Нелинеарни објекти у балансирању ротора
Зашто балансирање “не функционише”, зашто се коефицијенти утицаја мењају и како поступити у реалним условима на терену
Преглед
У пракси, балансирање ротора се готово никада не своди на једноставно израчунавање и постављање корекционог тега. Формално, алгоритам је добро познат и инструмент аутоматски врши сва прорачуна, али коначни резултат много више зависи од понашања самог објекта него од уређаја за балансирање. Због тога се у реалном раду стално јављају ситуације у којима балансирање “не функционише”, коефицијенти утицаја се мењају, вибрације постају нестабилне, а резултат се не може поновити из једног покушаја у други.
Linear and nonlinear vibrations, their features, and balancing methods
Успешно балансирање захтева разумевање како објекат реагује на додавање или уклањање масе. У овом контексту, концепти линеарних и нелинеарних објеката играју кључну улогу. Разумевање да ли је објекат линеаран или нелинеаран омогућава избор исправне стратегије балансирања и помаже у постизању жељеног резултата.
Линеарни објекти заузимају посебно место у овој области због своје предвидљивости и стабилности. Они омогућавају употребу једноставних и поузданих метода дијагностике и балансирања, што њихово проучавање чини важним кораком у дијагностици вибрација.
Линеарни наспрам нелинеарних објеката
Most of these problems are rooted in a fundamental but often underestimated distinction between linear and nonlinear objects. A linear object, from the balancing point of view, is a system in which, at a constant rotational speed, the vibration amplitude is proportional to the amount of неравнотежа, and the vibration phase follows the angular position of the unbalanced mass in a strictly predictable way. Under these conditions, the influence coefficient is a constant value. All standard dynamic balancing algorithms, including those implemented in the Balanset-1A, are designed precisely for such objects.
For a linear object, the balancing process is predictable and stable. Installing a пробни тег produces a proportional change in vibration amplitude and phase. Repeated starts give the same vibration vector, and the calculated correction weight remains valid. Such objects are well suited both for one-time balancing and for serial balancing using stored influence coefficients.
Нелинеарни објекат се понаша на фундаментално другачији начин. Сама основа прорачуна балансирања је нарушена. Амплитуда вибрација више није пропорционална неравнотежи, фаза постаје нестабилна, а коефицијент утицаја се мења у зависности од масе пробног тега, режима рада или чак времена. У пракси се ово појављује као хаотично понашање вектора вибрација: након постављања пробног тега, промена вибрација може бити премала, прекомерна или једноставно непоновљива.
Шта су линеарни објекти?
Линеарни објекат је систем у коме је вибрација директно пропорционална величини неравнотеже.
Линеарни објекат, у контексту балансирања, је идеализовани модел који карактерише директно пропорционална веза између величине неравнотеже (неуравнотежене масе) и амплитуде вибрација. То значи да ако се неравнотежа удвостручи, амплитуда вибрација ће се такође удвостручити, под условом да брзина ротације ротора остане константна. Насупрот томе, смањење неравнотеже ће пропорционално смањити вибрације.
За разлику од нелинеарних система, где понашање објекта може да варира у зависности од многих фактора, линеарни објекти омогућавају висок ниво прецизности уз минималан напор.
Поред тога, они служе као основа за обуку и праксу балансера. Разумевање принципа линеарних објеката помаже у развоју вештина које се касније могу применити на сложеније системе.
Graphical representation of linearity
Замислите графикон где хоризонтална оса представља величину неуравнотежене масе (дисбаланса), а вертикална оса амплитуду вибрација. За линеарни објекат, овај графикон ће бити права линија која пролази кроз координатни почетак (тачку где су и величина дисбаланса и амплитуда вибрација једнаке нули). Нагиб ове линије карактерише осетљивост објекта на дисбаланс: што је стрмији нагиб, веће су вибрације за исти дисбаланс.
