การปรับสมดุลโรเตอร์: ความไม่สมดุลแบบสถิตและแบบไดนามิก การสั่นพ้อง และขั้นตอนการปฏิบัติจริง
คู่มือนี้อธิบายเกี่ยวกับการปรับสมดุลโรเตอร์สำหรับ โรเตอร์แบบแข็ง: ความหมายของ “ความไม่สมดุล” ความแตกต่างระหว่างความไม่สมดุลแบบคงที่และแบบไดนามิก เหตุใดการสั่นสะเทือนและความไม่เป็นเชิงเส้นจึงอาจขัดขวางผลลัพธ์ที่มีคุณภาพ และโดยทั่วไปแล้วการปรับสมดุลจะดำเนินการในระนาบการแก้ไขหนึ่งหรือสองระนาบ.
สารบัญ
- โรเตอร์คืออะไร และการปรับสมดุลช่วยแก้ไขอะไรได้บ้าง?
- ประเภทของโรเตอร์และประเภทของความไม่สมดุล
- การสั่นสะเทือนของกลไก: การปรับสมดุลสามารถและไม่สามารถขจัดการสั่นสะเทือนใดได้บ้าง
- การสั่นพ้อง: ปัจจัยที่ขัดขวางการปรับสมดุล
- แบบจำลองเชิงเส้นเทียบกับแบบจำลองไม่เชิงเส้น: เมื่อใดที่การคำนวณหยุดทำงาน
- Balancing devices and balancing machines
- การปรับสมดุลโรเตอร์แบบแข็ง (หมายเหตุเชิงปฏิบัติ)
- วิธีการปรับสมดุลแบบไดนามิก (วิธีสามรอบ)
- เกณฑ์สำหรับการประเมินคุณภาพการทรงตัว
- มาตรฐานและเอกสารอ้างอิง
- คำถามที่พบบ่อย
โรเตอร์คืออะไร และการปรับสมดุลช่วยแก้ไขอะไรได้บ้าง?
The rotor is a body which rotates about some axis and is held by its bearing surfaces in the supports. The bearing surfaces of the rotor transmit loads to the supports via rolling or sliding bearings. The bearing surfaces are the surfaces of the trunnions or the surfaces that replace them.
ในโรเตอร์ที่สมดุลอย่างสมบูรณ์ มวลของมันจะกระจายตัวอย่างสมมาตรเกี่ยวกับแกนหมุน กล่าวคือ ส่วนประกอบใดๆ ของโรเตอร์สามารถจับคู่กับส่วนประกอบอื่นที่อยู่สมมาตรเกี่ยวกับแกนหมุนได้ ในโรเตอร์ที่สมดุล แรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลางที่กระทำต่อส่วนประกอบใดๆ ของโรเตอร์จะสมดุลกับแรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลางที่กระทำต่อส่วนประกอบที่สมมาตร ตัวอย่างเช่น แรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลาง F1 และ F2 มีขนาดเท่ากันและทิศทางตรงกันข้าม กระทำต่อส่วนประกอบที่ 1 และ 2 (ทำเครื่องหมายสีเขียวในรูปที่ 1) ซึ่งเป็นจริงสำหรับส่วนประกอบโรเตอร์ที่สมมาตรทั้งหมด ดังนั้น แรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลางรวมที่กระทำต่อโรเตอร์จึงเป็น 0 และโรเตอร์จึงสมดุล.
แต่หากความสมมาตรของโรเตอร์ถูกทำลาย (ส่วนประกอบที่ไม่สมมาตรถูกทำเครื่องหมายด้วยสีแดงในรูปที่ 1) แรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลางที่ไม่สมดุล F3 จะกระทำต่อโรเตอร์ เมื่อหมุน แรงนี้จะเปลี่ยนทิศทางตามการหมุนของโรเตอร์ ภาระไดนามิกที่เกิดจากแรงนี้จะถูกส่งไปยังแบริ่ง ส่งผลให้เกิดการสึกหรอเร็วขึ้น.
In addition, under the influence of this variable in direction force there is a cyclic deformation of supports and foundation, on which the rotor is fixed, i.e. there is vibration. In order to eliminate rotor imbalance and the accompanying vibration, balancing masses must be installed to restore symmetry to the rotor.
