I. del: Teoretični in regulativni temelji dinamičnega uravnoteženja

Dinamično uravnoteženje na terenu je ena ključnih operacij v tehnologiji nastavitve vibracij, katere cilj je podaljšati življenjsko dobo industrijske opreme in preprečiti izredne razmere. Uporaba prenosnih instrumentov, kot je Balanset-1A, omogoča izvajanje teh operacij neposredno na mestu delovanja, kar zmanjšuje izpade in stroške, povezane z razstavljanjem. Vendar pa uspešno uravnoteženje ne zahteva le sposobnosti dela z instrumentom, temveč tudi poglobljeno razumevanje fizikalnih procesov, ki so podlaga za vibracije, ter poznavanje regulativnega okvira, ki ureja kakovost dela.

Načelo metodologije temelji na namestitvi poskusnih uteži in izračunu koeficientov vpliva neuravnoteženosti. Preprosto povedano, instrument meri vibracije (amplitudo in fazo) vrtečega se rotorja, nato pa uporabnik zaporedno doda majhne poskusne uteži v določenih ravninah, da "kalibrira" vpliv dodatne mase na vibracije. Na podlagi sprememb amplitude in faze vibracij instrument samodejno izračuna potrebno maso in kot namestitve korektivnih uteži za odpravo neuravnoteženosti.

Ta pristop izvaja tako imenovano metoda treh prehodov Za dvoravninsko uravnoteženje: začetna meritev in dve meritvi s poskusnimi utežmi (po ena v vsaki ravnini). Za enoravninsko uravnoteženje sta običajno zadostni dve meritvi - brez uteži in z eno poskusno utežjo. V sodobnih instrumentih se vsi potrebni izračuni izvajajo samodejno, kar znatno poenostavi postopek in zmanjša zahteve glede usposobljenosti operaterja.

Oddelek 1.1: Fizika neravnovesja: poglobljena analiza

V jedru vsake vibracije v vrtljivi opremi je neravnovesje ali neuravnoteženost. Neravnovesje je stanje, pri katerem je masa rotorja neenakomerno porazdeljena glede na njegovo os vrtenja. Ta neenakomerna porazdelitev vodi do pojava centrifugalnih sil, ki posledično povzročajo vibracije nosilcev in celotne konstrukcije stroja. Posledice nerešenega neravnovesja so lahko katastrofalne: od prezgodnje obrabe in uničenja ležajev do poškodb temeljev in samega stroja. Za učinkovito diagnozo in odpravo neravnovesja je treba jasno razlikovati med njegovimi vrstami.

Vrste neravnovesja

Statična neuravnoteženost (ena ravnina): Za to vrsto neuravnoteženosti je značilen premik težišča rotorja vzporedno z osjo vrtenja. V statičnem stanju se bo tak rotor, nameščen na vodoravnih prizmah, vedno vrtel s težjo stranjo navzdol. Statična neuravnoteženost je prevladujoča pri tankih rotorjih v obliki diska, kjer je razmerje med dolžino in premerom (L/D) manjše od 0,25, na primer pri brusilnih kolesih ali ozkih rotorjih ventilatorjev. Statično neuravnoteženost je mogoče odpraviti z namestitvijo ene korekcijske uteži v eni korekcijski ravnini, diametralno nasproti težki točki.

Neravnovesje para (momenta): Do te vrste neravnovesja pride, ko glavna vztrajnostna os rotorja seka os vrtenja v težišču, vendar ni vzporedna z njo. Parno neravnovesje lahko predstavimo kot dve enaki, a nasprotno usmerjeni neuravnoteženi masi, ki se nahajata v različnih ravninah. V statičnem stanju je tak rotor v ravnovesju, neravnovesje pa se med vrtenjem kaže le v obliki "zibanja" ali "mahanja". Za kompenzacijo je potrebna namestitev vsaj dveh korektivnih uteži v dveh različnih ravninah, ki ustvarjata kompenzacijski moment.

