Razumevanje večravninskega uravnoteženja
Definicija: Kaj je večravninsko uravnoteženje?
Večravninsko uravnoteženje je napreden uravnoteženje postopek, ki uporablja tri ali več korekcijske ravnine porazdeljene po dolžini rotorja, da se dosežejo sprejemljive ravni vibracij. Ta tehnika je potrebna za fleksibilni rotorji—rotorji, ki se med delovanjem znatno upogibajo ali upogibajo, ker tečejo s hitrostmi nad eno ali več kritične hitrosti.
Medtem ko uravnoteženje v dveh ravninah je zadostno za večino togih rotorjev, večravninsko uravnoteženje razširja načelo, da se prilagodi kompleksnim oblikam odklona (oblikam modov), ki jih kažejo fleksibilni rotorji pri visokih hitrostih.
Kdaj je potrebno večravninsko uravnoteženje?
Večravninsko uravnoteženje postane potrebno v več specifičnih situacijah:
1. Fleksibilni rotorji, ki delujejo nad kritičnimi hitrostmi
Najpogostejša uporaba je za fleksibilni rotorji—dolgi, vitki rotorji, ki delujejo s hitrostmi, višjimi od njihove prve (in včasih druge ali tretje) kritične hitrosti. Primeri vključujejo:
- Rotorji parnih in plinskih turbin
- Visokohitrostne gredi kompresorja
- Zvitki papirnega stroja
- Veliki rotorji generatorja
- Centrifugalni rotorji
- Visokohitrostna vretena
Ti rotorji se med delovanjem znatno upogibajo, njihova oblika odklona pa se spreminja glede na hitrost vrtenja in vzbujeni način. Dve korekcijski ravnini preprosto ne zadostujeta za nadzor vibracij pri vseh obratovalnih hitrostih.
2. Zelo dolgi togi rotorji
Tudi nekateri togi rotorji, če so izjemno dolgi glede na svoj premer, lahko imajo koristi od treh ali več korekcijskih ravnin za zmanjšanje vibracij na več mestih ležajev vzdolž gredi.
3. Rotorji s kompleksno porazdelitvijo mase
Rotorji z več diski, kolesi ali rotorji na različnih aksialnih lokacijah lahko zahtevajo individualno uravnoteženje vsakega elementa, kar ima za posledico postopek uravnoteženja v več ravninah.
4. Ko se dvoravninsko uravnoteženje izkaže za neustrezno
Če poskus uravnoteženja v dveh ravninah zmanjša vibracije na izmerjenih mestih ležajev, vendar vibracije ostanejo visoke na vmesnih mestih vzdolž rotorja (na primer odklon na sredini razpona), bodo morda potrebne dodatne korekcijske ravnine.
Izziv: Dinamika fleksibilnega rotorja
Fleksibilni rotorji predstavljajo edinstvene izzive, zaradi katerih je uravnoteženje v več ravninah zapleteno:
Oblike načina
Ko fleksibilen rotor prehaja skozi kritična hitrost, vibrira v specifičnem vzorcu, imenovanem oblika načina. Prvi način običajno prikazuje upogibanje gredi v enem samem gladkem loku, drugi način prikazuje krivuljo v obliki črke S z vozliščno točko na sredini, višji načini pa kažejo vse bolj kompleksne oblike. Vsak način zahteva specifično porazdelitev korekcijske teže.
Obnašanje, odvisno od hitrosti
Odziv na neuravnoteženost fleksibilnega rotorja se dramatično spreminja s hitrostjo. Korekcija, ki deluje dobro pri eni hitrosti, je lahko neučinkovita ali celo kontraproduktivna pri drugi hitrosti. Večravninsko uravnoteženje mora upoštevati celotno območje obratovalne hitrosti.
Učinki navzkrižnega spajanja
Pri večravninskem uravnoteženju korekcijska utež v kateri koli ravnini vpliva na vibracije na vseh merilnih mestih. Pri treh, štirih ali več korekcijskih ravninah postanejo matematični odnosi bistveno bolj zapleteni kot pri dvoravninskem uravnoteženju.
Postopek uravnoteženja v več ravninah
Postopek podaljšuje metoda vplivnih koeficientov uporablja se pri uravnoteženju v dveh ravninah:
1. korak: Začetne meritve
Vibracije izmerite na več mestih vzdolž rotorja (običajno na vsakem ležaju in včasih na vmesnih mestih) pri želeni delovni hitrosti. Pri fleksibilnih rotorjih bo morda treba meritve opraviti pri več hitrostih.
2. korak: Določite korekcijske ravnine
Določite N korekcijskih ravnin, kjer je mogoče dodati uteži. Te morajo biti porazdeljene vzdolž dolžine rotorja na dostopnih mestih, kot so prirobnice sklopk, platišča koles ali posebej zasnovani uravnoteževalni obroči.
