Icke-linjära objekt i rotorbalansering
Varför balansering "inte fungerar", varför influenskoefficienter ändras och hur man går tillväga i verkliga fältförhållanden
Översikt
I praktiken reduceras rotorbalansering nästan aldrig till att bara beräkna och installera en korrektionsvikt. Formellt sett är algoritmen välkänd och instrumentet utför alla beräkningar automatiskt, men slutresultatet beror mycket mer på själva objektets beteende än på balanseringsanordningen. Det är därför det i verkliga arbetet ständigt uppstår situationer där balansering "inte fungerar", influenskoefficienterna ändras, vibrationen blir instabil och resultatet inte är repeterbart från en körning till en annan.
Linjära och icke-linjära vibrationer, deras egenskaper och balanseringsmetoder
Framgångsrik balansering kräver att man förstår hur ett föremål reagerar på tillsats eller borttagning av massa. I detta sammanhang spelar begreppen linjära och olinjära objekt en nyckelroll. Att förstå om ett objekt är linjärt eller icke-linjärt tillåter valet av rätt balanseringsstrategi och hjälper till att uppnå önskat resultat.
Linjära objekt har en speciell plats i detta område på grund av deras förutsägbarhet och stabilitet. De möjliggör användning av enkla och pålitliga diagnostiska och balanserande metoder, vilket gör deras studie till ett viktigt steg i vibrationsdiagnostik.
Linjära kontra ickelinjära objekt
De flesta av dessa problem har sina rötter i en fundamental men ofta underskattad skillnad mellan linjära och ickelinjära objekt. Ett linjärt objekt, ur balanseringssynpunkt, är ett system där vibrationsamplituden vid konstant rotationshastighet är proportionell mot mängden obalans, och vibrationsfasen följer den obalanserade massans vinkelposition på ett strikt förutsägbart sätt. Under dessa förhållanden är influenskoefficienten ett konstant värde. Alla standardiserade dynamiska balanseringsalgoritmer, inklusive de som implementerats i Balanset-1A, är utformade exakt för sådana objekt.
För ett linjärt objekt är balanseringsprocessen förutsägbar och stabil. Installation av en provvikt ger en proportionell förändring i vibrationsamplitud och fas. Upprepade starter ger samma vibrationsvektor, och den beräknade korrektionsvikten förblir giltig. Sådana objekt är väl lämpade både för engångsbalansering och för seriell balansering med hjälp av lagrade influenskoefficienter.
Ett ickelinjärt objekt beter sig på ett fundamentalt annorlunda sätt. Själva grunden för balanseringsberäkningen bryts. Vibrationsamplituden är inte längre proportionell mot obalansen, fasen blir instabil och influenskoefficienten ändras beroende på provviktens massa, driftsätt eller till och med tid. I praktiken framstår detta som kaotiskt beteende hos vibrationsvektorn: efter att en provvikt har installerats kan vibrationsförändringen vara för liten, överdriven eller helt enkelt inte repeterbar.
Vad är linjära objekt?
Ett linjärt objekt är ett system där vibration är direkt proportionell mot storleken på obalansen.
Ett linjärt objekt, i balanseringssammanhang, är en idealiserad modell som kännetecknas av ett direkt proportionellt förhållande mellan obalansens storlek (obalanserad massa) och vibrationsamplituden. Detta innebär att om obalansen fördubblas, kommer även vibrationsamplituden att fördubblas, förutsatt att rotorns rotationshastighet förblir konstant. Omvänt kommer en minskning av obalansen att minska vibrationerna proportionellt.
Till skillnad från olinjära system, där ett objekts beteende kan variera beroende på många faktorer, tillåter linjära objekt en hög precision med minimal ansträngning.
Dessutom fungerar de som grunden för träning och övning för balanserare. Att förstå principerna för linjära objekt hjälper till att utveckla färdigheter som senare kan tillämpas på mer komplexa system.
Grafisk representation av linjäritet
Föreställ dig en graf där den horisontella axeln representerar magnituden av den obalanserade massan (obalans), och den vertikala axeln representerar vibrationsamplituden. För ett linjärt objekt kommer denna graf att vara en rak linje som går genom origo (den punkt där både obalansens magnitud och vibrationsamplituden är noll). Lutningen på denna linje karakteriserar objektets känslighet för obalans: ju brantare lutningen är, desto större blir vibrationerna för samma obalans.
