Део I: Теоријске и регулаторне основе динамичког балансирања

Динамичко балансирање на терену једна је од кључних операција у технологији подешавања вибрација, усмерена на продужење века трајања индустријске опреме и спречавање ванредних ситуација. Употреба преносивих инструмената као што је Balanset-1A омогућава да се ове операције обављају директно на месту рада, минимизирајући време застоја и трошкове повезане са демонтажом. Међутим, успешно балансирање захтева не само способност рада са инструментом, већ и дубоко разумевање физичких процеса који леже у основи вибрација, као и познавање регулаторног оквира који регулише квалитет рада.

Принцип методологије заснива се на постављању пробних тегова и израчунавању коефицијената утицаја неравнотеже. Једноставно речено, инструмент мери вибрације (амплитуду и фазу) ротирајућег ротора, након чега корисник секвенцијално додаје мале пробне тегове у одређеним равнима како би „калибрисао“ утицај додатне масе на вибрације. На основу промена амплитуде и фазе вибрација, инструмент аутоматски израчунава потребну масу и угао постављања корективних тегова како би се елиминисала неравнотежа.

Овај приступ имплементира такозвану методу троструког мерења за балансирање у две равни: почетно мерење и два мерења са пробним теговима (по један у свакој равни). За балансирање у једној равни, обично су довољна два мерења - без тега и са једним пробним тегом. Код савремених инструмената, сви потребни прорачуни се изводе аутоматски, што значајно поједностављује процес и смањује захтеве за квалификацијом оператера.

Одељак 1.1: Физика неравнотеже: Детаљна анализа

У сржи сваке вибрације у ротирајућој опреми лежи неравнотежа, или неуравнотеженост. Неравнотежа је стање у којем је маса ротора неравномерно распоређена у односу на његову осу ротације. Ова неравномерна расподела доводи до појаве центрифугалних сила, које заузврат изазивају вибрације носача и целе машинске структуре. Последице нерешене неравнотеже могу бити катастрофалне: од превременог хабања и уништења лежајева до оштећења темеља и саме машине. За ефикасну дијагнозу и отклањање неравнотеже, потребно је јасно разликовати њене врсте.

Врсте неравнотеже

Машина за балансирање ротора са рачунарски контролисаним системом за праћење за мерење статичких и динамичких сила ради откривања неравнотеже у ротирајућим компонентама електричног мотора.

Статичка неравнотежа (једна раван): Ова врста неравнотеже карактерише се померањем центра масе ротора паралелно са осом ротације. У статичком стању, такав ротор, постављен на хоризонталне призме, увек ће се окретати са тешком страном надоле. Статичка неравнотежа је доминантна код танких ротора у облику диска где је однос дужине и пречника (L/D) мањи од 0,25, на пример, брусни точкови или уска импелера вентилатора. Елиминација статичке неравнотеже је могућа постављањем једног корективног тега у једној корекционој равни, дијаметрално супротној од тешке тачке.

Пар (момента) неравнотеже: Овај тип се јавља када главна оса инерције ротора сече осу ротације у центру масе, али није паралелна са њом. Спој неравнотеже може се представити као две једнаке по величини, али супротно усмерене неуравнотежене масе које се налазе у различитим равнима. У статичком стању, такав ротор је у равнотежи, а неравнотежа се манифестује само током ротације у облику „љуљања“ или „климања“. Да би се то компензовало, потребна је уградња најмање два корективна тега у две различите равни, стварајући компензациони момент.

Технички дијаграм апарата за испитивање ротора електромотора са бакарним намотајима монтираним на прецизним лежајевима, повезаним са електронском опремом за праћење за мерење динамике ротације.

Динамичка неравнотежа: Ово је најчешћи тип неравнотеже у реалним условима, који представља комбинацију статичке и парне неравнотеже. У овом случају, главна централна оса инерције ротора се не поклапа са осом ротације и не сече је у центру масе. Да би се елиминисао динамички неравнотежа, неопходна је корекција масе у најмање две равни. Двоканални инструменти као што је Balanset-1A су посебно дизајнирани да реше овај проблем.

Квазистатички дисбаланс: Ово је посебан случај динамичке неравнотеже где главна оса инерције сече осу ротације, али не у центру масе ротора. Ово је суптилна, али важна разлика за дијагностиковање сложених роторских система.

Крути и флексибилни ротори: критична разлика

Један од основних концепата у балансирању је разлика између крутих и флексибилних ротора. Ова разлика одређује саму могућност и методологију успешног балансирања.

Крути ротор: Ротор се сматра крутим ако је његова радна фреквенција обртања знатно нижа од његове прве критичне фреквенције и не подлеже значајним еластичним деформацијама (угибима) под дејством центрифугалних сила. Балансирање таквог ротора се обично успешно врши у две корекционе равни. Инструменти Balanset-1A су првенствено дизајнирани за рад са крутим роторима.

Флексибилни ротор: Ротор се сматра флексибилним ако ради на фреквенцији ротације близу једне од својих критичних фреквенција или је изнад ње. У овом случају, еластично отклон вратила постаје упоредиво са померањем центра масе и само по себи значајно доприноси укупним вибрацијама.

Покушај балансирања флексибилног ротора коришћењем методологије за круте роторе (у две равни) често доводи до квара. Постављање корективних тегова може компензовати вибрације при малој, субрезонантној брзини, али када се достигне радна брзина, када се ротор савије, исти ти тегови могу повећати вибрације побуђивањем једног од модова вибрација савијања. Ово је један од кључних разлога зашто балансирање „не функционише“, иако се све радње са инструментом изводе исправно. Пре почетка рада, изузетно је важно класификовати ротор корелацијом његове радне брзине са познатим (или израчунатим) критичним фреквенцијама.