Rotor balancing is an operation to correct imbalance by adding balancing masses.
The task of balancing is to find the size and location (angle) of one or more balancing masses.
ประเภทของโรเตอร์และประเภทของความไม่สมดุล
เมื่อพิจารณาถึงความแข็งแรงของวัสดุที่ใช้ทำใบพัดและขนาดของแรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลางที่กระทำต่อใบพัดแล้ว ใบพัดสามารถแบ่งออกได้เป็นสองประเภท คือ ใบพัดแบบแข็งและใบพัดแบบยืดหยุ่น.
Rigid rotors deform insignificantly under action of centrifugal force at working modes and influence of this deformation in calculations can be neglected.
การเสียรูปของโรเตอร์แบบยืดหยุ่นไม่สามารถละเลยได้อีกต่อไป การเสียรูปของโรเตอร์แบบยืดหยุ่นทำให้การแก้ปัญหาการปรับสมดุลซับซ้อนขึ้น และต้องใช้แบบจำลองทางคณิตศาสตร์อื่น ๆ เมื่อเปรียบเทียบกับปัญหาการปรับสมดุลของโรเตอร์แบบแข็ง ควรสังเกตว่าโรเตอร์เดียวกันนี้ที่ความเร็วต่ำอาจมีพฤติกรรมเหมือนโรเตอร์แบบแข็ง และที่ความเร็วสูงอาจมีพฤติกรรมเหมือนโรเตอร์แบบยืดหยุ่น ในส่วนต่อไปนี้ เราจะพิจารณาเฉพาะการปรับสมดุลของโรเตอร์แบบแข็งเท่านั้น.
ขึ้นอยู่กับการกระจายตัวของมวลที่ไม่สมดุลตามความยาวของโรเตอร์ สามารถแบ่งความไม่สมดุลออกเป็นสองประเภท คือ ความไม่สมดุลแบบสถิตและความไม่สมดุลแบบไดนามิก (ชั่วขณะ) ดังนั้นจึงเรียกวิธีการนี้ว่า การปรับสมดุลโรเตอร์แบบสถิตและแบบไดนามิก ความไม่สมดุลของโรเตอร์แบบสถิตเกิดขึ้นโดยที่โรเตอร์ไม่หมุน กล่าวคือ ในสภาวะคงที่ เมื่อโรเตอร์ถูกแรงโน้มถ่วงดึงกลับโดยให้ "จุดหนัก" อยู่ด้านล่าง ตัวอย่างของโรเตอร์ที่มีความไม่สมดุลแบบสถิตแสดงในรูปที่ 2
Dynamic unbalance occurs only when the rotor is rotating.
An example of a rotor with dynamic unbalance is shown in Fig. 3.
ในกรณีนี้ มวล M1 และ M2 ที่ไม่สมดุลกันนั้น อยู่ในระนาบที่แตกต่างกัน กล่าวคือ อยู่ในตำแหน่งที่แตกต่างกันตามความยาวของโรเตอร์ ในตำแหน่งคงที่ กล่าวคือ เมื่อโรเตอร์ไม่หมุน แรงโน้มถ่วงเท่านั้นที่กระทำต่อโรเตอร์ และมวลจะสมดุลกัน ในขณะที่โรเตอร์หมุน แรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลาง Fc1 และ Fc2 จะเริ่มกระทำต่อมวล M1 และ M2 แรงเหล่านี้มีขนาดเท่ากันและทิศทางตรงกันข้าม อย่างไรก็ตาม เนื่องจากแรงเหล่านี้กระทำในตำแหน่งที่แตกต่างกันตามความยาวของเพลาและไม่ได้อยู่บนเส้นเดียวกัน แรงเหล่านี้จึงไม่หักล้างกัน แรง Fc1 และ Fc2 จะสร้างแรงบิดที่กระทำต่อโรเตอร์ ดังนั้น ความไม่สมดุลนี้จึงเรียกว่า ความไม่สมดุลของโมเมนต์ ด้วยเหตุนี้ แรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลางที่ไม่ได้รับการชดเชยจึงกระทำต่อตำแหน่งของแบริ่ง ซึ่งอาจเกินค่าที่คำนวณไว้มากและลดอายุการใช้งานของแบริ่งลง.
