Cân bằng rôto là gì?

Câu trả lời nhanh

Rotor balancing Đó là quá trình cải thiện sự phân bố khối lượng của một vật thể quay sao cho tâm khối lượng của nó trùng với trục quay hình học. Điều này giúp giảm thiểu lực ly tâm, giảm rung động., mang tải trọng, tiếng ồn và mức tiêu thụ năng lượng. Việc hiệu chỉnh được thực hiện bằng cách thêm hoặc bớt trọng lượng tại các vị trí và góc cụ thể, dựa trên các phép đo độ rung và phân tích pha. Tiêu chí chấp nhận được xác định bởi Tiêu chuẩn ISO 1940-1 (ISO 21940-11) Điểm G. Hai loại đó là tĩnh (một mặt phẳng) dành cho rôto dạng đĩa và động (hai mặt phẳng) Dành cho rôto hình trụ dài.

Mất cân bằng Đây là nguồn gây rung động phổ biến nhất trong các máy móc quay. Khi sự phân bố khối lượng không hoàn hảo — do dung sai sản xuất, tính không đồng nhất vật liệu, ăn mòn, tích tụ cặn hoặc hư hỏng — các lực ly tâm được tạo ra, tăng theo bình phương tốc độ. Một sự mất cân bằng nhỏ ở tốc độ thấp có thể trở nên phá hủy ở tốc độ cao.

Việc cân bằng giải quyết vấn đề này bằng cách đo lường phản ứng rung động một cách lặp đi lặp lại và điều chỉnh sự phân bố khối lượng cho đến khi đạt được trạng thái cân bằng dư. mất cân bằng nằm trong giới hạn cho phép. Đây vừa là quy trình sản xuất (trên máy cân bằng tại xưởng) vừa là quy trình bảo trì (cân bằng tại hiện trường trên thiết bị đã lắp đặt).

Phương pháp hệ số ảnh hưởng

Công nghệ cân bằng hiện đại — cả trên máy móc chuyên dụng và ngoài hiện trường — sử dụng phương pháp hệ số ảnh hưởng (trọng số thử nghiệm). Nguyên lý vật lý: nếu ta biết một khối lượng xác định ở một vị trí xác định làm thay đổi độ rung như thế nào, ta có thể tính toán khối lượng và vị trí cần thiết để triệt tiêu sự mất cân bằng ban đầu.

Hệ số ảnh hưởng
α = (Vphiên tòa − Vban đầu) / T
α = hệ số ảnh hưởng (dao động trên mỗi đơn vị mất cân bằng) | V = vectơ dao động (biên độ∠pha) | T = vectơ trọng lượng thử nghiệm (khối lượng∠góc)
Tính toán hiệu chỉnh
C = −Vban đầu / α
C = vectơ trọng lượng hiệu chỉnh (khối lượng∠góc) — trọng lượng tạo ra dao động bằng và ngược hướng với Vban đầu

Đối với việc cân bằng hai mặt phẳng, hệ thống trở thành ma trận 2×2 (bốn hệ số ảnh hưởng thể hiện sự tương tác chéo giữa các mặt phẳng), nhưng nguyên tắc vẫn giống nhau. Balanset-1A Nó tự động giải quyết vấn đề này — người vận hành chỉ cần chạy máy và gắn các quả cân thử nghiệm.

Lựa chọn trọng lượng thử nghiệm

Trọng lượng thử nghiệm phải tạo ra sự thay đổi đáng kể về độ rung (lý tưởng là 10–30% so với mức ban đầu) mà không tạo ra tải trọng nguy hiểm. Một ước tính ban đầu hữu ích:

Ước tính trọng lượng thử nghiệm
mphiên tòa ≈ (10 × M) / (R × (n/1000)²)
m tính bằng gam | M = khối lượng rôto (kg) | R = bán kính thử nghiệm (mm) | n = vòng/phút — quy tắc ước lượng cho độ mất cân bằng xấp xỉ 10% của G 6.3

Khi nào cần cân bằng — Dấu ấn rung động

Làm sao bạn biết rung động là do mất cân bằng chứ không phải do nguyên nhân nào khác? sự không thẳng hàng, lỏng lẻo, hoặc khuyết tật ổ trục?

Dấu hiệu rung động mất cân bằng

Tính thường xuyên: Đỉnh trội nằm chính xác ở tốc độ quay 1× RPM (tốc độ vận hành) trong FFT spectrum.

Phương hướng: Chủ yếu là hướng tâm (ngang và dọc). Thành phần hướng trục nhỏ.

Phase: Góc pha ổn định, có thể lặp lại ở mức 1×. Pha không bị lệch theo thời gian.

Sự phụ thuộc vào tốc độ: Biên độ tăng theo bình phương của tốc độ (tỷ lệ thuận với ω²).

Ngược lại với sự sai lệch: Sự lệch trục tạo ra các thành phần 2× và/hoặc 1× đáng kể. Các khuyết tật của ổ trục tạo ra các tần số không đồng bộ.