Ако је немогуће заобићи резонанцију (на пример, ако машина има фиксну брзину која се поклапа са резонантном), препоручује се привремена промена услова монтаже јединице (на пример, опуштање крутости носача или постављање привремених еластичних заптивки) током балансирања како би се померила резонанција. Након отклањања неравнотеже ротора и враћања нормалних вибрација, машина се може вратити на стандардне услове монтаже.

Одељак 1.2: Регулаторни оквир: ISO стандарди

Стандарди у области балансирања обављају неколико кључних функција: успостављају јединствену техничку терминологију, дефинишу захтеве квалитета и, што је важно, служе као основа за компромис између техничке нужности и економске исплативости. Прекомерни захтеви за квалитет балансирања су неповољни, па стандарди помажу у одређивању у којој мери је препоручљиво смањити неуравнотеженост. Поред тога, могу се користити у уговорним односима између произвођача и купаца ради одређивања критеријума прихватања.

ISO 1940-1-2007 (ISO 1940-1): Захтеви квалитета за балансирање крутих ротора

Софтвер за преносни балансер и анализатор вибрација Balanset-1A. Калкулатор толеранције баланса (ISO 1940)

Овај стандард је основни документ за одређивање дозвољене преостале неуравнотежености. Он уводи концепт степена квалитета балансирања (G), који зависи од типа машине и њене радне фреквенције обртања.

Оцена квалитета Г: Сваки тип опреме одговара одређеном степену квалитета који остаје константан без обзира на брзину ротације. На пример, степен G6.3 се препоручује за дробилице, а G2.5 за арматуре електромотора и турбине.

Израчунавање дозвољене преостале неуравнотежености (U_по): Стандард дозвољава израчунавање специфичне дозвољене вредности неуравнотежености која служи као циљни индикатор током балансирања. Израчунавање се врши у две фазе:

1. Одређивање дозвољене специфичне неуравнотежености (е_по) користећи формулу:
   е_по = (G × 9549) / n
   где је G степен квалитета балансирања (нпр. 2,5), n је радна фреквенција ротације, о/мин. Јединица мере за e_по је g·mm/kg или μm.
2. Одређивање дозвољене преостале неуравнотежености (U_по) за цео ротор:
   У_по = е_по × М
   где је M маса ротора, kg. Јединица мере за U_по је г·мм.

На пример, за ротор електромотора масе 5 кг, који ради на 3000 о/мин са степеном квалитета G2.5, прорачун би био:

е_по = (2,5 × 9549) / 3000 ≈ 7,96 μm (или g·mm/kg).

У_по = 7,96 × 5 = 39,8 г·мм.

То значи да након балансирања, преостали дисбаланс не би требало да пређе 39,8 г·мм.

Коришћење стандарда трансформише субјективну процену „вибрације су и даље превисоке“ у објективан, мерљив критеријум. Ако коначни извештај о балансирању који генерише софтвер инструмента покаже да је преостали дисбаланс унутар ISO толеранције, рад се сматра квалитетно изведеним, што штити извођача у спорним ситуацијама.

ISO 20806-2007 (ISO 20806): Балансирање на месту

Овај стандард директно регулише процес балансирања поља.

Предности: Главна предност балансирања на месту је у томе што је ротор балансиран у реалним радним условима, на својим носачима и под радним оптерећењем. Ово аутоматски узима у обзир динамичка својства система носача и утицај повезаних компоненти вратила, што се не може моделирати на машини за балансирање.

Недостаци и ограничења: Стандард такође указује на значајне недостатке који се морају узети у обзир приликом планирања рада.

• Ограничен приступ: Често је приступ корекционим равнима на склопљеној машини отежан, што ограничава могућности за уградњу тегова.
• Потреба за пробним вожњама: Процес балансирања захтева неколико циклуса „старт-стоп“ машине, што може бити неприхватљиво са становишта производног процеса и економске ефикасности.
• Тешкоће са тешким поремећајем равнотеже: У случајевима веома велике почетне неравнотеже, ограничења у избору равни и масе корективног тега можда неће дозволити постизање потребног квалитета балансирања.

Остали релевантни стандарди

Ради потпуности, треба поменути и друге стандарде, као што су серија ISO 21940 (који замењује ISO 1940), ISO 8821 (који регулише разматрање кључног утицаја) и ISO 11342 (за флексибилне роторе).

Део II: Практични водич за балансирање помоћу инструмената Balanset-1A

Успех балансирања зависи 80% од темељности припремног рада. Већина кварова није повезана са кваром инструмента, већ са игнорисањем фактора који утичу на поновљивост мерења. Главни принцип припреме је искључивање свих других могућих извора вибрација како би инструмент мерио само ефекат неравнотеже.

Одељак 2.1: Темељ успеха: Дијагностика пре балансирања и припрема машине

Пре повезивања инструмента, потребно је спровести комплетну дијагностику и припрему механизма.

Корак 1: Примарна дијагностика вибрација (Да ли је заиста неуравнотеженост?)

Пре балансирања, корисно је извршити прелиминарно мерење вибрација у режиму виброметра. Софтвер Balanset-1A има режим „Мерач вибрација“ (дугме F5) где можете измерити укупне вибрације и посебно компоненту на фреквенцији ротације (1×) пре инсталирања било каквих тегова. Таква дијагностика помаже у разумевању природе вибрација: ако је амплитуда главног ротационог хармоника близу укупних вибрација, онда је доминантни извор вибрација највероватније неуравнотеженост ротора и балансирање је ефикасно. Такође, очитавања фазе и вибрација од мерења до мерења треба да буду стабилна и да се не мењају за више од 5-10%.

