Hiểu về sự mất cân bằng trong máy móc quay
Mất cân bằng (được sử dụng thay thế cho sự mất cân bằng) là tình trạng trong một rôto trong đó tâm khối lượng không nằm trên trục quay. Độ lệch đó — sự lập dị — có nghĩa là khối lượng được phân bố không đều xung quanh trục. Khi rotor quay, khối lượng lệch khỏi tâm bị đẩy ra ngoài bởi lực ly tâm, tạo ra một tải quay tác động lên các ổ và toàn bộ máy. Mất cân bằng là nguyên nhân phổ biến nhất rung động trong thiết bị quay, và đó là lỗi cân bằng tồn tại để điều chỉnh.
1. Định nghĩa và Vật lý Cơ sở
Về mặt định lượng, mất cân bằng U là tích của khối lượng chênh lệch và bán kính của nó từ trục — một điểm nặng với khối lượng m nằm ở bán kính r cho U = m·r, được biểu thị trong gam-milimét (g·mm) hoặc gram-inch. Nó cũng có thể được viết tương đương là tổng khối lượng rotor nhân với độ lệch tâm của trọng tâm (U = M·e). Điều quan trọng về cơ học là lực mà nó tạo ra. Lực ly tâm tăng với bình phương tốc độ góc:
F = m · r · ω² — tăng gấp đôi tốc độ và lực gây rối gấp bốn lần.
Mối quan hệ bình phương này là lý do tại sao một rotor chạy êm từ tay có thể rung động mạnh mẽ ở tốc độ vận hành, và lý do tại sao các máy nhanh phải được cân bằng chính xác hơn nhiều so với máy chậm. Lực quay với trục, do đó nó kích động cấu trúc một lần trên mỗi vòng quay — nguồn gốc của chữ ký không thể nhầm lẫn của mất cân bằng’s.
2. Chữ Ký Rung Động Cổ Điển
Mất cân bằng là một trong những lỗi dễ chẩn đoán nhất vì dấu vân tay của nó rất nhất quán:
- Tần số: rung động xuất hiện chính xác ở 1× tốc độ quay (the tốc độ vận hành). Thay đổi tốc độ và đỉnh theo dõi nó chính xác — một đặc điểm xác định phân biệt nó với nhiều lỗi khác.
- Phương hướng: năng lượng chủ yếu là xuyên tâm (ngang và dọc), với rất ít trục (đẩy) nội dung.
- Biên độ: nó tỷ lệ thuận với bình phương tốc độ — tăng gấp đôi RPM sẽ tăng phản ứng gấp bốn lần, như vật lý ở trên dự đoán.
- Pha: vòng quay thứ 1× pha chỉ số ổn định và có thể lặp lại, đó chính xác là điều làm cho điểm nặng có thể định vị và sửa chữa được.
Cặp biên độ và pha ổn định đó là nguyên liệu thô cho sửa chữa: biết phản ứng 1× lớn bao nhiêu và Ở đâu nó chỉ cho phép một nhà phân tích tính toán kích thước và góc của quả cân đối trọng cần thiết. Một đỉnh 1× tinh khiết với rung động trục thấp chỉ ra mất cân bằng; một thành phần 2× mạnh mẽ thay vào đó gợi ý sự không thẳng hàng hoặc sự lỏng lẻo.
3. Ba Loại Mất Cân Bằng
mất cân bằng tĩnh
Còn gọi là “mất cân bằng lực,” đây là trường hợp đơn giản nhất: khối lượng bị chênh lệch trong một mặt phẳng duy nhất, giống như một điểm nặng trên đĩa mỏng. Nó được gọi là tĩnh vì nó xuất hiện với rotor đang đứng yên — đặt trên các cạnh dao không ma sát, rotor lăn cho đến khi điểm nặng ổn định ở dưới. Nó được sửa chữa bằng một quả cân duy nhất được đặt 180° đối diện với điểm nặng, lĩnh vực của cân bằng mặt phẳng đơn.
Mất cân bằng ngẫu lực
Ở đây hai điểm nặng bằng nhau nằm ở hai đầu đối diện của rôtor, cách nhau 180°. Chúng triệt tiêu như một lực thuần nhưng tạo ra một ngẫu lực — một mô men lắc cố gắng xoay rôtor theo kiểu lộn nhào. Một rôtor với mất cân bằng cặp tinh khiết được cân bằng tĩnh (nó sẽ không lăn trên các cạnh dao) nhưng rung lắc mạnh khi quay. Sửa chữa cần hai trọng lượng ở hai mặt phẳng riêng biệt để chống lại mô men lắc.