Diagram 1 illustrerar förhållandet mellan vibrationsamplituden (µm) hos ett linjärt balanserande föremål och rotorns obalanserade massa (g). Proportionalitetskoefficienten är 0,5 µm/g. Att helt enkelt dividera 300 med 600 ger 0,5 µm/g. För en obalanserad massa på 800 g (UM=800 g) blir vibrationen 800 g * 0,5 µm/g = 400 µm. Observera att detta gäller vid konstant rotorhastighet. Vid en annan rotationshastighet blir koefficienten annorlunda.
Denna proportionalitetskoefficient kallas påverkanskoefficienten (känslighetskoefficienten) och har dimensionen µm/g eller, i fall med obalans, µm/(g*mm), där (g*mm) är enheten för obalans. Genom att känna till påverkanskoefficienten (IC) är det också möjligt att lösa det omvända problemet, nämligen att bestämma den obalanserade massan (UM) baserat på vibrationsstorleken. För att göra detta, dividera vibrationsamplituden med IC.
Till exempel, om den uppmätta vibrationen är 300 µm och den kända koefficienten är IC=0,5 µm/g, dividera 300 med 0,5 för att få 600 g (UM=600 g).
Inflytandekoefficient (IC): Nyckelparameter för linjära objekt
En kritisk egenskap hos ett linjärt objekt är influenskoefficienten (IC). Den är numeriskt lika med tangenten till linjens lutningsvinkel på grafen för vibration kontra obalans och indikerar hur mycket vibrationsamplituden (i mikron, µm) förändras när en massenhet (i gram, g) läggs till i ett specifikt korrigeringsplan vid en specifik rotorhastighet. Med andra ord är IC ett mått på objektets känslighet för obalans. Dess måttenhet är µm/g, eller, när obalans uttrycks som produkten av massa och radie, µm/(g*mm).
IC är i huvudsak "pass"-egenskapen hos ett linjärt objekt, vilket möjliggör förutsägelser av dess beteende när massa läggs till eller tas bort. Att känna till IC:n gör det möjligt att lösa både det direkta problemet – att bestämma vibrationsmagnituden för en given obalans – och det inversa problemet – att beräkna obalansmagnituden från uppmätt vibration.
Direkt problem:
Omvänt problem:
Vibrationsfas i linjära objekt
Förutom amplituden kännetecknas vibrationen även av dess fas, vilket indikerar rotorns position vid den maximala avvikelsen från dess jämviktsposition. För ett linjärt objekt är vibrationsfasen också förutsägbar. Den är summan av två vinklar:
- Vinkeln som bestämmer positionen för rotorns totala obalanserade massa. Denna vinkel anger den riktning i vilken den primära obalansen är koncentrerad.
- Argumentet för influenskoefficienten. Detta är en konstant vinkel som karaktäriserar objektets dynamiska egenskaper och är inte beroende av storleken eller vinkeln på den obalanserade massinstallationen.
Genom att känna till IC-argumentet och mäta vibrationsfasen är det alltså möjligt att bestämma vinkeln för den obalanserade massainstallationen. Detta möjliggör inte bara beräkningen av den korrigerande massans storlek utan också dess exakta placering på rotorn för att uppnå optimal balans.
Balansera linjära objekt
Det är viktigt att notera att för ett linjärt objekt beror inflytandekoefficienten (IC) som bestäms på detta sätt inte på storleken eller vinkeln på provmassainstallationen, inte heller på den initiala vibrationen. Detta är en nyckelegenskap för linjäritet. Om IC:n förblir oförändrad när provmassaparametrarna eller initial vibration ändras, kan det med säkerhet hävdas att objektet beter sig linjärt inom det övervägda intervallet av obalanser.
Steg för att balansera ett linjärt objekt
- Mätning av initial vibration: Det första steget är att mäta vibrationen i dess initiala tillstånd. Amplituden och vibrationsvinkeln, som anger obalansriktningen, bestäms.
- Installera en provmassa: En massa med känd vikt är installerad på rotorn. Detta hjälper till att förstå hur objektet reagerar på ytterligare belastningar och gör att vibrationsparametrarna kan beräknas.