Користите инструмент у режиму виброметра или спектралног анализатора (FFT) за прелиминарну процену стања машине.

Класичан знак неравнотеже: Спектар вибрација треба да буде доминиран врхом на фреквенцији ротације ротора (врх на фреквенцији од 1x RPM). Амплитуда ове компоненте у хоризонталном и вертикалном правцу треба да буде упоредива, а амплитуде осталих хармоника треба да буду знатно ниже.

Знаци других недостатака: Ако спектар садржи значајне врхове на другим фреквенцијама (нпр. 2x, 3x обртаја у минути) или на фреквенцијама које нису вишеструке, то указује на присуство других проблема које је потребно елиминисати пре балансирања. На пример, врх на 2x обртаја у минути често указује на неусклађеност вратила.

Корак 2: Свеобухватни механички преглед (Контролна листа)

Ротор: Пажљиво очистите све површине ротора (лопатице вентилатора, чекиће дробилице итд.) од прљавштине, рђе, залепљеног производа. Чак и мала количина прљавштине на великом радијусу ствара значајан дебаланс. Проверите да ли постоје поломљени или недостајући елементи (лопатице, чекићи), лабави делови.

Лежајеви: Проверите склопове лежајева на прекомерни зазор, страни шум и прегревање. Истрошени лежајеви са великим зазором неће омогућити добијање стабилних очитавања и онемогућиће балансирање. Потребно је проверити налегање чаура ротора на кућишта лежајева и зазоре.

Темељ и оквир: Уверите се да је јединица инсталирана на чврстом темељу. Проверите затегнутост анкерних вијака, одсуство пукотина у раму. Присуство „меке ноге“ (када један носач не одговара темељу) или недовољна крутост носеће конструкције довешће до апсорпције енергије вибрација и нестабилних, непредвидивих очитавања.

Погон: За каишне погоне, проверите затегнутост и стање каиша. За спојнице - поравнање вратила. Непоравнање може створити вибрације на фреквенцији од 2x RPM, што ће искривити мерења на фреквенцији ротације.

безбедност: Обезбедите присуство и исправност свих заштитних ограђивача. Радни простор треба да буде слободан од страних предмета и људи.

Одељак 2.2: Подешавање и конфигурација инструмента

Правилна инсталација сензора је кључ за добијање тачних и поузданих података.

Инсталација хардвера

Сензори вибрација (акцелерометри):

• Повежите каблове сензора са одговарајућим конекторима инструмента (нпр. X1 и X2 за Balanset-1A).
• Инсталирајте сензоре на кућишта лежајева што је могуће ближе ротору.
• Кључна пракса: Да би се добио максимални сигнал (највећа осетљивост), сензоре треба инсталирати у смеру где су вибрације максималне. За већину хоризонтално постављених машина, ово је хоризонтални смер, јер је крутост темеља у овој равни обично мања. Користите снажну магнетну базу или навојни носач да бисте осигурали чврст контакт. Лоше причвршћен сензор је један од главних узрока добијања нетачних података.

Фазни сензор (ласерски тахометар):

• Повежите сензор на посебан улаз (X3 за Balanset-1A).
• Причврстите мали комад рефлектујуће траке на осовину или други ротирајући део ротора. Трака треба да буде чиста и да пружа добар контраст.
• Инсталирајте тахометар на његов магнетни сталак тако да ласерски зрак стабилно погађа ознаку током целог обртаја. Уверите се да инструмент показује стабилну вредност обртаја у минути (RPM).

Ако сензор „промаши“ ознаку или обрнуто даје додатне импулсе, потребно је да коригујете или ширину/боју ознаке или осетљивост/угао сензора. На пример, ако на ротору постоје сјајни елементи, они се могу прекрити мат траком како не би рефлектовали ласер. Када радите на отвореном или у јако осветљеним просторијама, ако је могуће, заштитите сензор од директног светла, јер јако осветљење може створити сметње за фазни сензор.

Конфигурација софтвера (Balanset-1A)

• Покрените софтвер (као администратор) и повежите УСБ интерфејс модул.
• Идите на модул за балансирање. Направите нови запис за јединицу која се балансира, уносећи њен назив, масу и друге доступне податке.
• Изаберите тип балансирања: једноравно (статичко) за уске роторе или дворавно (динамичко) за већину осталих случајева.
• Дефинисати корекционе равни: изабрати места на ротору где се корективни тегови могу безбедно и поуздано инсталирати (нпр. задњи диск импелера вентилатора, посебни жлебови на вратилу).

Одељак 2.3: Поступак балансирања: Водич корак по корак

Поступак се заснива на методи коефицијента утицаја, где инструмент „учи“ како ротор реагује на инсталирање познате масе. Инструменти Balanset-1A аутоматизују овај процес.

Такав приступ имплементира такозвану методу са три пролаза за балансирање у две равни: почетно мерење и два пролаза са пробним теговима (по један у свакој равни).

Трчање 0: Почетно мерење

• Покрените машину и доведите је до стабилне радне брзине. Изузетно је важно да брзина ротације буде иста у свим наредним покретањима.
• У програму, покрените мерење. Инструмент ће забележити почетне вредности амплитуде и фазе вибрација (тзв. почетни вектор „О“).

Индустријски апарат за испитивање мотора са ротором од бакарног намотаја, монтираним на прецизне лежајеве, са рачунарски контролисаним системом за праћење за анализу и дијагностику електричних перформанси.

Софтверски интерфејс за динамичко балансирање у две равни приказује податке анализе вибрација са временским таласним облицима и дијаграмима фреквентног спектра за дијагностику ротационих машина.

