Pochopenie viacrovinného vyvažovania
Definícia: Čo je to viacrovinné vyvažovanie?
Vyvažovanie vo viacerých rovinách je pokročilý vyvažovanie postup, ktorý používa tri alebo viac korekčné roviny rozložené pozdĺž dĺžky rotora, aby sa dosiahli prijateľné úrovne vibrácií. Táto technika je nevyhnutná pre flexibilné rotory—rotory, ktoré sa počas prevádzky výrazne ohýbajú alebo prehýbajú, pretože bežia rýchlosťou vyššou ako jedna alebo viac kritické rýchlosti.
Zatiaľ čo vyvažovanie v dvoch rovinách je postačujúce pre väčšinu tuhých rotorov, viacrovinné vyváženie rozširuje princíp tak, aby sa prispôsobilo zložitým tvarom vychýlenia (tvarom módov), ktoré vykazujú flexibilné rotory pri vysokých rýchlostiach.
Kedy je potrebné viacúrovňové vyváženie?
Vyvažovanie vo viacerých rovinách je nevyhnutné v niekoľkých špecifických situáciách:
1. Flexibilné rotory pracujúce nad kritickými rýchlosťami
Najbežnejšia aplikácia je pre flexibilné rotory—dlhé, štíhle rotory, ktoré pracujú pri rýchlostiach vyšších ako ich prvá (a niekedy druhá alebo tretia) kritická rýchlosť. Medzi príklady patria:
- Rotory parných a plynových turbín
- Hriadele vysokorýchlostných kompresorov
- Rolky papierenského stroja
- Veľké rotory generátora
- Rotory centrifúg
- Vysokorýchlostné vretená
Tieto rotory sa počas prevádzky výrazne ohýbajú a tvar ich vychýlenia sa mení v závislosti od rýchlosti otáčania a od toho, ktorý režim je budený. Dve korekčné roviny jednoducho nestačia na kontrolu vibrácií pri všetkých prevádzkových rýchlostiach.
2. Veľmi dlhé pevné rotory
Dokonca aj niektoré pevné rotory, ak sú v porovnaní s ich priemerom extrémne dlhé, môžu mať úžitok z troch alebo viacerých korekčných rovín, aby sa minimalizovali vibrácie na viacerých miestach ložísk pozdĺž hriadeľa.
3. Rotory s komplexným rozložením hmotnosti
Rotory s viacerými diskami, kolesami alebo obežnými kolesami v rôznych axiálnych polohách môžu vyžadovať individuálne vyváženie každého prvku, čo vedie k postupu vyvažovania vo viacerých rovinách.
4. Keď sa dvojrovinné vyváženie ukáže ako nedostatočné
Ak pokus o vyváženie v dvoch rovinách zníži vibrácie v meraných miestach ložísk, ale vibrácie zostávajú vysoké v medziľahlých miestach pozdĺž rotora (napríklad pri vychýlení v strede rozpätia), môžu byť potrebné ďalšie korekčné roviny.
Výzva: Dynamika flexibilného rotora
Flexibilné rotory predstavujú jedinečné výzvy, ktoré sťažujú vyváženie vo viacerých rovinách:
Tvary režimu
Keď ohybný rotor prechádza cez kritická rýchlosť, vibruje v špecifickom vzore nazývanom tvar módu. Prvý mód typicky zobrazuje ohýbanie hriadeľa v jednom plynulom oblúku, druhý mód zobrazuje krivku v tvare S s uzlovým bodom v strede a vyššie módy vykazujú čoraz zložitejšie tvary. Každý mód vyžaduje špecifické rozloženie korekčnej hmotnosti.
Správanie závislé od rýchlosti
Nevyváženosť flexibilného rotora sa dramaticky mení s rýchlosťou. Korekcia, ktorá funguje dobre pri jednej rýchlosti, môže byť neúčinná alebo dokonca kontraproduktívna pri inej rýchlosti. Vyvažovanie vo viacerých rovinách musí zohľadňovať celý rozsah prevádzkových rýchlostí.
Účinky krížovej väzby
Pri vyvažovaní vo viacerých rovinách ovplyvňuje korekčné závažie v ktorejkoľvek rovine vibrácie vo všetkých miestach merania. Pri troch, štyroch alebo viacerých korekčných rovinách sú matematické vzťahy výrazne zložitejšie ako pri vyvažovaní v dvoch rovinách.
Postup vyvažovania vo viacerých rovinách
Postup predlžuje metóda koeficientu vplyvu používané pri vyvažovaní v dvoch rovinách:
Krok 1: Počiatočné merania
Vibrácie merajte na viacerých miestach pozdĺž rotora (zvyčajne na každom ložisku a niekedy aj na medziľahlých miestach) pri sledovanej prevádzkovej rýchlosti. Pri flexibilných rotoroch môže byť potrebné merania vykonať pri viacerých rýchlostiach.
Krok 2: Definovanie korekčných rovín
Identifikujte N korekčných rovín, kde je možné pridať závažia. Tieto by mali byť rozložené pozdĺž rotora na prístupných miestach, ako sú spojovacie príruby, ráfiky kolies alebo špeciálne navrhnuté vyvažovacie krúžky.