Mất cân bằng động
Tình trạng được tìm thấy trong hầu hết các máy thực tế, mất cân bằng động là sự kết hợp của các thành phần tĩnh và cặp. Sửa chữa nó yêu cầu thay đổi khối lượng trong ít nhất hai mặt phẳng dọc theo rôtor — quá trình cân bằng động (hai mặt phẳng). Một trường hợp liên quan chặt chẽ, trong đó các hiệu ứng tĩnh và cặp chia sẻ cùng một vị trí góc, được gọi là mất cân bằng tựa tĩnh.
4. Các Nguyên Nhân Thường Gặp Của Mất Cân Bằng
Mất cân bằng có thể có từ sản xuất hoặc phát triển trong quá trình sử dụng. Các nguồn điển hình bao gồm:
- Những khiếm khuyết sản xuất: Độ xốp trong vật đúc, mật độ vật liệu không đồng đều và dung sai gia công.
- Lỗi lắp ráp: các thành phần cài đặt sai, bu lông siết chặt không đều hoặc chìa khóa không thẳng hàng làm thay đổi phân bố khối lượng.
- Mòn và hỏng hóc: mòn không đều, sự ăn mòn hoặc mài mòn trên các cánh quạt và bơm cánh bơm.
- Tích tụ vật liệu: tích tụ bụi bẩn, bụi hoặc sản phẩm trên các rôtor của quạt, quạt thổi và máy ly tâm.
- Hỏng hóc linh kiện: một cân bằng trọng số bị ném hoặc một cánh gãy tạo ra tình trạng mất cân bằng nghiêm trọng ngay lập tức.
5. Tại Sao Sửa Chữa Mất Cân Bằng Là Rất Quan Trọng
Vận hành máy với mất cân bằng đáng kể sẽ làm hư hại nó liên tục, bởi vì lực quay tạo các chu kỳ trong cấu trúc trên mỗi vòng quay:
- Hỏng hóc vòng bi sớm: các vòng bi chịu tải động cao và mòn nhanh.
- Mệt mỏi và nứt vỡ: áp lực tuần hoàn tích lũy Mệt mỏi tổn hại trong trục, móng cọc và cấu trúc.
- Hiệu suất giảm: năng lượng bị phân tán dưới dạng rung lắc và nhiệt thay vì công việc hữu ích.
- Rủi ro an toàn: mất cân bằng nghiêm trọng có thể leo thang thành hỏng hóc thảm họa.
6. Đo, Sửa Chữa Và Dung Sai Mất Cân Bằng
Mất cân bằng được loại bỏ bằng một quy trình cân bằng hệ thống — một trong những cách hiệu quả nhất về chi phí để nâng cao độ tin cậy của máy móc. Trên một máy đã lắp ráp, điều này được thực hiện tại chỗ chứ không phải trên một máy cân bằng. Một máy phân tích hai kênh cầm tay như Balanset-1A đo biên độ 1× và pha, tính toán rôtor’s hệ số ảnh hưởng từ một trọng lượng thử nghiệm, và cho kỹ sư biết khối lượng và góc của sửa chữa cần thiết cho cân bằng một hoặc hai mặt phẳng cân bằng tại hiện trường. Bởi vì nó hoạt động trong các vòng bi của chính máy ở tốc độ hoạt động, nó ghi lại trạng thái chạy thực.
Cân bằng không bao giờ là về đạt đến không — nó là về đưa mất cân bằng dưới một giới hạn xác định. Giới hạn đó đến từ tiêu chuẩn chất lượng cân bằng (cấp G) hệ thống Tiêu chuẩn ISO 21940-11 (tiêu chuẩn này đã thay thế tiêu chuẩn ISO 1940-1 quen thuộc trước đây). Cấp G và tốc độ phục vụ được chuyển đổi thành một mất cân bằng còn lại tính bằng g·mm; một Công cụ tính toán độ lệch dư (ISO 21940-11) chuyển đổi cấp G được chọn và RPM trực tiếp thành hình số cho phép đối với mỗi mặt phẳng.
