Förstå balansering i flera plan

Anordningar

Bärbar balanserare & vibrationsanalysator Balanset-1A

$2,358.31

Delar

Vibrationssensor

$107.47

Delar

Optisk sensor (laservarvtalsmätare)

$148.07

Anordningar

Balanset-4

$8,123.32

Delar

Magnetiskt stativ i storlek 60 kgf

$54.93

Delar

Reflekterande tejp

$11.94

Anordningar

Dynamisk balanserare "Balanset-1A" OEM

$2,071.73

Definition: Vad är flerplansbalansering?

Balansering i flera plan är en avancerad balansering procedur som använder tre eller fler korrigeringsplan fördelad längs rotorns längd för att uppnå acceptabla vibrationsnivåer. Denna teknik är nödvändig för flexibla rotorer—rotorer som böjs eller flexar avsevärt under drift eftersom de går med hastigheter över en eller flera kritiska hastigheter.

Medan tvåplansbalansering är tillräcklig för de flesta styva rotorer, utökar flerplansbalansering principen för att rymma de komplexa avböjningsformer (modformer) som flexibla rotorer uppvisar vid höga hastigheter.

När krävs balansering i flera plan?

Flerplansbalansering blir nödvändig i flera specifika situationer:

1. Flexibla rotorer som arbetar över kritiska hastigheter

Den vanligaste applikationen är för flexibla rotorer—långa, smala rotorer som arbetar med hastigheter högre än sin första (och ibland andra eller tredje) kritiska hastighet. Exempel inkluderar:

• Ång- och gasturbinrotorer
• Höghastighetskompressoraxlar
• Pappersmaskinrullar
• Stora generatorrotorer
• Centrifugrotorer
• Höghastighetsspindlar

Dessa rotorer böjs avsevärt under drift, och deras avböjningsform ändras beroende på rotationshastighet och vilket läge som exciteras. Två korrektionsplan är helt enkelt otillräckliga för att kontrollera vibrationer över alla driftshastigheter.

2. Mycket långa styva rotorer

Även vissa styva rotorer, om de är extremt långa i förhållande till sin diameter, kan dra nytta av tre eller fler korrigeringsplan för att minimera vibrationer vid flera lagerplatser längs axeln.

3. Rotorer med komplex massfördelning

Rotorer med flera skivor, hjul eller impeller på olika axiella platser kan kräva individuell balansering av varje element, vilket resulterar i en balanseringsprocedur i flera plan.

4. När tvåplansbalansering visar sig vara otillräcklig

Om ett försök till balansering i två plan minskar vibrationerna vid de uppmätta lagerpositionerna men vibrationerna förblir höga vid mellanliggande positioner längs rotorn (t.ex. avböjning mitt i spannet), kan ytterligare korrigeringsplan behövas.

Utmaningen: Flexibel rotordynamik

Flexibla rotorer presenterar unika utmaningar som gör flerplansbalansering komplex:

Lägesformer

När en flexibel rotor passerar genom en kritisk hastighet, vibrerar den i ett specifikt mönster som kallas en modform. Det första läget visar vanligtvis axeln böjning i en enda jämn båge, det andra läget visar en S-kurva med en nodpunkt i mitten, och högre lägen visar alltmer komplexa former. Varje läge kräver specifik korrigeringsviktsfördelning.

Hastighetsberoende beteende

Obalansresponsen hos en flexibel rotor förändras dramatiskt med hastigheten. En korrigering som fungerar bra vid en hastighet kan vara ineffektiv eller till och med kontraproduktiv vid en annan hastighet. Balansering i flera plan måste ta hänsyn till hela driftshastighetsområdet.

Korskopplingseffekter

Vid flerplansbalansering påverkar en korrektionsvikt i ett plan vibrationerna vid alla mätpunkter. Med tre, fyra eller fler korrektionsplan blir de matematiska sambanden betydligt mer komplexa än vid tvåplansbalansering.

Proceduren för balansering i flera plan

Förfarandet förlänger influenskoefficientmetoden används vid tvåplansbalansering:

Steg 1: Inledande mätningar

Mät vibrationer på flera ställen längs rotorn (vanligtvis vid varje lager, och ibland på mellanliggande ställen) vid aktuell driftshastighet. För flexibla rotorer kan mätningar behöva göras vid flera hastigheter.