เนื่องจากความไม่สมดุลประเภทนี้เกิดขึ้นเฉพาะในระหว่างการหมุนของโรเตอร์เท่านั้น จึงเรียกว่าความไม่สมดุลแบบไดนามิก ไม่สามารถแก้ไขได้ในสภาวะคงที่โดยการปรับสมดุล "บนใบมีด" หรือวิธีการที่คล้ายกัน เพื่อขจัดความไม่สมดุลแบบไดนามิก ต้องติดตั้งตุ้มน้ำหนักชดเชยสองตัว ซึ่งจะสร้างแรงบิดที่มีขนาดเท่ากันและทิศทางตรงกันข้ามกับแรงบิดที่เกิดจากมวล M1 และ M2 มวลชดเชยไม่จำเป็นต้องตั้งในทิศทางตรงกันข้ามและมีขนาดเท่ากับมวล M1 และ M2 สิ่งสำคัญคือต้องสร้างแรงบิดที่ชดเชยแรงบิดที่ไม่สมดุลได้อย่างสมบูรณ์.
โดยทั่วไป มวล M1 และ M2 อาจไม่เท่ากัน ดังนั้นจึงเกิดความไม่สมดุลทั้งแบบสถิตและแบบไดนามิก ตามทฤษฎีแล้วพิสูจน์ได้ว่าสำหรับโรเตอร์แบบแข็ง จำเป็นต้องใช้ตุ้มน้ำหนักสองอันที่เว้นระยะห่างกันตามความยาวของโรเตอร์ ซึ่งเพียงพอที่จะขจัดความไม่สมดุลนี้ได้ ตุ้มน้ำหนักเหล่านี้จะชดเชยทั้งแรงบิดที่เกิดจากความไม่สมดุลแบบไดนามิกและแรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลางที่เกิดจากความไม่สมมาตรของมวลเทียบกับแกนโรเตอร์ (ความไม่สมดุลแบบสถิต) โดยทั่วไป ความไม่สมดุลแบบไดนามิกมักพบในโรเตอร์ยาว เช่น เพลา และความไม่สมดุลแบบสถิตมักพบในโรเตอร์แคบ อย่างไรก็ตาม หากโรเตอร์แคบนั้นเอียงเทียบกับแกน หรือผิดรูป ("รูปเลขแปด") การขจัดความไม่สมดุลแบบไดนามิกจะทำได้ยาก (ดูรูปที่ 4) เพราะในกรณีนี้ การติดตั้งตุ้มน้ำหนักแก้ไขที่สร้างโมเมนต์ชดเชยที่จำเป็นนั้นทำได้ยาก.
The forces F1 and F2 do not lie on the same line and do not compensate each other.
เนื่องจากแขนที่สร้างแรงบิดมีขนาดเล็กเพราะโรเตอร์แคบ จึงอาจต้องใช้ตุ้มถ่วงปรับสมดุลขนาดใหญ่ อย่างไรก็ตาม สิ่งนี้ยังส่งผลให้เกิด "ความไม่สมดุลที่เหนี่ยวนำ" เนื่องจากการเสียรูปของโรเตอร์แคบจากแรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลางของตุ้มถ่วงปรับสมดุล (ดูตัวอย่างเช่น "คำแนะนำเชิงวิธีการสำหรับการปรับสมดุลโรเตอร์แบบแข็ง (ตามมาตรฐาน ISO 22061-76)" ส่วนที่ 10 ระบบรองรับโรเตอร์)
This is noticeable for narrow impellers of fans, in which, in addition to force unbalance, aerodynamic unbalance is also active. And it should be understood that aerodynamic unbalance, or rather aerodynamic force is directly proportional to angular speed of the rotor, and for its compensation the centrifugal force of correcting mass, which is proportional to the square of angular speed, is used. Therefore, the balancing effect can only take place at a specific balancing frequency. At other rotational frequencies there is an additional error.
The same can be said of the electromagnetic forces in an electric motor, which are also proportional to angular velocity. So it is not possible to eliminate all causes of vibration in a machine by balancing.
การสั่นสะเทือนของกลไก
Vibration is the reaction of the mechanism design to the effects of a cyclic excitatory force. This force can be of different nature.
แรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลางที่เกิดจากโรเตอร์ที่ไม่สมดุลเป็นแรงที่ไม่ได้รับการชดเชยซึ่งกระทำต่อ "จุดหนัก" แรงนี้และการสั่นสะเทือนที่เกิดจากแรงนี้สามารถกำจัดได้โดยการปรับสมดุลโรเตอร์.
แรงปฏิกิริยาเชิง "เรขาคณิต" ที่เกิดขึ้นจากข้อผิดพลาดในการผลิตและการประกอบชิ้นส่วนที่ประกบกัน แรงเหล่านี้อาจเกิดขึ้นได้ เช่น ความไม่กลมของคอเพลา ข้อผิดพลาดในรูปทรงของฟันเฟือง ความไม่เรียบของรางลูกปืน การเยื้องศูนย์ของเพลาที่ประกบกัน เป็นต้น ในกรณีที่แกนเพลาไม่เป็นวงกลม แกนเพลาจะเคลื่อนที่ไปตามมุมการหมุนของเพลา แม้ว่าการสั่นสะเทือนนี้จะเกิดขึ้นที่ความเร็วรอบของโรเตอร์ด้วย แต่ก็แทบเป็นไปไม่ได้เลยที่จะกำจัดมันได้ด้วยการปรับสมดุล.
Aerodynamic forces resulting from the rotation of the impellers of fans and other vane mechanisms. Hydrodynamic forces resulting from the rotation of impellers of hydraulic pumps, turbines, etc.
Electromagnetic forces resulting from the operation of electrical machines, e.g. asymmetric rotor windings, short-circuited windings, etc.
The magnitude of the vibration (e.g. its amplitude Av) depends not only on the excitatory force Fv acting on the mechanism with circular frequency ω, but also on the rigidity k of the mechanism, its mass m , as well as the damping coefficient C.
Various types of sensors can be used to measure vibration and balance mechanisms, including:
- absolute vibration sensors designed to measure vibration acceleration (accelerometers) and vibration velocity sensors;
- เซ็นเซอร์วัดการสั่นสะเทือนสัมพัทธ์ - แบบกระแสไหลวนหรือแบบคาปาซิทีฟ ออกแบบมาเพื่อวัดการเคลื่อนที่ของการสั่นสะเทือน;
- ในบางกรณี (เมื่อการออกแบบกลไกเอื้ออำนวย) เซ็นเซอร์วัดแรงยังสามารถใช้ประเมินภาระการสั่นสะเทือนได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เซ็นเซอร์เหล่านี้ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการวัดภาระการสั่นสะเทือนของฐานรองเครื่องปรับสมดุลที่มีแบริ่งแข็ง.
So, vibration is the reaction of a machine to the action of external forces. The magnitude of vibration depends not only on the magnitude of the force acting on the mechanism, but also on the rigidity of the mechanism design. One and the same force can lead to different vibrations. In a hard-bearing machine, even if the vibration is small, the bearings may be subjected to significant dynamic loads. This is why force rather than vibration sensors (vibration accelerometers) are used when balancing hard-bearing machines.
Vibration sensors are used on mechanisms with relatively pliable supports, when the action of unbalanced centrifugal forces leads to a noticeable deformation of supports and vibration. Force sensors are used for rigid supports, when even significant forces due to unbalance do not lead to significant vibration.
Resonance is a factor that prevents balancing
Earlier we mentioned that rotors are divided into rigid and flexible. Stiffness or flexibility of rotor should not be confused with stiffness or mobility of supports (foundation) on which the rotor is installed. A rotor is considered rigid when its deformation (bending) under the action of centrifugal forces can be neglected. Deformation of flexible rotor is relatively large and cannot be neglected.
In this article, we consider only the balancing of rigid rotors. A rigid (non-deformable) rotor can in turn be mounted on rigid or movable (pliable) supports. It is clear that this stiffness/suspendability of supports is also relative, depending on rotor speed and magnitude of resulting centrifugal forces. A conditional boundary is the frequency of natural vibrations of the rotor supports.
For mechanical systems, the shape and frequency of natural vibrations are determined by the mass and the elasticity of the elements of mechanical system. That is, the frequency of natural vibrations is an internal characteristic of the mechanical system and does not depend on external forces. Being deflected from the state of equilibrium, supports due to elasticity tend to return to the position of equilibrium. But due to the inertia of the massive rotor, this process is in the nature of damped oscillations. These vibrations are the natural vibrations of the rotor-support system. Their frequency depends on the ratio of the mass of the rotor to the elasticity of the supports.