Трчање 1: Пробна тежина у равни 1

• Зауставите машину.
• Избор пробне тежине: Ово је најкритичнији корак у зависности од оператера. Маса пробног тега треба да буде довољна да изазове приметну промену параметара вибрација (промена амплитуде од најмање 20-30% ИЛИ промена фазе од најмање 20-30 степени). Ако је промена премала, тачност прорачуна ће бити ниска. То се дешава зато што се слаб корисни сигнал са пробног тега „дави“ у системској буци (зазор лежаја, турбуленција протока), што доводи до нетачног прорачуна коефицијента утицаја.
• Инсталација пробне тежине: Безбедно причврстите измерјени пробни тег (м_t) на познатом радијусу (r) у равни 1. Монтаж мора да издржи центрифугалну силу. Забележите угаони положај тега у односу на фазну ознаку.
• Покрените машину истом стабилном брзином.
• Извршите друго мерење. Инструмент ће забележити нови вектор вибрација („O+T“).
• Зауставите машину и УКЛОНИТЕ пробни тег (осим ако програм не наводи другачије).

3Д приказ система за испитивање ротора електромотора са бакарним намотајима монтираним на опреми за прецизно балансирање, повезаним са дијагностичким сензорима и лаптопом за анализу перформанси.

Софтверски интерфејс за динамичко балансирање у две равни приказује анализу вибрација са таласним облицима у временском домену и фреквентним спектром за балансирање ротационих машина на ~2960 о/мин.

Трчање 2: Пробна тежина у равни 2 (за балансирање у 2 равни)

• Поновите потпуно исти поступак из корака 2, али овај пут поставите пробни тег у раван 2.
• Покрените, измерите, зауставите и УКЛОНИТЕ пробни тег.

Индустријски апарат за испитивање мотора са бакарним намотајима постављеним на носачима, са дијагностиком контролисаном помоћу лаптопа за анализу перформанси и ефикасности електромотора.

Интерфејс машине за динамичко балансирање у две равни приказује резултате анализе вибрација и прорачуне корекције масе за ротирајућу опрему, са очитавањима преостале неравнотеже.

Израчунавање и уградња корективних тегова

• На основу промена вектора забележених током пробних вожњи, програм ће аутоматски израчунати масу и угао уградње корективног тега за сваку раван.
• Угао уградње се обично мери од места пробног тега у смеру ротације ротора.
• Безбедно причврстите трајне корективне тегове. Приликом коришћења заваривања, имајте на уму да и сам завар има масу. Приликом коришћења вијака, треба узети у обзир њихову масу.

3Д рендеровани модел великог електромагнетног калема или статора мотора монтираног на апарату за испитивање, са бакарним намотајима и опремом за праћење електричне анализе и процене перформанси.

Софтверски интерфејс машине за динамичко балансирање приказује резултате балансирања у две равни са корекционим масама од 0,290 г и 0,270 г под одређеним угловима ради елиминације вибрација.

Анализа динамичког балансирања у две равни која приказује поларне графиконе за корекцију ротора. Интерфејс приказује захтеве за додавање масе (0,290 г на 206° за раван 1, 0,270 г на 9° за раван 2) како би се минимизирале вибрације и постигла механичка равнотежа у ротирајућим машинама.

Трка 3: Верификационо мерење и фино балансирање

• Поново покрените машину.
• Извршите контролно мерење да бисте проценили ниво заосталих вибрација.
• Упоредите добијену вредност са толеранцијом израчунатом према ISO 1940-1.
• Ако вибрације и даље прелазе толеранцију, инструмент ће, користећи већ познате коефицијенте утицаја, израчунати малу „фину“ (трим) корекцију. Инсталирајте овај додатни тег и поново проверите. Обично су довољни један или два циклуса финог балансирања.
• Након завршетка, сачувајте извештај и коефицијенте утицаја за могућу будућу употребу на сличним машинама.

3Д рендеровање склопа ротора електромотора на опреми за испитивање, са бакарним намотајима са зеленим дијагностичким индикаторима и повезаним мерним уређајима за анализу контроле квалитета.

Софтверски интерфејс за динамичко балансирање у две равни приказује резултате мерења вибрација и прорачуне корекције за ротирајуће машине, приказујући пробне масе, углове и вредности преостале неравнотеже.

Део III: Напредно решавање проблема и решавање проблема

Овај одељак је посвећен најсложенијим аспектима балансирања поља - ситуацијама где стандардни поступак не даје резултате.

Динамичко балансирање подразумева ротацију масивних делова, тако да је поштовање безбедносних процедура од кључне важности. У наставку су наведене главне мере безбедности приликом балансирања ротора на месту:

Мере безбедности

Спречавање случајног покретања (Блокада/Означавање): Пре почетка рада, потребно је искључити напајање и искључити погон ротора. На уређајима за покретање окачени су знакови упозорења како нико не би грешком покренуо машину. Главни ризик је изненадно покретање ротора током уградње тегова или сензора. Стога, пре уградње пробних или корективних тегова, вратило мора бити поуздано заустављено, а његово покретање мора бити немогуће без вашег знања. На пример, искључите аутоматски прекидач мотора и окачите браву са ознаком или уклоните осигураче. Тек након што се уверите да се ротор неће спонтано покренути, може се извршити уградња тегова.