Krok 3: Sekvenčné testy so závažím
Vykonajte N skúšobných jázd, každá s skúšobná hmotnosť v jednej korekčnej rovine. Napríklad so štyrmi korekčnými rovinami:
- Skúška 1: Skúšobná hmotnosť iba v rovine 1
- Skúška 2: Skúšobná hmotnosť iba v rovine 2
- Beh 3: Skúšobná hmotnosť iba v rovine 3
- Skúška 4: Skúšobná hmotnosť iba v rovine 4
Počas každého behu zmerajte vibrácie na všetkých miestach senzorov. Týmto sa vytvorí kompletná matica koeficientov vplyvu, ktorá opisuje, ako každá korekčná rovina ovplyvňuje každý bod merania.
Krok 4: Výpočet korekčných váh
Vyvažovací softvér rieši systém N simultánnych rovníc (kde N je počet korekčných rovín) na výpočet optimálnej korekčné závažia pre každú rovinu. Tento výpočet využíva maticovú algebru a je príliš zložitý na manuálne vykonanie – je nevyhnutný špecializovaný softvér.
Krok 5: Inštalácia a overenie
Všetky vypočítané korekčné závažia nainštalujte súčasne a overte úrovne vibrácií. V prípade flexibilných rotorov by sa overenie malo vykonať v celom rozsahu prevádzkových otáčok, aby sa zabezpečila prijateľná vibrácia pri všetkých otáčkach.
Vyvažovanie druhov dopravy: Alternatívny prístup
Pre vysoko flexibilné rotory sa používa pokročilá technika nazývaná vyvažovanie modálnych činností môže byť efektívnejšie ako konvenčné viacrovinné vyvažovanie. Modálne vyvažovanie sa zameriava na špecifické vibračné režimy, a nie na špecifické rýchlosti. Výpočtom korekčných váh, ktoré zodpovedajú prirodzeným tvarom rotora, možno dosiahnuť lepšie výsledky s menším počtom skúšobných behov. Táto metóda si však vyžaduje sofistikované analytické nástroje a hlboké pochopenie dynamiky rotora.
Zložitosť a praktické aspekty
Viacrovinné vyvažovanie je výrazne zložitejšie ako dvojrovinné vyvažovanie:
Počet skúšobných jázd
Počet požadovaných skúšobných behov sa lineárne zvyšuje s počtom rovin. Vyvažovanie v štyroch rovinách vyžaduje štyri skúšobné behy plus úvodný a overovací beh – celkovo šesť spustení a zastavení. To zvyšuje náklady, čas a opotrebovanie stroja.
Matematická zložitosť
Riešenie pre N korekčných váh vyžaduje invertovanie matice N×N, čo je výpočtovo náročné a môže byť numericky nestabilné, ak sú merania zašumené alebo ak sú korekčné roviny zle umiestnené.
Presnosť merania
Keďže viacrovinné vyvažovanie závisí od riešenia mnohých simultánnych rovníc, chyby merania a šum majú väčší vplyv ako pri dvojrovinnom vyvažovaní. Nevyhnutné sú vysokokvalitné senzory a starostlivý zber údajov.
Prístupnosť korekčnej roviny
Nájdenie N dostupných a účinných umiestnení korekčných rovín môže byť náročné, najmä na strojoch, ktoré neboli pôvodne navrhnuté na vyvažovanie vo viacerých rovinách.
Požiadavky na vybavenie a softvér
Vyvažovanie vo viacerých rovinách vyžaduje:
- Pokročilý vyvažovací softvér: Schopný pracovať s maticami vplyvových koeficientov N×N a riešiť sústavy zložitých vektorových rovníc.
- Viaceré vibračné senzory: Odporúča sa aspoň N senzorov (jeden na miesto merania), hoci niektoré prístroje dokážu pracovať s menším počtom senzorov, ak ich medzi jednotlivými behmi premiestnite.
- Otáčkomer/Fazor: Nevyhnutné pre presné fáza meranie.
- Skúsený personál: Zložitosť viacrovinného vyvažovania si vyžaduje technikov s pokročilým vzdelaním v oblasti dynamiky rotora a analýzy vibrácií.
Typické aplikácie
Vyvažovanie vo viacerých rovinách je štandardnou praxou v odvetviach s vysokorýchlostnými strojmi:
- Výroba energie: Veľké parné a plynové turbogenerátory
- Petrochémia: Vysokorýchlostné odstredivé kompresory a turboexpandéry
- Papier a celulóza: Dlhé sušiace valce papierenských strojov a kalendáre
- Letectvo a kozmonautika: Rotory leteckých motorov a turbínové sústavy
- Výroba: Vysokorýchlostné vretená obrábacích strojov
V týchto aplikáciách je investícia do viacúrovňového vyvažovania opodstatnená kritickosťou zariadenia, dôsledkami poruchy a zvýšením prevádzkovej efektívnosti vďaka prevádzke s minimálnymi vibráciami.
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 