Hiểu về cân bằng đa mặt phẳng

Devices

Portable balancer & Vibration analyzer Balanset-1A

$2,358.31

Parts

Vibration sensor

$107.47

Parts

Optical Sensor (Laser Tachometer)

$148.07

Devices

Balanset-4

$8,123.32

Parts

Magnetic Stand Insize-60-kgf

$54.93

Parts

Reflective tape

$11.94

Devices

Dynamic balancer “Balanset-1A” OEM

$2,071.73

Định nghĩa: Cân bằng đa mặt phẳng là gì?

Cân bằng đa mặt phẳng là một nâng cao cân bằng quy trình sử dụng ba hoặc nhiều hơn mặt phẳng hiệu chỉnh phân bổ dọc theo chiều dài của rôto để đạt được mức độ rung động chấp nhận được. Kỹ thuật này là cần thiết cho rôto linh hoạt—các cánh quạt bị uốn cong hoặc uốn cong đáng kể trong quá trình hoạt động vì chúng chạy ở tốc độ trên một hoặc nhiều tốc độ tới hạn.

Trong khi cân bằng hai mặt phẳng đủ cho hầu hết các rôto cứng, cân bằng đa mặt phẳng mở rộng nguyên lý để thích ứng với các hình dạng lệch phức tạp (hình dạng chế độ) mà rôto mềm thể hiện ở tốc độ cao.

Khi nào cần cân bằng đa mặt phẳng?

Việc cân bằng đa mặt phẳng trở nên cần thiết trong một số tình huống cụ thể:

1. Roto linh hoạt hoạt động ở tốc độ cao hơn tốc độ tới hạn

Ứng dụng phổ biến nhất là cho rôto linh hoạt—các rôto dài, mảnh hoạt động ở tốc độ cao hơn tốc độ tới hạn thứ nhất (và đôi khi là tốc độ tới hạn thứ hai hoặc thứ ba). Ví dụ bao gồm:

• Roto tua bin hơi và khí
• Trục máy nén tốc độ cao
• Cuộn máy giấy
• Roto máy phát điện lớn
• Roto máy ly tâm
• Trục chính tốc độ cao

Các rotor này bị uốn cong đáng kể trong quá trình vận hành, và hình dạng lệch của chúng thay đổi tùy thuộc vào tốc độ quay và chế độ được kích thích. Hai mặt phẳng hiệu chỉnh đơn giản là không đủ để kiểm soát độ rung ở mọi tốc độ vận hành.

2. Rotor cứng rất dài

Ngay cả một số rôto cứng, nếu quá dài so với đường kính của chúng, cũng có thể được hưởng lợi từ ba hoặc nhiều mặt phẳng hiệu chỉnh để giảm thiểu rung động tại nhiều vị trí ổ trục dọc theo trục.

3. Rotor có phân bố khối lượng phức tạp

Roto có nhiều đĩa, bánh xe hoặc cánh quạt ở nhiều vị trí trục khác nhau có thể yêu cầu cân bằng riêng từng bộ phận, dẫn đến quy trình cân bằng nhiều mặt phẳng.

4. Khi sự cân bằng giữa hai mặt phẳng tỏ ra không đủ

Nếu nỗ lực cân bằng hai mặt phẳng làm giảm độ rung tại các vị trí ổ trục được đo nhưng độ rung vẫn cao tại các vị trí trung gian dọc theo rôto (chẳng hạn như độ lệch giữa nhịp), có thể cần thêm các mặt phẳng hiệu chỉnh.

Thách thức: Động lực học rotor linh hoạt

Rotor linh hoạt đặt ra những thách thức độc đáo khiến việc cân bằng nhiều mặt phẳng trở nên phức tạp:

Chế độ Hình dạng

Khi một rôto linh hoạt đi qua một tốc độ tới hạn, nó rung theo một kiểu cụ thể gọi là hình dạng chế độ. Chế độ đầu tiên thường cho thấy trục uốn cong theo một cung tròn trơn tru, chế độ thứ hai cho thấy đường cong hình chữ S với một điểm nút ở giữa, và các chế độ cao hơn cho thấy hình dạng ngày càng phức tạp. Mỗi chế độ yêu cầu phân bổ trọng lượng hiệu chỉnh cụ thể.

