Razumevanje začetne neuravnoteženosti
Začetna neuravnoteženost — imenovano tudi prvotno ali prvotno ugotovljeno neuravnoteženost — je neuravnoteženost pogoj, ki velja v rotor pred kakršnim koli uravnoteženje popravek je bil uporabljen. To je izhodiščno stanje rotorja, ki je bilo zabeleženo med prvim izvajanjem postopka uravnoteženja. Njegova velikost in kotni položaj se določita z merjenjem vibracije amplituda in faza medtem ko se rotor vrti s svojo uravnoteževalno hitrostjo. Vse, kar sledi pri uravnoteževanju, se nanaša na ta začetni vektor: to je merilo, po katerem se ocenjuje učinkovitost dela, tisto, kar ostane po končani korekciji, pa se imenuje preostala neuravnoteženost.
1. Vzroki za začetno neravnovesje
Začetno neuravnoteženost povzročajo številni dejavniki skozi celotno življenjsko dobo rotorja – pri proizvodnji, sestavljanju, obratovanju in celo med vzdrževanjem, ki naj bi ga izboljšalo.
Tolerance pri izdelavi
Tudi pri natančni obdelavi je popolna simetrija nemogoča:
- Odstopanja v gostoti materiala: neenakomeren material, notranje praznine ali vključki povzročajo asimetrijo mase.
- Tolerance obdelave: neznatna odstopanja od popolne koncentričnosti — iztek ali ekscentričnost — povzročajo neravnovesje.
- Odstopanja v debelini stene: Pri litih ali izdelanih rotorjih neenakomerne stene pomenijo neenakomerno porazdelitev mase.
- Poroznost in napake pri litju: zračni mehurčki, krčenje ali vključki žlindre povzročajo premikanje mase.
Napake in odstopanja pri sestavljanju
Če je rotor sestavljen iz več delov, lahko pride do neuravnoteženosti, čeprav je vsak del sam po sebi v redu:
- Skupna toleranca: tudi uravnoteženi deli lahko še vedno prispevajo vektorsko v znatno vsoto.
- Priključki s ključem: ključi, utori za ključe in zobate letve so po naravi asimetrični.
- Luknje za vijake in pritrdilni elementi: neravnomerno razporejene luknje ali neusklajeni pritrdilni elementi povzročajo neravnovesje.
- Toplotno in tlačno vpetje: komponente, nameščene s toplotnim krčenjem ali stiskanjem, morda ne bodo popolnoma koncentrično nameščene.
Operativni vzroki
Neravnovesje se pojavi tudi med delovanjem, pri čemer se rotor oddaljuje od prvotnega uravnoteženega stanja:
- Nanos materiala: umazanija, prah, vodni kamen ali ostanki proizvodnega procesa, ki se nabirajo na rotorji, lopatice ventilatorja ali površine rotorja.
- Erozija in obraba: neenakomerna izguba materiala zaradi obrabe, korozija, ali kavitacija.
- Poškodovani ali manjkajoči deli: manjkajoča lopatica ventilatorja, zlomljena lopatica tekača, odpadel sestavni del.
- Deformacija: Upogibanje, deformacija ali plastična deformacija zaradi udarcev, pregrevanja ali preobremenitve.
- Ohlapne komponente: deli, ki so se zrahljali in premaknili.
Vzdrževalna in popravljalna dela
Ironično je, da lahko vzdrževanje povzroči prav tisto neravnovesje, ki ga želi odpraviti:
- Vgradnja nadomestnih delov z drugačno maso ali porazdelitvijo mase.
- Varilna popravila, pri katerih se kovina dodaja asimetrično.
- Ponovna obdelava ali strojna obdelava, ki neenakomerno odstranjuje material
- Barva ali premaz je nanesen neenakomerno.
2. Kako se meri začetno neuravnoteženje
Začetno neuravnoteženost se izmeri med prvim merilnim ciklom postopka uravnoteženja.
Merilni parametri
- Amplituda vibracij: velikost komponente 1× (enkrat na obrat), običajno izražena v mm/s, in/s ali mil. Ta je neposredno povezana s stopnjo neuravnoteženosti.
- Fazni kot: časovni položaj vrha vibracij 1× v stopinjah glede na referenčno oznako, zaznano z Keyphasor ali tahometer. To je odziv faza, ne neposredno kot težkega mesta: vibracije zaostajajo za dejanskim težkim mestom za znesek, ki je odvisen od tega, kako blizu je vrtilna hitrost resonanca (od blizu 0° precej pod njo, prek 90° na njej, do blizu 180° nad njo), plus zamude senzorjev in instrumentacije. Kot težke točke in korekcijske uteži zato določi algoritem uravnoteženja — prek metode poskusne uteži (koeficienta vpliva) — namesto da bi ga neposredno odčitali s prikaza faze.
- Hitrost: vrtilna hitrost, pri kateri se izvajajo meritve — pomembno, ker centrifugalna sila neravnovesje narašča s kvadratom hitrosti.
Vektorska predstavitev
Začetno neravnovesje je predstavljeno kot vektor »O« (za »Original«), ki ima tako velikost kot smer in je običajno narisan na polarni diagram kjer:
- dolžina vektorja predstavlja amplitudo nihanja, in
- kot vektorja predstavlja izmerjeno odzivno fazo (iz katere se naknadno določi položaj težkega mesta).
3. Pomembnost v procesu uravnoteženja
Meritev začetne neuravnoteženosti opravlja več nalog hkrati.