When the rotor begins to rotate and the frequency of its rotation approaches the frequency of natural vibrations, the amplitude of vibration increases sharply, which can lead to the destruction of the structure.
The phenomenon of mechanical resonance occurs. In the area of resonance, a change of rotation speed by 100 rpm may lead to an increase in vibration by tens of times. At the same time (in the resonance area) the vibration phase changes by 180°.
If the design of the mechanism is unsuccessful and the operating frequency of the rotor is close to the frequency of natural vibrations, then the operation of the mechanism becomes impossible because of the inadmissibly high vibration. This is not possible in the usual way, since even a small change in speed will cause a drastic change in the vibration parameters. For balancing in the area of resonance, special methods not considered in this article are used.
It is possible to determine the frequency of natural vibrations of the mechanism at coasting (at switching off the rotor rotation) or by the shock method with the subsequent spectral analysis of the system response to the shock.
For mechanisms, which working frequency of rotation is above the resonance frequency, i.e. working in the resonance regime, the supports are considered to be moving and for measurement are used vibration sensors, mainly vibroacelerometers, measuring acceleration of structural elements. For mechanisms operating in preresonant mode, the supports are considered rigid. In this case, force sensors are used.
Linear and nonlinear models of a mechanical system. Non-linearity is a factor that prevents balancing
When balancing rigid rotors, mathematical models called linear models are used for balancing calculations. A linear model means that in such a model, one quantity is proportional (linear) to the other. For example, if the uncompensated mass on the rotor is doubled, then the vibration value will also be doubled. For rigid rotors, a linear model can be used, since they do not deform.
For flexible rotors, the linear model can no longer be used. For a flexible rotor, if the mass of the heavy point increases during rotation, additional deformation will occur, and in addition to the mass, the radius of the location of the heavy point will also increase. Therefore, for a flexible rotor, the vibration will increase more than twofold, and the usual methods of calculation will not work.
Also, the change of elasticity of supports at their large deformations, for example, when at small deformations of supports some structural elements work, and at large ones other structural elements are involved. This is why you cannot balance mechanisms that are not fixed on a foundation, but, for example, simply placed on the floor. With significant vibrations, the force of the imbalance can pull the mechanism off the floor, thereby significantly changing the stiffness characteristics of the system. Motor feet must be securely fastened, bolt mounts must be tightened, washer thickness must provide sufficient mounting rigidity, etc. If the bearings are broken, significant shaft misalignment and shocks are possible, which will also result in poor linearity and an inability to perform a quality balance.
Balancing devices and balancing machines
ดังที่กล่าวไว้ข้างต้น การปรับสมดุลคือกระบวนการจัดแนวแกนกลางหลักของความเฉื่อยให้ตรงกับแกนหมุนของใบพัด.
This process can be performed by two methods.
The first method involves machining the rotor trunnions in such a way that the axis passing through the centers of the trunnions cross section with the main central axis of inertia of the rotor. Such a technique is rarely used in practice and will not be discussed in detail in this article.
The second (most common) method involves moving, installing or removing correction weights on the rotor, which are placed so that the axis of inertia of the rotor is as close to its axis of rotation as possible.
Moving, adding or removing correction weights during balancing may be accomplished by various technological operations including: drilling, milling, surfacing, welding, screwing or unscrewing, laser or electron beam burning, electrolysis, electromagnetic surfacing, etc.
The balancing process can be accomplished in two ways:
- balancing of assembled rotors (in their own bearings) using balancing machines;
- balancing of rotors on balancing machines. For balancing of rotors in their own bearings usually used specialized balancing devices (kits), which allow to measure the vibration of the balanced rotor at its frequency of rotation in vector form, i.e. to measure both the amplitude and the phase of vibration. At present, the above devices are manufactured on the basis of microprocessor technology and (apart from vibration measurement and analysis) provide automatic calculation of parameters of correcting weights, which should be installed on the rotor to compensate its unbalance.
These devices include:
- a measuring and computing unit based on a computer or industrial controller;
- Two (or more) vibration sensors;
- A phase angle sensor;
- accessories for mounting the sensors on the site;
- specialized software, designed to perform a full cycle of rotor vibration parameters measurement in one, two or more correction planes.
