Pochopenie vyvažovania v dvoch rovinách
Vyvažovanie v dvoch rovinách je dynamické vyvažovanie postup, v ktorom korekčné závažia sú umiestnené v dvoch oddelených rovinách pozdĺž dĺžky rotora, aby sa eliminovali statická nevyváženosť a párová nevyváženosť súčasne. Ide o štandardnú metódu pre veľkú väčšinu priemyselných rotačných strojov – pre každý rotor, ktorého axiálna dĺžka je porovnateľná s jeho priemerom alebo väčšia. Na rozdiel od vyvažovanie v jednej rovine, ktoré koriguje iba posun ťažiska rotora, zatiaľ čo vyvažovanie v dvoch rovinách rieši aj posun odstredivá sila a moment, ktorý spôsobuje, že sa rotor kolíše alebo kmitá okolo svojho stredu.
1. Definícia: Prečo dve roviny?
Akýkoľvek tuhý rotor nevyváženosť možno rozložiť na dve nezávislé zložky. Statická nevyváženosť je miesto s vysokou koncentráciou hmotnosti, ktorého ťažisko je posunuté od osi hriadeľa; pôsobí na obe ložiská fázovo zosúladenou silou a prejavilo by sa aj v prípade, keby bol rotor vyvážený na ostrých hranách bez otáčania. Nerovnováha páru ide o pár rovnako ťažkých bodov, ktoré sú od seba vzdialené o 180° na protilehlých koncoch rotora: nespôsobuje žiadny čistý posun ťažiska, takže je v kľude neviditeľný, avšak pri otáčaní vytvára výkyvný moment, ktorý spôsobuje, že sa obe ložiská dostávajú do fázového posunu.
Jedna korekčná rovina dokáže eliminovať iba statickú zložku. Na elimináciu momentovej nevyváženosti sú potrebné dve korekcie, ktoré spolu vytvárajú protismerný moment – a to podľa definície vyžaduje dve roviny. Keďže skutočné rotory vykazujú ľubovoľnú kombináciu statickej a momentovej nevyváženosti (stav, ktorý sa často nazýva kvázi-statická nerovnováha (keď sa tieto dve zložky spoja), sú dve korekčné roviny minimom potrebným na úplný popis a korekciu tuhého rotora vibrácie.
2. Kedy je potrebné vyvažovanie v dvoch rovinách?
Zvoľte dve roviny vždy, keď platí niektorá z nasledujúcich podmienok:
Dlhé alebo štíhle rotory
Ako všeobecné pravidlo platí, že každý rotor s pomerom dĺžky k priemeru väčším ako približne 0,5 až 1,0 by mal byť vyvážený v dvoch rovinách. Medzi typické príklady patria:
- Kotvy elektromotorov
- Hriadele čerpadiel a kompresorov
- Viacstupňové rotory ventilátorov
- Hnacie hriadele a spojky
- Vretená a rotačné nástroje
- Rotory turbín
Na druhom konci spektra sa nachádza úzky disk – brúsny kotúč, jediná remenica, tenký zotrvačník –, ktorý sa zvyčajne dá korigovať v jednej rovine, pretože je príliš krátky na to, aby prenášal významný krútiaci moment.
Zjavná nerovnováha medzi oboma polovicami
Keď nameraná hodnota 1× fáza na oboch ložiskových podperách je výrazne nesúosový – s rozdielom takmer 180°, čo naznačuje kolísavý alebo nakláňavý pohyb – ide o nevyváženosť hriadeľa, ktorú možno odstrániť iba korekciou v dvoch rovinách.
Keď vyvažovanie v jednej rovine nestačí
Klasický diagnostický náznak: pokus o vyváženie v jednej rovine zníži vibrácie na jednom ložisku, ale zvýši ich na druhom. Tento kompromis je typickým znakom nevyváženého páru a naznačuje, že je potrebná druhá rovina.
Tuhé rotory s rozloženou hmotnosťou
Even a pevný rotor výrazne zaostáva za svojím prvým kritická rýchlosť má výhodu v dvoch rovinách, ak je jeho hmotnosť rozložená na značnej axiálnej dĺžke, čím sa minimalizujú vibrácie na každom ložisku, a nie len na jednom.
3. Postup vyvažovania v dvoch rovinách
Vyvažovanie v dvoch rovinách je zložitejšie ako práca v jednej rovine, pretože korekcia v ktorejkoľvek z týchto rovín mení vibrácie na obaja ložiská. Všeobecne prijatým riešením je metóda koeficientu vplyvu, nanesené v dvoch skúšobné závažia v rámci sekvencie meracie cykly.
