Розуміння багатоплощинного балансування
Визначення: Що таке багатоплощинне балансування?
Багатоплощинне балансування є передовим балансування процедура, яка використовує три або більше площини корекції розподілені вздовж довжини ротора для досягнення прийнятного рівня вібрації. Цей метод необхідний для гнучкі ротори— ротори, які значно згинаються або вигинаються під час роботи, оскільки вони обертаються зі швидкостями вище одиниці або більше критичні швидкості.
Поки балансування у двох площинах достатньо для більшості жорстких роторів, багатоплощинне балансування розширює принцип, щоб врахувати складні форми відхилення (форми мод), які гнучкі ротори демонструють на високих швидкостях.
Коли потрібне багатоплощинне балансування?
Багатоплощинне балансування стає необхідним у кількох конкретних ситуаціях:
1. Гнучкі ротори, що працюють на швидкостях вище критичних
Найпоширеніше застосування — для гнучкі ротори—довгі, тонкі ротори, що працюють на швидкостях, вищих за їхню першу (а іноді й другу чи третю) критичну швидкість. Приклади включають:
- Ротори парових та газових турбін
- Вали високошвидкісних компресорів
- Рулони папероробної машини
- Великі ротори генератора
- Ротори центрифуг
- Високошвидкісні шпинделі
Ці ротори зазнають значного вигину під час роботи, а форма їхнього відхилення змінюється залежно від швидкості обертання та збудженого режиму. Двох площин корекції просто недостатньо для контролю вібрації на всіх робочих швидкостях.
2. Дуже довгі жорсткі ротори
Навіть деякі жорсткі ротори, якщо вони надзвичайно довгі відносно свого діаметра, можуть отримати користь від трьох або більше площин корекції, щоб мінімізувати вібрацію в кількох місцях підшипників вздовж вала.
3. Ротори зі складним розподілом маси
Ротори з кількома дисками, колесами або робочими колесами в різних осьових положеннях можуть вимагати індивідуального балансування кожного елемента, що призводить до процедури балансування в кількох площинах.
4. Коли двоплощинне балансування виявляється недостатнім
Якщо спроба балансування у двох площинах зменшує вібрацію в місцях вимірювання підшипників, але вібрація залишається високою в проміжних місцях вздовж ротора (наприклад, при прогині в середині прольоту), можуть знадобитися додаткові площини корекції.
Завдання: динаміка гнучкого ротора
Гнучкі ротори створюють унікальні проблеми, які ускладнюють багатоплощинне балансування:
Форми режиму
Коли гнучкий ротор проходить через критична швидкість, він вібрує за певною схемою, яка називається формою моди. Перша мода зазвичай показує вигин вала по одній плавній дузі, друга мода показує S-подібну криву з вузловою точкою посередині, а вищі моди показують дедалі складніші форми. Кожна мода вимагає певного розподілу коригувальної ваги.
Поведінка, залежна від швидкості
Реакція на дисбаланс гнучкого ротора різко змінюється зі швидкістю. Корекція, яка добре працює на одній швидкості, може бути неефективною або навіть контрпродуктивною на іншій. Багатоплощинне балансування повинно враховувати весь робочий діапазон швидкостей.
Ефекти перехресного зв'язку
При багатоплощинному балансуванні коригувальна вага в будь-якій площині впливає на вібрацію в усіх точках вимірювання. При трьох, чотирьох або більше коригувальних площинах математичні співвідношення стають значно складнішими, ніж при двоплощинному балансуванні.
Процедура багатоплощинного балансування
Процедура подовжує метод коефіцієнтів впливу використовується в двоплощинному балансуванні:
Крок 1: Початкові вимірювання
Виміряйте вібрацію в кількох місцях вздовж ротора (зазвичай на кожному підшипнику, а іноді й у проміжних місцях) на робочій швидкості, що вас цікавить. Для гнучких роторів вимірювання може знадобитися проводити на кількох швидкостях.
Крок 2: Визначення площин корекції
Визначте N площин корекції, на які можна додати вантажі. Їх слід розподілити вздовж довжини ротора в доступних місцях, таких як муфтові фланці, ободи коліс або спеціально розроблені балансувальні кільця.