- Ommätning av vibration: Efter installation av provmassan mäts nya vibrationsparametrar. Genom att jämföra dem med initialvärdena är det möjligt att avgöra hur massan påverkar systemet.
- Beräkna den korrigerande massan: Baserat på mätdata bestäms massan och installationsvinkeln för den korrigerande vikten. Denna vikt placeras på rotorn för att eliminera obalansen.
- Slutlig verifiering: Efter installation av korrigeringsvikten bör vibrationen reduceras avsevärt. Om restvibrationen fortfarande överstiger den acceptabla nivån kan proceduren upprepas.
Notera: Linjära objekt fungerar som idealiska modeller för att studera och praktiskt tillämpa balanseringsmetoder. Deras egenskaper tillåter ingenjörer och diagnostiker att fokusera på att utveckla grundläggande färdigheter och förstå de grundläggande principerna för att arbeta med rotorsystem. Även om deras tillämpning i praktiken är begränsad, är studiet av linjära objekt fortfarande ett viktigt steg för att utveckla vibrationsdiagnostik och balansering.
Platshållarkortkod:
Seriell balansering och lagrade koefficienter
Seriell balansering förtjänar särskild uppmärksamhet. Det kan öka produktiviteten avsevärt, men endast när det tillämpas på linjära, vibrationsstabila objekt. I sådana fall kan influenskoefficienter som erhållits på den första rotorn återanvändas för efterföljande identiska rotorer. Men så snart stödets styvhet, rotationshastighet eller lagerskick ändras förloras repeterbarheten och den seriella metoden slutar fungera.
Icke-linjära objekt: När teori avviker från praktiken
Vad är ett icke-linjärt objekt?
Ett olinjärt objekt är ett system där vibrationsamplituden inte är proportionell mot storleken på obalansen. Till skillnad från linjära objekt, där förhållandet mellan vibration och obalansmassa representeras av en rät linje, kan detta förhållande i olinjära system följa komplexa banor.
I den verkliga världen beter sig inte alla objekt linjärt. Icke-linjära föremål uppvisar ett förhållande mellan obalans och vibration som inte är direkt proportionellt. Detta innebär att påverkanskoefficienten inte är konstant och kan variera beroende på flera faktorer, såsom:
- Obalansens storlek: Ökad obalans kan förändra rotorns stöds styvhet, vilket leder till ickelinjära förändringar i vibration.
- Rotationshastighet: Olika resonansfenomen kan exciteras vid varierande rotationshastigheter, vilket också resulterar i olinjärt beteende.
- Förekomst av spelrum och luckor: Spelrum och mellanrum i lager och andra anslutningar kan orsaka plötsliga vibrationsförändringar under vissa förhållanden.
- Temperatur: Temperaturförändringar kan påverka materialegenskaperna och följaktligen föremålets vibrationsegenskaper.
- Externa belastningar: Externa belastningar som verkar på rotorn kan förändra dess dynamiska egenskaper och leda till olinjärt beteende.
Varför är ickelinjära objekt utmanande?
Icke-linjäritet introducerar många variabler i balanseringsprocessen. Framgångsrikt arbete med olinjära objekt kräver fler mätningar och mer komplex analys. Till exempel ger standardmetoder som är tillämpliga på linjära objekt inte alltid exakta resultat för icke-linjära system. Detta kräver en djupare förståelse av processens fysik och användning av specialiserade diagnostiska metoder.
Tecken på icke-linjäritet
Ett icke-linjärt objekt kan identifieras med följande tecken:
- Icke-proportionella vibrationsförändringar: När obalansen ökar kan vibrationerna växa snabbare eller långsammare än förväntat för ett linjärt föremål.
- Fasförskjutning i vibration: Vibrationsfasen kan förändras oförutsägbart med variationer i obalans eller rotationshastighet.
- Närvaro av övertoner och undertoner: Vibrationsspektrumet kan uppvisa högre övertoner (multiplar av rotationsfrekvensen) och subövertoner (bråkdelar av rotationsfrekvensen), vilket indikerar icke-linjära effekter.
