Del I: Teoretiska och regulatoriska grunder för dynamisk balansering

Fältdynamisk balansering är en av de viktigaste operationerna inom vibrationsjusteringsteknik, som syftar till att förlänga livslängden för industriell utrustning och förhindra nödsituationer. Användningen av bärbara instrument som Balanset-1A gör det möjligt att utföra dessa operationer direkt på driftsplatsen, vilket minimerar stilleståndstid och kostnader i samband med demontering. Framgångsrik balansering kräver dock inte bara förmågan att arbeta med instrumentet, utan också en djup förståelse för de fysikaliska processer som ligger bakom vibrationer, samt kunskap om det regelverk som styr arbetets kvalitet.

Metodprincipen bygger på att installera provvikter och beräkna obalanspåverkanskoefficienter. Enkelt uttryckt mäter instrumentet vibrationen (amplitud och fas) hos en roterande rotor, varefter användaren sekventiellt lägger till små provvikter i specifika plan för att "kalibrera" påverkan av ytterligare massa på vibrationen. Baserat på förändringar i vibrationsamplitud och fas beräknar instrumentet automatiskt den nödvändiga massan och installationsvinkeln för korrigeringsvikter för att eliminera obalans.

Denna metod implementerar den så kallade trekörningsmetoden för balansering i två plan: initial mätning och två körningar med provvikter (en i varje plan). För balansering i ett plan är två körningar vanligtvis tillräckliga - utan vikt och med en provvikt. I moderna instrument utförs alla nödvändiga beräkningar automatiskt, vilket avsevärt förenklar processen och minskar kraven på operatörskvalifikationer.

Avsnitt 1.1: Obalansens fysik: Djupanalys

Kärnan i all vibration i roterande utrustning ligger i obalans, eller obalans. Obalans är ett tillstånd där rotormassan är ojämnt fördelad i förhållande till dess rotationsaxel. Denna ojämna fördelning leder till uppkomsten av centrifugalkrafter, vilket i sin tur orsakar vibrationer i stöd och hela maskinstrukturen. Konsekvenserna av oåtgärdad obalans kan vara katastrofala: från för tidigt slitage och förstörelse av lager till skador på fundamentet och själva maskinen. För effektiv diagnos och eliminering av obalans är det nödvändigt att tydligt skilja mellan dess typer.

Typer av obalans

Rotorbalanseringsmaskin med datorstyrt övervakningssystem för mätning av statiska och dynamiska krafter för att detektera obalanser i roterande elektriska motorkomponenter.

Statisk obalans (enkelplan): Denna typ av obalans kännetecknas av en förskjutning av rotorns masscentrum parallellt med rotationsaxeln. I ett statiskt tillstånd kommer en sådan rotor, installerad på horisontella prismor, alltid att rotera med den tunga sidan nedåt. Statisk obalans är dominerande för tunna, skivformade rotorer där längd-diameterförhållandet (L/D) är mindre än 0,25, till exempel slipskivor eller smala fläkthjul. Eliminering av statisk obalans är möjlig genom att installera en korrigerande vikt i ett korrigeringsplan, diametralt motsatt den tunga punkten.

Par (ögonblick) obalans: Denna typ uppstår när rotorns huvudtröghetsaxel skär rotationsaxeln i masscentrum men inte är parallell med den. Parobalans kan representeras som två lika stora men motsatt riktade obalanserade massor belägna i olika plan. I ett statiskt tillstånd är en sådan rotor i jämvikt, och obalansen manifesterar sig endast under rotation i form av "gungning" eller "vobbling". För att kompensera för detta krävs installation av minst två korrigerande vikter i två olika plan, vilket skapar ett kompenserande moment.

Tekniskt diagram över en apparat för provning av elmotorrotorer med kopparlindningar monterade på precisionslager, ansluten till elektronisk övervakningsutrustning för mätning av rotationsdynamik.

Dynamisk obalans: Detta är den vanligaste typen av obalans i verkliga förhållanden och representerar en kombination av statiska och parvisa obalanser. I detta fall sammanfaller inte rotorns centrala tröghetsaxel med rotationsaxeln och skär den inte i masscentrum. För att eliminera dynamisk obalans krävs masskorrigering i minst två plan. Tvåkanaliga instrument som Balanset-1A är specifikt utformade för att lösa detta problem.

Kvasistatisk obalans: Detta är ett specialfall av dynamisk obalans där huvudtröghetsaxeln skär rotationsaxeln men inte i rotorns masscentrum. Detta är en subtil men viktig skillnad för att diagnostisera komplexa rotorsystem.

Stela och flexibla rotorer: Avgörande skillnad

Ett av de grundläggande koncepten inom balansering är skillnaden mellan styva och flexibla rotorer. Denna skillnad avgör själva möjligheten och metoden för framgångsrik balansering.

Stel rotor: En rotor anses vara stel om dess driftsrotationsfrekvens är betydligt lägre än dess första kritiska frekvens, och den inte genomgår betydande elastiska deformationer (avböjningar) under inverkan av centrifugalkrafter. Balansering av en sådan rotor utförs vanligtvis framgångsrikt i två korrektionsplan. Balanset-1A-instrument är främst konstruerade för att arbeta med stela rotorer.

Flexibel rotor: En rotor anses flexibel om den arbetar med en rotationsfrekvens nära en av dess kritiska frekvenser eller överstiger den. I detta fall blir den elastiska axelns utböjning jämförbar med masscentrumförskjutningen och bidrar i sig avsevärt till den totala vibrationen.

Att försöka balansera en flexibel rotor med hjälp av metoden för stela rotorer (i två plan) leder ofta till misslyckande. Installation av korrigerande vikter kan kompensera för vibrationer vid låg, subresonant hastighet, men när driftshastigheten uppnås, när rotorn böjs, kan samma vikter öka vibrationerna genom att excitera ett av böjningsvibrationslägena. Detta är en av de viktigaste anledningarna till att balansering "inte fungerar", trots att alla åtgärder med instrumentet utförs korrekt. Innan arbetet påbörjas är det extremt viktigt att klassificera rotorn genom att korrelera dess driftshastighet med kända (eller beräknade) kritiska frekvenser.