Dinamično neuravnoteženje: To je najpogostejša vrsta neuravnoteženosti v realnih pogojih, ki predstavlja kombinacijo statičnih in parnih neuravnoteženosti. V tem primeru glavna osrednja vztrajnostna os rotorja ne sovpada z osjo vrtenja in je ne seka v težiščnici. Za odpravo dinamične neuravnoteženosti je potrebna korekcija mase v vsaj dveh ravninah. Dvokanalni instrumenti, kot je Balanset-1A, so zasnovani posebej za reševanje tega problema.

Kvazistatično neuravnoteženje: To je poseben primer dinamičnega neuravnoteženosti, kjer glavna vztrajnostna os seka os vrtenja, vendar ne v težišču rotorja. To je subtilna, a pomembna razlika za diagnosticiranje kompleksnih rotorskih sistemov.

Togi in fleksibilni rotorji: kritična razlika

Eden od temeljnih konceptov uravnoteženja je razlikovanje med togimi in fleksibilnimi rotorji. To razlikovanje določa samo možnost in metodologijo uspešnega uravnoteženja.

Togi rotor: Rotor se šteje za tog, če je njegova delovna vrtilna frekvenca bistveno nižja od prve kritične frekvence in če pod delovanjem centrifugalnih sil ne doživlja znatnih elastičnih deformacij (upogibov). Uravnoteženje takega rotorja se običajno uspešno izvaja v dveh korekcijskih ravninah. Instrumenti Balanset-1A so primarno zasnovani za delo s togimi rotorji.

Fleksibilen rotor: Rotor se šteje za fleksibilnega, če deluje s frekvenco vrtenja blizu ene od svojih kritičnih frekvenc ali jo presega. V tem primeru postane elastični odklon gredi primerljiv s premikom težišča in sam po sebi pomembno prispeva k skupnim vibracijam.

Pred začetkom dela je izjemno pomembno, da se rotor razvrsti s korelacijo njegove delovne hitrosti z znanimi (ali izračunanimi) kritičnimi frekvencami. Če resonance ni mogoče obiti, je priporočljivo, da se med uravnoteženjem začasno spremenijo pogoji montaže enote, da se premakne resonanca.

Oddelek 1.2: Regulativni okvir: standardi ISO

Standardi na področju uravnoteženja opravljajo več ključnih funkcij: vzpostavljajo enotno tehnično terminologijo, opredeljujejo zahteve glede kakovosti in, kar je pomembno, služijo kot osnova za kompromis med tehnično nujnostjo in ekonomsko izvedljivostjo.

ISO 1940-1-2007 (ISO 1940-1): Zahteve glede kakovosti za uravnoteženje togih rotorjev

Ta standard je temeljni dokument za določanje dovoljene preostale neuravnoteženosti. Uvaja koncept stopnje kakovosti uravnoteženja (G), ki je odvisna od tipa stroja in njegove delovne vrtilne frekvence.

Stopnja kakovosti G: Vsaka vrsta opreme ustreza določeni stopnji kakovosti, ki ostane nespremenjena ne glede na hitrost vrtenja. Na primer, stopnja G6.3 je priporočljiva za drobilnike, G2.5 pa za armature elektromotorjev in turbine.

Izračun dovoljene preostale neuravnoteženosti (U_na): Standard dovoljuje izračun specifične dovoljene vrednosti neuravnoteženosti, ki služi kot ciljni indikator med uravnoteženjem. Izračun se izvede v dveh fazah:

1. Določanje dovoljene specifične neuravnoteženosti (e_na) z uporabo formule:
   e na = (G × 9549) / n
   kjer je G stopnja kakovosti uravnoteženja (npr. 2,5), n je obratovalna vrtilna frekvenca, vrt/min. Merska enota za e_na je g·mm/kg ali μm.
2. Določanje dovoljene preostale neuravnoteženosti (U_na) za celoten rotor:
   U na = e na × M
   kjer je M masa rotorja, kg. Merska enota za U_na je g·mm.