- Hysteres: Vibrationsamplituden kan bero inte bara på det aktuella värdet av obalans utan också på dess historia. Till exempel, när obalansen ökas och sedan minskas tillbaka till sitt initiala värde, kanske vibrationsamplituden inte återgår till sin ursprungliga nivå.
Icke-linjäritet introducerar många variabler i balanseringsprocessen. Fler mätningar och komplexa analyser krävs för framgångsrik drift. Till exempel ger standardmetoder som är tillämpliga på linjära objekt inte alltid korrekta resultat för icke-linjära system. Detta kräver en djupare förståelse av processfysiken och användningen av specialiserade diagnostiska metoder.
Grafisk representation av icke-linjäritet
På en graf över vibrationer kontra obalans är olinjäritet uppenbar i avvikelser från en rät linje. Grafen kan visa böjar, krökning, hysteresloopar och andra egenskaper som indikerar ett komplext samband mellan obalans och vibrationer.
Detta objekt uppvisar två segment, två raka linjer. För obalanser mindre än 50 gram, reflekterar grafen egenskaperna hos ett linjärt föremål, och bibehåller proportionaliteten mellan obalansen i gram och vibrationsamplituden i mikron. För obalanser större än 50 gram saktar tillväxten av vibrationsamplituden ner.
Exempel på icke-linjära objekt
Exempel på icke-linjära objekt i samband med balansering inkluderar:
- Rotorer med sprickor: Sprickor i rotorn kan leda till olinjära förändringar i styvhet och som ett resultat ett olinjärt samband mellan vibrationer och obalans.
- Rotorer med lagerspel: Spelrum i lager kan orsaka plötsliga vibrationsförändringar under vissa förhållanden.
- Rotorer med olinjära elastiska element: Vissa elastiska element, såsom gummidämpare, kan uppvisa ickelinjära egenskaper, vilket påverkar rotorns dynamik.
Typer av icke-linjäritet
1. Mjuk-styv olinjäritet
I sådana system observeras två segment: mjuka och styva. I det mjuka segmentet liknar beteendet linjäritet, där vibrationsamplituden ökar proportionellt mot obalansmassan. Men efter en viss tröskel (brytpunkt) övergår systemet till ett styvt läge, där amplitudtillväxten saktar ner.
2. Elastisk olinjäritet
Förändringar i styvheten hos stöd eller kontakter i systemet gör förhållandet mellan vibrationer och obalans komplicerat. Till exempel kan vibrationer plötsligt öka eller minska när specifika lasttrösklar passerar.
3. Friktionsinducerad olinjäritet
I system med betydande friktion (t.ex. i lager) kan vibrationsamplituden vara oförutsägbar. Friktion kan minska vibrationer i ett hastighetsområde och förstärka det i ett annat.
Vanliga orsaker till icke-linjäritet
De vanligaste orsakerna till olinjäritet är ökat lagerspel, lagerslitage, torr friktion, lossade stöd, sprickor i konstruktionen och drift nära resonansfrekvenser. Ofta uppvisar objektet så kallad mjuk-hård olinjäritet. Vid små obalansnivåer beter sig systemet nästan linjärt, men när vibrationerna ökar blir styvare element i stöden eller höljet involverade. I sådana fall är balansering endast möjlig inom ett smalt driftsområde och ger inte stabila långsiktiga resultat.
Vibrationsinstabilitet
Ett annat allvarligt problem är vibrationsinstabilitet. Även ett formellt linjärt objekt kan uppvisa förändringar i amplitud och fas över tid. Detta orsakas av termiska effekter, förändringar i smörjmedelsviskositet, termisk expansion och instabil friktion i stöden. Som ett resultat kan mätningar som tas bara med minuters mellanrum producera olika vibrationsvektorer. Under dessa förhållanden blir meningsfull jämförelse av mätningar omöjlig, och balanseringsberäkningen förlorar i tillförlitlighet.
Balansering nära resonans
Balansering nära resonans är särskilt problematiskt. När rotationsfrekvensen sammanfaller med, eller är nära, en naturlig frekvens i systemet, orsakar även en liten obalans en kraftig ökning av vibrationerna. Vibrationsfasen blir extremt känslig för små hastighetsvariationer. Objektet går effektivt in i ett ickelinjärt område, och balansering i denna zon förlorar sin fysiska betydelse. I sådana fall måste driftshastigheten eller den mekaniska strukturen ändras innan balansering kan övervägas.