Om det är omöjligt att kringgå resonansen (till exempel om maskinen har en fast hastighet som sammanfaller med den resonanta), rekommenderas det att tillfälligt ändra enhetens monteringsförhållanden (till exempel lossa stödets styvhet eller tillfälligt installera elastiska packningar) under balanseringen för att förskjuta resonansen. Efter att rotorns obalans eliminerats och normal vibration återställts kan maskinen återgå till standardmonteringsförhållanden.

Avsnitt 1.2: Regelverk: ISO-standarder

Standarder inom balanseringsområdet utför flera viktiga funktioner: de etablerar en enhetlig teknisk terminologi, definierar kvalitetskrav och, viktigast av allt, fungerar som grund för kompromisser mellan teknisk nödvändighet och ekonomisk genomförbarhet. Överdrivna kvalitetskrav för balansering är nackdelar, så standarder hjälper till att avgöra i vilken utsträckning det är lämpligt att minska obalans. Dessutom kan de användas i avtalsförhållanden mellan tillverkare och kunder för att fastställa acceptanskriterier.

ISO 1940-1-2007 (ISO 1940-1): Kvalitetskrav för balansering av stela rotorer

Programvara för Balanset-1A bärbar balanserare och vibrationsanalysator. Kalkylator för balanstolerans (ISO 1940)

Denna standard är det grundläggande dokumentet för att bestämma tillåten kvarvarande obalans. Den introducerar konceptet balanseringskvalitetsgrad (G), som beror på maskintyp och dess rotationsfrekvens.

Kvalitetsklass G: Varje typ av utrustning motsvarar en specifik kvalitetsklass som förblir konstant oavsett rotationshastighet. Till exempel rekommenderas klass G6.3 för krossar och G2.5 för elmotorarmaturer och turbiner.

Beräkning av tillåten kvarvarande obalans (U_per): Standarden tillåter beräkning av ett specifikt tillåtet obalansvärde som fungerar som en målindikator vid balansering. Beräkningen utförs i två steg:

1. Bestämning av tillåten specifik obalans (t.ex._per) med hjälp av formeln:
   e_per = (G × 9549) / n
   där G är balanseringskvalitetsgraden (t.ex. 2,5), n är driftsrotationsfrekvensen, rpm. Måttenheten för e_per är g·mm/kg eller μm.
2. Bestämning av tillåten kvarvarande obalans (U_per) för hela rotorn:
   U_per = e_per × M
   där M är rotormassan i kg. Måttenheten för U_per är g·mm.

Till exempel, för en elmotorrotor med en massa på 5 kg, som arbetar vid 3000 rpm med kvalitetsklass G2.5, skulle beräkningen vara:

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

U_per = 7,96 × 5 = 39,8 g·mm.

Detta innebär att efter balansering bör den kvarvarande obalansen inte överstiga 39,8 g·mm.

Genom att använda standarden omvandlas den subjektiva bedömningen "vibrationen är fortfarande för hög" till ett objektivt, mätbart kriterium. Om den slutliga balanseringsrapporten som genereras av instrumentets programvara visar att den kvarvarande obalansen ligger inom ISO-toleransen, anses arbetet utfört med kvalitet, vilket skyddar utföraren i tvistiga situationer.

ISO 20806-2007 (ISO 20806): Balansering på plats

Denna standard reglerar direkt fältbalanseringsprocessen.

Fördelar: Den största fördelen med balansering på plats är att rotorn är balanserad under verkliga driftsförhållanden, på sina stöd och under driftsbelastning. Detta tar automatiskt hänsyn till stödsystemets dynamiska egenskaper och påverkan av anslutna axelkomponenter, vilket inte kan modelleras på en balanseringsmaskin.

Nackdelar och begränsningar: Standarden anger också betydande nackdelar som måste beaktas vid planering av arbete.

• Begränsad åtkomst: Ofta är det svårt att komma åt korrektionsplan på en monterad maskin, vilket begränsar möjligheterna för viktinstallation.
• Behov av provkörningar: Balanseringsprocessen kräver flera "start-stopp"-cykler av maskinen, vilket kan vara oacceptabelt ur produktionsprocessens och ekonomisk effektivitetssynpunkt.
• Svårigheter med allvarlig obalans: Vid mycket stor initial obalans kan begränsningar i planval och korrigerande viktmassa göra det omöjligt att uppnå den erforderliga balanseringskvaliteten.

Andra relevanta standarder

För fullständighetens skull bör andra standarder nämnas, såsom ISO 21940-serien (som ersätter ISO 1940), ISO 8821 (som reglerar beaktandet av nyckelfaktorer) och ISO 11342 (för flexibla rotorer).

Del II: Praktisk guide till balansering med Balanset-1A-instrument

Hur väl balanseringen lyckas beror på noggrannheten i förberedelserna. De flesta fel är inte relaterade till instrumentfel, utan till att faktorer som påverkar mätningens repeterbarhet ignoreras. Den huvudsakliga förberedelseprincipen är att utesluta alla andra möjliga vibrationskällor så att instrumentet endast mäter effekten av obalans.

Avsnitt 2.1: Grunden för framgång: Förbalanseringsdiagnostik och maskinförberedelse

Innan instrumentet ansluts är det nödvändigt att utföra en fullständig mekanismdiagnostik och förberedelse.

Steg 1: Primär vibrationsdiagnostik (Är det verkligen obalans?)

Innan balansering är det bra att utföra en preliminär vibrationsmätning i vibrometerläge. Balanset-1A-programvaran har ett "Vibrationsmätarläge" (F5-knapp) där du kan mäta den totala vibrationen och separat komponenten vid rotationsfrekvens (1×) innan du installerar några vikter. Sådan diagnostik hjälper till att förstå vibrationens natur: om amplituden för den huvudsakliga rotationsövertonen är nära den totala vibrationen, är den dominerande vibrationskällan troligtvis rotorns obalans, och balanseringen är effektiv. Dessutom bör fas- och vibrationsavläsningar från mätning till mätning vara stabila och inte ändras med mer än 5-10%.