Лична заштитна опрема: Приликом рада са ротирајућим деловима користите одговарајућу ЛЗО. Заштитне наочаре или заштитни штитник за лице су обавезни ради заштите од могућег избацивања малих делова или тегова. Рукавице - по потреби (заштитиће руке током постављања тегова, али током мерења је боље радити без широке одеће и рукавица које се могу закачити за ротирајуће делове). Одећа треба да буде уска, без лабавих ивица. Дугу косу треба увући испод покривала за главу. Употреба чепића за уши или слушалица - при раду са гласним машинама (балансирање великих вентилатора, на пример, може бити праћено јаком буком). Ако се заваривање користи за причвршћивање тегова - додатно носите маску за заваривање, рукавице за заваривање, уклоните запаљиве материјале.

Опасна зона око машине: Ограничити приступ неовлашћених лица зони балансирања. Током пробних радова, око јединице се постављају баријере или барем траке упозорења. Радијус опасне зоне је најмање 3-5 метара, а за велике роторе и више. Нико не сме бити на линији ротирајућих делова или близу равни ротације ротора током његовог убрзања. Будите спремни за ванредне ситуације: оператер треба да има спремно дугме за хитно заустављање или да буде близу прекидача за напајање како би одмах искључио јединицу у случају спољашње буке, вибрација изнад дозвољених нивоа или избацивања тежине.

Поуздано причвршћивање тежине: Приликом причвршћивања пробних или трајних корективних тегова, обратите посебну пажњу на њихово фиксирање. Привремени пробни тегови се често причвршћују вијком на постојећу рупу или лепе јаком траком/двостраном траком (за мале тегове и мале брзине), или се заварују тачкастим заваривањем на неколико тачака (ако је безбедно и материјал дозвољава). Трајни корективни тегови треба да буду поуздано и дугорочно фиксирани: по правилу се заварују, заврћу вијцима/шрафовима или се врши бушење метала (уклањање масе) на потребним местима. Апсолутно је забрањено остављати лоше фиксиран тег на ротору (на пример, магнетом без подлоге или слабим лепком) током окретања - избачени тег постаје опасан пројектил. Увек израчунајте центрифугалну силу: чак и вијак од 10 грама при 3000 о/мин ствара велику силу избацивања, тако да додатак мора да издржи преоптерећења са великом маргином. Након сваког заустављања, проверите да ли се додатак пробног тега олабавио пре него што поново покренете ротор.

Електрична безбедност опреме: Инструмент Balanset-1A се обично напаја преко USB порта лаптопа, што је безбедно. Али ако је лаптоп повезан на мрежу од 220V преко адаптера, треба поштовати опште мере електричне безбедности - користити исправну уземљену утичницу, не водити каблове кроз влажне или вруће зоне, заштитити опрему од влаге. Забрањено је растављати или поправљати Balanset инструмент или његово напајање док је повезан на мрежу. Сва повезивања сензора се врше само када је инструмент искључен из напајања (USB искључен или напајање лаптопа је искључено). Ако на радном месту постоји нестабилан напон или јаке електричне сметње, препоручљиво је напајати лаптоп из аутономног извора (UPS, батерија) како би се избегле сметње у сигналима или искључивање инструмента.

Узимање у обзир карактеристика ротора: Неки ротори могу захтевати додатне мере предострожности. На пример, приликом балансирања ротора велике брзине, осигурајте да не прелазе дозвољену брзину (не да „беже“). За то се могу користити тахометријска ограничења или се фреквенција ротације може унапред проверити. Флексибилни дуги ротори током окретања могу проћи кроз критичне брзине - будите спремни да брзо смањите обртаје при прекомерним вибрацијама. Ако се балансирање врши на јединици са радним флуидом (нпр. пумпа, хидраулични систем) - осигурајте да током балансирања неће бити довода флуида или других промена оптерећења.

Документација и комуникација: Према правилима безбедности на раду, пожељно је имати упутства за безбедно обављање послова балансирања посебно за ваше предузеће. Она треба да пропишу све наведене мере и евентуално додатне (на пример, захтеве за присуство другог посматрача, преглед алата пре рада итд.). Упознајте цео тим који је укључен у рад са овим упутствима. Пре почетка експеримената, спроведите кратак инструктаж: ко шта ради, када да сигнализира заустављање, које конвенционалне знаке дати. Ово је посебно важно ако је једна особа за контролном таблом, а друга за мерном опремом.

Поштовање наведених мера ће минимизирати ризике током балансирања. Запамтите да је безбедност изнад брзине балансирања. Боље је потрошити више времена на припрему и контролу него дозволити несрећу. У пракси балансирања познати су случајеви где је игнорисање правила (на пример, слабо причвршћивање тегова) довело до несрећа и повреда. Стога, приступите процесу одговорно: балансирање није само техничка већ и потенцијално опасна операција која захтева дисциплину и пажњу.

Одељак 3.1: Дијагноза и превазилажење нестабилности мерења („плутајућа“ очитавања)

Симптом: Током поновљених мерења под идентичним условима, очитавања амплитуде и/или фазе значајно се мењају („плутање“, „скок“). Због тога је израчунавање корекције немогуће.

Основни узрок: Инструмент није неисправан. Он тачно извештава да је вибрациони одзив система нестабилан и непредвидив. Задатак специјалисте је да пронађе и елиминише извор ове нестабилности.