Hành vi phụ thuộc vào tốc độ

Phản ứng mất cân bằng của rô-to linh hoạt thay đổi đáng kể theo tốc độ. Một hiệu chỉnh hoạt động tốt ở một tốc độ có thể không hiệu quả hoặc thậm chí phản tác dụng ở tốc độ khác. Cân bằng đa mặt phẳng phải tính đến toàn bộ dải tốc độ hoạt động.

Hiệu ứng liên kết chéo

Trong cân bằng đa mặt phẳng, trọng số hiệu chỉnh trên bất kỳ mặt phẳng nào cũng ảnh hưởng đến độ rung tại tất cả các vị trí đo. Với ba, bốn hoặc nhiều mặt phẳng hiệu chỉnh hơn, các mối quan hệ toán học trở nên phức tạp hơn đáng kể so với cân bằng hai mặt phẳng.

Quy trình cân bằng đa mặt phẳng

Thủ tục mở rộng phương pháp hệ số ảnh hưởng được sử dụng trong cân bằng hai mặt phẳng:

Bước 1: Đo lường ban đầu

Đo độ rung tại nhiều vị trí dọc theo rotor (thường là tại mỗi ổ trục, và đôi khi tại các vị trí trung gian) ở tốc độ vận hành mong muốn. Đối với rotor mềm, có thể cần thực hiện phép đo ở nhiều tốc độ khác nhau.

Bước 2: Xác định mặt phẳng hiệu chỉnh

Xác định mặt phẳng hiệu chỉnh N nơi có thể lắp thêm trọng lượng. Trọng lượng nên được phân bổ dọc theo chiều dài rô-to tại các vị trí dễ tiếp cận như mặt bích khớp nối, vành bánh xe hoặc vòng cân bằng được thiết kế đặc biệt.

Bước 3: Chạy thử nghiệm trọng lượng tuần tự

Thực hiện N lần chạy thử, mỗi lần chạy thử có một trọng lượng thử nghiệm trong một mặt phẳng hiệu chỉnh. Ví dụ, với bốn mặt phẳng hiệu chỉnh:

• Chạy 1: Chỉ thử nghiệm trọng lượng ở Máy bay 1
• Chạy 2: Chỉ thử nghiệm trọng lượng ở Máy bay 2
• Chạy 3: Chỉ thử nghiệm trọng lượng ở Máy bay 3
• Chạy 4: Chỉ thử nghiệm trọng lượng ở Plane 4

Trong mỗi lần chạy, hãy đo độ rung tại tất cả các vị trí cảm biến. Điều này sẽ xây dựng một ma trận hệ số ảnh hưởng hoàn chỉnh, mô tả cách mỗi mặt phẳng hiệu chỉnh ảnh hưởng đến từng điểm đo.

Bước 4: Tính trọng số hiệu chỉnh

Phần mềm cân bằng giải quyết một hệ thống gồm N phương trình đồng thời (trong đó N là số mặt phẳng hiệu chỉnh) để tính toán tối ưu trọng số hiệu chỉnh cho mỗi mặt phẳng. Phép tính này sử dụng đại số ma trận và quá phức tạp để thực hiện thủ công—cần có phần mềm chuyên dụng.

Bước 5: Cài đặt và xác minh

Lắp đặt đồng thời tất cả các trọng số hiệu chỉnh đã tính toán và kiểm tra mức độ rung. Đối với rô-to mềm, việc kiểm tra nên được thực hiện trên toàn bộ dải tốc độ vận hành để đảm bảo độ rung chấp nhận được ở mọi tốc độ.