Two types of balancing machines are currently the most common:
- Soft-bearings machines (with soft supports);
- Hard-bearings machines (with rigid supports).
เครื่องจักรที่มีแบริ่งแบบอ่อนจะมีตัวรองรับที่ค่อนข้างยืดหยุ่นได้ เช่น สปริงแบน ความถี่ของการสั่นสะเทือนตามธรรมชาติของตัวรองรับเหล่านี้มักจะต่ำกว่าความถี่การหมุนของโรเตอร์ปรับสมดุลที่ติดตั้งอยู่บนนั้นประมาณ 2-3 เท่า โดยปกติแล้วจะใช้เซ็นเซอร์วัดการสั่นสะเทือน (เช่น มาตรวัดความเร่ง เซ็นเซอร์วัดความเร็วการสั่นสะเทือน เป็นต้น) ในการวัดการสั่นสะเทือนของตัวรองรับก่อนเกิดการสั่นพ้องของเครื่องจักร.
Pre-resonance balancing machines use relatively rigid supports, whose natural frequencies of vibration should be 2-3 times higher than the rotation frequency of the rotor being balanced. Force transducers are usually used to measure the vibration load of the preresonance machine supports.
ข้อดีของเครื่องปรับสมดุลก่อนเกิดเรโซแนนซ์คือ สามารถทำการปรับสมดุลได้ที่ความเร็วรอบโรเตอร์ค่อนข้างต่ำ (สูงสุด 400-500 รอบต่อนาที) ซึ่งช่วยลดความซับซ้อนในการออกแบบเครื่องจักรและฐานรากอย่างมาก และเพิ่มประสิทธิภาพและความปลอดภัยในการปรับสมดุล.
Balancing rigid rotors
Important!
- Balancing only eliminates vibration caused by asymmetrical distribution of the rotor mass relative to its rotational axis. Other types of vibration are not eliminated by balancing!
- Technical mechanisms, whose design ensures the absence of resonances at the operating frequency of rotation, reliably fixed on the foundation, installed in serviceable bearings, are subject to balancing.
- Defective machinery must be repaired before balancing. Otherwise, quality balancing is not possible.
Balancing is no substitute for repair!
The main task of balancing is to find the mass and location of compensating weights that are subject to balancing centrifugal forces.
As mentioned above, for rigid rotors, it is generally necessary and sufficient to install two compensating weights. This will eliminate both static and dynamic unbalance of the rotor. The general scheme for measuring vibration during balancing is as follows.
Vibration sensors are installed on the bearing supports at points 1 and 2. A revolution marker is attached to the rotor, usually with reflective tape. The RPM mark is used by the laser tachometer to determine the rotor speed and phase of the vibration signal.
วิธีการปรับสมดุลแบบไดนามิก (วิธีสามรอบ)
In most cases dynamic balancing is carried out by the method of three starts. The method is based on the fact that test weights of known weight are placed on the rotor in series in plane 1 and 2 and the weights and the location of the balancing weights are calculated based on the results of changes in the vibration parameters.
The place of installation of weights is called the correction plane. Usually the correction planes are selected in the area of the bearing supports on which the rotor is installed.
At the first start-up the initial vibration is measured. Then a test weight of known weight is placed on the rotor closer to one of the bearings. A second start-up is carried out and the vibration parameters are measured, which should change due to the test weight installation. Then the test weight in the first plane is removed and installed in the second plane. A third test run is performed and the vibration parameters are measured. The test weight is removed and the software automatically calculates the masses and installation angles of the balance weights.
The point of installing the test weights is to determine how the system reacts to changes in imbalance. The weights and locations of the test weights are known, so the software can calculate so called influence coefficients, showing how introducing a known imbalance affects the vibration parameters. The influence coefficients are characteristics of the mechanical system itself and depend on the rigidity of the supports and the mass (inertia) of the rotor-support system.
For the same type of mechanisms of the same design the influence coefficients will be close. It is possible to save them in the computer memory and use them for balancing of the same-type mechanisms without test runs, which significantly increases the productivity of balancing. Note that the mass of test weights should be chosen such that the vibration parameters change noticeably when test weights are installed. Otherwise, the error of calculation of influence coefficients increases and the quality of balancing deteriorates.