Систематски дијагностички алгоритам:

• Механичка лабавост: Ово је најчешћи узрок. Проверите затегнутост вијака за монтажу кућишта лежаја, вијака за анкере рама. Проверите да ли има пукотина у темељу или раму. Елиминишите „меку ногу“.
• Дефекти лежаја: Прекомерни унутрашњи зазор у котрљајућим лежајевима или хабање кућишта лежаја омогућава осовини да се хаотично креће унутар носача, што доводи до нестабилних очитавања.
• Нестабилност повезана са процесом:
  • Аеродинамички (вентилатори): Турбулентни проток ваздуха, одвајање протока од лопатица може изазвати случајне ефекте силе на импелер.
  • Хидраулика (пумпе): Кавитација - формирање и колапс мехурића паре у течности - ствара снажне, случајне хидрауличне ударе. Ови удари потпуно маскирају периодични сигнал од неравнотеже и онемогућавају балансирање.
  • Унутрашње кретање масе (дробилице, млинови): Током рада, материјал се може кретати и прераспоређивати унутар ротора, делујући као „мобилни дисбаланс“.
• Резонанција: Ако је радна брзина веома близу природној фреквенцији структуре, чак и мале варијације брзине (50-100 о/мин) узрокују огромне промене у амплитуди и фази вибрација. Балансирање у резонантној зони је немогуће. Потребно је спровести тест кочења (при заустављању машине) како би се утврдили резонантни врхови и изабрала брзина за балансирање која је удаљена од њих.
• Термички ефекти: Како се машина загрева, термичко ширење може проузроковати савијање вратила или промене поравнања, што доводи до „померања“ очитавања. Потребно је сачекати док машина не достигне стабилан термички режим и сва мерења обавити на овој температури.
• Утицај суседне опреме: Јаке вибрације са суседних машина у раду могу се преносити кроз под и искривити мерења. Ако је могуће, изолујте јединицу која се балансира или зауставите извор сметњи.

Одељак 3.2: Када балансирање не помаже: Идентификација коренских недостатака

Симптом: Поступак балансирања је извршен, очитавања су стабилна, али коначна вибрација остаје висока. Или балансирање у једној равни погоршава вибрације у другој.

Основни узрок: Повећане вибрације нису узроковане једноставном неравнотежом. Оператор покушава да реши проблем геометрије или квара компоненте методом корекције масе. Неуспешан покушај балансирања у овом случају је успешан дијагностички тест који доказује да проблем није неравнотежа.

Коришћење спектралног анализатора за диференцијалну дијагнозу:

• Неусклађеност осовине: Главни знак - висок врх вибрација на фреквенцији од 2x обртаја у минути, често праћен значајним врхом на 1x обртаја у минути. Карактеристична је и висока аксијална вибрација. Покушаји „балансирања“ неусклађености су осуђени на неуспех. Решење - извршити квалитетно поравнање вратила.
• Дефекти котрљајућих лежајева: Манифестују се као високофреквентне вибрације у спектру на карактеристичним „лежећим“ фреквенцијама (BPFO, BPFI, BSF, FTF) које нису вишекратници ротационе фреквенције. FFT функција у Balanset инструментима помаже у детекцији ових врхова.
• Лук осовине: Манифестује се као висок врх при 1x RPM (слично неуравнотежености), али често праћен приметном компонентом при 2x RPM и високом аксијалном вибрацијом, што слику чини сличном комбинацији неуравнотежености и неусклађености.
• Електрични проблеми (електромотори): Асиметрија магнетног поља (на пример, због дефеката роторских шипки или ексцентричности ваздушног зазора) може изазвати вибрације на двоструко већој фреквенцији напајања (100 Hz за мрежу од 50 Hz). Ове вибрације се не елиминишу механичким балансирањем.

Пример сложене узрочно-последичне везе је кавитација у пумпи. Низак улазни притисак доводи до кључања течности и стварања мехурића паре. Њихово накнадно урушавање на радно коло изазива два ефекта: 1) ерозивно хабање лопатица, што временом заправо мења равнотежу ротора; 2) снажне случајне хидрауличне ударе који стварају широкопојасни вибрациони „шум“, потпуно маскирајући користан сигнал од неравнотеже и чинећи очитавања нестабилним. Решење није балансирање већ елиминисање хидрауличног узрока: провера и чишћење усисног вода, обезбеђивање довољне маргине кавитације (NPSH).

Уобичајене грешке при балансирању и савети за превенцију

Приликом балансирања ротора, посебно у теренским условима, почетници се често сусрећу са типичним грешкама. У наставку су наведене уобичајене грешке и препоруке како их избећи:

Балансирање неисправног или прљавог ротора: Једна од најчешћих грешака је покушај балансирања ротора који има друге проблеме: истрошене лежајеве, зазор, пукотине, нагомилану прљавштину итд. Као резултат тога, неуравнотеженост можда није главни узрок вибрација, и након дугих покушаја, вибрације остају високе. Савет: увек проверите стање механизма пре балансирања.

Пробна тежина је премала: Уобичајена грешка је постављање пробног тега недовољне масе. Као резултат тога, његов утицај се удави у шуму мерења: фаза се једва помера, амплитуда се мења само за неколико процената, а прорачун корективног тега постаје нетачан. Савет: циљајте на правило промене вибрација 20-30%. Понекад је боље направити неколико покушаја са различитим пробним теговима (задрживши најуспешнију опцију) - инструмент то дозвољава, само ћете пребрисати резултат из првог пробног рада. Такође имајте на уму: узимање превеликог пробног тега је такође непожељно, јер може преоптеретити носаче. Изаберите пробни тег такве масе да се приликом постављања амплитуда вибрација 1× мења за најмање четвртину у односу на оригинал. Ако након првог пробног рада видите да су промене мале - смело повећајте масу пробног тега и поновите мерење.