Hög vibration efter "lyckad" balansering
I praktiken är det vanligt att man stöter på situationer där den totala vibrationsnivån förblir hög efter en formellt lyckad balanseringsprocedur. Detta indikerar inte ett fel hos instrumentet eller operatören. Balansering eliminerar endast massobalans. Om vibrationer orsakas av fundamentsdefekter, lossade fästelement, feljustering eller resonans, kommer korrigeringsvikter inte att lösa problemet. I dessa fall hjälper analys av den rumsliga fördelningen av vibrationer över maskinen och dess fundament till att identifiera den verkliga orsaken.
Balansera icke-linjära objekt: en komplex uppgift med okonventionella lösningar
Att balansera olinjära objekt är en utmanande uppgift som kräver specialiserade metoder och tillvägagångssätt. Standardmetoden för försöksmassa, utvecklad för linjära objekt, kan ge felaktiga resultat eller vara helt otillämplig.
Balanseringsmetoder för icke-linjära objekt
- Steg-för-steg balansering: Denna metod innebär att obalansen gradvis minskas genom att korrigerande vikter installeras i varje steg. Efter varje steg görs vibrationsmätningar och en ny korrigerande vikt bestäms baserat på objektets aktuella tillstånd. Denna metod tar hänsyn till förändringar i influenskoefficienten under balanseringsprocessen.
- Balansering i flera hastigheter: Denna metod tar itu med effekterna av resonansfenomen vid olika rotationshastigheter. Balansering utförs med flera hastigheter nära resonans, vilket möjliggör mer enhetlig vibrationsreduktion över hela drifthastighetsområdet.
- Använda matematiska modeller: För komplexa olinjära objekt kan matematiska modeller som beskriver rotordynamiken samtidigt som de tar hänsyn till olinjära effekter användas. Dessa modeller hjälper till att förutsäga objektbeteende under olika förhållanden och bestämma optimala balanseringsparametrar.
En specialists erfarenhet och intuition spelar en avgörande roll vid balansering av ickelinjära objekt. En erfaren balanserare kan känna igen tecken på ickelinjäritet, välja en lämplig metod och anpassa den till den specifika situationen. Att analysera vibrationsspektra, observera vibrationsförändringar när objektets driftsparametrar varierar och beakta rotorns designegenskaper bidrar alla till att fatta rätt beslut och uppnå önskade resultat.
Hur man balanserar icke-linjära objekt med hjälp av ett verktyg avsett för linjära objekt
Det här är en bra fråga. Min personliga metod för att balansera sådana föremål börjar med att reparera mekanismen: byta lager, svetsa sprickor, dra åt bultar, kontrollera ankare eller vibrationsisolatorer och verifiera att rotorn inte skaver mot stationära konstruktionselement.
Därefter identifierar jag resonansfrekvenser, eftersom det är omöjligt att balansera en rotor vid hastigheter nära resonans. För att göra detta använder jag anslagsmetoden för resonansbestämning eller en rotorfrirullningsgraf.
Sedan bestämmer jag sensorns position på mekanismen: vertikalt, horisontellt eller i vinkel.
Efter provkörningar indikerar enheten vinkeln och vikten för de korrigerande lasterna. Jag halverar den korrigerande lastvikten men använder de vinklar som enheten föreslår för rotorplacering. Om restvibrationen efter korrigering fortfarande överstiger den acceptabla nivån, kör jag en ny rotorkörning. Naturligtvis tar detta längre tid, men resultaten är ibland inspirerande.
Konsten och vetenskapen att balansera roterande utrustning
Att balansera roterande utrustning är en komplex process som kombinerar element av vetenskap och konst. För linjära objekt innebär balansering relativt enkla beräkningar och standardmetoder. Att arbeta med olinjära objekt kräver dock en djup förståelse av rotordynamiken, förmågan att analysera vibrationssignaler och förmågan att välja de mest effektiva balanseringsstrategierna.
Erfarenhet, intuition och ständiga kompetensförbättringar är det som gör en balanserare till en sann mästare i sitt hantverk. När allt kommer omkring bestämmer kvaliteten på balanseringen inte bara effektiviteten och tillförlitligheten av utrustningens drift utan säkerställer också människors säkerhet.
