Hiểu về sự mất cân bằng (Imbalance) trong máy móc quay
Sự mất cân bằng — được sử dụng thay thế cho nhau với mất cân bằng — là điều kiện trong đó cánh quạt‘tâm khối lượng không trùng với trục quay của nó. Khối lượng được phân bố không đều quanh trục, vì vậy khi rôto quay, khối lượng chênh lệch tạo ra một lực ly tâm kéo rôto ra khỏi tâm của nó và làm cho toàn bộ máy rung. Sự chênh lệch này giữa tâm khối lượng và tâm hình học là sự lập dịcủa rôto, và sự rung động mà nó tạo ra làm cho mất cân bằng trở thành lỗi phổ biến nhất trong máy móc quay — và thường là lỗi đầu tiên mà một nhân viên chẩn đoán kiểm tra.
1. Định nghĩa: Nguyên nhân của Lực
Lực gây rối loạn là lực ly tâm: F = m·r·ω², trong đó m·r là mất cân bằng (khối lượng chênh lệch nhân với bán kính của nó) và ω là tốc độ góc. Hai hệ quả theo ngay. Thứ nhất, lực quay theo trục, vì vậy nó tác dụng lên các chỗ đỡ một lần mỗi vòng quay. Thứ hai, nó tỷ lệ với quảng trường của tốc độ — một rôto cảm thấy tốt khi quay chậm bằng tay có thể trở nên khó chịu ở toàn tốc độ, đó là lý do tại sao cân bằng chất lượng yêu cầu trở nên chặt chẽ hơn khi tốc độ dịch vụ tăng lên. Mất cân bằng được định lượng bằng khối lượng nhân với bán kính, theo quy ước tính bằng gam-milimét (g·mm), vì cả hai yếu tố—khối lượng chênh lệch bao nhiêu và nó ở cách xa trục bao nhiêu—đều quyết định lực.
2. Chẩn đoán Mất cân bằng: Đặc trưng Cổ điển
Mất cân bằng tương đối dễ nhận biết vì rung động đặc trưng của nó rất nhất quán — một lý do chính tại sao nó là điểm bắt đầu tự nhiên trong Phân tích rung động:
- Tính thường xuyên: sự rung động nằm ở chính xác 1× tốc độ quay (the tốc độ vận hành). Tăng hoặc giảm tốc độ máy và đỉnh sau theo hoàn hảo.
- Phương hướng: năng lượng chủ yếu là xuyên tâm — ngang và dọc — với điển hình là rất ít trục (lực đẩy) độ rung.
- Biên độ: tỷ lệ với bình phương tốc độ quay, do đó tăng gấp đôi tốc độ sẽ làm tăng gấp khoảng bốn lần lực mất cân bằng và độ rung kết quả.
- Giai đoạn: the 1× giai đoạn kết quả đo đạc ổn định và có thể lặp lại, điều này cho phép xác định được vị trí điểm nặng.
Vì một đỉnh 1× chiếm ưu thế cũng có thể xuất phát từ sự không thẳng hàng, một trục bị cong hoặc sự cộng hưởng, một nhà phân tích cẩn thận xác nhận mất cân bằng bằng whole mẫu của nó: 1× cao, thấp sóng hài, chủ yếu là năng lượng hướng tâm, và một pha ổn định. Một thành phần 2× lớn, ngược lại, hướng chẩn đoán về hiện tượng misalignment hoặc sự lỏng lẻo về mặt cơ học.
3. Ba loại mất cân bằng
Mất cân bằng tĩnh
Còn được gọi là “mất cân bằng lực,” đây là loại đơn giản nhất, trong đó khối lượng bị lệch trong một mặt phẳng — hãy tưởng tượng một điểm nặng trên một đĩa mỏng. Nó “tĩnh” vì nó tiết lộ bản thân khi đứng yên: khi cân bằng trên các cạnh dao không có ma sát, rotor sẽ lăn cho đến khi điểm nặng chỉ xuống dưới. Một trọng số đặt ở vị trí cách 180° so với điểm nặng sẽ hiệu chỉnh nó, lĩnh vực cân bằng mặt phẳng đơn.
