Tasakaalutuse liigid: staatiline, paariline ja dünaamiline — mis vahe on?

Staatiline tasakaalutus (üks tasand)

Füüsika

Staatiline tasakaalutus tekib siis, kui rootori peamine inertsi kesktelg on nihkunud pöörlemisteljega paralleelselt. Lihtsamalt öeldes on rootoril üks „raske koht", mis nihutab masskeset.

Joon. 1. Staatiline tasakaalutus: raske koht veereb raskusjõu mõjul alati alla. Puhkeasendis asetub rootor kindlasse asendisse.

Kuidas see avaldub

Staatilise tasakaalutuse ainulaadne omadus on see, et see on nähtav juba puhkeasendis. Kui selline rootor asetada horisontaalsetele noaservadele või riputada minimaalse hõõrdumisega telje külge, pöörab raskusjõud selle alati nii, et „raske koht" jääb alla.

Just see põhimõte on aluseks lihtsale staatilisele tasakaalustamisele „noaservadel" — meetodile, mida on tuntud juba 19. sajandist.

Millistele rootoritele see on tüüpiline

Staatiline tasakaalutus domineerib kitsastel, kettakujulistel rootoritel, kus pikkuse ja läbimõõdu suhe (L/D) on väike — alla 0,25-0,5. Näited:

• Lihvkettad
• Õhukesed rihmarattad
• Kitsad ventilaatori tiivikud
• Ketassaed
• Õhukesed hooratased

Korrektsioonimeetod

Korrigeeritakse ühe korrektsioonraskuse paigaldamisega ühte korrektsioonitasandisse, diametraalselt vastu „rasket kohta" (180° kaugusel).

Seda saab teha isegi rootorit pööritamata — staatilise tasakaalustamisega noaservadel. Täpse tulemuse saamiseks on siiski soovitatav dünaamiline tasakaalustamine koos vibratsiooni mõõtmisega töökiirusel.

Paariline (momentne) tasakaalutus

Füüsika

Paariline tasakaalutus tekib siis, kui rootori peamine inertsitelg lõikub pöörlemisteljega masskeskmes, kuid asub selle suhtes nurga all. Füüsikaliselt vastab see kahele võrdsele tasakaalustamata massile, mis asuvad rootori eri tasandites ja on ümbermõõdul paigutatud 180° kaugusele teineteisest.

Joon. 2. Paariline tasakaalutus: kaks massi M1 ja M2 loovad tsentrifugaaljõudude F1 ja F2 paari, mis paneb rootori „õõtsuma" või „vappuma"

Kuidas see avaldub

Puhkeasendis (ilma pöörlemiseta) on selline rootor tasakaalus — see ei püüa asetuda noaservadel mingisse kindlasse asendisse. Seetõttu ei suuda staatiline tasakaalustamine seda probleemi avastada.

Pöörlemise ajal loob massipaar aga ümberminekumomendi, mis püüab rootorit pöörlemisteljega risti kallutada. See põhjustab tugevat vibratsiooni tugilaagritel, kusjuures vibratsioon kahel tugilaagril on vastasfaasis (faasinihe ~180°).

Millistele rootoritele see on tüüpiline

Paariline tasakaalutus on tüüpiline pikkadele, sihvakatele rootoritele, näiteks:

• Pikad võllid ilma kettata keskel
• Kardaanvõllid
• Pikad aksiaalventilaatorite rootorid

Korrektsioonimeetod

Paarilise tasakaalutuse kompenseerimiseks tuleb korrektsioonraskused paigaldada vähemalt kahte korrektsioonitasandisse, luues kompenseeriva momendi.

Dünaamiline (kombineeritud) tasakaalutus

Füüsika

See on kõige üldisem ja praktikas kõige sagedasem juhtum. Dünaamiline tasakaalutus on staatilise ja paarilise tasakaalutuse kombinatsioon.

Mehaanika mõistes: rootori peamine inertsi kesktelg ei ole pöörlemisteljega paralleelne ega lõiku sellega masskeskmes — selle asemel lõikub see sellega ruumis kaldu (viltuselt).

Kuidas see avaldub

Dünaamiline tasakaalutus avaldub ainult pöörlemise ajal. Puhkeasendis võib täheldada osalist tasakaalutust (kui esineb staatiline komponent), kuid täielik pilt on nähtav alles siis, kui rootor töötab.

Millistele rootoritele see on tüüpiline

Dünaamiline tasakaalutus esineb enamikul tööstuslikel rootoritel:

• Tsentrifugaalventilaatorite tiivikud
• Elektrimootorite ja generaatorite rootorid
• Pumpade tiivikud
• Purustajate ja veskite rootorid
• Kombainide pekstrumlid
• Iga rootor, mille L/D > 0,5

Korrektsioonimeetod

Dünaamilise tasakaalutuse korrigeerimine nõuab alati tasakaalustamist vähemalt kahes korrektsioonitasandis. See võimaldab samaaegselt kompenseerida nii tasakaalutuse jõu- (staatilise) kui ka momendi- (paarilise) komponendi.

