
Методы крепления грузов
| Метод | Вложение | Лучше всего подходит для | Пределы |
|---|---|---|---|
| Сварка | Стальные шайбы или пластины, приваренные точечной сваркой к ободу ротора. | Мульчеры, дробилки, тяжелые промышленные роторы | Надежное крепление. Нельзя использовать на алюминии или нержавеющей стали без специального стержня. |
| Болты и гайки | Болты, проходящие через предварительно просверленные отверстия, с контргайками. | Рабочие колеса вентиляторов, маховики, соединительные фланцы | Требуется наличие существующих отверстий или новое сверление. |
| Хомуты для шлангов | Хомут для шланга из нержавеющей стали с грузом, зажатым между ними. | Валы, ролики, цилиндрические роторы в полевых условиях | Временное или полупостоянное крепление. Проверьте момент затяжки зажима. |
| Зажим с винтовым креплением | Готовые накладные грузики (например, грузики для автомобильных шин) | Лопасти вентилятора, тонкие обода, легкие роторы | Ограниченный диапазон массы. Возможно проскальзывание на высоких оборотах. |
| Клей (эпоксидный) | Груз приклеен к поверхности | Высокоточные роторы, чистая рабочая среда | Требуется чистая сухая поверхность. Температурный предел ~120°C. |
| Удаление материала | Сверление или шлифовка материала с отводом от тяжелой стороны. | Турбокомпрессоры, высокоскоростные шпиндели, рабочие колеса | Постоянный и точный, но необратимый эффект. Использовать, когда добавление веса небезопасно. |
Распространенные ошибки при балансировке поля.
| # | Ошибка | Последствие | Исправить |
|---|---|---|---|
| 1 | Датчик установлен на защитном кожухе или крышке. | Резонанс крышки искажает показания амплитуды и фазы → неправильная коррекция | Всегда устанавливайте на металлическую поверхность корпуса подшипника. |
| 2 | Пробный вес слишком мал. | Изменение фазы и амплитуды находится в пределах шума → коэффициенты влияния ненадежны | Обеспечьте изменение амплитуды на 20-30% или сдвиг фазы на 20-30 градусов как минимум на одном датчике |
| 3 | Разница в скорости между заездами | Вибрация при скорости 1× изменяется с изменением оборотов в минуту² — даже изменение скорости на 5% приводит к искажению данных. | Используйте тахометр для точного отслеживания оборотов двигателя. Дождитесь стабилизации скорости. |
| 4 | Забыли убрать пробный груз | Поправочный расчет учитывает влияние веса пробы → результат бессмысленен | Строго соблюдайте установленный порядок: перед установкой корректирующих грузов снимите пробный груз. |
| 5 | Перепутать самолет 1 и самолет 2 | Корректирующие грузики установлены не в тех плоскостях → усиливается вибрация | Чётко обозначьте датчики и плоскости. Датчик 1 → Плоскость 1, Датчик 2 → Плоскость 2 |
| 6 | Измерение угла, противоположного вращению. | Коррекция выполняется на 360° − f вместо f → на противоположной стороне ротора. | Перед началом работы подтвердите направление вращения. Всегда измеряйте в направлении вращения. |
| 7 | Тепловое расширение во время работы | Изменение зазора в подшипниках между запусками двигателя в холодное время → дрейф измерений | Либо проведите разминку до достижения стабильного уровня перед нулевым заездом, либо выполните все заезды быстро (с интервалом менее 5 минут). |
| 8 | Использование одноплоскостной конструкции на длинном роторе | Если дисбаланс пары остается неустраненным, вибрация может даже усилиться в дальнем подшипнике. | Используйте двухплоскостную балансировку для любого ротора, у которого L/D >= 0.5, расстояние между плоскостями существенно, или коррекция в одной плоскости влияет на дальний подшипник |
Полевой отчет: Балансировка ротора мульчера
Машина: Измельчитель с цепными ножами Maschio Bisonte 280, ротор 165 кг, скорость вращения ВОМ 2100 об/мин. Клиент сообщил о сильной вибрации после замены 8 цепных ножей.
Установка: Два акселерометра на корпусах подшипников, лазерный тахометр на валу отбора мощности. Двухплоскостной режим работы Balanset-1A.