Непоштовање константности режима и резонантни ефекти: Ако се током балансирања између различитих покретања ротор окретао значајно различитим брзинама или је током мерења брзина „плутала“, резултати ће бити нетачни. Такође, ако је брзина близу резонантне фреквенције система, вибрациони одзив може бити непредвидив (велики фазни помаци, расејање амплитуде). Грешка је игнорисање ових фактора. Савет: увек одржавајте стабилну и идентичну брзину ротације током свих мерења. Ако погон има регулатор, подесите фиксне обртаје (на пример, тачно 1500 о/мин за сва мерења). Избегавајте пролазак кроз критичне брзине структуре. Ако приметите да од покретања до покретања фаза „скаче“ и амплитуда се не понавља под истим условима - посумњајте на резонанцију. У таквом случају, покушајте да смањите или повећате брзину за 10-15% и поновите мерења, или промените крутост инсталације машине да бисте пригушили резонанцију. Задатак је да се режим мерења изведе из резонантне зоне, у супротном је балансирање бесмислено.

Грешке у фази и маркирању: Понекад се корисник збуни око угаоних мерења. На пример, погрешно назначи одакле треба рачунати угао постављања тега. Као резултат тога, тег се поставља, а не тамо где је инструмент израчунао. Савет: пажљиво пратите одређивање угла. У Balanset-1A, угао корективног тега се обично мери од положаја пробног тега у смеру ротације. То јест, ако је инструмент показао, рецимо, „Раван 1: 45°“, то значи - од тачке где се налазио пробни тег, измерите 45° у смеру ротације. На пример, казаљке сата иду „у смеру казаљке на сату“, а ротор се окреће „у смеру казаљке на сату“, тако да ће 90 степени бити тамо где је 3 сата на бројчанику. Неки инструменти (или програми) могу мерити фазу од ознаке или у другом смеру - увек прочитајте упутства за одређени уређај. Да бисте избегли забуну, можете директно означити на ротору: означите положај пробног тега као 0°, затим означите смер ротације стрелицом и, користећи угломер или папирни шаблон, измерите угао за стални тег.

Пажња: током балансирања, тахометар се не може померати. Треба га увек усмерити на исту тачку на обиму. Ако је фазна ознака померена или је фазни сензор поново инсталиран - цела фазна слика ће бити поремећена.

Неправилно причвршћивање или губитак тегова: Дешава се да је у журби тег лоше зашрафљен, а при следећем покретању је отпао или се померио. Тада су сва мерења овог покретања бескорисна, а што је најважније - опасна су. Или још једна грешка - заборављање уклањања пробног тега када методологија захтева његово уклањање, и као резултат тога инструмент мисли да га нема, али је остао на ротору (или обрнуто - програм је очекивао да га остави, али сте га уклонили). Савет: стриктно пратите изабрану методологију - ако захтева уклањање пробног тега пре постављања другог, уклоните га и не заборавите на то. Користите контролну листу: „пробни тег 1 уклоњен, пробни тег 2 уклоњен“ - пре прорачуна, уверите се да на ротору нема додатних маса. Приликом причвршћивања тегова, увек проверите њихову поузданост. Боље потрошити додатних 5 минута на бушење или затезање вијака него касније тражити избачени део. Никада не стојте у равни могућег избацивања тега током окретања - ово је правило безбедности и у случају грешке такође.

Некоришћење могућности инструмента: Неки оператери несвесно игноришу корисне функције Balanset-1A. На пример, не чувају коефицијенте утицаја за сличне роторе, не користе графиконе застоја и спектрални режим ако их инструмент пружа. Савет: упознајте се са упутством за инструмент и користите све његове опције. Balanset-1A може да направи графиконе промена вибрација током застоја (корисно за детекцију резонанције), спроведе спектралну анализу (помаже да се осигура да 1× хармоник преовладава) и чак мери релативне вибрације вратила помоћу бесконтактних сензора ако су такви повезани. Ове функције могу пружити вредне информације. Поред тога, сачувани коефицијенти утицаја ће омогућити балансирање сличног ротора следећи пут без пробних тегова - један покушај ће бити довољан, штедећи време.

Укратко, свака грешка је лакше спречити него исправити. Пажљива припрема, темељно придржавање методологије мерења, употреба поузданих средстава за причвршћивање и примена логике инструмената су кључеви успешног и брзог балансирања. Ако нешто крене наопако - не оклевајте да прекинете процес, анализирајте ситуацију (могуће уз помоћ вибрационе дијагностике) и тек онда наставите. Балансирање је итеративни процес који захтева стрпљење и тачност.

Пример подешавања и калибрације у пракси:

Замислите да треба да балансирамо роторе две идентичне вентилационе јединице. Подешавање инструмента се врши за први вентилатор: инсталирамо софтвер, повезујемо сензоре (два на носачима, оптички на постољу), припремамо вентилатор за покретање (скидамо кућиште, наносимо ознаку). Вршимо балансирање првог вентилатора пробним теговима, инструмент израчунава и предлаже корекцију - инсталирамо је, постижемо смањење вибрација на стандарде. Затим чувамо датотеку са коефицијентима (кроз мени инструмента). Сада, прелазећи на други идентичан вентилатор, можемо учитати ову датотеку. Инструмент ће затражити да одмах изврши контролни рад (у суштини, мерење Рун 0 за други вентилатор) и, користећи претходно учитане коефицијенте, одмах обезбеди масе и углове корективних тегова за други вентилатор. Инсталирамо тегове, покрећемо - и добијамо значајно смањење вибрација из првог покушаја, обично унутар толеранције. Дакле, подешавање инструмента са чувањем података о калибрацији на првој машини омогућило је драматично смањење времена балансирања за другу. Наравно, ако се вибрације другог вентилатора нису смањиле на стандард, додатни циклуси са пробним теговима могу се извршити појединачно, али често се сачувани подаци испоставе довољним.

Уравнотежење стандарда квалитета

Део IV: Често постављана питања и напомене о примени

Овај одељак сумира практичне савете и одговара на питања која се најчешће јављају међу стручњацима у теренским условима.