3. korak: Zaporedni poskusni uteži
Izvedite N poskusnih voženj, vsako z poskusna teža v eni korekcijski ravnini. Na primer s štirimi korekcijskimi ravninami:
- 1. izvedba: Poskusna utež samo v ravnini 1
- 2. izvedba: Poskusna teža samo v ravnini 2
- Izvedba 3: Poskusna teža samo v ravnini 3
- Izvedba 4: Poskusna teža samo v ravnini 4
Med vsakim zagonom izmerite vibracije na vseh lokacijah senzorjev. S tem se zgradi popolna matrika vplivnih koeficientov, ki opisuje, kako vsaka korekcijska ravnina vpliva na vsako merilno točko.
4. korak: Izračunajte korekcijske uteži
Programska oprema za uravnoteženje rešuje sistem N sočasnih enačb (kjer je N število korekcijskih ravnin), da izračuna optimalno korekcijske uteži za vsako ravnino. Ta izračun uporablja matrično algebro in je preveč zapleten za ročno izvedbo – nujna je specializirana programska oprema.
5. korak: Namestitev in preverjanje
Vse izračunane korekcijske uteži namestite hkrati in preverite raven vibracij. Pri fleksibilnih rotorjih je treba preverjanje izvesti v celotnem območju obratovalne hitrosti, da se zagotovijo sprejemljive vibracije pri vseh hitrostih.
Modalno uravnoteženje: alternativni pristop
Za zelo fleksibilne rotorje se uporablja napredna tehnika, imenovana uravnoteženje modalnih prevozov je lahko učinkovitejše od običajnega večravninskega uravnoteženja. Modalno uravnoteženje je usmerjeno na specifične načine vibracij in ne na specifične hitrosti. Z izračunom korekcijskih uteži, ki se ujemajo z naravnimi oblikami rotorja, lahko doseže boljše rezultate z manj poskusnimi vožnjami. Vendar pa ta metoda zahteva sofisticirana orodja za analizo in poglobljeno razumevanje dinamike rotorja.
Kompleksnost in praktični vidiki
Večravninsko uravnoteženje je bistveno bolj zapleteno kot dvoravninsko uravnoteženje:
Število poskusnih voženj
Število potrebnih poskusnih voženj se linearno povečuje s številom ravnin. Za tehtnico s štirimi ravninami so potrebni štirje poskusni vožnji ter začetni in potrditveni vožnja – skupno šest zagonov in ustavitev. To poveča stroške, čas in obrabo stroja.
Matematična kompleksnost
Reševanje za N korekcijskih uteži zahteva inverzijo matrike N×N, kar je računsko intenzivno in je lahko numerično nestabilno, če so meritve šumne ali če so korekcijske ravnine slabo postavljene.
Natančnost meritev
Ker večravninsko uravnoteženje temelji na reševanju številnih sočasnih enačb, imajo merilne napake in šum večji vpliv kot pri dvoravninskem uravnoteženju. Visokokakovostni senzorji in skrbno zbiranje podatkov sta bistvenega pomena.
Dostopnost korekcijske ravnine
Iskanje N dostopnih in učinkovitih lokacij korekcijskih ravnin je lahko izziv, zlasti pri strojih, ki prvotno niso bili zasnovani za uravnoteženje v več ravninah.
Zahteve za opremo in programsko opremo
Za uravnoteženje v več ravninah je potrebno:
- Napredna programska oprema za uravnoteženje: Sposoben je delati z matrikami vplivnih koeficientov N×N in reševati sisteme kompleksnih vektorskih enačb.
- Več senzorjev vibracij: Priporočljivih je vsaj N senzorjev (eden na merilno mesto), čeprav lahko nekateri instrumenti delujejo z manj senzorji, če jih med meritvami premestite.
- Tahometer/Keyphasor: Bistveno za natančno faza merjenje.
- Izkušeno osebje: Kompleksnost večravninskega uravnoteženja zahteva tehnike z naprednim usposabljanjem na področju dinamike rotorjev in analize vibracij.
Tipične uporabe
Večravninsko uravnoteženje je standardna praksa v panogah z visokohitrostnimi stroji:
- Proizvodnja energije: Veliki parni in plinski turbogeneratorji
- Petrokemija: Visokohitrostni centrifugalni kompresorji in turboekspanderji
- Celuloza in papir: Dolgi sušilni valji papirnih strojev in koledarski valji
- Letalstvo in vesolje: Rotorji letalskih motorjev in turbostroji
- Proizvodnja: Vretena za visokohitrostne obdelovalne stroje
V teh aplikacijah je naložba v večravninsko uravnoteženje upravičena zaradi kritičnosti opreme, posledic okvare in povečanja operativne učinkovitosti zaradi delovanja z minimalnimi vibracijami.
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 