Запуск 0: Датчик 1 = 12,4 мм/с при 47°, датчик 2 = 8,9 мм/с при 213°. Зона D (опасная) согласно ISO 10816-3.
Пробные запуски: В обеих плоскостях использовался пробный груз массой 500 г. Четкий отклик — изменение амплитуды >60% на обоих датчиках.
Исправление: Плоскость 1: 340 г, сварено при 128°. Плоскость 2: 215 г, сварено при 276°.
Верификация: Датчик 1 = 0,8 мм/с, датчик 2 = 0,6 мм/с. Зона ISO A (хорошо). Проверка точности не требуется.
Двухплоскостная динамическая балансировка вентилятора
Промышленные вентиляторы — центробежные, осевые и смешанного потока — относятся к числу наиболее распространенных типов роторов, балансируемых в полевых условиях. Приведенная ниже процедура описывает реальную двухплоскостную балансировку радиального вентилятора с использованием балансировочного устройства Balanset-1A.
Определение плоскостей и установка датчиков
Очистите поверхности для установки датчиков от грязи и масла. Датчики должны плотно прилегать к металлической поверхности корпуса подшипника — ни в коем случае не устанавливайте их на крышки, защитные кожухи или незакрепленные металлические панели.
- Датчик 1 (красный): Установите ближе к передней части вентилятора (со стороны плоскости 1).
- Датчик 2 (зеленый): Установите ближе к задней части вентилятора (со стороны плоскости 2).
- Самолет 1 (красная зона): Плоскость коррекции на диске рабочего колеса, ближе к передней части.
- План 2 (зеленая зона): Плоскость коррекции должна располагаться ближе к задней пластине или ступице.
Подключите оба датчика вибрации и лазерный тахометр к Balanset-1A. Прикрепите светоотражающую ленту к валу или ступице для определения частоты вращения.
Процесс балансировки
Запустите вентилятор и выполните начальные измерения вибрации (Запуск 0). Установите пробный груз известной массы на плоскости 1 в произвольной точке, запустите вентилятор и запишите изменение вибрации (Запуск 1). Переместите пробный груз на плоскость 2 в произвольной точке, снова запустите вентилятор и запишите результаты (Запуск 2). Программное обеспечение Balanset-1A использует все три измерения для расчета корректирующей массы и угла для каждой плоскости.
Измерение угла наклона для корректирующих грузов вентилятора
Угол измеряется от положения контрольного груза в направлении вращения вентилятора — точно так, как описано в Измерение угла коррекции Раздел выше. Отметьте место, где был установлен пробный груз (0° отсчет), затем посчитайте указанный угол вдоль направления вращения, чтобы определить положение корректирующего груза.
На основе углов и масс, рассчитанных программным обеспечением, установите корректирующие грузы на плоскости 1 и плоскости 2. Снова включите вентилятор и убедитесь, что вибрация снизилась до приемлемого уровня. ISO 21940‑11 (обычно G 6.3 для вентиляторов общего назначения). Если остаточная вибрация все еще превышает целевой уровень, выполните один цикл регулировки.
Часто задаваемые вопросы
Оборудование для полевой балансировки
Сайт Балансет-1А Это двухканальный портативный прибор, позволяющий проводить динамическую балансировку в одной и двух плоскостях, а также анализ вибраций (общая скорость, спектры, форма волны). Поставляется в виде полного комплекта:
- 2x MEMS vibration sensors (ADXL335-based accelerometers) with magnetic mounts
- Лазерный тахометр (бесконтактный датчик оборотов) со светоотражающей лентой.
- Измерительное устройство с USB-подключением (подключается к любому ноутбуку под управлением Windows)
- Программное обеспечение: мастер балансировки, виброметр, анализатор спектра.
- Чехол для переноски со всеми кабелями и аксессуарами.
Диапазон RPM: 250-90,000. Диапазон вибрации: 0.2-80 mm/s RMS. Частотный диапазон: 5-1000 Hz. Точность фазы: ?1?. В ПО включены разбиение грузов, подрезочные пуски, проверка допусков и формирование отчётов. Полный комплект весит примерно 4 kg.
0 Comments