Krok 1 – Počiatočné meranie
Spustite stroj pri zvolenej vyvažovacej rýchlosti a zaznamenajte počiatočné 1× vibračné vektory (amplitúdu a fázu) na oboch ložiskách. Označte ich ako „Ložisko 1“ a „Ložisko 2“. Táto dvojica zachytáva kombinovaný účinok všetkých nevyvážeností rotora.
Krok 2 - Definovanie korekčných rovín
Vyberte dva korekčné roviny kde je možné pridávať alebo odoberať hmotnosť. Umiestnite ich čo najďalej od seba a tak, aby boli čo najprístupnejšie – zvyčajne v blízkosti koncov rotora, pri spojovacích prírubách alebo pri nábojoch ventilátorov. Veľký rozstup medzi rovinami zabezpečuje silnú a dobre vyváženú korekciu krútiaceho momentu.
Krok 3 – Skúšobné zaťaženie v rovine 1
Zastavte stroj a v prvej rovine upevnite skúšobné závažie známej hmotnosti pod známym uhlom. Spustite stroj znovu a zaznamenajte nové vibrácie na oboch ložiskách. Vektor zmena v každom ložisku sa prejavujú dva koeficienty vplyvu: vplyv roviny 1 na ložisko 1 a vplyv roviny 1 na ložisko 2.
Krok 4 – Skúšobné zaťaženie v rovine 2
Odstráňte prvú skúšobnú záťaž, umiestnite skúšobnú záťaž do druhej roviny, spustite stroj a znovu vykonajte meranie. Týmto spôsobom získate zostávajúce dva koeficienty: rovina 2 na ložisku 1 a rovina 2 na ložisku 2.
Krok 5 — Vypočítajte korekcie
Prístroj teraz obsahuje štyri komplexné koeficienty vplyvu usporiadané do matice 2×2. Pomocou vektorová matematika a inverziou matice rieši sústavu dvoch rovníc, z ktorých vyplývajú presné hodnoty hmotnosti a uhla potrebné v každej rovine na to, aby sa vibrácie v oboch ložiskách naraz znížili na nulu. A Kalkulátor koeficientu vplyvu v jednej rovine znázorňuje základnú vektorovú aritmetiku pre jednu rovinu; prípad dvoch rovín ju jednoducho rozširuje na maticu, zatiaľ čo kalkulátor skúšobnej hmotnosti pomáha určiť primeranú počiatočnú testovaciu hmotnosť.
Krok 6 – Inštalácia a overenie
Trvalo namontujte obe vypočítané závažia a spustite stroj na overenie. Vibrácie na oboch ložiskách by sa teraz mali pohodlne pohybovať v rámci cieľových hodnôt. Ak zostane nejaká malá zostatková hodnota, rýchlo vyváženie — opätovné použitie už nameraných koeficientov — spresňuje výsledok bez ďalších skúšobných behov.
4. Vysvetlenie matice koeficientov vplyvu
Sila tejto metódy spočíva práve v tejto matici 2×2, pretože každá rovina ovplyvňuje obaja bearings:
- Priame vplyvy: váha v rovine 1 má najsilnejší vplyv na susedný smer 1 a váha v rovine 2 na susedný smer 2.
- Účinky krížového spájania: závažie v rovine 1 pohybuje aj ložiskom 2 (zvyčajne menej výrazne) a závažie v rovine 2 pohybuje aj ložiskom 1.
Riešenie matice zohľadňuje všetky štyri interakcie súčasne, takže tieto dve korekcie sa navzájom dopĺňajú, namiesto aby si protirečili. Ručné výpočty sú neúprosné – akákoľvek chyba v znamienku alebo fázová odchýlka sa prenáša do inverzie –, a práve preto sa špecializovaný vyvažovací prístroj skutočne oplatí.
Pre dve roviny (1, 2) a dva smery (A, B) je systém VA = αA1·W1 + αA2·W2 and VB = αB1·W1 + αB2·W2, kde každý člen V, α a W je komplexný vektor (amplitúdy a fázy). Vyvažovací softvér tento systém 2×2 invertuje, aby určil korekčné váhy W1 and W2 that make VA and VB vanish.