Graph 1: The Relationship Between Vibration Amplitude (µm) and Unbalanced Mass (g) at a constant correction radius and constant rotational speed
Графикон 1 илуструје однос између амплитуде вибрација (µм) линеарног балансирајућег објекта и неуравнотежене масе (г) ротора. Коефицијент пропорционалности је 0,5 µм/г. Једноставним дељењем 300 са 600 добија се 0,5 µм/г. За неуравнотежену масу од 800 г (УМ=800 г), вибрација ће бити 800 г * 0,5 µм/г = 400 µм. Имајте на уму да ово важи за константну брзину ротора. При различитој брзини ротације, коефицијент ће бити другачији.
Овај коефицијент пропорционалности назива се коефицијент утицаја (коефицијент осетљивости) и има димензију од µм/г или, у случајевима који укључују неравнотежу, µм/(г*мм), где је (г*мм) јединица неравнотеже. Познавајући коефицијент утицаја (ИЦ), могуће је решити и инверзни задатак, односно одређивање неуравнотежене масе (УМ) на основу величине вибрације. Да бисте то урадили, поделите амплитуду вибрације са ИЦ.
На пример, ако је измерена вибрација 300 µм, а познати коефицијент ИЦ=0,5 µм/г, поделите 300 са 0,5 да бисте добили 600 г (УМ=600 г).
A note on units: the displacement values in µm used in these examples are illustrative and chosen for simple arithmetic. The Balanset-1A measures and displays vibration velocity, mm/s RMS; the linearity principle and the influence-coefficient method work identically in either unit.
Influence coefficient (IC): key parameter of linear objects
A critical characteristic of a linear object is the Коефицијент утицаја (IC). It is numerically equal to the tangent of the slope angle of the line on the graph of vibration versus imbalance and indicates how much the vibration amplitude (in microns, µm) changes when a unit of mass (in grams, g) is added in a specific correction plane at a specific rotor speed. In other words, IC is a measure of the object's sensitivity to imbalance. Its unit of measurement is µm/g, or, when imbalance is expressed as the product of mass and radius, µm/(g*mm).
IC је у суштини "пасошка" карактеристика линеарног објекта, омогућавајући предвиђања његовог понашања када се маса дода или уклони. Познавање IC-а омогућава решавање и директног проблема – одређивања магнитуде вибрација за дату неравнотежу – и инверзног проблема – израчунавања магнитуде неравнотеже из измерене вибрације.
Direct problem:
Inverse problem:
How the IC is obtained in practice:
Here V0 is the vibration vector measured in the initial run (Run 0), V1 is the vector measured after a trial mass mсуђење is installed (Run 1), K is the influence coefficient, and mкор is the correction mass. All of these are complex (vector) quantities combining amplitude and phase — which is exactly why the article speaks below about the argument of the influence coefficient.
Throughout this article, the mass in grams is used as a proxy for unbalance: it is equivalent to unbalance in g·mm only as long as the correction radius stays the same. When the radius changes, use g·mm and an IC in µm/(g·mm).
Фаза вибрација у линеарним објектима
Поред амплитуде, вибрације карактерише и њихова фаза, која указује на положај ротора у тренутку максималног одступања од његовог равнотежног положаја. За линеарни објекат, фаза вибрација је такође предвидљива. Она је збир два угла:
- Угао који одређује положај укупне неуравнотежене масе ротора. Овај угао показује смер у коме је концентрисан примарни дисбаланс.
- Аргумент коефицијента утицаја. То је константан угао који карактерише динамичка својства објекта и не зависи од величине или угла инсталације неуравнотежене масе.
Дакле, познавањем ИЦ аргумента и мерењем фазе вибрације, могуће је одредити угао инсталације неуравнотежене масе. Ово омогућава не само прорачун корективне величине масе већ и њено прецизно постављање на ротор како би се постигла оптимална равнотежа.
Balancing linear objects
It is important to note that for a linear object, the influence coefficient obtained from the trial run as K = (V1 − V0) / mсуђење does not depend on the magnitude or angle of the trial mass installation, nor on the initial vibration. This is a key characteristic of linearity. If the IC remains unchanged when the trial mass parameters or initial vibration are altered, it can be confidently asserted that the object behaves linearly within the considered range of imbalances.
Кораци за балансирање линеарног објекта
- Мерење почетне вибрације: Први корак је мерење вибрације у њеном почетном стању. Одређује се амплитуда и угао вибрације, који указују на правац неравнотеже.