ISO 20806-2007 (ISO 20806): Uravnoteženje na mestu

Ta standard neposredno ureja postopek uravnoteženja polja.

Prednosti: Glavna prednost uravnoteženja na mestu je, da je rotor uravnotežen v dejanskih obratovalnih pogojih, na svojih nosilcih in pod obratovalno obremenitvijo. To samodejno upošteva dinamične lastnosti nosilnega sistema in vpliv priključenih komponent grednega mehanizma.

Slabosti in omejitve:

• Omejen dostop: Dostop do korekcijskih ravnin na sestavljenem stroju je pogosto težaven, kar omejuje možnosti za namestitev uteži.
• Potreba po poskusnih vožnjah: Postopek uravnoteženja zahteva več ciklov "zagon-ustavitev" stroja.
• Težave s hudim neravnovesjem: V primerih zelo velike začetne neuravnoteženosti omejitve izbire ravnine in mase korektivne uteži morda ne bodo omogočile doseganja zahtevane kakovosti uravnoteženja.

Drugi del: Praktični vodnik za uravnoteženje z instrumenti Balanset-1A

Uspeh uravnoteženja je odvisen od temeljitosti pripravljalnega dela. Večina napak ni povezana z okvaro instrumenta, temveč z neupoštevanjem dejavnikov, ki vplivajo na ponovljivost meritev. Glavno načelo priprave je izključitev vseh drugih možnih virov vibracij, tako da instrument meri le učinek neuravnoteženosti.

Oddelek 2.1: Temelj uspeha: Diagnostika pred uravnoteženjem in priprava stroja

1. korak: Primarna diagnostika vibracij (Ali je res neuravnoteženost?)

Pred uravnoteženjem je koristno izvesti predhodno meritev vibracij v načinu vibrometra. Programska oprema Balanset-1A ima način "Merilnik vibracij" (gumb F5), kjer lahko pred namestitvijo uteži izmerite celotne vibracije in ločeno vibracije komponente pri vrtilni frekvenci (1×).

Klasični znak neuravnoteženosti: V spektru vibracij mora prevladovati vrh pri vrtilni frekvenci rotorja (vrh pri frekvenci 1x vrt/min). Amplituda te komponente v horizontalni in vertikalni smeri mora biti primerljiva, amplitude drugih harmonikov pa morajo biti bistveno nižje.

Znaki drugih napak: Če spekter vsebuje pomembne vrhove pri drugih frekvencah (npr. 2x, 3x RPM) ali pri ne-večkratnih frekvencah, to kaže na prisotnost drugih težav, ki jih je treba odpraviti pred uravnoteženjem.

2. korak: Celovit mehanski pregled (kontrolni seznam)

• Rotor: Vse površine rotorja temeljito očistite umazanije, rje in ostankov ostankov. Že majhna količina umazanije na velikem polmeru povzroča znatno neuravnoteženost. Preverite, ali so elementi poškodovani ali manjkajoči.
• Ležaji: Preverite ležajne sklope glede prekomerne zračnosti, tujega hrupa in pregrevanja. Obrabljeni ležaji ne bodo omogočali stabilnih odčitkov.
• Temelj in okvir: Prepričajte se, da je enota nameščena na trdnem temelju. Preverite privijanje sidrnih vijakov in odsotnost razpok v okvirju.
• Pogon: Pri jermenskih pogonih preverite napetost in stanje jermena. Pri spojnih priključkih - poravnavo gredi.
• Varnost: Zagotovite prisotnost in uporabnost vseh zaščitnih ograj.

