Förstå excentricitet i roterande maskiner

Definition: Vad är excentricitet?

I samband med rotordynamik, excentricitet hänvisar till det radiella avståndet eller förskjutningen mellan en rotors masscentrum (även kallat tyngdpunkten) och dess geometriska centrum (det verkliga centrumet för dess form eller axel). I en perfekt balanserad rotor skulle dessa två centrum sammanfalla. På grund av tillverkningsfel och ojämn materialdensitet finns det dock nästan alltid en viss inneboende excentricitet. När en excentrisk rotor roterar genererar det förskjutna masscentrumet en centrifugalkraft, vilket är grundorsaken till vibrationer på grund av obalans.

Det direkta sambandet mellan excentricitet och obalans

Excentricitet och obalans är fundamentalt sammankopplade. Obalans är *måttet* på effekten av excentricitet vid en given hastighet, medan excentricitet är den *fysiska orsaken*. Mängden obalans är direkt proportionell mot rotorns massa och dess excentricitet.

Formeln är enkel:

Obalans (U) = Massa (M) × Excentricitet (e)

Detta förhållande belyser varför excentricitet är så avgörande. Även en mycket liten excentricitet (bara några mikrometer) på en tung, högvarvig rotor kan skapa en massiv obalanskraft, vilket leder till kraftiga vibrationer och snabbt slitage på lager.

Typer av excentricitet

Det är viktigt att skilja mellan olika former av excentricitet och relaterade geometriska imperfektioner:

1. Massexcentricitet

Detta är den verkliga excentriciteten som definierats ovan – förskjutningen mellan masscentrum och geometriskt centrum. Det är den typen som orsakar obalans och är målet för alla balanseringsprocedurer. Den kan inte ses eller mätas direkt med en mätklocka när rotorn står stilla.

2. Geometrisk excentricitet (runout)

Detta hänvisar till en avvikelse hos rotorns yta från en perfekt cirkel. Det är ett mått på hur "orund" en axel eller rotor är. Detta är också känt som mekanisk kastTill exempel kan en axeltapp vara något oval, eller en remskiva kan vara bearbetad något excentriskt på en axel. Denna typ av defekt *kan* mätas med en mätklocka under en långsam rullning. Även om den inte direkt representerar massobalans, bidrar en excentrisk geometrisk form ofta till massobalans.

3. Elektrisk avbrott

Detta är inte en fysisk defekt utan ett mätfel som uppstår med beröringsfria närhetsprober. Om rotorns yta har variationer i magnetisk permeabilitet eller elektrisk ledningsförmåga kan proben ge en felaktig avläsning som imiterar geometrisk kast. Detta "brus" måste beaktas vid rotorns dynamiska testning.

Orsaker till excentricitet

Massexcentricitet introduceras i rotorer på olika sätt:

• Tillverkningstoleranser: Ingen tillverkningsprocess är perfekt. Det kommer alltid att finnas små fel vid bearbetning, gjutning och montering.
• Icke-enhetlig materialdensitet: Inneslutningar, hålrum eller porositet i ett gjutgods eller smide innebär att materialet inte är helt homogent, vilket gör att masscentrumet förskjuts.
• Asymmetrisk design: Komponenter som vevaxlar är i sig asymmetriska.
• Monteringsfel: En remskiva eller ett lager som inte är perfekt centrerat på en axel kommer att skapa en excentrisk massa.
• Termisk distorsion: Ojämn uppvärmning eller kylning kan få en rotor att böja sig, vilket tillfälligt förskjuter dess masscentrum. Detta kallas en termisk vektor.

Hur excentricitet hanteras

Eftersom massexcentricitet är orsaken till obalans korrigeras den genom processen att balanseringGenom att lägga till eller ta bort små mängder vikt skapar en tekniker en motkraft som effektivt drar rotorns masscentrumlinje tillbaka till dess geometriska centrumlinje, vilket minimerar nettocentrifugalkraften och den resulterande vibrationen.

← Tillbaka till huvudmenyn