- Инсталирање пробне масе: На ротор је уграђена маса познате тежине. Ово помаже да се разуме како објекат реагује на додатна оптерећења и омогућава да се израчунају параметри вибрација.
- Поновно мерење вибрација: Након уградње пробне масе, мере се нови параметри вибрација. Упоређујући их са почетним вредностима, могуће је утврдити како маса утиче на систем.
- Израчунавање корективне масе: На основу података мерења одређују се маса и угао уградње корективне тежине. Ова тежина се ставља на ротор да би се елиминисао неравнотежа.
- Коначна верификација: Након уградње корективног утега, вибрације треба значајно смањити. Ако заостала вибрација и даље прелази прихватљив ниво, поступак се може поновити.
Белешка: Linear objects serve as ideal models for studying and practically applying balancing methods. Their properties allow engineers and diagnosticians to focus on developing basic skills and understanding the fundamental principles of working with rotor systems. Although the perfectly linear object is an idealization, most machines in good mechanical condition behave linearly enough within the range of unbalance encountered in field balancing — which is exactly why the influence-coefficient method works at all. The linear model is therefore not an academic exercise but the normal working assumption; nonlinearity is the exception that has to be recognized.
Серијско балансирање и сачувани коефицијенти
Serial balancing deserves special attention. It can significantly increase productivity, but only when applied to linear, vibration-stable objects. In such cases, influence coefficients obtained on the first rotor can be reused for subsequent identical rotors. The Balanset-1A software supports this directly: coefficients from a previous balancing session are stored in the archive and can be re-applied to an identical rotor with the Apply coefficients function (F6 Reports, balancing archive). However, as soon as support stiffness, rotational speed, or bearing condition changes, repeatability is lost and the serial approach stops working.
Nonlinear objects: when theory diverges from practice
Шта је нелинеарни објекат?
Нелинеарни објекат је систем у коме амплитуда вибрације није пропорционална величини неравнотеже. За разлику од линеарних објеката, где је однос између вибрације и дисбалансне масе представљен правом линијом, у нелинеарним системима овај однос може да прати сложене путање.
In the real world, not all objects behave linearly. Nonlinear objects exhibit a relationship between imbalance and vibration that is not directly proportional. This means the influence coefficient is not constant and may vary depending on factors such as:
- Величина неравнотеже: Повећање неравнотеже може променити крутост носача ротора, што доводи до нелинеарних промена у вибрацијама.
- Присуство зазора и празнина: Зазори и празнине у лежајевима и другим спојевима могу изазвати нагле промене у вибрацијама под одређеним условима.
Temperature changes and varying external loads also alter the dynamic characteristics of the object, but in a different way: they make the system non-stationary rather than nonlinear (see the section on vibration instability below).
Why are nonlinear objects challenging?
Нелинеарност уводи многе варијабле у процес балансирања. Успешан рад са нелинеарним објектима захтева више мерења и сложенију анализу. На пример, стандардне методе применљиве на линеарне објекте не дају увек тачне резултате за нелинеарне системе. Ово захтева дубље разумевање физике процеса и коришћење специјализованих дијагностичких метода.
Знаци нелинеарности
Нелинеарни објекат се може идентификовати следећим знацима:
- Непропорционалне промене вибрација: Како се неравнотежа повећава, вибрације могу расти брже или спорије него што се очекивало за линеарни објекат.
- Фазни помак у вибрацијама: Фаза вибрације може се променити непредвидиво са варијацијама у неравнотежи или брзини ротације.
- Присуство хармоника и субхармоника: The vibration spectrum may exhibit higher harmonics (multiples of the rotational frequency) and subharmonics (fractions of the rotational frequency), indicating nonlinear effects. In the Balanset-1A software, these can be inspected on the F8 Charts screen, F5-Spectrum (Hz) tab; keep in mind that the vibration sensor maintains its rated accuracy up to about 550 Hz, and its response rolls off above that, so higher-frequency spectral components should be read as indicative only.
- хистереза: Амплитуда вибрације може зависити не само од тренутне вредности неравнотеже већ и од њене историје. На пример, када се неравнотежа повећа, а затим смањи на почетну вредност, амплитуда вибрације се можда неће вратити на првобитни ниво.