Oddelek 2.2: Nastavitev in konfiguracija instrumenta

Namestitev strojne opreme

Senzorji vibracij (merilniki pospeška):

• Priključite kable senzorjev na ustrezne priključke instrumenta (npr. X1 in X2 za Balanset-1A).
• Namestite senzorje na ohišja ležajev čim bližje rotorju.
• Ključna praksa: Za doseganje maksimalnih signalov je treba senzorje namestiti v smeri, kjer so vibracije največje. Za zagotovitev trdnega stika uporabite močno magnetno podlago ali navojni nosilec.

Fazni senzor (laserski tahometer):

• Priključite senzor na poseben vhod (X3 za Balanset-1A).
• Na gred ali drug vrteči se del rotorja pritrdite majhen košček odsevnega traku.
• Tahometer namestite tako, da laserski žarek stabilno zadene oznako skozi celoten obrat.

Konfiguracija programske opreme (Balanset-1A)

• Zaženite programsko opremo (kot skrbnik) in priključite vmesniški modul USB.
• Pojdite v modul za uravnoteženje. Ustvarite nov zapis za enoto, ki jo želite uravnotežiti.
• Izberite vrsto uravnoteženja: 1-ravninsko (statično) za ozke rotorje ali 2-ravninsko (dinamično) za večino drugih primerov.
• Določite korekcijske ravnine: izberite mesta na rotorju, kjer je mogoče varno namestiti korekcijske uteži.

Oddelek 2.3: Postopek uravnoteženja: Vodnik po korakih

Izvedba 0: Začetna meritev

• Zaženite stroj in ga stabilizirajte. Izjemno pomembno je, da je hitrost vrtenja v vseh naslednjih zagonih enaka.
• V programu začnite z meritvijo. Instrument bo zabeležil začetne vrednosti amplitude in faze vibracij.

1. izvedba: Poskusna utež v ravnini 1

• Ustavite stroj.
• Izbira poskusne teže: Masa poskusne uteži mora biti zadostna, da povzroči opazno spremembo parametrov vibracij (sprememba amplitude vsaj 20-30% ALI sprememba faze vsaj 20-30 stopinj).
• Namestitev poskusne uteži: Stehtano poskusno utež trdno pritrdite na znanem polmeru v ravnini 1. Zapišite kotni položaj.
• Stroj zaženite z enako stabilno hitrostjo.
• Izvedite drugo meritev.
• Ustavite stroj in ODSTRANITE poskusno utež.

2. izvedba: Poskusna utež v ravnini 2 (za uravnoteženje v dveh ravninah)

• Postopek iz 2. koraka natančno ponovite, vendar preizkusno utež namestite v ravnino 2.
• Začni, izmeri, ustavi in ODSTRANITE poskusno utež.

Izračun in namestitev korektivnih uteži

• Na podlagi sprememb vektorjev, zabeleženih med poskusnimi vožnjami, bo program samodejno izračunal maso in kot namestitve korektivne uteži za vsako ravnino.
• Kot namestitve se običajno meri od mesta poskusne uteži v smeri vrtenja rotorja.
• Varno pritrdite trajne korektivne uteži. Pri varjenju ne pozabite, da ima tudi sam zvar maso.

3. izvedba: Preverjanje meritev in fino uravnoteženje

• Ponovno zaženite stroj.
• Izvedite kontrolno meritev za oceno ravni preostalih vibracij.
• Dobljeno vrednost primerjajte z odstopanjem, izračunanim v skladu z ISO 1940-1.
• Če vibracije še vedno presegajo toleranco, bo instrument izračunal majhen "fini" (trim) popravek.
• Po končanem delu shranite poročilo in vplivne koeficiente za morebitno kasnejšo uporabo.

Tretji del: Napredno reševanje problemov in odpravljanje težav

Ta razdelek je posvečen najkompleksnejšim vidikom uravnoteženja polja – situacijam, ko standardni postopek ne daje rezultatov.