Använd instrumentet i vibrometer- eller spektrumanalysatorläge (FFT) för en preliminär bedömning av maskinens skick.

Klassiskt tecken på obalans: Vibrationsspektrumet bör domineras av en topp vid rotorns rotationsfrekvens (topp vid 1x varvtalsfrekvensen). Amplituden för denna komponent i horisontell och vertikal riktning bör vara jämförbar, och amplituden för andra övertoner bör vara betydligt lägre.

Tecken på andra defekter: Om spektrumet innehåller betydande toppar vid andra frekvenser (t.ex. 2x, 3x varv/min) eller vid icke-multipla frekvenser, indikerar detta förekomsten av andra problem som måste elimineras innan balansering. Till exempel indikerar en topp vid 2x varv/min ofta axelfeljustering.

Steg 2: Omfattande mekanisk inspektion (checklista)

Rotor: Rengör noggrant alla rotorytor (fläktblad, krosshammare etc.) från smuts, rost och fastklistrade material. Även en liten mängd smuts vid en stor radie skapar betydande obalans. Kontrollera att det inte finns några trasiga eller saknade element (blad, hammare) eller lösa delar.

Lager: Kontrollera lageraggregaten för för stort glapp, ovidkommande ljud och överhettning. Slitna lager med stort glapp gör det inte möjligt att få stabila avläsningar och gör balansering omöjlig. Det är nödvändigt att kontrollera rotorns axeltappars passform till lagerskålar och glapp.

Fundament och ram: Säkerställ att enheten är installerad på ett stabilt underlag. Kontrollera åtdragningen av förankringsbultar och att det inte finns några sprickor i ramen. En "mjuk fot" (när ett stöd inte passar i underlaget) eller otillräcklig styvhet i stödstrukturen leder till absorption av vibrationsenergi och instabila, oförutsägbara avläsningar.

Köra: För remdrift, kontrollera remspänning och skick. För kopplingsanslutningar - axeluppriktning. Feljustering kan skapa vibrationer vid 2x varvtalsfrekvens, vilket kommer att förvränga mätningarna vid rotationsfrekvensen.

Säkerhet: Säkerställ att alla skyddsanordningar finns och är funktionsdugliga. Arbetsområdet ska vara fritt från främmande föremål och människor.

Avsnitt 2.2: Instrumentinstallation och konfiguration

Korrekt sensorinstallation är nyckeln till att få fram korrekta och tillförlitliga data.

Installation av hårdvara

Vibrationssensorer (accelerometrar):

• Anslut sensorkablarna till motsvarande instrumentkontakter (t.ex. X1 och X2 för Balanset-1A).
• Montera sensorer på lagerhusen så nära rotorn som möjligt.
• Nyckelpraxis: För att erhålla maximal signal (högsta känslighet) bör sensorer installeras i den riktning där vibrationen är som störst. För de flesta horisontellt placerade maskiner är detta den horisontella riktningen, eftersom fundamentets styvhet i detta plan vanligtvis är lägre. Använd en kraftfull magnetbas eller gängad montering för att säkerställa stabil kontakt. En dåligt fastsatt sensor är en av de främsta orsakerna till att felaktiga data erhålls.

Fassensor (laservarvräknare):

• Anslut sensorn till den speciella ingången (X3 för Balanset-1A).
• Fäst en liten bit reflextejp på axeln eller annan roterande del av rotorn. Tejpen ska vara ren och ge god kontrast.
• Montera varvräknaren på dess magnetiska stativ så att laserstrålen träffar märket stabilt under hela varvet. Säkerställ att instrumentet visar ett stabilt värde för varv per minut (RPM).

Om sensorn "missar" markeringen eller tvärtom ger extra pulser, behöver du korrigera antingen markeringens bredd/färg eller sensorns känslighet/vinkel. Om det till exempel finns blanka element på rotorn kan de täckas med matt tejp så att de inte reflekterar lasern. När du arbetar utomhus eller i starkt upplysta rum, skydda om möjligt sensorn från direkt ljus, eftersom stark belysning kan skapa störningar för fassensorn.

Programkonfiguration (Balanset-1A)

• Starta programvaran (som administratör) och anslut USB-gränssnittsmodulen.
• Gå till balanseringsmodulen. Skapa en ny post för enheten som ska balanseras och ange dess namn, massa och andra tillgängliga data.
• Välj balanseringstyp: 1-plan (statisk) för smala rotorer eller 2-plan (dynamisk) för de flesta andra fall.
• Definiera korrigeringsplan: välj platser på rotorn där korrigeringsvikter kan installeras säkert och tillförlitligt (t.ex. bakre skiva på fläkthjulet, speciella spår på axeln).

Avsnitt 2.3: Balanseringsprocedur: Steg-för-steg-guide

Proceduren är baserad på influenskoefficientmetoden, där instrumentet "lär sig" hur rotorn reagerar på installation av en känd massa. Balanset-1A-instrument automatiserar denna process.

En sådan metod implementerar den så kallade trekörningsmetoden för balansering i två plan: initial mätning och två körningar med provvikter (en i varje plan).

Körning 0: Initial mätning

• Starta maskinen och få den till en stabil driftshastighet. Det är oerhört viktigt att rotationshastigheten är densamma i alla efterföljande körningar.
• Starta mätningen i programmet. Instrumentet kommer att registrera initiala vibrationsamplitud- och fasvärden (så kallad initialvektor "O").

Industriell motortestapparat med kopparlindad rotor monterad på precisionslager, med datorstyrt övervakningssystem för analys och diagnostik av elektrisk prestanda.

Tvåplans dynamisk balanseringsprogramgränssnitt som visar vibrationsanalysdata med tidsdomänvågformer och frekvensspektrumdiagram för diagnostik av roterande maskiner.