Одељак 4.1: Општа често постављана питања (ЧПП)

Када користити балансирање у једној, а када у две равни?
Користите једноравно (статичко) балансирање за уске роторе у облику диска (однос L/D < 0,25) где је неуравнотеженост пара занемарљива. Користите балансирање у 2 равни (динамичко) за практично све остале роторе, посебно са L/D > 0,25 или раде на великим брзинама.

Шта урадити ако пробни тег изазива опасно повећање вибрација?
Одмах зауставите машину. То значи да је пробни тег постављен близу постојеће тешке тачке, што је погоршало неравнотежу. Решење је једноставно: померите пробни тег за 180 степени из његовог првобитног положаја.

Да ли се сачувани коефицијенти утицаја могу користити за другу машину?
Да, али само ако је друга машина апсолутно идентична - исти модел, исти ротор, иста основа, исти лежајеви. Било каква промена у структурној крутости промениће коефицијенте утицаја, чинећи их неважећим. Најбоља пракса је увек спровођење нових пробних радова за сваку нову машину.

Како узети у обзир жлебове за клинове? (ISO 8821)
Стандардна пракса (осим ако није другачије назначено у документацији) је употреба „полу-кључа“ у жлебу вратила приликом балансирања без одговарајућег дела. Ово компензује масу оног дела кључа који испуњава жлеб на вратилу. Коришћење целог кључа или балансирање без кључа резултираће неправилно балансираним склопом.

Које су најважније мере безбедности?

• Електрична безбедност: Користите шему повезивања са два секвенцијална прекидача како бисте спречили случајно „изађивање“ ротора. Примените процедуре закључавања и означавања (LOTO) приликом постављања тегова. Рад треба обављати под надзором, радни простор треба да буде ограђен.
• Механичка безбедност: Не радите у широкој одећи са елементима који лепршају. Пре почетка рада, уверите се да су сви заштитни штитници на свом месту. Никада не додирујте ротирајуће делове нити покушавајте ручно да кочите ротор. Уверите се да су корективни тегови поуздано причвршћени да неће постати пројектили.
• Општа култура производње: Одржавајте чистоћу на радном месту, не затрпавајте ходнике.

Одељак 4.2: Водич за балансирање за одређене типове опреме

Индустријски вентилатори и уређаји за одвод дима:

• Проблем: Најосетљивији на неравнотежу због накупљања производа на сечивима (повећање масе) или абразивног хабања (губитак масе).
• Procedure: Увек темељно очистите импелер пре почетка рада. Балансирање може захтевати неколико фаза: прво сам импелер, затим склапање са вратилом. Обратите пажњу на аеродинамичке силе које могу изазвати нестабилност.

Пумпе:

• Проблем: Главни непријатељ - кавитација.
• Procedure: Пре балансирања, обезбедите довољну маргину кавитације на улазу (NPSHa). Проверите да ли је усисни цевовод или филтер зачепљен. Ако чујете карактеристичан звук „шљунка“ и вибрације су нестабилне - прво отклоните хидраулични проблем.

Дробилице, млевење и малчери:

• Проблем: Екстремно хабање, могућност великих и наглих промена неравнотеже услед лома или хабања чекића/бата. Ротори су тешки и раде под великим ударним оптерећењима.
• Procedure: Проверите интегритет и причвршћивање радних елемената. Због јаких вибрација, може бити потребно додатно причвршћивање оквира машине за под како би се добила стабилна очитавања.

Арматуре електромотора:

• Проблем: Може имати и механичке и електричне изворе вибрација.
• Procedure: Користите анализатор спектра да бисте проверили вибрације на двоструко већој фреквенцији напајања (нпр. 100 Hz). Њено присуство указује на електрични квар, а не на неуравнотеженост. За арматуре једносмерних мотора и асинхроне моторе примењује се стандардни поступак динамичког балансирања.

Conclusion

Динамичко балансирање ротора на месту помоћу преносних инструмената као што је Balanset-1A је моћан алат за повећање поузданости и ефикасности рада индустријске опреме. Међутим, као што анализа показује, успех овог поступка не зависи толико од самог инструмента колико од квалификација стручњака и способности примене систематског приступа.

Кључни закључци овог водича могу се свести на неколико основних принципа:

Припрема одређује резултат: Темељно чишћење ротора, провера стања лежајева и темеља и прелиминарна дијагностика вибрација ради искључивања других недостатака су обавезни услови за успешно балансирање.

Усклађеност са стандардима је основа квалитета и правне заштите: Примена ISO 1940-1 за одређивање толеранција преостале неуравнотежености трансформише субјективну процену у објективан, мерљив и правно значајан резултат.

Инструмент није само балансер већ и дијагностички алат: Немогућност балансирања механизма или нестабилност очитавања нису кварови инструмента, већ важни дијагностички знаци који указују на присуство озбиљнијих проблема као што су неусклађеност, резонанција, дефекти лежајева или технолошке повреде.

Разумевање физике процеса је кључно за решавање нестандардних задатака: Познавање разлика између крутих и флексибилних ротора, разумевање утицаја резонанције, термичких деформација и технолошких фактора (нпр. кавитације) омогућава стручњацима да доносе исправне одлуке у ситуацијама где стандардна упутства корак по корак не функционишу.

Дакле, ефикасно балансирање поља је синтеза прецизних мерења која се изводе савременим инструментима и дубоког аналитичког приступа заснованог на познавању теорије вибрација, стандарда и практичног искуства. Праћење препорука наведених у овом водичу омогућиће техничким стручњацима не само да успешно решавају типичне задатке, већ и да ефикасно дијагностикују и реше сложене, нетривијалне проблеме вибрација ротирајуће опреме.