As you can see from Fig. 1, the centrifugal force acts in the radial direction, i.e. perpendicular to the rotor axis. Therefore, the vibration sensors must be installed so that their axis of sensitivity also points in the radial direction. Usually, the stiffness of the foundation in the horizontal direction is less, so the vibration in the horizontal direction is higher. Therefore, in order to increase the sensitivity, the sensors should be installed so that their axis of sensitivity is also directed horizontally. Although there is no fundamental difference. In addition to vibration in the radial direction, vibration in the axial direction, along the rotor rotation axis, must be monitored. This vibration is usually not caused by unbalance, but by other causes, mainly related to misalignment and misalignment of the shafts connected through the coupling.
การสั่นสะเทือนนี้ไม่สามารถกำจัดได้ด้วยการปรับสมดุลเพียงอย่างเดียว ในกรณีนี้จำเป็นต้องทำการจัดแนวแกน ในทางปฏิบัติ เครื่องจักรดังกล่าวโดยทั่วไปมักมีความไม่สมดุลของโรเตอร์และการจัดแนวแกนที่ไม่ถูกต้อง ซึ่งทำให้การกำจัดการสั่นสะเทือนทำได้ยากขึ้นมาก ในกรณีเช่นนี้ จำเป็นต้องจัดตำแหน่งศูนย์กลางของเครื่องจักรให้เรียบร้อยก่อน แล้วจึงทำการปรับสมดุล (อย่างไรก็ตาม หากมีความไม่สมดุลของแรงบิดอย่างมาก การสั่นสะเทือนก็อาจเกิดขึ้นในทิศทางตามแนวแกนเนื่องจากการ "บิด" ของโครงสร้างฐานราก)
บทความที่เกี่ยวข้อง (ตัวอย่างของขาตั้งทรงตัว)
เกณฑ์การประเมินคุณภาพกลไกการสมดุล
The balancing quality of rotors (mechanisms) can be evaluated in two ways. The first method involves comparing the amount of residual unbalance determined during the balancing process with the tolerance for residual unbalance. These tolerances for the different rotor classes are specified in ISO 1940-1-2007. Part 1. Definition of allowable unbalance.
However, compliance with the specified tolerances cannot fully guarantee the operational reliability of the mechanism, associated with the achievement of the minimum level of its vibration. This is explained by the fact that the magnitude of vibration of the mechanism is determined not only by the magnitude of the force associated with the residual unbalance of its rotor, but also depends on several other parameters, including: the rigidity k of the mechanism structural elements, its mass m, the damping factor, as well as the rotation frequency. Therefore, to estimate dynamic qualities of the mechanism (including quality of its balance) in a number of cases it is recommended to estimate the level of residual vibration of the mechanism, which is regulated by a number of standards.
The most common standard, which regulates the admissible levels of vibration of mechanisms is ISO 10816-3-2002. With its help, it is possible to set tolerances for any type of machines, taking into account the power of their electric drive.
In addition to this universal standard, there is a number of specialized standards developed for specific types of machines. For example, 31350-2007 , ISO 7919-1-2002, etc.
มาตรฐานและเอกสารอ้างอิง
- ISO 1940-1:2007. การสั่นสะเทือน ข้อกำหนดสำหรับคุณภาพการปรับสมดุลของโรเตอร์แบบแข็ง ส่วนที่ 1 การกำหนดค่าความไม่สมดุลที่อนุญาต.
- ใบรับรอง ISO10816-3:2009. การสั่นสะเทือนเชิงกล — การประเมินการสั่นสะเทือนของเครื่องจักรโดยการวัดบนชิ้นส่วนที่ไม่หมุน — ตอนที่ 3: เครื่องจักรอุตสาหกรรมที่มีกำลังไฟฟ้าระบุมากกว่า 15 กิโลวัตต์ และความเร็วระบุระหว่าง 120 รอบ/นาที ถึง 15,000 รอบ/นาที เมื่อวัดในสถานที่จริง.
- ISO 14694:2003. พัดลมอุตสาหกรรม — ข้อกำหนดด้านคุณภาพการทรงตัวและระดับการสั่นสะเทือน.
- ISO 7919-1:2002. การสั่นสะเทือนของเครื่องจักรที่ไม่มีการเคลื่อนที่แบบลูกสูบ — การวัดบนเพลาหมุนและเกณฑ์การประเมิน — คำแนะนำทั่วไป.