Körning 1: Provvikt i plan 1

• Stoppa maskinen.
• Val av provvikt: Detta är det mest kritiska steget beroende på operatören. Testviktens massa bör vara tillräcklig för att orsaka märkbar förändring i vibrationsparametrarna (amplitudförändring på minst 20-30°C ELLER fasförändring på minst 20-30°C). Om förändringen är för liten blir beräkningsnoggrannheten låg. Detta händer eftersom den svaga användbara signalen från testvikten "drunker" i systembrus (lagerglapp, flödesturbulens), vilket leder till felaktig beräkning av influenskoefficienten.
• Montering av provvikt: Fäst den vägda provvikten (m) ordentligt_t) vid en känd radie (r) i plan 1. Monteringen måste motstå centrifugalkraften. Registrera viktens vinkelläge i förhållande till fasmarkeringen.
• Starta maskinen med samma stabila hastighet.
• Utför den andra mätningen. Instrumentet kommer att registrera den nya vibrationsvektorn ("O+T").
• Stoppa maskinen och TA BORT provvikten (om inte programmet anger annat).

3D-rendering av en uppställning för testning av elmotorrotor med kopparlindningar monterade på precisionsbalanseringsutrustning, anslutna till diagnostiska sensorer och en bärbar dator för prestandaanalys.

Programgränssnitt för dynamisk balansering i två plan som visar vibrationsanalys med tidsdomänvågformer och frekvensspektrum för balansering av roterande maskiner vid ~2960 varv/min.

Körning 2: Provvikt i plan 2 (för balansering i två plan)

• Upprepa exakt proceduren från steg 2, men den här gången monterar du provvikten i plan 2.
• Starta, mät, stoppa och TA BORT provvikten.

Industriell motortestapparat med kopparlindningar monterade på stöd, med laptopstyrd diagnostik för analys av elmotorers prestanda och verkningsgrad.

Gränssnitt för tvåplans dynamisk balanseringsmaskin som visar resultat av vibrationsanalys och masskorrigeringsberäkningar för roterande utrustning, med avläsningar av kvarvarande obalans.

Beräkning och installation av korrigeringsvikter

• Baserat på vektorförändringar som registrerats under provkörningar beräknar programmet automatiskt massan och installationsvinkeln för korrigeringsvikten för varje plan.
• Installationsvinkeln mäts vanligtvis från provviktens plats i rotorns rotationsriktning.
• Fäst permanenta korrigeringsvikter ordentligt. Kom ihåg att svetsen i sig också har massa vid svetsning. Vid användning av bultar bör deras massa beaktas.

3D-renderad modell av en stor elektromagnetisk spole eller motorstator monterad på en testapparat, med kopparlindningar och övervakningsutrustning för elektrisk analys och prestandautvärdering.

Programvarugränssnitt för dynamisk balanseringsmaskin som visar balanseringsresultat i två plan med korrektionsmassor på 0,290 g och 0,270 g vid specifika vinklar för att eliminera vibrationer.

Tvåplans dynamisk balanseringsanalys som visar polära grafer för rotorkorrigering. Gränssnittet visar krav på masstillägg (0,290 g vid 206° för plan 1, 0,270 g vid 9° för plan 2) för att minimera vibrationer och uppnå mekanisk balans i roterande maskiner.

Körning 3: Verifieringsmätning och finbalansering

• Starta maskinen igen.
• Utför en kontrollmätning för att bedöma nivån av kvarvarande vibrationer.
• Jämför det erhållna värdet med toleransen beräknad enligt ISO 1940-1.
• Om vibrationen fortfarande överstiger toleransen kommer instrumentet, med hjälp av redan kända influenskoefficienter, att beräkna en liten "fin" (trim) korrigering. Installera denna extra vikt och kontrollera igen. Vanligtvis räcker en eller två finbalanseringscykler.
• Spara rapporten och influenskoefficienterna när du är klar för eventuell framtida användning på liknande maskiner.

3D-rendering av en elmotorrotorenhet på testutrustning, med kopparlindningar med gröna diagnostiska indikatorer och anslutna mätinstrument för kvalitetskontrollanalys.

Programgränssnitt för dynamisk balansering i två plan som visar vibrationsmätningsresultat och korrigeringsberäkningar för roterande maskiner, samt visar provmassor, vinklar och kvarvarande obalansvärden.

Del III: Avancerad problemlösning och felsökning

Detta avsnitt ägnas åt de mest komplexa aspekterna av fältbalansering – situationer där standardproceduren inte ger resultat.

Dynamisk balansering innebär rotation av massiva delar, så det är oerhört viktigt att följa säkerhetsrutiner. Nedan följer de viktigaste säkerhetsåtgärderna vid balansering av rotorer på plats:

Säkerhetsåtgärder

Förebyggande av oavsiktlig start (Lockout/Tagout): Innan arbetet påbörjas är det nödvändigt att göra rotorns drivning strömlös och koppla ur. Varningsskyltar finns på startanordningar så att ingen startar maskinen av misstag. Den största risken är plötslig rotorstart under installation av vikt eller sensor. Därför måste axeln, innan prov- eller korrigeringsvikter installeras, stoppas tillförlitligt, och dess start får inte vara möjlig utan din vetskap. Koppla till exempel ur motorns automatiska brytare och häng upp ett lås med en etikett, eller ta bort säkringar. Först efter att ha säkerställt att rotorn inte startar spontant kan viktinstallation utföras.

Personlig skyddsutrustning: Använd lämplig personlig skyddsutrustning vid arbete med roterande delar. Skyddsglasögon eller ansiktsskydd är obligatoriska för att skydda mot eventuellt utkast av små delar eller vikter. Handskar – i förekommande fall (de skyddar händerna vid installation av vikter, men under mätningar är det bättre att arbeta utan löst sittande kläder och handskar som kan fastna i roterande delar). Kläderna ska vara åtsittande, utan lösa kanter. Långt hår ska stoppas in under en huvudbonad. Använd öronproppar eller hörlurar – vid arbete med högljudda maskiner (balansering av stora fläktar kan till exempel åtföljas av starkt ljud). Om svetsning används för viktfäste – använd dessutom svetsmask, svetshandskar och ta bort brandfarligt material.