Mất cân bằng ngẫu
Hai điểm nặng bằng nhau ở hai đầu của rotor, cách nhau 180°, triệt tiêu lẫn nhau dưới dạng lực ròng nhưng tạo thành một cặp đôi — một mômen rocking (rung lắc) làm xoay rotor từ đầu này sang đầu kia. Rotor này có cân bằng tĩnh (nó sẽ không lăn trên các cạnh dao) nhưng rung động rất mạnh khi chạy, và cần phải có hai trọng số hiệu chỉnh ở hai mặt phẳng riêng biệt để triệt tiêu mômen này.
Mất cân bằng động
Tình trạng được tìm thấy ở hầu hết các máy móc thực tế, mất cân bằng động kết hợp các hiệu ứng tĩnh và cặp. Hiệu chỉnh nó đòi hỏi thay đổi khối lượng ở ít nhất hai mặt phẳng dọc theo rotor — cân bằng động (hai mặt phẳng). Khi các thành phần tĩnh và cặp tình cờ sắp xếp theo góc độ, trường hợp đặc biệt được gọi là mất cân bằng tựa tĩnh.
4. Nguyên nhân phổ biến
Mất cân bằng có thể xuất hiện từ quá trình sản xuất hoặc phát triển trong quá trình vận hành. Các nguồn thường gặp 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 bộ phận lắp đặt sai, ốc vít siết không đều hoặc chìa khóa không căn chỉnh.
- Mòn và hỏng hóc: mòn không đều, sự ăn mòn hoặc mặc trên các cánh quạt và bơm impellers.
- Tích tụ vật liệu: bụi bẩn, bụi mịn hoặc sản phẩm tích tụ trên các rotor của quạt, máy thổi khí và máy ly tâm.
- Hỏng hóc linh kiện: một khối lượng cân bằng bị rơi hoặc cánh bị gãy ngay lập tức tạo ra mất cân bằng nghiêm trọng.
5. Tại sao việc hiệu chỉnh mất cân bằng lại quan trọng
Để một máy chạy với mất cân bằng đáng kể sẽ gây hại liên tục cho nó, vì các tải lực tuần hoàn tác động lên kết cấu ở mỗi vòng quay:
- Hỏng hóc vòng bi sớm: các vòng bi chịu tải động cao và mòn nhanh.
- Mệt mỏi và nứt vỡ: sự tích lũy áp lực tuần hoàn Mệt mỏi hư hỏng trong trục, móng máy và các bộ phận xung quanh.
- Hiệu suất giảm: năng lượng bị hao phí dưới dạng dao động và nhiệt thay vì công suất hữu ích.
- Rủi ro an toàn: trong trường hợp cực đoan, mất cân bằng nghiêm trọng có thể dẫn đến hỏng hóc thảm khốc.
6. Hiệu chỉnh mất cân bằng tại hiện trường
Mất cân bằng được khắc phục bằng một quy trình có hệ thống cân bằng — một trong những bước đơn lẻ hiệu quả nhất để cải thiện độ tin cây của máy móc. Mục tiêu không phải là mất cân bằng bằng không mà là một mức nhỏ, được xác định mất cân bằng còn lại trong dung sai cho phép. Các giới hạn chấp nhận được có từ Cấp G system of Tiêu chuẩn ISO 21940-11 (thay thế ISO 1940-1 cũ hơn); dao động thu được sau đó được so sánh với các giới hạn mức độ nghiêm trọng trong Tiêu chuẩn ISO 20816 (người kế vị hiện đại của ISO 10816). Một Công cụ tính toán độ lệch dư (ISO 21940-11) chuyển đổi một cấp độ được chọn và tốc độ vận hành thành g·mm cho phép trên mỗi mặt phẳng.
Trên một máy lắp ráp hoàn thiện, công việc được thực hiện tại hiện trường thay vì trên một máy cân bằng. Một máy phân tích hai kênh cầm tay như Balanset-1A đo biên độ 1× và pha, tính toán hệ số ảnh hưởng from a trọng lượng thử nghiệm, và tính toán khối lượng và góc của mỗi trọng lượng hiệu chỉnh cho cân bằng một hoặc hai mặt phẳng cân bằng trường. Bởi vì nó hoạt động trong các vòng bi của chính máy móc ở tốc độ vận hành, nó vừa hiệu chỉnh mất cân bằng vừa xác minh rằng mất cân bằng còn lại nằm trong cấp độ ISO được chọn.
