Правила динамического равновесия

Он представляет

Вращающиеся компоненты, такие как роторы, вентиляторы, рабочие колеса, коленчатые валы и турбины, играют важнейшую роль в работе машин в различных отраслях промышленности. Одной из основных проблем, возникающих при использовании этих компонентов, является дисбаланс масс, который может вызывать вибрацию, шум и повреждение механических компонентов.

Динамическая балансировка — одна из важнейших процедур для снижения или устранения этих дисбалансов. Этот процесс выполняется в соответствии с международными стандартами для обеспечения работы оборудования с минимальными вибрациями и продления срока его службы. В данной статье рассматриваются концепция динамической балансировки, соответствующие международные стандарты, методы работы, методы расчёта, преимущества, ограничения и области промышленного применения.

Часть первая: Основы

Что не так?

Дисбаланс возникает, когда масса вокруг оси вращения распределена неравномерно, а центр масс смещен относительно оси вращения. Это приводит к возникновению центробежных сил при вращении. Эти силы передаются на подшипники и фюзеляж, вызывая вибрацию, повышенный шум, напряжение в материале и, в конечном итоге, выход из строя компонентов .

Вид дефекта

Статический дисбаланс:
в этом случае центр масс объекта расположен перпендикулярно оси вращения, далеко от её центра. Даже в состоянии покоя объект имеет тенденцию оседать на дно вместе с более тяжёлыми частями.
Дисбаланс крутящего момента:
Дисбаланс крутящего момента возникает, когда две одинаковые массы расположены в разных плоскостях, но в противоположных направлениях относительно оси вращения. В этом случае центр масс группы находится на оси вращения, но возникает центробежный момент.

Для достижения идеального равновесия необходимо устранить оба дисбаланса, что называется динамическим равновесием .

Разница между статическим равновесием и динамическим равновесием

Статический противовес просто выравнивает центр масс с осью вращения и подходит для низкоскоростных компонентов.
Помимо устранения статического дисбаланса, динамическая балансировка также может устранить крутящий момент, создаваемый соединениями, что имеет решающее значение для высокоскоростных компонентов.

В высокоскоростных отраслях промышленности, таких как производство турбин, промышленных вентиляторов, генераторов и электродвигателей, только динамическая балансировка может снизить вибрации до приемлемого уровня.

Лабораторные миксеры SPMmixers

Часть вторая: Критерии динамического баланса

Для обеспечения качества и сопоставимости результатов в разных секторах были разработаны международные стандарты. Наиболее важными из них являются ISO 1940 и его обновлённая версия ISO 21940 .

Стандарты ISO 1940/ISO 21940

Настоящий стандарт устанавливает требования и допустимые уровни дисбаланса для цельнолитых роторов. Часть 1 определяет качество балансировки на основе показателя, называемого классом балансировки (класс G).

Чем ниже значение G, тем точнее баланс и тем меньше допустимая погрешность.

Общая формула расчета приемлемой погрешности выглядит следующим образом:

$mnU_{\text{by}} = \frac{9,54 \times G \times m}{n}$

где:

$UperU_{\text{per}}$ Допустимый дисбаланс (г-мм)
$G$ : Баланс
$м$ : масса ротора (кг)
$n$ : Скорость вращения (об/мин)

При этом удельная степень дефекта равна:

$eper=Uperme_{\text{per}} = \frac{U_{\text{per}}}{m}$

Общие значения G в разных отраслях

Тип устройства	Степень равновесия (G)
Автомобильные колеса и вентиляторы	С 6.3
электродвигатели среднего размера	Г2.5
Газовые турбины и генераторы	G 1.0 до G 0.4
Общепромышленное оборудование	G 6.3 – G 16

Стандарты ISO также определяют методы измерения, устранения неисправностей и допустимые допуски.

Другие соответствующие правила

ISO 10816: Стандарт измерения вибрации вращающихся машин
API 617 и API 610: Требования к балансировке промышленных компрессоров и насосов
VDI 2060: Немецкий стандарт качества баланса

Часть третья: Шаги по проведению динамического бюджетирования

Процесс динамической балансировки обычно выполняется в несколько этапов:

1. Первоначальная подготовка и измерения

Ротор устанавливается на балансировочном станке и вращается с заданной скоростью. Датчик вибрации (акселерометр или тахометр) регистрирует величину вибрации в заданном направлении. Анализируя амплитуду и фазу вибрации, можно определить место неисправности.

2. Добавьте тестовый груз.

Для определения чувствительности системы к изменению массы в определённых точках устанавливаются грузы определённого веса. Изменение вибрации, вызываемое этими грузами, позволяет точно рассчитать местоположение и количество корректирующих грузов.

3. Рассчитайте скорректированный вес.

На основании исходных данных, после установки пробных грузов, определяется необходимое количество и угол коррекции. При двухплоскостной балансировке два груза устанавливаются по обе стороны ротора для исключения неуравновешенных сил и моментов.

4. Установите корректирующий груз.

Корректирующие грузы устанавливаются на роторе в определённых местах. Способы крепления включают винты, клей, сварку и гайки, в зависимости от типа компонента.