How to test an object for linearity
- Repeatability check: Perform Run 0, stop the machine, restart it, and repeat Run 0 without touching anything. If the amplitude agrees within about 10% and the phase within about 10–15°, the object is stable enough to balance.
- Removal check: After the trial run, remove the trial weight and repeat Run 0. If the vibration vector does not return to its original value, the object has hysteresis or looseness.
- Double-mass check: Repeat the trial run with a trial weight twice as heavy in the same location. For a linear object the vector change (V1 − V0) must double in magnitude and keep the same direction. Any other outcome means the influence coefficient depends on the trial mass — the object is nonlinear.
- 180° check: The same trial weight moved 180° must rotate the vector change by 180°.
Graphical representation of nonlinearity
На графику вибрација у односу на неравнотежу, нелинеарност је евидентна у одступањима од праве линије. Графикон може да садржи кривине, кривине, хистерезне петље и друге карактеристике које указују на сложен однос између неравнотеже и вибрација.
Graph 2. Nonlinear Object (at a constant correction radius and constant rotational speed)
50 g; 40 µm (yellow), 100 g; 54.7 µm (blue).
Овај објекат показује два сегмента, две праве линије. За неравнотеже мање од 50 грама, график одражава својства линеарног објекта, одржавајући пропорционалност између неравнотеже у грамима и амплитуде вибрације у микронима. За неравнотеже веће од 50 грама, раст амплитуде вибрације се успорава.
Примери нелинеарних објеката
Примери нелинеарних објеката у контексту балансирања укључују:
- Ротори са пукотинама: Пукотине у ротору могу довести до нелинеарних промена у крутости и, као резултат, нелинеарног односа између вибрација и неравнотеже.
- Ротори са зазорима лежајева: Зазори у лежајевима могу изазвати нагле промене у вибрацијама под одређеним условима.
- Ротори са нелинеарним еластичним елементима: Неки еластични елементи, као што су гумени амортизери, могу показивати нелинеарне карактеристике, што утиче на динамику ротора.
Врсте нелинеарности
1. Soft-stiff nonlinearity
У таквим системима се посматрају два сегмента: мекани и крути. У меком сегменту, понашање личи на линеарност, где се амплитуда вибрације повећава пропорционално дисбалансној маси. Међутим, након одређеног прага (преломне тачке), систем прелази у крути режим, где се раст амплитуде успорава.
2. Elastic nonlinearity
Промене у крутости ослонаца или контаката унутар система чине однос вибрација-неравнотежа сложеним. На пример, вибрација може нагло да се повећа или смањи када се пређе одређени праг оптерећења.
3. Friction-induced nonlinearity
У системима са значајним трењем (нпр. у лежајевима), амплитуда вибрација може бити непредвидљива. Трење може смањити вибрације у једном опсегу брзина и појачати их у другом.
Уобичајени узроци нелинеарности
The most common causes of nonlinearity are increased bearing clearances, bearing wear, dry friction, loosened supports, and cracks in the structure. Operation near a резонанција is a separate problem: it does not make the object nonlinear, but it destroys measurement repeatability and is therefore just as fatal for the influence-coefficient method. Often, the object exhibits so-called soft–hard nonlinearity. At small unbalance levels the system behaves almost linearly, but as vibration increases, stiffer elements of the supports or casing become involved. In such cases, balancing is possible only within a narrow operating range and does not provide stable long-term results.
Нестабилност вибрација
Another serious issue is vibration instability. Even a formally linear object may show changes in amplitude and phase over time. This is caused by thermal effects, changes in lubricant viscosity, thermal expansion, unstable friction in the supports, and varying external loads acting on the machine. As a result, measurements taken only minutes apart can produce different vibration vectors. Under these conditions, meaningful comparison of measurements becomes impossible, and the balancing calculation loses reliability.
Note the distinction: a nonlinear object gives a different influence coefficient for a different trial-weight mass; a non-stationary (unstable) object gives a different influence coefficient for the same trial weight measured at a different time. Both break the calculation, but the remedies differ — nonlinearity is fixed mechanically, instability is fixed by stabilizing the operating regime and measuring quickly.