Cân bằng mô thức: Một cách tiếp cận thay thế

Đối với các rôto có độ linh hoạt cao, một kỹ thuật tiên tiến được gọi là cân bằng phương thức có thể hiệu quả hơn phương pháp cân bằng đa mặt phẳng thông thường. Cân bằng mô thức nhắm vào các chế độ rung động cụ thể thay vì tốc độ cụ thể. Bằng cách tính toán trọng số hiệu chỉnh phù hợp với hình dạng chế độ rung động tự nhiên của rô-to, phương pháp này có thể đạt được kết quả tốt hơn với ít lần thử nghiệm hơn. Tuy nhiên, phương pháp này đòi hỏi các công cụ phân tích tinh vi và hiểu biết sâu sắc về động lực học rô-to.

Sự phức tạp và những cân nhắc thực tế

Cân bằng đa mặt phẳng phức tạp hơn nhiều so với cân bằng hai mặt phẳng:

Số lần chạy thử

Số lần chạy thử cần thiết tăng tuyến tính theo số lượng mặt phẳng. Cân bốn mặt phẳng đòi hỏi bốn lần chạy thử cộng với các lần chạy ban đầu và kiểm tra—tổng cộng sáu lần khởi động và dừng. Điều này làm tăng chi phí, thời gian và độ hao mòn của máy.

Độ phức tạp toán học

Để giải quyết vấn đề trọng số hiệu chỉnh N cần phải đảo ngược ma trận N×N, đòi hỏi nhiều tính toán và có thể không ổn định về mặt số nếu phép đo bị nhiễu hoặc nếu mặt phẳng hiệu chỉnh không được định vị tốt.

Độ chính xác đo lường

Vì cân bằng đa mặt phẳng dựa vào việc giải nhiều phương trình đồng thời, nên sai số đo lường và nhiễu có tác động lớn hơn so với cân bằng hai mặt phẳng. Cảm biến chất lượng cao và việc thu thập dữ liệu cẩn thận là điều cần thiết.

Khả năng tiếp cận mặt phẳng hiệu chỉnh

Việc tìm N vị trí mặt phẳng hiệu chỉnh dễ tiếp cận và hiệu quả có thể là một thách thức, đặc biệt là trên những máy ban đầu không được thiết kế để cân bằng nhiều mặt phẳng.

Yêu cầu về thiết bị và phần mềm

Cân bằng đa mặt phẳng yêu cầu:

• Phần mềm cân bằng nâng cao: Có khả năng xử lý ma trận hệ số ảnh hưởng N×N và giải hệ phương trình vectơ phức tạp.
• Nhiều cảm biến rung động: Khuyến nghị sử dụng ít nhất N cảm biến (một cảm biến cho mỗi vị trí đo), mặc dù một số thiết bị có thể hoạt động với ít cảm biến hơn bằng cách thay đổi vị trí của chúng giữa các lần đo.
• Máy đo tốc độ/Phase chính: Cần thiết cho sự chính xác giai đoạn đo lường.
• Nhân viên có kinh nghiệm: Tính phức tạp của việc cân bằng nhiều mặt phẳng đòi hỏi kỹ thuật viên phải được đào tạo nâng cao về động lực học rôto và phân tích độ rung.

Ứng dụng điển hình

Cân bằng đa mặt phẳng là phương pháp tiêu chuẩn trong các ngành công nghiệp có máy móc tốc độ cao:

• Sản xuất điện: Tổ hợp máy phát điện tua bin hơi nước và khí lớn
• Hóa dầu: Máy nén ly tâm tốc độ cao và máy giãn nở tuabin
• Bột giấy và Giấy: Cuộn máy sấy giấy dài và cuộn lịch
• Hàng không vũ trụ: Roto động cơ máy bay và máy móc tua bin
• Chế tạo: Trục chính máy công cụ tốc độ cao

Trong các ứng dụng này, việc đầu tư vào cân bằng đa mặt phẳng được chứng minh là hợp lý vì tính quan trọng của thiết bị, hậu quả của sự cố và hiệu quả vận hành được cải thiện khi chạy với độ rung tối thiểu.

---

← Quay lại Mục lục chính