Izhodišče za popravke
Vsi izračuni uravnoteženja se nanašajo na začetno neuravnoteženost. Cilj je dodati korekcijske uteži ki ustvarjajo vektor vibracije, enak in nasproten začetnemu vektoru, ter ga tako izničijo.
Ocena resnosti
Velikost začetne neuravnoteženosti kaže, kako resen je problem, in pomaga pri odločitvi:
- ali je uravnoteženje prava rešitev ali pa gre za drugo mehansko napako — ohlapnost ali neporavnavo — je treba najprej odpraviti;
- ustrezna velikost poskusne uteži; in
- ali bo zadostovala ena popravka ali pa bo potrebnih več ponovitev.
Koristen preizkus pred dotikom rotorja je pretvorba izmerjene amplitude v silo, ki jo rotor dejansko oddaja; naš Kalkulator centrifugalne sile iz neuravnoteženosti iz danega neravnovesja in hitrosti takoj izračuna vrednost v newtonih, kar jasno pokaže, kako nujno je ukrepati.
Spremljanje napredka
Primerjava začetnega neuravnoteženja z ostankom neuravnoteženja po popravku omogoča oceno uspešnosti opravljenega dela. Dobro uravnoteženje običajno zmanjša vibracije za 70–90 % ali več v primerjavi z začetno ravnjo.
Izračun koeficienta vpliva
V metoda vplivnih koeficientov, se od vibracij, izmerjenih med vožnjo s preskusno utežjo, odšteje začetni vektor neuravnoteženosti, da se izolira vpliv preskusne uteži:
T = (O + T) − O, kjer je O začetno neravnovesje, T pa učinek preskusne teže.
Na podlagi tega izoliranega učinka analizator izračuna koeficient vpliva ter nato pravilno korekcijsko maso in kot. Pri uravnoteženju v eni ravnini lahko ta izračun ponovite z Kalkulator koeficienta vpliva.
4. Povezava z ostankom neuravnoteženosti
Glavni namen uravnoteženja je zmanjšanje začetnega neuravnoteženja na sprejemljivo nizko preostalo raven. Razmerje je preprosto primerjanje stanja pred in po:
- Začetno neravnovesje: stanje »pred«.
- Popravek: postopek uravnoteženja in namestitev uteži.
- Preostala nesimetričnost: stanje »po«.
V idealnem primeru naj bi bil preostanek manjši od 10–30 % izhodiščne vrednosti, pri čemer je natančna ciljna vrednost določena z zahtevami glede uravnoteženosti rotorja v skladu z ISO 21940-11 (sodobni naslednik ISO 1940-1). Prevod izbranega G-razred pretvorba kakovosti uravnoteženosti in obratovalne hitrosti v dovoljeno vrednost v gram-milimetrih je hitra z Kalkulator preostalih neravnovesij (ISO 21940-11).
5. Tipične začetne vrednosti neuravnoteženosti
Obseg začetnega nesorazmerja se močno razlikuje glede na vrsto opreme in zgodovino vzdrževanja.
Novi ali nedavno uravnoteženi rotorji
Pri industrijskih strojih znaša amplituda vibracij običajno od 0,5 do 2,0 mm/s (0,02 do 0,08 in/s) – to je dobro do sprejemljivo stanje uravnoteženosti.
Zmerno neuravnoteženi rotorji
Vibracije v obsegu od 2,0 do 7,0 mm/s (0,08 do 0,28 in/s) pomenijo, da je treba rotor kmalu uravnotežiti. To je običajno stanje pri opremi, ki je potrebna rednega vzdrževanja.
Močno neuravnoteženi rotorji
Vibracije nad 7,0 mm/s (0,28 in/s) kažejo na resno neuravnoteženost, ki zahteva takojšnje ukrepanje; pogosto jo povzročijo manjkajoča lopatica, močne obloge ali večja poškodba sestavnega dela.
Opomba: to so splošna navodila za tipične industrijske stroje. Konkretna sprejemljiva raven je odvisna od vrste stroja, velikosti, hitrosti in načina vgradnje, kot je določeno v standardih, kot so ISO 20816 serija (prej ISO 10816).
6. Merjenje na terenu in dokumentiranje
Na sestavljenem stroju se začetno neuravnoteženje meri na mestu samem in ne na balansirni stroj. Prenosen dvo-kanalni analizator, kot je Balanset-1A izmeri amplitudo in fazo 1× v lastnih ležajih stroja pri delovni hitrosti, zabeleži izhodiščni vektor »O«, nato pa usmerja preskuse z merilnimi utežmi in korekcijske cikle, ki vrednost znižujejo – s čimer zajame dejansko stanje, v katerem rotor dejansko deluje, vključno z montažnimi in toplotnimi vplivi, ki jih delavniški uravnoteževalni stroj nikoli ne bi mogel zaznati.
Ne glede na to, katero orodje se uporabi, je treba v zapis o uravnoteženju vključiti meritev začetnega neuravnoteženja:
- amplituda in faza vibracij na vsaki merilni točki;
- delovna hitrost med merjenjem;
- datum in identifikacijska oznaka opreme; ter
- Vsi vidni vzroki neuravnoteženosti, ugotovljeni med pregledom
Ta dokumentacija predstavlja zgodovinski pregled stanja rotorja in omogoča in spremljanje trendov v daljšem časovnem obdobju – tako se na primer ugotovi, ali se neravnovesje počasi povečuje zaradi nalaganja ali erozije, kar omogoča načrtovanje vzdrževanja, še preden vibracije postanejo premočne.