Балансирање близу резонанције
Balancing near resonance is especially problematic. When the rotational frequency is close to a природна фреквенција of the system, even a small unbalance produces a sharp increase in vibration, and both amplitude and phase become extremely sensitive to small speed variations. Note that resonance itself is not nonlinearity: a linear system has resonances, and at resonance the vibration is still proportional to the unbalance. What is lost is repeatability — a ±1% scatter in rotational speed near the critical speed changes the measured vector far more than the trial weight does, so the influence coefficient measured in this zone is unusable in practice. (A large resonant response can, in addition, push the supports into a genuinely nonlinear range — but that is a consequence, not the definition.) In such cases the balancing speed must be moved away from the natural frequency, or the mechanical structure changed, before balancing is attempted.
Висока вибрација након “успешног” балансирања
У пракси је уобичајено наићи на ситуације где, након формално успешног поступка балансирања, укупни ниво вибрација остаје висок. Ово не указује на грешку инструмента или оператера. Балансирање елиминише само неравнотежу масе. Ако су вибрације узроковане дефектима темеља, олабављеним причвршћивачима, неусклађеношћу или резонанцом, корекциони тегови неће решити проблем. У овим случајевима, анализа просторне расподеле вибрација по машини и њеном темељу помаже у идентификацији правог узрока.
Balancing nonlinear objects: a complex task with unconventional solutions
Балансирање нелинеарних објеката је изазован задатак који захтева специјализоване методе и приступе. Стандардна метода пробне масе, развијена за линеарне објекте, може дати погрешне резултате или бити потпуно неприменљива.
Методе балансирања за нелинеарне објекте
- Балансирање корак по корак: Ова метода подразумева постепено смањење неравнотеже постављањем корективних тегова у свакој фази. Након сваке фазе, врше се мерења вибрација и одређује се нови корективни тег на основу тренутног стања објекта. Овај приступ узима у обзир промене коефицијента утицаја током процеса балансирања.
- Balancing at several speeds: Influence coefficients are speed-dependent, so a rotor that must run over a wide speed range may need coefficients measured at more than one speed. This is the domain of modal (multi-speed) balancing of flexible rotors and requires a linear, repeatable object, several correction planes and, as a rule, a balancing machine. It is not a workaround for a nonlinear object, and it does not mean balancing near a resonance — measurement speeds must still be chosen away from the critical speeds. The Balanset-1A implements the single-speed influence-coefficient method: all runs (Run 0 / Run 1 / Run 2 / Run T) must be performed at the same rotational speed.
- Коришћење математичких модела: За сложене нелинеарне објекте могу се користити математички модели који описују динамику ротора уз узимање у обзир нелинеарних ефеката. Ови модели помажу у предвиђању понашања објекта у различитим условима и одређују оптималне параметре балансирања.
Искуство и интуиција стручњака играју кључну улогу у балансирању нелинеарних објеката. Искусан балансер може препознати знаке нелинеарности, одабрати одговарајућу методу и прилагодити је специфичној ситуацији. Анализирање спектра вибрација, посматрање промена вибрација како се радни параметри објекта мењају и разматрање карактеристика дизајна ротора помажу у доношењу правих одлука и постизању жељених резултата.
How to balance nonlinear objects using a tool designed for linear objects
Ово је добро питање. Мој лични метод за балансирање таквих објеката почиње поправком механизма: заменом лежајева, заваривањем пукотина, затезањем вијака, провером анкера или изолатора вибрација и провером да ротор не трља о стационарне елементе конструкције.
Next, I identify resonance frequencies, as it is impossible to balance a rotor at speeds close to resonance. To do this, I use the impact method for resonance determination (the Bump Test function in the Balanset-1A software) or a rotor coast-down graph (the RunDown function).
Затим одређујем положај сензора на механизму: вертикално, хоризонтално или под углом.
Након пробног рада, уређај показује угао и тежину корективних оптерећења. Преполовио сам тежину корективног оптерећења, али користим углове које предлаже уређај за постављање ротора. Ако преостала вибрација након корекције и даље премашује прихватљив ниво, изводим још један рад ротора. Наравно, ово захтева више времена, али резултати су понекад инспиративни.