Steg 2: Definiera korrigeringsplan

Identifiera N-korrigeringsplan där vikter kan läggas till. Dessa bör fördelas längs rotorns längd på tillgängliga platser såsom kopplingsflänsar, hjulfälgar eller specialdesignade balansringar.

Steg 3: Sekventiella provviktskörningar

Utför N provkörningar, var och en med en provvikt i ett korrigeringsplan. Till exempel, med fyra korrigeringsplan:

• Körning 1: Provvikt endast i plan 1
• Körning 2: Provvikt endast i plan 2
• Körning 3: Provvikt endast i plan 3
• Körning 4: Provvikt endast i plan 4

Mät vibrationer vid alla sensorplatser under varje körning. Detta skapar en komplett influenskoefficientmatris som beskriver hur varje korrigeringsplan påverkar varje mätpunkt.

Steg 4: Beräkna korrigeringsvikter

Balanseringsprogramvaran löser ett system av N samtidiga ekvationer (där N är antalet korrigeringsplan) för att beräkna det optimala korrigeringsvikter för varje plan. Denna beräkning använder matrisalgebra och är alldeles för komplex för att utföras manuellt – specialiserad programvara är avgörande.

Steg 5: Installera och verifiera

Installera alla beräknade korrektionsvikter samtidigt och verifiera vibrationsnivåerna. För flexibla rotorer bör verifieringen utföras över hela driftshastighetsområdet för att säkerställa acceptabel vibration vid alla hastigheter.

Modal balansering: En alternativ metod

För mycket flexibla rotorer används en avancerad teknik som kallas modal balansering kan vara mer effektiv än konventionell flerplansbalansering. Modal balansering riktar sig mot specifika vibrationslägen snarare än specifika hastigheter. Genom att beräkna korrektionsvikter som matchar rotorns naturliga lägesformer kan man uppnå bättre resultat med färre provkörningar. Denna metod kräver dock sofistikerade analysverktyg och en djup förståelse av rotorns dynamik.

Komplexitet och praktiska överväganden

Flerplansbalansering är betydligt mer komplex än tvåplansbalansering:

Antal provkörningar

Antalet nödvändiga provkörningar ökar linjärt med antalet plan. En fyrplansbalansering kräver fyra provkörningar plus initial- och verifieringskörningarna – totalt sex starter och stopp. Detta ökar kostnaden, tiden och slitaget på maskinen.

Matematisk komplexitet

Att lösa N korrektionsvikter kräver invertering av en N×N-matris, vilket är beräkningsintensivt och kan vara numeriskt instabilt om mätningarna är brusiga eller om korrektionsplanen är dåligt placerade.

Mätnoggrannhet

Eftersom flerplansbalansering är beroende av att lösa många samtidiga ekvationer, har mätfel och brus en större inverkan än vid tvåplansbalansering. Högkvalitativa sensorer och noggrann datainsamling är avgörande.

Tillgänglighet för korrigeringsplan

Att hitta N-tillgängliga och effektiva korrektionsplanplaceringar kan vara utmanande, särskilt på maskiner som ursprungligen inte konstruerades för balansering i flera plan.

Utrustnings- och programvarukrav

Flerplansbalansering kräver:

• Avancerad balanseringsprogramvara: Kan hantera N×N influenskoefficientmatriser och lösa system av komplexa vektorekvationer.
• Flera vibrationssensorer: Minst N sensorer (en per mätplats) rekommenderas, även om vissa instrument kan arbeta med färre sensorer genom att flytta dem mellan körningarna.
• Varvräknare/Keyphase: Viktigt för noggrannhet fas mått.
• Erfaren personal: Komplexiteten i flerplansbalansering kräver tekniker med avancerad utbildning i rotordynamik och vibrationsanalys.

Typiska tillämpningar

Flerplansbalansering är standardpraxis i industrier med höghastighetsmaskiner:

• Kraftproduktion: Stora ång- och gasturbingeneratoraggregat
• Petrokemisk: Höghastighetscentrifugalkompressorer och turboexpanderare
• Massa och papper: Långa pappersrullar för torkmaskiner och kalenderrullar
• Flyg- och rymdfart: Flygmotorrotorer och turbomaskineri
• Tillverkning: Höghastighetsmaskiners spindlar

I dessa tillämpningar motiveras investeringen i flerplansbalansering av utrustningens kritiska betydelse, konsekvenserna av fel och de driftseffektivitetsvinsterna genom att köras med minimal vibration.

---

← Tillbaka till huvudmenyn