Riskzon runt maskinen: Begränsa obehöriga personers åtkomst till balanseringszonen. Under testkörningar installeras avspärrningar eller åtminstone varningstejper runt enheten. Riskzonens radie är minst 3–5 meter, och ännu mer för stora rotorer. Ingen bör befinna sig i närheten av roterande delar eller nära rotorns rotationsplan under acceleration. Var beredd på nödsituationer: operatören ska ha en nödstoppsknapp redo eller befinna sig i närheten av strömbrytaren för att omedelbart kunna avaktivera enheten vid ovidkommande buller, vibrationer över tillåtna nivåer eller viktutkastning.

Tillförlitlig viktinfästning: Var särskilt uppmärksam på deras fixering när du fäster prov- eller permanenta korrigeringsvikter. Tillfälliga provvikter fästs ofta med en bult i ett befintligt hål eller limmas med stark tejp/dubbelhäftande tejp (för små vikter och låga hastigheter), eller häftsvetsas på ett par punkter (om det är säkert och materialet tillåter). Permanenta korrigeringsvikter bör fixeras tillförlitligt och långsiktigt: som regel svetsas de, skruvas fast med bultar/skruvar, eller så utförs metallborrning (massaborttagning) på de platser som krävs. Det är absolut förbjudet att lämna en dåligt fixerad vikt på rotorn (till exempel med en magnet utan stöd eller svagt lim) under rotation - en utkastad vikt blir en farlig projektil. Beräkna alltid centrifugalkraften: även en 10-grams bult vid 3000 rpm skapar en stor utkastningskraft, så infästningen måste tåla överbelastning med stor marginal. Kontrollera efter varje stopp om provviktsinfästningen har lossnat innan rotorn startas igen.

Elsäkerhet för utrustning: Balanset-1A-instrumentet strömförsörjs vanligtvis från en bärbar dators USB-port, vilket är säkert. Men om den bärbara datorn är ansluten till ett 220V-nätverk via en adapter bör allmänna elektriska säkerhetsåtgärder iakttas - använd ett fungerande jordat uttag, dra inte kablar genom våta eller varma områden, skydda utrustningen från fukt. Det är förbjudet att demontera eller reparera Balanset-instrumentet eller dess strömförsörjning medan det är anslutet till nätverket. Alla sensoranslutningar görs endast när instrumentet är strömlöst (USB frånkopplad eller strömförsörjningen till den bärbara datorn borttagen). Om det finns instabil spänning eller starka elektriska störningar på arbetsplatsen är det lämpligt att strömförsörja den bärbara datorn från en autonom källa (UPS, batteri) för att undvika störningar i signaler eller att instrumentet stängs av.

Redovisning av rotorfunktioner: Vissa rotorer kan kräva ytterligare försiktighetsåtgärder. Till exempel, vid balansering av högvarviga rotorer, se till att de inte överskrider tillåten hastighet (få inte "sprang iväg"). För detta kan takometriska begränsningar användas eller rotationsfrekvensen kontrolleras i förväg. Flexibla långa rotorer kan under rotation passera kritiska hastigheter - var beredd att snabbt minska varvtalen vid kraftiga vibrationer. Om balansering utförs på en enhet med arbetsvätska (t.ex. pump, hydraulsystem) - se till att det inte sker någon vätsketillförsel eller andra belastningsförändringar under balanseringen.

Dokumentation och kommunikation: Enligt arbetsmiljöreglerna är det önskvärt att ha instruktioner för säkert utförande av balanseringsarbete specifikt för just ditt företag. De bör föreskriva alla listade åtgärder och eventuellt ytterligare (till exempel krav på närvaro av en andra observatör, verktygsinspektion före arbete, etc.). Gör hela teamet som är involverat i arbetet bekant med dessa instruktioner. Innan experimenten påbörjas, genomför en kort genomgång: vem gör vad, när man ska signalera ett stopp, vilka konventionella signaler man ska ge. Detta är särskilt viktigt om en person är vid kontrollpanelen och en annan vid mätutrustningen.

Genom att följa de listade åtgärderna minimeras riskerna vid balansering. Kom ihåg att säkerhet går före balanseringshastighet. Det är bättre att lägga mer tid på förberedelser och kontroll än att tillåta en olycka. I balanseringspraktiken finns det kända fall där ignorering av regler (till exempel svag viktinfästning) lett till olyckor och skador. Var därför ansvarsfull när du hanterar processen: balansering är inte bara en teknisk utan också en potentiellt farlig operation som kräver disciplin och uppmärksamhet.

Avsnitt 3.1: Diagnos och övervinnande av mätinstabilitet ("flytande" avläsningar)

Symptom: Vid upprepade mätningar under identiska förhållanden ändras amplitud- och/eller fasavläsningarna avsevärt ("flytande", "hopp"). Detta gör korrektionsberäkning omöjlig.

Grundorsak: Instrumentet fungerar inte felaktigt. Det rapporterar korrekt att systemets vibrationsrespons är instabil och oförutsägbar. Specialistens uppgift är att hitta och eliminera källan till denna instabilitet.