The art and science of balancing rotating equipment
Балансирање ротирајуће опреме је сложен процес који комбинује елементе науке и уметности. За линеарне објекте, балансирање укључује релативно једноставне прорачуне и стандардне методе. Међутим, рад са нелинеарним објектима захтева дубоко разумевање динамике ротора, способност анализе сигнала вибрација и вештину одабира најефикаснијих стратегија балансирања.
Искуство, интуиција и стално усавршавање вештина су оно што балансера чини правим мајстором свог заната. На крају крајева, квалитет балансирања не само да одређује ефикасност и поузданост рада опреме, већ и осигурава сигурност људи.
Поновљивост мерења
Проблеми са мерењем такође играју главну улогу. Неправилна инсталација сензора вибрација, промене у тачкама мерења или неправилна оријентација сензора директно утичу и на амплитуду и на фазу. За балансирање није довољно само мерити вибрације; поновљивост и стабилност мерења су кључне. Због тога се у практичном раду места монтаже и оријентације сензора морају строго контролисати.
Практични приступ за нелинеарне објекте
Балансирање нелинеарног објекта увек не почиње постављањем пробног тега, већ проценом понашања вибрација. Ако амплитуда и фаза очигледно клизе током времена, мењају се од једног почетка до другог или оштро реагују на мале варијације брзине, први задатак је постизање што стабилнијег режима рада. Без овога, сви прорачуни ће бити случајни.
Први практични корак је избор исправне брзине. Нелинеарни објекти су изузетно осетљиви на резонанцију, тако да се балансирање мора изводити брзином што је могуће даљом од природних фреквенција. То често значи кретање испод или изнад уобичајеног радног опсега. Чак и ако су вибрације при овој брзини веће, али стабилне, пожељније је од балансирања у резонантној зони.
Затим, важно је минимизирати све изворе додатне нелинеарности. Пре балансирања, све причвршћиваче треба проверити и затегнути, елиминисати зазоре колико год је то могуће, а носаче и јединице лежајева прегледати на лабавост. Балансирање не компензује зазоре или трење, али је могуће ако се ови фактори доведу у стабилно стање.
Приликом рада са нелинеарним објектом, мале пробне тежине не треба користити из навике. Премала пробна тежина често не успева да помери систем у понављајућу област, а промена вибрација постаје упоредива са шумом нестабилности. Пробна тежина мора бити довољно велика да изазове јасну и поновљиву промену вектора вибрација, али не толико велика да објекат пребаци у другачији режим рада.
Мерења треба вршити брзо и под идентичним условима. Што мање времена прође између мерења, већа је шанса да динамички параметри система остану непромењени. Препоручљиво је извршити неколико контролних пролаза без промене конфигурације како би се потврдило да се објекат понаша конзистентно.
Веома је важно фиксирати тачке монтаже сензора вибрација и њихову оријентацију. Код нелинеарних објеката, чак и мало померање сензора може изазвати приметне промене у фази и амплитуди, што се може погрешно протумачити као ефекат пробне тежине.
У прорачунима, пажњу треба обратити не на тачно нумеричко слагање, већ на трендове. Ако вибрације константно опадају са узастопним корекцијама, то указује да се балансирање креће у правом смеру, чак и ако коефицијенти утицаја формално не конвергирају.
Не препоручује се чување и поновна употреба коефицијената утицаја за нелинеарне објекте. Чак и ако је један циклус балансирања успешан, током следећег покретања објекат може ући у други режим и претходни коефицијенти више неће бити важећи.
Треба запамтити да је балансирање нелинеарног објекта често компромис. Циљ није постићи најнижу могућу вибрацију, већ довести машину у стабилно и поновљиво стање са прихватљивим нивоом вибрација. У многим случајевима, ово је привремено решење док се лежајеви не поправе, носачи не обнове или структура не модификује.
Главни практични принцип је да се објекат прво стабилизује, затим уравнотежи, и тек након тога процени резултат. Ако се стабилизација не може постићи, уравнотежење треба сматрати помоћном мером, а не коначним решењем.