Mätningsrepeterbarhet
Mätproblem spelar också en viktig roll. Felaktig installation av vibrationssensorer, förändringar i mätpunkter eller felaktig sensororientering påverkar direkt både amplitud och fas. För balansering räcker det inte att mäta vibrationer; repeterbarhet och stabilitet hos mätningarna är avgörande. Det är därför sensorernas monteringsplatser och orienteringar måste kontrolleras strikt i praktiskt arbete.
Praktisk metod för ickelinjära objekt
Att balansera ett ickelinjärt objekt börjar alltid inte med att installera en provvikt, utan med att utvärdera vibrationsbeteendet. Om amplitud och fas tydligt avviker över tid, ändras från en start till en annan, eller reagerar kraftigt på små hastighetsvariationer, är den första uppgiften att uppnå ett så stabilt driftläge som möjligt. Utan detta kommer alla beräkningar att vara slumpmässiga.
Det första praktiska steget är att välja rätt hastighet. Icke-linjära objekt är extremt känsliga för resonans, så balansering måste utföras med en hastighet så långt som möjligt från naturliga frekvenser. Detta innebär ofta att man rör sig under eller över det vanliga driftsområdet. Även om vibrationen vid denna hastighet är högre, men stabil, är det att föredra framför att balansera i en resonanszon.
Därefter är det viktigt att minimera alla källor till ytterligare olinjäritet. Innan balansering bör alla fästelement kontrolleras och dras åt, glapp elimineras så mycket som möjligt och stöd och lagerenheter inspekteras för glapp. Balansering kompenserar inte för glapp eller friktion, men det kan vara möjligt om dessa faktorer stabiliseras.
När man arbetar med ett ickelinjärt objekt bör små provvikter inte användas av vana. En för liten provvikt försämrar ofta förflyttningen av systemet till ett repeterbart område, och vibrationsförändringen blir jämförbar med instabilitetsbrus. Provvikten måste vara tillräckligt stor för att orsaka en tydlig och reproducerbar förändring i vibrationsvektorn, men inte så stor att den driver objektet in i ett annat driftområde.
Mätningar bör utföras snabbt och under identiska förhållanden. Ju kortare tid som går mellan mätningarna, desto större är chansen att systemets dynamiska parametrar förblir oförändrade. Det är lämpligt att utföra flera kontrollkörningar utan att ändra konfigurationen för att bekräfta att objektet beter sig konsekvent.
Det är mycket viktigt att fixera vibrationssensorns monteringspunkter och deras orientering. För ickelinjära objekt kan även en liten sensorförskjutning orsaka märkbara förändringar i fas och amplitud, vilket felaktigt kan tolkas som effekten av provvikten.
Vid beräkningar bör man inte fokusera på exakt numerisk överensstämmelse, utan på trender. Om vibrationerna konsekvent minskar med successiva korrigeringar indikerar detta att balanseringen rör sig i rätt riktning, även om influenskoefficienterna inte formellt konvergerar.
Det rekommenderas inte att lagra och återanvända influenskoefficienter för ickelinjära objekt. Även om en balanseringscykel lyckas kan objektet under nästa start gå in i ett annat område och de tidigare koefficienterna kommer inte längre att vara giltiga.
Man bör komma ihåg att balansering av ett ickelinjärt objekt ofta är en kompromiss. Målet är inte att uppnå lägsta möjliga vibration, utan att försätta maskinen i ett stabilt och repeterbart tillstånd med en acceptabel vibrationsnivå. I många fall är detta en tillfällig lösning tills lagren repareras, stöden återställs eller strukturen modifieras.
Den viktigaste praktiska principen är att först stabilisera objektet, sedan balansera det och först därefter utvärdera resultatet. Om stabilisering inte kan uppnås bör balansering betraktas som en hjälpåtgärd snarare än en slutgiltig lösning.
Teknik för reducerad korrigeringsvikt
I praktiken, vid balansering av ickelinjära objekt, visar sig en annan viktig teknik ofta vara effektiv. Om instrumentet beräknar en korrektionsvikt med hjälp av en standardalgoritm, förvärrar installationen av hela den beräknade vikten ofta situationen: vibrationer kan öka, fasen kan hoppa och objektet kan övergå till ett annat driftläge.