Systematisk diagnostisk algoritm:

• Mekanisk glapp: Detta är den vanligaste orsaken. Kontrollera åtdragningen av lagerhusets monteringsbultar och ramens förankringsbultar. Kontrollera om det finns sprickor i fundamentet eller ramen. Åtgärda "mjuka fötter".
• Lagerfel: För stort inre glapp i rullager eller slitage på lagerskålar gör att axeln rör sig kaotiskt inuti stödet, vilket leder till instabila avläsningar.
• Processrelaterad instabilitet:
  • Aerodynamik (fläktar): Turbulent luftflöde, flödesseparation från bladen kan orsaka slumpmässiga krafteffekter på pumphjulet.
  • Hydrauliska (pumpar): Kavitation – bildandet och kollapset av ångbubblor i vätska – skapar kraftfulla, slumpmässiga hydrauliska stötar. Dessa stötar maskerar helt den periodiska signalen från obalans och gör balansering omöjlig.
  • Intern massrörelse (krossar, kvarnar): Under drift kan material röra sig och omfördelas inuti rotorn, vilket fungerar som "mobil obalans".
• Resonans: Om driftshastigheten är mycket nära konstruktionens naturliga frekvens, orsakar även små hastighetsvariationer (50-100 rpm) stora förändringar i vibrationsamplitud och fas. Balansering i resonanszonen är omöjlig. Det är nödvändigt att utföra ett frihjulstest (när maskinen stoppas) för att bestämma resonanstoppar och välja en hastighet för balansering som är avlägsen från dem.
• Termiska effekter: När maskinen värms upp kan termisk expansion orsaka axelböjning eller förändringar i justeringen, vilket leder till avläsning av "drift". Det är nödvändigt att vänta tills maskinen når en stabil temperatur och utföra alla mätningar vid denna temperatur.
• Påverkan av närliggande utrustning: Starka vibrationer från närliggande maskiner i drift kan överföras genom golvet och störa mätningarna. Om möjligt, isolera enheten som ska balanseras eller stoppa störningskällan.

Avsnitt 3.2: När balansering inte hjälper: Identifiera rotfel

Symptom: Balanseringsproceduren har utförts, avläsningarna är stabila, men den slutliga vibrationen förblir hög. Eller så förvärrar balansering i ett plan vibrationen i ett annat.

Grundorsak: Ökad vibration orsakas inte av en enkel obalans. Operatören försöker lösa ett geometri- eller komponentfel med en massakorrigeringsmetod. Ett misslyckat balanseringsförsök är i detta fall ett lyckat diagnostiskt test som bevisar att problemet inte är obalans.

Användning av spektrumanalysator för differentialdiagnos:

• Axeln är felriktad: Huvudtecken - hög vibrationstopp vid 2x varvtalsfrekvensen, ofta åtföljd av en betydande topp vid 1x varvtalet. Hög axialvibration är också karakteristisk. Försök att "balansera" feljustering är dömda att misslyckas. Lösning - utför en axeluppriktning av hög kvalitet.
• Defekter i rullager: Manifesterar sig som högfrekventa vibrationer i spektrumet vid karakteristiska "bärfrekvenser" (BPFO, BPFI, BSF, FTF) som inte är multiplar av rotationsfrekvensen. FFT-funktionen i Balanset-instrument hjälper till att detektera dessa toppar.
• Axelbåge: Manifesteras som en hög topp vid 1x varv/min (liknande obalans) men åtföljs ofta av en märkbar komponent vid 2x varv/min och hög axiell vibration, vilket gör att bilden liknar en kombination av obalans och feljustering.
• Elektriska problem (elmotorer): Magnetfältsasymmetri (till exempel på grund av rotorstångsdefekter eller excentricitet i luftgapet) kan orsaka vibrationer med dubbelt så hög frekvens som matningsfrekvensen (100 Hz för 50 Hz-nät). Denna vibration elimineras inte genom mekanisk balansering.

Ett exempel på ett komplext orsak-verkan-samband är kavitation i en pump. Lågt inloppstryck leder till kokning av vätska och bildande av ångbubblor. Deras efterföljande kollaps på pumphjulet orsakar två effekter: 1) erosionsslitage av bladen, vilket med tiden faktiskt förändrar rotorns balans; 2) kraftfulla slumpmässiga hydrauliska stötar som skapar bredbandigt vibrations"brus", vilket helt maskerar den användbara signalen från obalans och gör avläsningarna instabila. Lösningen är inte att balansera utan att eliminera den hydrauliska orsaken: kontroll och rengöring av sugledningen, vilket säkerställer tillräcklig kavitationsmarginal (NPSH).

Vanliga balanseringsfel och tips för förebyggande

När man balanserar rotorer, särskilt i fält, stöter nybörjare ofta på typiska fel. Nedan följer vanliga misstag och rekommendationer om hur man undviker dem:

Balansering av en defekt eller smutsig rotor: Ett av de vanligaste misstagen är att försöka balansera en rotor som har andra problem: slitna lager, glapp, sprickor, fastsittande smuts etc. Som ett resultat av detta kanske obalans inte är den främsta orsaken till vibrationer, och efter långa försök förblir vibrationerna höga. Råd: kontrollera alltid mekanismens skick innan balansering.

För liten provvikt: Ett vanligt misstag är att installera en provvikt med otillräcklig massa. Som ett resultat drunknar dess inflytande i mätbrus: fasen ändras knappt, amplituden ändras bara med några få procent och beräkningen av den korrigerande vikten blir felaktig. Råd: sikta på vibrationsförändringsregeln 20-30%. Ibland är det bättre att göra flera försök med olika provvikter (behålla det mest framgångsrika alternativet) - instrumentet tillåter detta, du kommer bara att skriva över resultatet från körning 1. Observera också: att ta en provvikt som är för stor är också oönskat, eftersom det kan överbelasta stöden. Välj en provvikt med en sådan massa att vibrationsamplituden på 1×, när den installeras, ändras med minst en fjärdedel i förhållande till originalet. Om du efter den första provkörningen ser att förändringarna är små - öka provviktens massa djärvt och upprepa mätningen.

Bristande efterlevnad av regimkonstans och resonanseffekter: Om rotorn roterar med signifikant olika hastigheter under balansering mellan olika körningar, eller om hastigheten "flyter" under mätningen, blir resultaten felaktiga. Om hastigheten ligger nära systemets resonansfrekvens kan vibrationsresponsen vara oförutsägbar (stora fasförskjutningar, amplitudspridning). Misstaget är att ignorera dessa faktorer. Råd: bibehåll alltid en stabil och identisk rotationshastighet under alla mätningar. Om drivenheten har en regulator, ställ in fasta varvtal (till exempel exakt 1500 rpm för alla mätningar). Undvik att passera genom kritiska hastigheter för strukturen. Om du märker att fasen "hoppar" från körning till körning och amplituden inte upprepas under samma förhållanden - misstänk resonans. I ett sådant fall, försök att minska eller öka hastigheten med 10-15% och upprepa mätningarna, eller ändra maskinens installationsstyvhet för att dämpa resonansen. Uppgiften är att ta mätområdet utanför resonanszonen, annars är balansering meningslös.