Joon. 3. Dünaamilise tasakaalustamise skeem: dünaamilise tasakaalutuse korrigeerimiseks paigaldatakse korrektsioonraskused kahte tasandisse ja vibratsiooniandurid mõlemale tugilaagrile

Kiirjuhis: tasakaalutuse liigi tuvastamine

Kasutage seda tabelit tõenäolise tasakaalutuse liigi ja vajalike korrektsioonitasandite arvu kiireks tuvastamiseks:

Praktilised soovitused

Jäigad ja painduvad rootorid

Klassifikatsiooni oluline täiendus on jäikade ja painduvate rootorite eristamine:

• Jäik rootor: tööpöörlemiskiirus on oluliselt madalam esimesest kriitilisest kiirusest. Rootor praktiliselt ei deformeeru tsentrifugaaljõudude mõjul. Selliste rootorite puhul piisab tasakaalustamisest kahes tasandis. Enamik tööstuslikke rootoreid on jäigad.
• Painduv rootor: töötab kriitilisele kiirusele lähedasel või sellest suuremal pöörlemiskiirusel. Võlli elastne painutus muutub masskeskme nihkega võrreldavaks. Painduvate rootorite tasakaalustamine nõuab erimeetodeid ja võib vajada rohkem kui kahte korrektsioonitasandit.

Millal on vaja eelnevat mehaanilist kontrolli

Enne tasakaalustamist on soovitatav kontrollida:

1. Radiaalset heidet: rootor ei tohi olla heitikuline
2. Aksiaalset heidet: kettad peavad olema teljega risti
3. Sobivust võllil: paigaldamisel ei tohi esineda joondamisviga

Kui avastatakse geomeetrilised defektid, tuleb need esmalt kõrvaldada, vastasel juhul jääb tasakaalustamine ebaefektiivseks.

Jäigad ja painduvad rootorid: kriitiline erinevus

Üks tasakaalustamise põhimõisteid on rootorite jaotus jäikadeks ja painduvateks. See jaotus määrab nii eduka tasakaalustamise võimalikkuse enda kui ka kasutatava metoodika.

Jäik rootor

Definitsioon: rootor loetakse jäigaks, kui selle tööpöörlemiskiirus on oluliselt madalam esimesest kriitilisest kiirusest ja see ei läbi tsentrifugaaljõudude mõjul olulist elastset deformatsiooni (painutust).

Omadused:

• Tööpöörlemiskiirus on tavaliselt väiksem kui 70% esimesest kriitilisest kiirusest
• Võlli painutus tsentrifugaaljõudude mõjul on tühine
• Tasakaalustamisest kahes korrektsioonitasandis piisab tavaliselt
• Sellised instrumendid nagu Balanset-1A on loodud just jäikade rootoritega töötamiseks

Painduv rootor

Definitsioon: rootor loetakse painduvaks, kui see töötab ühele oma kriitilisele kiirusele lähedasel või sellest suuremal pöörlemiskiirusel. Sel juhul muutub võlli elastne painutus masskeskme nihkega võrreldavaks ja mõjutab ise oluliselt üldist vibratsiooni.

Probleem: painduva rootori tasakaalustamise katse jäikade rootorite metoodikaga (kahes tasandis) lõpeb sageli ebaõnnestumisega. Korrektsioonraskuste paigaldamine võib kompenseerida vibratsiooni madalal, resonantsieelsel kiirusel, kuid kui saavutatakse töökiirus ja rootor paindub, võivad needsamad raskused vibratsiooni võimendada, ergutades ühte painutuse võnkevormidest.

Kuidas tuvastada rootori tüüpi

Praktiline meetod:

1. Selgitage välja rootori tööpöörlemiskiirus (p/min)
2. Viige läbi aeglustumise test (mõõtke vibratsiooni, kui rootor pärast väljalülitamist aeglustub)
3. Kui aeglustumise vibratsioonigraafikul on näha selged tipud, on need resonantsid (kriitilised kiirused)
4. Kui tööpöörlemiskiirus on resonantsitipule lähedal (±20%), töötab rootor ohutsoonis

Mida teha resonantsi lähedal töötades:

• Kui resonantsi ei ole võimalik vältida (näiteks masin töötab fikseeritud kiirusel, mis langeb kokku resonantsiga), on soovitatav tasakaalustamise ajaks seadme kinnitustingimusi ajutiselt muuta
• Näiteks vähendada tugilaagrite jäikust või paigaldada ajutised elastsed kinnitused resonantsi nihutamiseks
• Kui rootori tasakaalutus on korrigeeritud ja vibratsioon normaliseerunud, saab masina viia tagasi tavapärastesse kinnitustingimustesse