Техника смањене корекционе тежине
У пракси, приликом балансирања нелинеарних објеката, још једна важна техника се често показује ефикасном. Ако инструмент израчунава корекциону тежину користећи стандардни алгоритам, инсталирање пуне израчунате тежине често погоршава ситуацију: вибрације се могу повећати, фаза може скочити, а објекат може прећи у други режим рада.
У таквим случајевима, инсталирање смањене корекционе тежине добро функционише — два или понекад чак и три пута мање од вредности коју је израчунао инструмент. Ово помаже да се избегне “избацивање” система из условно линеарне области у други нелинеарни режим. У ствари, корекција се примењује нежно, са малим кораком, без изазивања нагле промене динамичких параметара објекта.
Након постављања смањеног тега, мора се извршити контролни рад и проценити тренд вибрација. Ако се амплитуда стално смањује, а фаза остаје релативно стабилна, корекција се може поновити истим приступом, постепено се приближавајући минималном достижном нивоу вибрација. Ова метода корак по корак је често поузданија од постављања целог израчунатог корекционог тега одједном.
Ова техника је посебно ефикасна за објекте са зазорима, сувим трењем и меко-тврдим носачима, где потпуна израчуната корекција одмах избацује систем из условно линеарне зоне. Коришћење смањених корекционих маса омогућава објекту да остане у најстабилнијем режиму рада и омогућава постизање практичног резултата чак и тамо где се балансирање формално сматра немогућим.
Важно је разумети да ово није “грешка инструмента”, већ последица физике нелинеарних система. Инструмент правилно израчунава за линеарни модел, док инжењер прилагођава резултат у пракси стварном понашању механичког система.
Коначни принцип
На крају крајева, успешно балансирање није само израчунавање тежине и угла. Оно захтева разумевање динамичког понашања објекта, његове линеарности, стабилности вибрација и удаљености од резонантних услова. Balanset-1A пружа све потребне алате за мерење, анализу и прорачун, али коначни резултат је увек одређен механичким стањем самог система. То је оно што разликује формални приступ од стварне инжењерске праксе у дијагностици вибрација и балансирању ротора.
Питања и одговори
This is a sign of a nonlinear object. In a linear object, vibration amplitude is proportional to the amount of unbalance, and the phase changes by the same angle as the angular position of the weight. When these conditions are violated, the influence coefficient is no longer constant and the standard balancing algorithm starts to produce errors. Typical causes are bearing clearances, loosened supports, friction, and operation near resonance — which is not nonlinearity in itself, but amplifies the vibration and destroys the repeatability of the readings (check it with the Bump Test).
Линеарни објекат је систем ротора у коме је, при истој брзини ротације, амплитуда вибрација директно пропорционална величини неуравнотежености, а фаза вибрација строго прати угаони положај неуравнотежене масе. За такве објекте, коефицијент утицаја је константан и не зависи од масе пробног тега.
Нелинеарни објекат је систем у коме је нарушена пропорционалност између вибрација и неравнотеже и/или константност фазног односа. Амплитуда и фаза вибрација почињу да зависе од масе пробног тега. Најчешће је то повезано са зазорима лежајева, хабањем, сувим трењем, меко-тврдим ослонцима или захватањем чвршћих структурних елемената.
Да, али резултат је нестабилан и зависи од режима рада. Балансирање је могуће само у ограниченом опсегу где се објекат понаша условно линеарно. Ван овог опсега, коефицијенти утицаја се мењају и губи се поновљивост резултата.
Коефицијент утицаја је мера осетљивости вибрација на промене неравнотеже. Он показује колико ће се вектор вибрација променити када се познати пробни тег инсталира у датој равни при датој брзини.
Коефицијент утицаја је нестабилан ако је објекат нелинеаран, ако су вибрације нестабилне током времена или ако су присутни резонанција, термичко загревање, олабављени причвршћивачи или променљиви услови трења. У таквим случајевима, поновљени покретања производе различите вредности амплитуде и фазе.
Сачувани коефицијенти утицаја могу се користити само за идентичне роторе који раде истом брзином, под истим условима инсталације и крутости носача. Објекат мора бити линеаран и стабилан на вибрације. Чак и мала промена услова чини старе коефицијенте непоузданим.