5. Vyvažovanie v dvoch rovinách v teréne
Vyvažovanie v dvoch rovinách je bežnou metódou vyvažovanie na mieste, a práve na to je prenosný dvojkanálový analyzátor určený. S prístrojom, ako je napríklad Balanset-1A, technik namontuje akcelerometer na každom ložisku je umiestnený optický laserový tachometer ako referenčnú fázu a postupuje priamo podľa šiestich vyššie uvedených krokov – počiatočný beh, dva skúšobné behy, riešenie, oprava, overenie – bez toho, aby stroj rozobral alebo poslal rotor do servisu na vyvažovanie. Keďže práca je hotová in situ, pri skutočných prevádzkových otáčkach a v pôvodných ložiskách stroja, výsledok odráža skutočné prevádzkové podmienky – tuhosť ložísk, pružnosť základov, tepelné a procesné zaťaženia –, s ktorými sa dielňa vyvažovací stroj sa nedá reprodukovať. Prístroj následne skontroluje konečný zostatková nevyváženosť v porovnaní s vybranou triedou ISO pred schválením správy.
6. Výhody vyvažovania v dvoch rovinách
- Úplná oprava: odstraňuje statickú aj momentovú nevyváženosť, čo predstavuje úplný obraz tuhého rotora.
- Minimalizuje vibrácie vo všetkých ložiskách: optimalizuje celý systém rotora, nielen jeden koniec.
- Predlžuje životnosť komponentov: nižšie vibrácie na oboch podperách znamenajú menšie opotrebenie ložísk, tesnení a spojok a nižšie riziko únava cracking.
- Štandard v odvetví: požadované mnohými výrobcami zariadení a stanovené pre tuhé rotory v ISO 21940-11 (súčasný nástupca normy ISO 1940-1).
- Vhodné pre väčšinu strojov: platí pre tuhé rotory pracujúce pod ich prvou kritickou rýchlosťou, čo sa týka prevažnej väčšiny priemyselných zariadení.
7. Umiestnenie: jedno-, dvoj- a viacrovinné
| Metóda | Lietadlá | Opravy | Typical rotor |
|---|---|---|---|
| Jednoliarovinný | 1 | Iba statické | Tenké disky, úzke remenice, samostatné ventilátory |
| Dvojrovinný | 2 | Statické + pár | Najpevnejšie priemyselné rotory |
| Multi-plane | 3 or more | Statické + krútiace + modálne ohybové namáhanie | Pružné rotory pri prekročení kritickej rýchlosti |
V porovnaní s vyvažovaním v jednej rovine je vyvažovanie v dvoch rovinách zložitejšie a trvá dlhšie, ale zabezpečuje oveľa lepšie tlmenie vibrácií pri všetkých typoch rotorov okrem tých najužších diskových. Na druhej strane, flexibilný rotor Pri otáčkach presahujúcich jednu alebo viac kritických frekvencií môže byť potrebné vyvažovanie v troch alebo viacerých rovinách – pozri vyvažovanie vo viacerých rovinách –, avšak pre väčšinu priemyselných strojov úplne postačujú dve roviny.
8. Bežné problémy a riešenia
Nepřístupné korekčné roviny
Výzva: na zmontovanom stroji môžu byť ideálne miesta pre upevnenie mimo dosahu.
Riešenie: využite všetko, čo máte k dispozícii – spojovacie náboje, lopatky ventilátorov, vonkajšie príruby – a nechajte koeficienty prístroja kompenzovať neideálnu geometriu, keďže matica sa meria na skutočnom stroji.
Slabá reakcia na skúšobnú váhu
Výzva: ak skúšobná hmotnosť takmer neovplyvní namerané hodnoty, koeficienty vplyvu budú obsahovať šum a výsledok bude nespoľahlivý.
Riešenie: použite väčšiu skúšobnú hmotu alebo ju premiestnite do väčšieho polomeru, aby sa jej účinok dostal výrazne nad úroveň meracieho šumu.
Nelineárne správanie
Výzva: rotors with mechanická vôľa, mäkká nohaalebo prevádzka v blízkosti rezonancia nemusí reagovať lineárne na záťaže – čo je predpoklad, z ktorého táto metóda vychádza.
Riešenie: najprv odstráňte mechanické poruchy (dotiahnite upevňovacie prvky, odstráňte voľnosť) a, ak je to možné, vyvažujte mimo kritických otáčok. Uistite sa, že problém skutočne spočíva vo nevyváženosti a nie nesprávne zarovnanie vydávajúc sa zaň