Fas- och markeringsfel: Ibland blir användaren förvirrad av vinkelmätningar. Till exempel indikeras felaktigt var viktens installationsvinkel ska beräknas. Som ett resultat installeras vikten inte där instrumentet beräknade. Råd: övervaka vinkelbestämningen noggrant. I Balanset-1A mäts den korrigerande viktvinkeln vanligtvis från provviktens position i rotationsriktningen. Det vill säga, om instrumentet visade, säg, "Plan 1: 45°", betyder det - från den punkt där provvikten var, mät 45° i rotationsriktningen. Till exempel går klockvisarna "medurs" och rotorn roterar "medurs", så 90 grader kommer att vara där klockan 3 är på urtavlan. Vissa instrument (eller program) kan mäta fas från märket eller i andra riktningen - läs alltid de specifika enhetens instruktioner. För att undvika förvirring kan du markera direkt på rotorn: markera provviktens position som 0°, ange sedan rotationsriktningen med en pil och mät vinkeln för den permanenta vikten med hjälp av en gradskiva eller pappersmall.

Observera: Varvräknaren kan inte flyttas under balansering. Den ska alltid vara riktad mot samma punkt på omkretsen. Om fasmarkeringen har förskjutits eller fassensorn har installerats om kommer hela fasbilden att störas.

Felaktig infästning eller viktminskning: Det händer att vikten i all hast skruvades fast dåligt, och vid nästa start ramlade den av eller förskjutits. Då är alla mätningar från denna körning värdelösa, och viktigast av allt - det är farligt. Eller ett annat misstag - att glömma att ta bort provvikten när metoden kräver att den tas bort, och som ett resultat tror instrumentet att den inte är där, men den stannade kvar på rotorn (eller vice versa - programmet förväntade sig att lämna den, men du tog bort den). Råd: följ noggrant den valda metoden - om det krävs att provvikten tas bort innan du installerar den andra, ta bort den och glöm inte bort den. Använd en checklista: "provvikt 1 borttagen, provvikt 2 borttagen" - se till att det inte finns några extra massor på rotorn innan beräkningen. Kontrollera alltid deras tillförlitlighet när du fäster vikter. Det är bättre att lägga ytterligare 5 minuter på borrning eller bultar åt än att senare leta efter den utkastade delen. Stå aldrig i planet för eventuell viktutkastning under rotation - detta är en säkerhetsregel och även vid fel.

Använder inte instrumentfunktioner: Vissa operatörer ignorerar omedvetet användbara Balanset-1A-funktioner. Till exempel sparar de inte influenskoefficienter för liknande rotorer, använder inte utrullningsgrafer och spektrumläge om instrumentet tillhandahåller dem. Råd: bekanta dig med instrumentmanualen och använd alla dess alternativ. Balanset-1A kan skapa grafer över vibrationsförändringar under utrullning (användbart för resonansdetektering), utföra spektralanalys (hjälper till att säkerställa att 1×-harmoniken dominerar) och till och med mäta relativ axelvibration genom beröringsfria sensorer om sådana är anslutna. Dessa funktioner kan ge värdefull information. Dessutom möjliggör sparade influenskoefficienter balansering av en liknande rotor nästa gång utan provvikter - en körning räcker, vilket sparar tid.

Sammanfattningsvis är varje misstag lättare att förebygga än att korrigera. Noggrann förberedelse, noggrann efterlevnad av mätmetodik, användning av tillförlitliga fästmedel och tillämpning av instrumentlogik är nycklarna till framgångsrik och snabb balansering. Om något går fel – tveka inte att avbryta processen, analysera situationen (eventuellt med hjälp av vibrationsdiagnostik) och fortsätt först då. Balansering är en iterativ process som kräver tålamod och noggrannhet.

Exempel på installation och kalibrering i praktiken:

Föreställ dig att vi behöver balansera rotorerna till två identiska ventilationsenheter. Instrumentinstallationen utförs för den första fläkten: vi installerar programvaran, ansluter sensorer (två på stöd, optiska på stativ), förbereder fläkten för start (tar bort höljet, sätter märke). Vi balanserar den första fläkten med provvikter, instrumentet beräknar och föreslår korrigering - vi installerar den, uppnår vibrationsreducering enligt standarder. Sedan sparar vi koefficientfilen (via instrumentmenyn). Nu, när vi går vidare till den andra identiska fläkten, kan vi ladda denna fil. Instrumentet kommer att be om att omedelbart utföra en kontrollkörning (i huvudsak körning 0-mätning för den andra fläkten) och, med hjälp av tidigare laddade koefficienter, omedelbart tillhandahålla massor och vinklar för korrigeringsvikter för den andra fläkten. Vi installerar vikter, startar - och får betydande vibrationsreducering från första försöket, vanligtvis inom toleransen. Således möjliggjorde instrumentinstallation med kalibreringsdatasparning på den första maskinen en dramatisk minskning av balanseringstiden för den andra. Naturligtvis, om den andra fläktens vibration inte minskade till standard, kan ytterligare cykler med provvikter utföras individuellt, men ofta visar sig sparade data vara tillräckliga.

Balansering av kvalitetsstandarder

Del IV: Vanliga frågor och anteckningar om tillämpning

Detta avsnitt sammanfattar praktiska råd och besvarar frågor som oftast uppstår bland specialister inom fältförhållanden.