Trước khi cân bằng, hãy luôn xác minh chẩn đoán. Balanset-1A Máy phân tích phổ (chế độ F1) hiển thị đầy đủ FFT phổ, cho phép xác nhận rằng 1× chiếm ưu thế trước khi tiến hành cân bằng.

Phương pháp hiệu chỉnh

Thêm khối lượng

  • Tạ kẹp: Các quả tạ bằng kẽm hoặc thép có kẹp lò xo. Thường dùng cho quạt, bánh xe. Nhanh chóng, không cố định.
  • Tạ gắn ngoài: Các quả cân chính xác được cố định bằng bu lông trong các lỗ ren hoặc rãnh chữ T. Tiêu chuẩn cho các rôto và tuabin lớn.
  • Tạ hàn: Các tấm hoặc thanh thép được hàn điểm vào rôto. Có tính vĩnh cửu. Thường được sử dụng cho quạt công nghiệp hạng nặng và rôto máy nghiền.
  • Keo epoxy/bột trét: Keo hai thành phần có chứa chất độn kim loại. Thích hợp cho các bề mặt không bằng phẳng. Chỉ sử dụng được ở nhiệt độ trung bình.
  • Vít cố định: Được vặn vào các lỗ xuyên tâm. Thường dùng trên các khớp nối và trục chính. Có thể điều chỉnh.

Loại bỏ khối lượng

  • Khoan: Loại bỏ vật liệu từ điểm nặng. Kiểm soát chính xác khối lượng vật liệu được loại bỏ (khối lượng = mật độ × thể tích). Không thể đảo ngược.
  • Nghiền/xay: Loại bỏ vật liệu khỏi vành hoặc bề mặt. Thường gặp trên bánh xe tuabin, đĩa phanh.

Phân chia trọng lượng

Khi góc tính toán chính xác nằm giữa các vị trí có thể tiếp cận (ví dụ: giữa các lỗ bu lông trên khớp nối), sự hiệu chỉnh sẽ được chia đều giữa hai vị trí liền kề bằng cách sử dụng phép phân tích vectơ. Balanset-1A Bao gồm một công cụ tính toán phân chia trọng lượng tự động.

Cân bằng trường (Tại chỗ)

Cân bằng từ trường có nghĩa là cân bằng rôto. mà không cần tháo nó ra khỏi máy. Điều này giúp loại bỏ thời gian ngừng hoạt động để tháo dỡ và tính đến các điều kiện vận hành thực tế (sự căn chỉnh, tải trọng trước của ổ trục, ảnh hưởng của nền móng) mà việc cân bằng tại xưởng không thể mô phỏng được.

Bộ dụng cụ cân bằng trường Balanset-1A

The Balanset-1A Đây là một hệ thống cân bằng tại hiện trường di động hoàn chỉnh: máy phân tích rung động 2 kênh, máy đo tốc độ laser, tích hợp sẵn... ISO 1940 Máy tính dung sai, chế độ cân bằng một mặt phẳng (F2) và hai mặt phẳng (F3), phân chia trọng lượng tự động và tạo báo cáo cân bằng chính thức (F6). Độ chính xác đo: vận tốc ±5%, pha ±1°. Thích hợp cho G 16 đến G 2.5.

The Balanset-4 Mở rộng lên 4 kênh cho các rôto đa ổ trục phức tạp hoặc giám sát đồng thời nhiều máy móc.

Ưu điểm của cân bằng trường

  • Không cần tháo rời: Giúp tiết kiệm hàng giờ hoặc thậm chí nhiều ngày thời gian ngừng hoạt động cho các máy móc lớn.
  • Điều kiện vận hành thực tế: Bao gồm sự thẳng hàng, tải trọng trước của ổ trục, trạng thái nhiệt, ảnh hưởng của nền móng.
  • Cân bằng lại: Khắc phục sự mất cân bằng do quá trình lắp ráp gây ra mà việc cân bằng tại xưởng không thể giải quyết được.
  • Kiểm tra sau bảo trì: Kiểm tra nhanh sau khi thay cánh quạt, thay khớp nối hoặc đại tu ổ bi.

Tiêu chuẩn và dung sai

Cân bằng không phải là "tốt nhất có thể" mà là "trong phạm vi cho phép". Phạm vi cho phép được xác định theo các tiêu chuẩn quốc tế:

📏 Tiêu chuẩn cân bằng chính
Tiêu chuẩnChủ thểNội dung chính
ISO 1940-1 / ISO 21940-11Cân bằng các loại chất lượng (loại G)Thang đo G 0,4–G 4000. Công thức: Umỗi = (9 549×G×M)/n. G 6.3 = tiêu chuẩn cho quạt, máy bơm, động cơ.
ISO 1940-2 / ISO 21940-2Từ vựngĐịnh nghĩa: các loại mất cân bằng, phân loại rôto, các loại máy móc, thuật ngữ chất lượng.
Tiêu chuẩn ISO 14694Industrial fansCác loại BV (cân bằng) và FV (rung động) dành riêng cho cánh quạt.
ISO 10816 / ISO 20816Đánh giá độ rung của máy mócĐo lường hoạt động kết quả Chất lượng cân bằng. Phân loại vùng A/B/C/D.
Tiêu chuẩn ISO 21940-12Rotor linh hoạtCác quy trình đa tốc độ, đa mặt phẳng dành cho rôto hoạt động ở tốc độ vượt quá tốc độ tới hạn uốn cong đầu tiên.
ISO 21940-14Quy trình cân bằngCác quy trình chung để cân bằng trên nhiều mặt phẳng.
API 610 / API 617Máy bơm/máy nén dầu khíTham khảo tiêu chuẩn ISO 1940 về cấp độ G để biết các yêu cầu về cân bằng rôto.
Công thức dung sai ISO 1940-1
Bạnmỗi = (9 549 × G × M) / n
Bạnmỗi = độ mất cân bằng dư cho phép (g·mm) | G = độ dốc (mm/s) | M = khối lượng (kg) | n = tốc độ quay tối đa (RPM)