I sådana fall fungerar det bra att installera en reducerad korrektionsvikt – två eller ibland till och med tre gånger mindre än det värde som beräknas av instrumentet. Detta hjälper till att undvika att systemet "kastas" ut ur det villkorligt linjära området till ett annat ickelinjärt område. I själva verket tillämpas korrigeringen försiktigt, med ett litet steg, utan att orsaka en kraftig förändring av objektets dynamiska parametrar.
Efter installation av den reducerade vikten måste en kontrollkörning utföras och vibrationsutvecklingen utvärderas. Om amplituden stadigt minskar och fasen förblir relativt stabil kan korrigeringen upprepas med samma metod och gradvis närma sig den lägsta uppnåeliga vibrationsnivån. Denna steg-för-steg-metod är ofta mer tillförlitlig än att installera hela den beräknade korrigeringsvikten på en gång.
Denna teknik är särskilt effektiv för objekt med frigångar, torr friktion och mjuk-hårda stöd, där fullständig beräknad korrektion omedelbart driver systemet ut ur den villkorligt linjära zonen. Användning av reducerade korrektionsmassor gör att objektet kan förbli i det mest stabila driftsregimen och gör det möjligt att uppnå ett praktiskt resultat även där balansering formellt anses omöjlig.
Det är viktigt att förstå att detta inte är ett "instrumentfel", utan en konsekvens av fysiken i ickelinjära system. Instrumentet beräknar korrekt för en linjär modell, medan ingenjören anpassar resultatet i praktiken till det mekaniska systemets verkliga beteende.
Slutlig princip
I slutändan handlar framgångsrik balansering inte bara om att beräkna en vikt och en vinkel. Det kräver förståelse för objektets dynamiska beteende, dess linjäritet, vibrationsstabilitet och avstånd från resonansförhållanden. Balanset-1A tillhandahåller alla nödvändiga verktyg för mätning, analys och beräkning, men slutresultatet bestäms alltid av själva systemets mekaniska tillstånd. Det är detta som skiljer en formell metod från verklig ingenjörspraxis inom vibrationsdiagnostik och rotorbalansering.
Frågor och svar
Detta är ett tecken på ett ickelinjärt objekt. I ett linjärt objekt är vibrationsamplituden proportionell mot mängden obalans, och fasen ändras med samma vinkel som viktens vinkelposition. När dessa villkor bryts är influenskoefficienten inte längre konstant och standardbalanseringsalgoritmen börjar producera fel. Typiska orsaker är lagerspel, lösa stöd, friktion och drift nära resonans.
Ett linjärt objekt är ett rotorsystem där vibrationsamplituden vid samma rotationshastighet är direkt proportionell mot obalansens storlek, och vibrationsfasen strikt följer den obalanserade massans vinkelposition. För sådana objekt är influenskoefficienten konstant och beror inte på provviktens massa.
Ett ickelinjärt objekt är ett system där proportionaliteten mellan vibration och obalans och/eller fasförhållandets konstanta karaktär bryts. Vibrationsamplitud och fas börjar bero på provviktens massa. Oftast är detta förknippat med lagerspel, slitage, torrfriktion, mjuk-hårda stöd eller ingrepp av styvare strukturella element.
Ja, men resultatet är instabilt och beror på driftläget. Balansering är endast möjlig inom ett begränsat område där objektet beter sig villkorligt linjärt. Utanför detta område ändras influenskoefficienterna och resultatets repeterbarhet går förlorad.
Influenskoefficienten är ett mått på vibrationers känslighet för förändringar i obalans. Den visar hur mycket vibrationsvektorn kommer att förändras när en känd provvikt installeras i ett givet plan med en given hastighet.
Influenskoefficienten är instabil om objektet är ickelinjärt, om vibrationen är instabil över tid, eller om resonans, termisk uppvärmning, lossade fästelement eller förändrade friktionsförhållanden förekommer. I sådana fall producerar upprepade starter olika amplitud- och fasvärden.