Oddelek 3.1: Diagnoza in premagovanje nestabilnosti meritev

Simptom: Med ponavljajočimi se meritvami pod enakimi pogoji se odčitki amplitude in/ali faze znatno spremenijo ("lebdenje", "skok"). Zaradi tega je izračun popravka nemogoč.

Osnovni vzrok: Instrument ne deluje pravilno. Natančno poroča, da je vibracijski odziv sistema nestabilen in nepredvidljiv.

Sistematični diagnostični algoritem:

• Mehanska zrahljanost: To je najpogostejši vzrok. Preverite pritrditev vijakov za pritrditev ohišja ležaja in sidrnih vijakov okvirja. Preverite morebitne razpoke v temeljih ali okvirju.
• Okvare ležajev: Prekomerna notranja zračnost v kotalnih ležajih ali obraba ležajne lupine omogoča kaotično gibanje gredi znotraj nosilca.
• Nestabilnost, povezana s procesom:
  • Aerodinamični (ventilatorji): Turbulenten pretok zraka, ločitev toka od lopatic lahko povzroči naključne učinke sile.
  • Hidravlika (črpalke): Kavitacija ustvarja močne, naključne hidravlične sunke, ki prikrijejo periodični signal zaradi neuravnoteženosti.
  • Notranje gibanje mase (drobilniki, mlini): Material se lahko prerazporedi znotraj rotorja in deluje kot "mobilna neravnovesja".
• Resonanca: Če je obratovalna hitrost zelo blizu naravni frekvenci konstrukcije, že majhne spremembe hitrosti povzročijo ogromne spremembe v amplitudi in fazi vibracij.
• Toplotni učinki: Ko se stroj segreje, lahko toplotno raztezanje povzroči upogibanje gredi ali spremembe poravnave.

Oddelek 3.2: Ko uravnoteženje ne pomaga: Prepoznavanje koreninskih napak

Simptom: Postopek uravnoteženja je bil izveden, odčitki so stabilni, vendar končne vibracije ostajajo visoke.

Uporaba spektralnega analizatorja za diferencialno diagnozo:

• Napačna nastavitev gredi: Glavni znak - visok vibracijski vrh pri 2x vrtljajih. Značilno je visoko aksialno nihanje.
• Napake kotalnih ležajev: Manifestirajo se kot visokofrekvenčne vibracije pri značilnih "ležajnih" frekvencah (BPFO, BPFI, BSF, FTF).
• Lok gredi: Manifestira se kot visok vrh pri 1x vrtljajih na minuto, vendar ga pogosto spremlja opazna komponenta pri 2x vrtljajih na minuto.
• Električne težave (elektromotorji): Asimetrija magnetnega polja lahko povzroči vibracije pri dvakratni frekvenci napajanja (100 Hz za omrežje 50 Hz).

Pogoste napake pri uravnoteženju in nasveti za preprečevanje

• Uravnoteženje pokvarjenega ali umazanega rotorja: Pred uravnoteženjem vedno preverite stanje mehanizma.
• Preizkusna utež je premajhna: Prizadevajte si za pravilo spremembe vibracij 20-30%.
• Neupoštevanje neskladnosti režima: Med vsemi meritvami vedno vzdržujte stabilno in enako hitrost vrtenja.
• Napake faz in oznak: Pazljivo spremljajte določanje kota. Kot korektivne uteži se običajno meri od položaja poskusne uteži v smeri vrtenja.
• Nepravilna pritrditev ali izguba uteži: Strogo upoštevajte metodologijo – če je treba odstraniti poskusno utež, jo odstranite.

Uravnoteženje standardov kakovosti

IV. del: Pogosto zastavljena vprašanja in opombe za uporabo

Oddelek 4.1: Splošna pogosto zastavljena vprašanja (FAQ)

Kdaj uporabiti uravnoteženje v 1 ravnini in kdaj v 2 ravninah?
Za ozke rotorje v obliki diska (razmerje L/D) uporabite 1-ravninsko (statično) uravnoteženje < 0,25). Za praktično vse ostale rotorje uporabite dvoravninsko (dinamično) uravnoteženje, zlasti pri L/D > 0.25.