5. Окончательное утверждение

После установки противовесов снова проверьте ротор на той же скорости. Если остаточная вибрация находится в пределах допустимого диапазона, процесс завершён успешно.

Баланс на месте

В крупных машинах, таких как турбины, промышленные вентиляторы и генераторы электростанций, компоненты не могут быть перемещены. В этих случаях требуется динамическая балансировка на месте. Датчики устанавливаются на корпусе машины и балансируются во время работы.

Часть 4: Примеры расчетов

Чтобы лучше понять концепцию допустимой погрешности, приведем простой числовой пример.

Он думает:

Масса ротора: 20 кг
Скорость: 3000 об/мин
Качество балансировки: G=6.3

Позволяет рассчитать дефект:

$Верх = 9,54 \times 6,3_{\times} = 0,40 г - мм$

Это означает, что максимальный дисбаланс в рассматриваемом роторе составляет 0,4 г/мм.

Качественный дефект также равен:

$e_{\text{per}} = \frac{0.40}{20} = 0,02 \text{ мм}$

Таким образом, в данном примере центр масс должен находиться на расстоянии 0,02 мм от оси вращения, чтобы соответствовать стандартному допустимому диапазону.

Часть пятая: Преимущества и важность соблюдения стандарта баланса

Снижение вибрации и шума : Уменьшение дисбаланса устраняет нежелательные механические вибрации и шум от оборудования.
Увеличенный срок службы подшипников и вала.
На подшипники не передаются дополнительные усилия, что продлевает срок службы системы.
Повышение эффективности работы:
сбалансированные роторы имеют меньшее трение вращения и большую эффективность.
Снижение затрат на техническое обслуживание.
Уменьшение вибрации означает снижение вероятности сбоев и непредвиденных простоев производственной линии.
Соблюдение требований к качеству проектирования и строительства промышленных объектов
, а также соблюдение баланса, указанного в контрактах или стандартах, являются требованиями к контролю качества.

Часть шестая: Ограничения и проблемы

Стоимость оборудования для точной балансировки:
Современное оборудование для динамической балансировки стоит дорого и требует квалифицированного оператора.
На высоких скоростях вибрационные характеристики гибкого ротора отличаются от таковых жесткого и требуют специальных методов гибкой балансировки.
Различия в рабочих и лабораторных условиях (таких как температура, давление или рабочий объем) могут привести к изменениям в распределении масс, а баланс может меняться в реальном времени.
Корректирующие грузики установлены неправильно:
если грузики установлены под неправильным углом или в неправильном положении , не только не будет достигнут баланс, но и увеличится вибрация.
Иногда причиной несбалансированной вибрации является не наличие других факторов вибрации
, а скорее неисправность подшипника, несоосность вала или несоосность компонентов.

Раздел 7: Применение динамического баланса

Вентиляторы и крыльчатки:
предотвращают сильные вибрации и продлевают срок службы подшипников.
Насосы и компрессоры:
в турбомашиностроении точная балансировка имеет решающее значение.
Коленчатые валы и автомобильные двигатели:
динамическая балансировка коленчатого вала снижает вибрацию двигателя и повышает топливную экономичность.
Турбины и генераторы:
при работе на высоких скоростях даже незначительная неисправность может привести к серьезным повреждениям.
Тяжелая промышленность и электростанции:
балансировка крупногабаритного оборудования на месте, такого как паровые турбины, охлаждающие вентиляторы и большие генераторы.
Авиация и космонавтика:
лопатки и компоненты реактивных двигателей балансируются с точностью до 0,4 G.

Часть 8: Советы по внедрению и обслуживанию

Выберите G-число в зависимости от типа устройства
: чем быстрее и чувствительнее устройство, тем ниже должно быть G-число.
Балансировку устройства следует проводить в условиях, приближенных к реальным условиям эксплуатации
. По возможности, балансировку устройства следует проводить в соответствии с фактической рабочей температурой и условиями эксплуатации.
Периодические проверки после эксплуатации
После определенного периода эксплуатации отложения или коррозия могут стать причиной возникновения нового дисбаланса, поэтому рекомендуется периодически выполнять процесс балансировки.
Точность установки датчиков и оборудования.
Точное позиционирование датчиков критически важно для получения точных результатов.
Полное документирование бюджетных процессов
и регистрация данных до и после составления бюджета имеют решающее значение для контроля качества.

Окончательно

Динамическая балансировка — один из важнейших процессов, повышающих срок службы, производительность и безопасность вращающегося оборудования. Правильное выполнение этого процесса и соблюдение международных стандартов, таких как ISO 1940 и ISO 21940 , позволяет снизить вибрации и предотвратить повреждения, вызванные дисбалансом.

Соблюдение стандартов балансировки не только обеспечивает качество изготовления и сборки, но и снижает затраты на техническое обслуживание и повышает производительность промышленных систем. Выбор подходящего класса балансировки (G), точность выполнения работ и периодические проверки — три кита успешного внедрения стандартов динамической балансировки.