Крок 3: Послідовні запуски з пробною вагою
Виконайте N пробних запусків, кожен з яких має пробна вага в одній площині корекції. Наприклад, з чотирма площинами корекції:
- Виконання 1: Пробна вага лише в площині 1
- Виконання 2: Пробна вага лише в площині 2
- Виконання 3: Пробна вага лише в площині 3
- Виконання 4: Пробна вага лише в площині 4
Під час кожного запуску вимірюйте вібрацію у всіх точках розташування датчиків. Це створює повну матрицю коефіцієнтів впливу, яка описує, як кожна площина корекції впливає на кожну точку вимірювання.
Крок 4: Розрахунок коригувальних ваг
Програмне забезпечення для балансування розв'язує систему з N одночасних рівнянь (де N – кількість площин корекції) для обчислення оптимального коригувальні ваги для кожної площини. Цей розрахунок використовує матричну алгебру та є надто складним для виконання вручну — необхідне спеціалізоване програмне забезпечення.
Крок 5: Встановлення та перевірка
Встановіть усі розраховані коригувальні вантажі одночасно та перевірте рівні вібрації. Для гнучких роторів перевірку слід проводити в усьому діапазоні робочих швидкостей, щоб забезпечити прийнятну вібрацію на всіх швидкостях.
Балансування видів транспорту: альтернативний підхід
Для високогнучких роторів використовується вдосконалена технологія, яка називається балансування видів транспорту може бути ефективнішим, ніж звичайне багатоплощинне балансування. Модальне балансування спрямоване на конкретні режими коливань, а не на конкретні швидкості. Розраховуючи коригувальні ваги, які відповідають природній формі мод ротора, можна досягти кращих результатів з меншою кількістю пробних запусків. Однак цей метод вимагає складних інструментів аналізу та глибокого розуміння динаміки ротора.
Складність та практичні міркування
Багатоплощинне балансування значно складніше, ніж двоплощинне:
Кількість пробних запусків
Кількість необхідних пробних запуску лінійно зростає з кількістю площин. Чотириплощинне балансування вимагає чотирьох пробних запуску плюс початковий та перевірочний запуску — загалом шість пусків та зупинок. Це збільшує вартість, час та знос машини.
Математична складність
Розв'язання задачі для N коригувальних ваг вимагає інвертування матриці N×N, що є обчислювально ресурсоємним і може бути чисельно нестабільним, якщо вимірювання є шумними або якщо площини корекції розташовані неправильно.
Точність вимірювання
Оскільки багатоплощинне балансування залежить від розв'язання багатьох рівнянь одночасно, похибки вимірювання та шум мають більший вплив, ніж при двоплощинному балансуванні. Високоякісні датчики та ретельний збір даних є важливими.
Доступність площини корекції
Знаходження N доступних та ефективних місць розташування площин корекції може бути складним завданням, особливо на верстатах, які спочатку не були розроблені для багатоплощинного балансування.
Вимоги до обладнання та програмного забезпечення
Для багатоплощинного балансування потрібне:
- Розширене програмне забезпечення для балансування: Здатний працювати з матрицями коефіцієнтів впливу розміру N×N та розв'язувати системи складних векторних рівнянь.
- Кілька датчиків вібрації: Рекомендується використовувати щонайменше N датчиків (по одному на місце вимірювання), хоча деякі прилади можуть працювати з меншою кількістю датчиків, переміщуючи їх між прогонами.
- Тахометр/Кейфазор: Необхідно для точного фаза вимірювання.
- Досвідчений персонал: Складність багатоплощинного балансування вимагає від техніків підвищеної кваліфікації в галузі динаміки ротора та аналізу вібрацій.
Типові застосування
Багатоплощинне балансування є стандартною практикою в галузях промисловості з високошвидкісним обладнанням:
- Виробництво електроенергії: Великі паро- та газотурбінні генераторні установки
- Нафтохімічна промисловість: Високошвидкісні відцентрові компресори та турбодетандери
- Целюлозно-паперова промисловість: Довгі рулони сушарки для папероробних машин та рулони календарів
- Аерокосмічна галузь: Ротори авіаційних двигунів та турбомашини
- Виробництво: Шпинделі високошвидкісних верстатів
У цих випадках інвестиції в багатоплощинне балансування виправдовуються критичністю обладнання, наслідками відмови та підвищенням експлуатаційної ефективності завдяки роботі з мінімальною вібрацією.
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 