Ví dụ minh họa

Trường hợp 1: Quạt ly tâm — Cân bằng từ trường trên một mặt phẳng

Máy móc: Quạt ly tâm cấp khí 22 kW, 1460 vòng/phút, khối lượng cánh quạt 38 kg. Độ rung quá mức: 8,2 mm/s RMS trên ổ trục đầu truyền động. Phân tích FFT xác nhận đỉnh 1× chiếm ưu thế với pha ổn định.

Setup: Balanset-1A Cảm biến trên ổ trục DE, máy đo tốc độ laser trên trục. Chế độ F2 (một mặt phẳng — L/D < 0,4).

Bước 1: Lần chạy đầu tiên: 8,2 mm/s ở góc 47°.

Bước 2: Trọng lượng thử nghiệm: 15 g ở góc 0° trên trục quạt, R = 200 mm.

Bước 3: Thử nghiệm ban đầu: 5,9 mm/s ở góc 112°.

Bước 4: Phần mềm tính toán: hiệu chỉnh = 22 g ở 198°, R = 200 mm.

Bước 5: Lắp quả cân hàn 22 g ở góc 198°. Tháo quả cân thử nghiệm.

Bước 6: Xác minh: 0,9 mm/s. Dung sai ISO G 6.3 → Umỗi = 1 570 g·mm. Đạt được: ~180 g·mm. ✅ Đạt.

Trường hợp 2: Cụm động cơ-bơm — Hai mặt phẳng

Máy móc: Động cơ 45 kW + bơm ly tâm, 2950 vòng/phút, khối lượng rôto 55 kg. Độ rung: ổ trục DE 6,1 mm/s, ổ trục NDE 4,8 mm/s. Độ lệch pha ~140° → mất cân bằng động.

Setup: Bộ cân bằng Balanset-1A gồm hai cảm biến (DE + NDE), chế độ F3. Các mặt phẳng hiệu chỉnh: khớp nối trục (mặt phẳng 1) và đầu quạt động cơ (mặt phẳng 2).

Chạy: Ban đầu → mặt phẳng thử nghiệm 1 (10 g ở 0°) → mặt phẳng thử nghiệm 2 (8 g ở 0°).

Kết quả: Phần mềm giải ma trận 2×2. Sửa lỗi: mặt phẳng 1 = 18 g ở 245°, mặt phẳng 2 = 12 g ở 68°.

Xác minh: Đức: 0,7 mm/giây, NDE: 0,5 mm/giây. Giới hạn G 6.3: 1 122 g·mm. ✅ Cả hai mặt phẳng đều nằm trong giới hạn cho phép.

Trường hợp 3: Rôto máy nghiền — Loại thô G 16

Máy móc: Máy nghiền búa, tốc độ 980 vòng/phút, khối lượng rôto 420 kg. Sau khi thay búa, độ rung tăng lên 14,5 mm/giây.

Thông số kỹ thuật: G 16 (chịu tải nặng, điều kiện khắc nghiệt). Umỗi = 9 549 × 16 × 420 / 980 = 65 500 g·mm.

Procedure: Mặt phẳng đơn (rôto dạng đĩa). Thử nghiệm 150 g ở 0° trên vành. Hiệu chỉnh: 280 g ở 315°. Tấm thép hàn.

Kết quả: 2,8 mm/giây. Khối lượng dư ~5 600 g·mm. ✅ Nằm trong giới hạn G 16.

  • Tiêu chuẩn ISO 1940-1: Hệ thống dung sai cấp G — tiêu chí chấp nhận kết quả cân bằng.
  • ISO 1940-2: Từ vựng — định nghĩa của tất cả các thuật ngữ cân bằng.
  • Chất lượng cân bằng: Máy tính tương tác dành cho học sinh lớp G.
  • Mất cân bằng: Tình trạng thể chất mà sự cân bằng giúp điều chỉnh.
  • Tiêu chuẩn ISO 14694: Các danh mục BV/FV dành riêng cho người hâm mộ.
  • Sóng hài: Phân biệt độ lệch 1× (không cân bằng) với độ lệch 2× (sai lệch) và các độ lệch khác.
  • Tần số tự nhiên: Ranh giới giữa rôto cứng và mềm — yếu tố quan trọng đối với phương pháp cân bằng.

← Trở lại Mục lục Thuật ngữ