Lagrade influenskoefficienter får endast användas för identiska rotorer som arbetar med samma hastighet, under samma installationsförhållanden och stödstyvhet. Objektet måste vara linjärt och vibrationsstabilt. Även en liten förändring av förhållandena gör de gamla koefficienterna otillförlitliga.
Under uppvärmningen ändras lagerspel, stödets styvhet, smörjmedlets viskositet och friktionsnivån. Detta förändrar systemets dynamiska parametrar och, som ett resultat, ändras vibrationsamplitud och fas.
Vibrationsinstabilitet är en förändring i amplitud och/eller fas över tid vid en konstant rotationshastighet. Balansering bygger på att jämföra vibrationsvektorer, så när vibrationen är instabil förlorar jämförelsen mening och beräkningen blir opålitlig.
Det finns inneboende strukturell instabilitet, långsam "krypande" instabilitet, variation från start till start, uppvärmningsrelaterad instabilitet och resonansrelaterad instabilitet vid drift nära naturliga frekvenser.
I resonanszonen orsakar även en liten obalans en kraftig ökning av vibrationerna, och fasen blir extremt känslig för små förändringar. Under dessa förhållanden blir objektet ickelinjärt och balanseringsresultaten förlorar fysisk betydelse.
Typiska tecken är en kraftig ökning av vibrationerna vid små hastighetsförändringar, instabil fas, breda gupp i spektrumet och hög vibrationskänslighet för mindre varvtalsvariationer. Ett vibrationsmaximum observeras ofta under uppkörning eller utrullning.
Höga vibrationer kan orsakas av resonans, lösa konstruktioner, fundamentsdefekter eller lagerproblem. I sådana fall kommer balansering inte att eliminera orsaken till vibrationerna.
Vibrationsförskjutning karaktäriserar rörelsens amplitud, vibrationshastighet karaktäriserar hastigheten på denna rörelse och vibrationsacceleration karaktäriserar accelerationen. Dessa kvantiteter är relaterade, men var och en är bättre lämpad för att detektera vissa typer av defekter och frekvensområden.
Vibrationshastigheten återspeglar vibrationsenerginivån över ett brett frekvensområde och är bekväm för att bedöma maskiners allmänna skick enligt ISO-standarder.
Korrekt omvandling är endast möjlig för harmoniska vibrationer med en frekvens. För komplexa vibrationsspektra ger sådana omvandlingar endast ungefärliga resultat.
Möjliga orsaker inkluderar resonans, fundamentsdefekter, lossade fästelement, lagerslitage, feljustering eller objektets olinjäritet. Balansering tar endast bort obalans, inte andra defekter.
Om mekaniska defekter inte upptäcks och vibrationerna inte minskar efter balansering är det nödvändigt att analysera vibrationsfördelningen över maskinen och fundamentet. Typiska tecken är höga vibrationer i höljet och fundamentet, samt fasförskjutningar mellan mätpunkter.
Felaktig sensorinstallation förvränger amplitud och fas, minskar mätningarnas repeterbarhet och kan leda till felaktiga diagnostiska slutsatser och felaktiga balanseringsresultat.
Vibrationer är ojämnt fördelade i hela strukturen. Styvhet, massor och modformer skiljer sig åt, så amplitud och fas kan variera avsevärt från punkt till punkt.
Som regel nej. Slitage och ökade spelrum gör objektet olinjärt. Balanseringen blir instabil och ger inte ett långsiktigt resultat. Undantag är endast möjliga med konstruktionsmässiga spelrum och stabila förhållanden.
Start skapar höga dynamiska belastningar. Om konstruktionen lossnar ändras elementens relativa positioner efter varje start, vilket leder till förändringar i vibrationsparametrar.
Seriell balansering är möjlig för identiska rotorer installerade under identiska förhållanden, med vibrationsstabilitet och frånvaro av resonans. I detta fall kan influenskoefficienter från den första rotorn tillämpas på efterföljande rotorer.
Detta beror vanligtvis på förändringar i stödets styvhet, skillnader i montering, förändringar i rotationshastighet eller objektets övergång till ett ickelinjärt driftsregime.
Reduktion av vibrationer till en stabil nivå samtidigt som repeterbarhet av amplitud och fas bibehålls från början till början, och frånvaron av tecken på resonans eller olinjäritet.
0 kommentarer