Kaj storiti, če je poskusna utež povzročila nevarno povečanje vibracij?
Takoj ustavite stroj. To pomeni, da je bila poskusna utež nameščena blizu obstoječe težke točke. Rešitev: premaknite poskusno utež za 180 stopinj od prvotnega položaja.

Ali se lahko shranjeni vplivni koeficienti uporabijo za drug stroj?
Da, vendar le, če je drugi stroj popolnoma enak - isti model, isti rotor, isti temelj, isti ležaji. Vsaka sprememba strukturne togosti jih bo naredila neveljavne.

Kako upoštevati utore za ključe? (ISO 8821)
Standardna praksa je uporaba "polovnega ključa" v utoru gredi pri uravnoteženju brez nasprotnega dela. To kompenzira maso tistega dela ključa, ki zapolnjuje utor na gredi.

Oddelek 4.2: Vodnik za uravnoteženje za posebne vrste opreme

Industrijski ventilatorji in odvodniki dima:

• Težava: Najbolj dovzetni za neuravnoteženost zaradi nabiranja izdelka na rezilih ali abrazivne obrabe.
• Postopek: Pred začetkom dela vedno temeljito očistite rotor. Bodite pozorni na aerodinamične sile, ki lahko povzročijo nestabilnost.

Črpalke:

• Težava: Glavni sovražnik - kavitacija.
• Postopek: Pred uravnoteženjem zagotovite zadostno kavitacijsko rezervo na vhodu (NPSHa). Preverite, da sesalni cevovod ni zamašen.

Drobilniki, mlinčki in mulčerji:

• Težava: Ekstremna obraba, možnost velikih sprememb neuravnoteženosti zaradi loma ali obrabe kladiva.
• Postopek: Preverite celovitost in pritrditev delovnih elementov. Morda bo potrebno dodatno sidranje okvirja stroja.

Armature elektromotorjev:

• Težava: Lahko ima tako mehanske kot električne vire vibracij.
• Postopek: Z analizatorjem spektra preverite vibracije pri dvakratni frekvenci napajanja. Njihova prisotnost kaže na električno okvaro, ne na neuravnoteženost.

Zaključek

Dinamično uravnoteženje rotorjev na mestu z uporabo prenosnih instrumentov, kot je Balanset-1A, je močno orodje za povečanje zanesljivosti in učinkovitosti delovanja industrijske opreme. Vendar pa uspeh tega postopka ni toliko odvisen od samega instrumenta, temveč od usposobljenosti strokovnjaka in sposobnosti uporabe sistematičnega pristopa.

Ključna načela:

• Priprava določa rezultat: Temeljito čiščenje rotorja, preverjanje stanja ležajev in temeljev ter predhodna diagnostika vibracij so obvezni pogoji za uspešno uravnoteženje.
• Skladnost s standardi je osnova kakovosti: Uporaba standarda ISO 1940-1 subjektivno oceno spremeni v objektiven, merljiv in pravno pomemben rezultat.
• Instrument ni le uravnotežnik, temveč tudi diagnostično orodje: Nezmožnost ravnotežja ali nestabilnost pri branju sta pomembna diagnostična znaka, ki kažeta na resnejše težave.
• Razumevanje procesne fizike je ključnega pomena za reševanje nestandardnih nalog: Poznavanje razlik med togimi in fleksibilnimi rotorji ter razumevanje vpliva resonance omogoča strokovnjakom sprejemanje pravilnih odločitev.

Upoštevanje priporočil, opisanih v tem priročniku, bo tehničnim strokovnjakom omogočilo ne le uspešno spopadanje s tipičnimi nalogami, temveč tudi učinkovito diagnosticiranje in reševanje kompleksnih, netrivialnih problemov vibracij vrtljive opreme.