คำถามที่พบบ่อย
การปรับสมดุลช่วยขจัดแรงสั่นสะเทือนทั้งหมดได้หรือไม่?
ไม่ การปรับสมดุลช่วยขจัดแรงสั่นสะเทือนที่เกิดจากการกระจายมวลของโรเตอร์ที่ไม่สมมาตรเมื่อเทียบกับแกนหมุน แรงสั่นสะเทือนจากความคลาดเคลื่อนของแนวแกน ข้อบกพร่องของแบริ่ง แรงทางอากาศพลศาสตร์/อุทกพลศาสตร์ แรงทางแม่เหล็กไฟฟ้า และสาเหตุอื่นๆ จำเป็นต้องมีการวินิจฉัยและแก้ไขแยกต่างหาก.
เหตุใดการปรับสมดุลจึงอาจล้มเหลวเมื่ออยู่ใกล้จุดเรโซแนนซ์?
ใกล้จุดเรโซแนนซ์ การเปลี่ยนแปลงความเร็วเพียงเล็กน้อยอาจทำให้แอมพลิจูดการสั่นสะเทือนเปลี่ยนแปลงอย่างมาก และเกิดการเลื่อนเฟสถึง 180 องศา ในสภาวะเช่นนี้ ผลการวัดจะไม่มีเสถียรภาพ และขั้นตอนการปรับสมดุลแบบเดิมอาจไม่สามารถหาค่าที่เสถียรได้หากไม่มีวิธีการพิเศษ.
เมื่อใดที่คุณต้องการการปรับสมดุลแบบระนาบเดียว เทียบกับการปรับสมดุลแบบสองระนาบ?
สำหรับโรเตอร์แบบแข็ง การติดตั้งตุ้มถ่วงสองอันที่แยกจากกันตามความยาวของโรเตอร์นั้นโดยทั่วไปแล้วเพียงพอต่อการขจัดความไม่สมดุลทั้งแบบสถิตและแบบไดนามิก โรเตอร์แบบแคบมักแสดงความไม่สมดุลแบบสถิตเป็นส่วนใหญ่ แต่การเสียรูปและรูปทรงเรขาคณิตอาจทำให้เกิดส่วนประกอบแบบไดนามิกซึ่งอาจต้องใช้การแก้ไขในสองระนาบ.
ควรทำอะไรบ้างก่อนทำการปรับสมดุล?
ตรวจสอบให้แน่ใจว่าเครื่องจักรอยู่ในสภาพพร้อมใช้งาน: ติดตั้งบนฐานอย่างมั่นคง ตลับลูกปืนอยู่ในสภาพดี ไม่มีส่วนใดหลวมมากเกินไป และไม่มีแหล่งที่มาของความไม่เป็นเชิงเส้นที่เห็นได้ชัด การปรับสมดุลไม่ใช่สิ่งที่ทดแทนการซ่อมแซมได้.
ประเด็นสำคัญ
- การปรับสมดุลจะช่วยแก้ไขการกระตุ้นที่เกี่ยวข้องกับมวล (แรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลาง) แต่จะไม่สามารถแก้ไขปัญหาการจัดแนวที่ไม่ถูกต้อง ความเสียหายของแบริ่ง หรือแหล่งกำเนิดคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า/อากาศพลศาสตร์ได้.
- ปรากฏการณ์เรโซแนนซ์และความไม่เป็นเชิงเส้นอาจทำให้การปรับสมดุลแบบเดิมไม่ได้ผลหรืออาจก่อให้เกิดอันตรายได้.
- สำหรับโรเตอร์แบบแข็ง การปรับสมดุลแบบสองระนาบเป็นวิธีแก้ปัญหาทั่วไปสำหรับความไม่สมดุลทั้งแบบสถิตและแบบไดนามิก.
EN 
AR 
AZ 
BG 
ZH 
HR 
CS 
DA 
NL 
ET 
FI 
FR 
DE 
KA 
EL 
HE 
HI 
HU 
ID 
IT 
JA 
KO 
LV 
LT 
MS 
NB 
FA 
PL 
PT_BR 
PT 
RO 
SR 
SK 
SL 
ES 
SV 
TH 
TR 
UR 
UK 
VI 