Розуміння дисбалансу (незбалансованості) в обертових машинах
Дисбаланс — вживається як синонім дисбаланс — це стан, при якому роторЦентр маси не збігається з віссю обертання. Маса розподілена по валу нерівномірно, тому під час обертання ротора зміщення маси створює сумарний відцентрова сила що відтягує ротор РІС–Рґ Р№РѕРіРѕ центру Р№ змушує РІСЃСЋ машину вібрувати. Це зміщення центру мас РІС–Рґ геометричного центру С” ексцентричність, а вібрація, яку він створює, робить дисбаланс найпоширенішою несправністю в обертовому обладнанні — і зазвичай першою, на наявність якої перевіряє діагностик.
1. Визначення: що є причиною дії сили
Діюча сила — відцентрова: F = m·r·ω², де m·r — це дисбаланс (відхилення маси, помножене на її радіус) і ω — це кутова швидкість. Звідси одразу випливають два наслідки. По-перше, сила обертається разом із валом, тому вона діє на підшипники один раз за оберт. По-друге, вона пропорційна квадрат щодо швидкості — ротор, який нормально працює при повільному обертанні рукою, може стати небезпечним на повних обертах, саме тому якість балансу Зі збільшенням швидкості обертання вимоги до балансування різко зростають. Дисбаланс вимірюється як добуток маси на радіус, зазвичай у грам-міліметрах (г·мм), оскільки на величину сили впливають як відхилення маси від центру, так і відстань від осі.
2. Діагностика дисбалансу: класичні ознаки
Дисбаланс відносно легко виявити, оскільки його вібрація характерна ознака настільки послідовна — це РѕРґРЅР° Р· головних причин, чому саме Р· РЅСЊРѕРіРѕ РїСЂРёСЂРѕРґРЅРѕ починати аналіз вібрації:
- Частота: вібрація припадає точно РЅР° 1× швидкість обертання (the робоча швидкість). Збільшуйте або зменшуйте швидкість машини — пік буде ідеально слідувати за нею.
- Напрямок: енергія переважно радіальному — горизонтальні та вертикальні — зазвичай з невеликою осьовий (осьові) вібрації.
- Амплітуда: пропорційно до квадрата швидкості обертання, тому подвоєння швидкості приблизно вчетверо збільшує силу дисбалансу та відповідну вібрацію.
- Фаза: 1× фаза показання С” стабільними та відтворюваними, що Р№ дозволяє локалізувати важке місце.
Оскільки домінуючий пік 1× може також виникати внаслідок неспіввісність, a зігнутий вал або резонанс, ретельний аналітик підтверджує дисбаланс за допомогою його whole шаблон: високий 1×, низький гармоніки, переважно радіальна енергія, та стабільна фаза. Натомість значний компонент 2× вказує на можливе зміщення або механічне послаблення.
3. Три типи дисбалансу
Статичний дисбаланс
Це явище, яке також називають «дисбалансом сил», є найпростішим типом, коли маса зміщена в одній площині — уявіть собі одну важку точку на тонкому диску. Воно є «статичним», оскільки проявляється у стані спокою: утримуючись на лезах ножа без тертя, ротор обертається, доки важка точка не опиниться внизу. Один-єдиний вантаж, розміщений на відстані 180° навпроти важкої точки, виправляє цей дисбаланс, що належить до сфери балансування в одній площині.
Моментний дисбаланс
Дві однакові точки зосередження ваги, розташовані на протилежних кінцях ротора під кутом 180°, взаємно компенсують одна одну як сумарна сила, але утворюють пара — момент, що викликає коливання і змушує ротор перевертатися. Такий ротор є статично збалансованим (він не перевертається на тонких гранях), проте під час роботи сильно вібрує, і для компенсації цього моменту потрібні два коригувальні противаги, розміщені в двох різних площинах.
Динамічний дисбаланс
Динамічний дисбаланс — явище, що спостерігається майже у всіх реальних механізмах, — поєднує в собі статичні ефекти та ефекти крутного моменту. Для його усунення необхідні зміни маси щонайменше у двох площинах вздовж ротора — динамічне (двоплощинне) балансування. У тому випадку, коли кутові складові статичного та крутного моментів збігаються, цей особливий випадок називається квазістатичний дисбаланс.
4. Найпоширеніші причини
Дисбаланс може існувати з моменту виготовлення або виникнути в процесі експлуатації. До найпоширеніших причин належать:
- Виробничі дефекти: Пористість у виливках, нерівномірна щільність матеріалу та допуски на обробку.
- Помилки при складанні: неправильно встановлені компоненти, нерівномірно затягнуті болти або неправильно вирівняні шпонки.
- Зношеність: нерівномірна ерозія, корозія або зношування на лопатях вентилятора та насосі робочі колеса.
- Нагромадження матеріалу: бруд, пил або залишки продукту, що накопичуються на роторах вентиляторів, повітродувок та центрифуг.
- Вихід з ладу компонента: Р’С–РґСЂРёРІ балансувального вантажу або поломка лопаті миттєво створює сильний дисбаланс.
5. Чому так важливо виправляти дисбаланс
Експлуатація машини зі значним дисбалансом поступово призводить до її пошкодження, оскільки циклічна сила створює навантаження на конструкцію під час кожного оберту:
- Передчасний вихід підшипника з ладу: підшипники піддаються значним динамічним навантаженням і швидко зношуються.
- Зношування та утворення тріщин: накопичується постійний стрес втома пошкодження вала, фундаменту та прилеглих елементів.
- Зниження ефективності: енергія розсіюється у вигляді вібрації та тепла, замість того щоб перетворюватися на корисну потужність.
- Ризики для безпеки: У крайньому випадку серйозний дисбаланс може призвести до катастрофічної аварії.
6. Усунення дисбалансу в польових умовах
Дисбаланс усувається за допомогою систематичних балансування процедура — один із найефективніших окремих заходів для підвищення надійності обладнання. Мета полягає не в досягненні нульового дисбалансу, а в забезпеченні невеликого, визначеного залишковий дисбаланс у межах допуску. Прийняті межі випливають із G-клас система ISO 21940-11 (яка замінила старий стандарт ISO 1940-1); отримані значення вібрації потім порівнюють із граничними значеннями інтенсивності, визначеними в ISO 20816 (сучасний наступник стандарту ISO 10816). Безкоштовний Калькулятор залишкового дисбалансу (ISO 21940-11) перетворює вибраний клас якості та робочу швидкість Сѓ допустиме значення gВ·РјРј РЅР° площину.
На зібраній машині роботи виконуються безпосередньо на місці, а не на балансувальна машина. Портативний двоканальний аналізатор, такий як Balanset-1A РІРёРјС–СЂСЋС” амплітуду та фазу 1Г—, обчислює дисбаланс ротора коефіцієнти впливу від пробний вантаж, а також обчислює масу та кут кожного коригувальний вантаж для одно- або двоплощинних балансування на місці. Оскільки це відбувається у власних підшипниках машини на робочій швидкості, це дозволяє як усунути дисбаланс, так і переконатися, що залишковий дисбаланс не перевищує встановлених норм ISO.