Avsnitt 4.1: Vanliga frågor och svar (FAQ)

När ska man använda 1-plans och när 2-plans balansering?
Använd 1-plans (statisk) balansering för smala, skivformade rotorer (L/D-förhållande < 0,25) där parets obalans är försumbar. Använd 2-plans (dynamisk) balansering för praktiskt taget alla andra rotorer, särskilt med L/D > 0,25 eller vid drift med höga hastigheter.

Vad ska man göra om provvikten orsakar en farlig vibrationsökning?
Stoppa maskinen omedelbart. Det betyder att provvikten installerades nära den befintliga tunga punkten, vilket förvärrade obalansen. Lösningen är enkel: flytta provvikten 180 grader från sin ursprungliga position.

Kan sparade influenskoefficienter användas för en annan maskin?
Ja, men bara om den andra maskinen är helt identisk – samma modell, samma rotor, samma fundament, samma lager. Varje förändring i strukturell styvhet kommer att ändra influenskoefficienterna, vilket gör dem ogiltiga. Bästa praxis är att alltid utföra nya provkörningar för varje ny maskin.

Hur tar man hänsyn till kilspår? (ISO 8821)
Standardpraxis (om inte annat anges i dokumentationen) är att använda en "halv kil" i axelns kilspår vid balansering utan motståndsdelen. Detta kompenserar för massan hos den del av kilen som fyller spåret på axeln. Att använda en hel kil eller balansera utan kil kommer att resultera i en felaktigt balanserad enhet.

Vilka är de viktigaste säkerhetsåtgärderna?

• Elsäkerhet: Använd ett kopplingsschema med två sekventiella brytare för att förhindra att rotorn oavsiktligt rusar iväg. Använd lockout- och tagout-procedurer (LOTO) vid installation av vikter. Arbetet ska utföras under övervakning och arbetsområdet ska vara avspärrat.
• Mekanisk säkerhet: Arbeta inte i löst sittande kläder med fladdrande element. Se till att alla skydd är på plats innan du börjar. Rör aldrig vid roterande delar och försök aldrig att bromsa rotorn manuellt. Se till att korrigeringsvikterna är fästa så att de inte blir till projektiler.
• Allmän produktionskultur: Upprätthåll renlighet på arbetsplatsen, skräp inte ner gångvägarna.

Avsnitt 4.2: Balanseringsguide för specifika utrustningstyper

Industriella fläktar och rökgasutsug:

• Problem: Mest känslig för obalans på grund av produktavlagringar på blad (massökning) eller slipande slitage (massförlust).
• Förfarande: Rengör alltid impellern noggrant innan arbetet påbörjas. Balansering kan kräva flera steg: först själva impellern, sedan montering med axel. Var uppmärksam på aerodynamiska krafter som kan orsaka instabilitet.

Pumps:

• Problem: Huvudfiende - kavitation.
• Förfarande: Innan balansering, säkerställ tillräcklig kavitationsmarginal vid inloppet (NPSHa). Kontrollera att sugledningen eller filtret inte är igensatt. Om du hör ett karakteristiskt "grus"-ljud och vibrationen är instabil, åtgärda först det hydrauliska problemet.

Krossar, slipmaskiner och mulchers:

• Problem: Extremt slitage, risk för stora och plötsliga obalansförändringar på grund av brott eller slitage på hammaren/slagmaskinen. Rotorer är tunga och arbetar under höga stötbelastningar.
• Förfarande: Kontrollera att arbetselementen är intakta och sitter ordentligt. På grund av starka vibrationer kan ytterligare förankring av maskinramen i golvet krävas för att få stabila avläsningar.

Elmotorankare:

• Problem: Kan ha både mekaniska och elektriska vibrationskällor.
• Förfarande: Använd en spektrumanalysator för att kontrollera om det finns vibrationer vid dubbelt så hög frekvens som matningsfrekvensen (t.ex. 100 Hz). Dess närvaro indikerar ett elektriskt fel, inte obalans. För likströmsmotorankare och induktionsmotorer gäller standardprocedur för dynamisk balansering.

Slutsats

Dynamisk balansering av rotorer på plats med hjälp av bärbara instrument som Balanset-1A är ett kraftfullt verktyg för att öka tillförlitligheten och effektiviteten i industriell utrustning. Men som analysen visar beror framgången för denna procedur inte så mycket på själva instrumentet som på specialistkvalifikationer och förmåga att tillämpa ett systematiskt tillvägagångssätt.

De viktigaste slutsatserna i denna guide kan reduceras till flera grundläggande principer:

Förberedelserna avgör resultatet: Noggrann rengöring av rotorn, kontroll av lager och fundament samt preliminär vibrationsdiagnostik för att utesluta andra defekter är obligatoriska förutsättningar för lyckad balansering.

Standardefterlevnad är grunden för kvalitet och rättsligt skydd: Tillämpning av ISO 1940-1 för att bestämma toleranser för kvarvarande obalans omvandlar subjektiv bedömning till objektiva, mätbara och juridiskt signifikanta resultat.

Instrumentet är inte bara en balanserare utan även ett diagnostiskt verktyg: Oförmåga att balansera en mekanism eller instabilitet i avläsningen är inte instrumentfel utan viktiga diagnostiska tecken som indikerar förekomsten av allvarligare problem såsom feljustering, resonans, lagerfel eller tekniska fel.

Att förstå processfysik är nyckeln till att lösa icke-standardiserade uppgifter: Kunskap om skillnaderna mellan styva och flexibla rotorer, förståelse för resonanspåverkan, termiska deformationer och teknologiska faktorer (t.ex. kavitation) gör det möjligt för specialister att fatta korrekta beslut i situationer där vanliga steg-för-steg-instruktioner inte fungerar.

Effektiv fältbalansering är således en syntes av exakta mätningar utförda med moderna instrument och en djupgående analytisk metod baserad på kunskap om vibrationsteori, standarder och praktisk erfarenhet. Genom att följa rekommendationerna i denna guide kan tekniska specialister inte bara framgångsrikt hantera typiska uppgifter utan också effektivt diagnostisera och lösa komplexa, icke-triviala problem med vibrationer i roterande utrustning.