Понимание дисбаланса во вращающихся механизмах
Несбалансированность (используется как взаимозаменяемый с дисбаланс) - это условие в ротор где центр масс не лежит на оси вращения. Это смещение - эксцентриситет - означает, что масса распределена неравномерно вокруг вала. Когда ротор вращается, смещенная к центру масса отбрасывается наружу под действием центробежная сила, в результате чего возникает вращающаяся нагрузка, которая сотрясает подшипники и всю машину. Дисбаланс является наиболее распространенным источником вибрация во вращающемся оборудовании, и это неисправность, которая балансировка существует для исправления.
1. Определение и физика, лежащая в его основе
Количественно, дисбаланс U произведение массы смещения и его радиуса от оси - тяжелое пятно массы m сидя на радиусе r дает U = m·r, выраженное в грамм-миллиметр (г-мм) или грамм-дюймов. Эквивалентно его можно записать как общую массу ротора, умноженную на эксцентриситет его центра тяжести (U = M·e). С точки зрения механики важна сила, которую она создает. Центробежная сила растет с квадратом угловой скорости:
F = m · r · ω² — удвоенная скорость и возмущающая сила учетверяет.
Именно поэтому ротор, который плавно вращается вручную, может сильно трястись на рабочей скорости, и поэтому быстрые машины должны быть сбалансированы гораздо точнее, чем медленные. Сила вращается вместе с валом, поэтому она приводит в движение конструкцию один раз за оборот, что и является источником безошибочного признака дисбаланса.
2. Классическая вибрационная сигнатура
Дисбаланс - одна из самых легких для диагностики неисправностей, потому что его сигнатура настолько устойчива:
- Частота: вибрация появляется ровно в 1× скорость вращения (the рабочая скорость). Измените скорость, и пик точно отследит ее - это определяющая черта, которая отличает ее от многих других неисправностей.
- Направление: энергия преимущественно радиальный (горизонтальные и вертикальные), с небольшим осевой (осевым) содержанием.
- Амплитуда: она пропорциональна квадрату скорости - удвоение оборотов примерно в четыре раза увеличивает отклик, как и предсказывает физика, описанная выше.
- Фаза: 1× фаза Показания стабильны и повторяемы, что как раз и позволяет обнаружить и скорректировать тяжелое пятно.
Эта стабильная амплитудно-фазовая пара является исходным материалом для коррекции: зная, насколько велик отклик 1× и где Это позволяет аналитику рассчитать размер и угол наклона необходимого противовеса. Чистый пик 1× с низким уровнем осевых колебаний указывает на дисбаланс; сильный компонент 2× вместо этого предполагает Перекос или Ослабление.
3. Три типа дисбаланса
Статический дисбаланс
Также называемый “силовым дисбалансом”, это самый простой случай: масса смещена в одной плоскости, как одно тяжелое пятно на тонком диске. Это называется статический потому что она проявляется при покоящемся роторе - установленный на ножевые кромки без трения, ротор катится, пока тяжелое пятно не осядет на дно. Оно корректируется с помощью одного груза, помещенного на 180° напротив тяжелого пятна, область одноплоскостная балансировка.
Моментный дисбаланс
Здесь две одинаковые тяжелые точки расположены на противоположных концах ротора, на расстоянии 180° друг от друга. Они не действуют как чистая сила, но образуют момент - качающий момент, который пытается перевернуть ротор с одного конца на другой. Ротор с чистым дисбалансом пары статически сбалансирован (он не будет катиться по кромкам ножа), но при вращении сильно вибрирует. Чтобы противостоять моменту качания, необходимо установить два груза в двух разных плоскостях.
Динамический дисбаланс
Динамический дисбаланс, который встречается практически во всех реальных машинах, представляет собой комбинацию статической и парной составляющих. Для его коррекции требуется изменение массы как минимум в двух плоскостях вдоль ротора - процесс динамическая (двухплоскостная) балансировка. Близкий случай, когда статический эффект и эффект пары имеют одинаковое угловое положение, называется квазистатический дисбаланс.
4. Общие причины дисбаланса
Дисбаланс может присутствовать с момента изготовления или развиться в процессе эксплуатации. К типичным источникам относятся:
- Производственные дефекты: Пористость в отливках, неравномерная плотность материала и допуски при механической обработке.
- Ошибки сборки: неправильно установленные компоненты, неравномерно затянутые болты или смещенные ключи, которые смещают распределение массы.
- Износ: неравномерная эрозия, коррозия или износ на лопастях вентилятора и насосе рабочие колеса.
- Накапливание материала: скопление грязи, пыли или продуктов на роторах вентиляторов, воздуходувок и центрифуг.
- Отказ компонентов: оторвавшийся балансировочный груз или сломанная лопасть мгновенно приводят к серьезному дисбалансу.
5. Почему исправление дисбаланса имеет решающее значение
Эксплуатация машины со значительным дисбалансом неизменно приводит к ее повреждению, поскольку вращающаяся сила циклически изменяет конструкцию при каждом обороте:
- Преждевременное разрушение подшипников: Подшипники испытывают высокие динамические нагрузки и быстро изнашиваются.
- Усталость и растрескивание: накапливается циклический стресс усталость повреждения вала, фундамента и конструкции.
- Снижение эффективности: вместо полезной работы энергия рассеивается в виде вибрации и тепла.
- Риски для безопасности: Сильный дисбаланс может привести к катастрофическому разрушению.
6. Измерение, коррекция и допуск дисбаланса
Дисбаланс устраняется с помощью систематической процедуры балансировки - одного из самых экономичных способов повышения надежности оборудования. На собранной машине эта процедура выполняется на месте, а не на балансировочный станок. Портативный двухканальный анализатор, такой как Balanset-1A измеряет амплитуду и фазу 1×, вычисляет ротора коэффициенты влияния из пробный груз, и сообщает инженеру массу и угол коррекции, необходимые для одноплоскостной или двухплоскостной балансировка на месте. Так как он работает в собственных подшипниках машины на рабочей скорости, он фиксирует истинное рабочее состояние.
Балансировка никогда не сводится к достижению нуля - она сводится к снижению дисбаланса до определенного предела. Этот предел определяется класс точности балансировки (G) система ISO 21940-11 (который заменил давно известный стандарт ISO 1940-1). Класс и рабочая скорость преобразуются в допустимую остаточный дисбаланс в г·мм; свободный Калькулятор остаточного дисбаланса (ISO 21940-11) превращает выбранный класс и число оборотов в допустимое значение для каждой плоскости.
