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 відсуває ротор від його центру і змушує всю машину вібрувати. Це зміщення центру маси від геометричного центру є 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 підпис настільки послідовний — це одна з головних причин, чому він є природною відправною точкою в аналіз вібрації:
- Частота: вібрація дорівнює точно 1× швидкість обертання (the робоча швидкість). Збільшуйте або зменшуйте швидкість машини — пік буде ідеально слідувати за нею.
- Напрямок: енергія переважно радіальний — 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 показники є стабільними та відтворюваними, що й дозволяє визначити місце розташування зони підвищеної концентрації.
Оскільки домінуючий пік 1× може також виникати внаслідок невідповідність, 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 механічна розхитаність.
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.
Дисбаланс у стосунках
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 бути вродженим 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 носити 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: Випадання балансира або поломка лопаті миттєво призводить до серйозного порушення рівноваги.
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 шахти, 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 цій галузі
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 заданий кут нахилу та робочу швидкість у допустиме значення g·мм на площину.
На зібраній машині роботи виконуються безпосередньо на місці, а не на балансувальна машина. Портативний двоканальний аналізатор, такий як Балансет-1а вимірює амплітуду та фазу 1×, обчислює коефіцієнти впливу від пробна вага, а також обчислює масу та кут кожного корекційна вага для одно- або двоплощинних балансування поля. 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.