Током загревања, мењају се зазори лежајева, крутост ослонца, вискозност мазива и ниво трења. Ово мења динамичке параметре система и, као резултат тога, мења амплитуду и фазу вибрација.
Нестабилност вибрација је промена амплитуде и/или фазе током времена при константној брзини ротације. Балансирање се ослања на поређење вектора вибрација, тако да када су вибрације нестабилне, поређење губи смисао и прорачун постаје непоуздан.
Постоји инхерентна структурна нестабилност, спора “пузајућа” нестабилност, варијације од почетка до почетка, нестабилност повезана са загревањем и нестабилност повезана са резонанцом при раду близу природних фреквенција.
In the resonance zone, even a small unbalance causes a sharp increase in vibration, and both amplitude and phase become extremely sensitive to small speed variations. Resonance itself is not nonlinearity — a linear system has resonances, and at resonance the vibration is still proportional to the unbalance. What is lost is repeatability: the normal scatter in rotational speed near the critical speed changes the measured vector far more than the trial weight does, so the influence coefficient measured in this zone is unusable in practice. The balancing speed must be moved away from the natural frequency before balancing is attempted.
Typical signs are a sharp increase in vibration with small speed changes, unstable phase, broad humps in the spectrum, and high sensitivity of vibration to minor RPM variations. A vibration maximum is often observed during run-up or coast-down. The most reliable indicator is the phase: as the speed passes through a resonance, the phase lag goes through about 90° at the peak and reverses by roughly 180° above it. Watch the phase readout during a slow run-up or coast-down — a 180° swing together with an amplitude maximum locates the critical speed.
Високе вибрације могу бити узроковане резонанцијом, олабављеним структурама, дефектима темеља или проблемима са лежајевима. У таквим случајевима, балансирање неће елиминисати узрок вибрација.
Померање вибрација карактерише амплитуду кретања, брзина вибрација карактерише брзину овог кретања, а убрзање вибрација карактерише убрзање. Ове величине су повезане, али свака је боље прилагођена за откривање одређених врста дефеката и фреквентних опсега.
Vibration velocity reflects the energy level of vibration over a wide frequency range and is convenient for assessing the overall condition of machines according to ISO standards such as ИСО 10816-1.
Исправна конверзија је могућа само за једнофреквентне хармонијске вибрације. За сложене спектре вибрација, такве конверзије дају само приближне резултате.
Могући разлози укључују резонанцију, дефекте темеља, олабављене причвршћиваче, хабање лежајева, неусклађеност или нелинеарност објекта. Балансирање уклања само неравнотежу, а не и друге дефекте.
Ако се не открију механички дефекти и вибрације се не смање након балансирања, потребно је анализирати расподелу вибрација по машини и темељу. Типични знаци су велике вибрације кућишта и основе и фазни помаци између тачака мерења.
Неправилна инсталација сензора искривљује амплитуду и фазу, смањује поновљивост мерења и може довести до нетачних дијагностичких закључака и погрешних резултата балансирања.
Вибрације су неравномерно распоређене по целој структури. Крутост, масе и облици модова се разликују, тако да амплитуда и фаза могу значајно да варирају од тачке до тачке.
По правилу, не. Хабање и повећани зазори чине објекат нелинеарним. Балансирање постаје нестабилно и не пружа дугорочни резултат. Изузеци су могући само код пројектних зазора и стабилних услова.
Покретање ствара велика динамичка оптерећења. Ако се структура олабави, релативни положаји елемената се мењају након сваког покретања, што доводи до промена параметара вибрација.
Серијско балансирање је могуће за идентичне роторе инсталиране под идентичним условима, уз стабилност вибрација и одсуство резонанције. У овом случају, коефицијенти утицаја са првог ротора могу се применити на наредне.
То је обично због промена у крутости носача, разлика у склопу, промена брзине ротације или преласка објекта у нелинеарни режим рада.
Смањење вибрација на стабилан ниво уз одржавање поновљивости амплитуде и фазе од почетка до почетка, и одсуство знакова резонанције или нелинеарности.
0 Comments