Disbalansa veidi: statiskais, momenta un dinamiskais — kāda ir atšķirība?

Statiskais disbalanss (vienas plaknes)

Fizika

Statiskais disbalanss rodas, kad rotora galvenā centrālā inerces ass ir paralēli novirzīta no rotācijas ass. Vienkāršāk sakot, uz rotora ir viens „smagais punkts”, kas pārvieto masas centru.

1. att. Statiskais disbalanss: smagais punkts gravitācijas ietekmē vienmēr nogriežas uz leju. Miera stāvoklī rotors nostājas noteiktā pozīcijā.

Kā tas izpaužas

Statiskā disbalansa unikālā iezīme ir tā, ka tas izpaužas pat miera stāvoklī. Ja šādu rotoru novieto uz horizontālām balstmalām vai piekar uz ass ar minimālu berzi, gravitācija to vienmēr pagriezīs tā, ka „smagais punkts” būs apakšā.

Tieši uz šī principa balstās vienkāršā statiskā balansēšana „uz balstmalām” — metode, kas zināma kopš 19. gadsimta.

Kuriem rotoriem tas raksturīgs

Statiskais disbalanss dominē šauros, diska formas rotoros , kur garuma un diametra attiecība (L/D) ir maza — mazāka par 0,25–0,5. Piemēri:

• Slīpripas
• Plāni skriemeļi
• Šauri ventilatoru darbrati
• Ripzāģi
• Plāni spararati

Korekcijas metode

To koriģē, uzstādot vienu korekcijas svaru vienā korekcijas plaknē, diametriski pretī „smagajam punktam” (180° attālumā).

To var izdarīt pat negriežot rotoru — ar statisku balansēšanu uz balstmalām. Tomēr precīzam rezultātam ieteicama dinamiskā balansēšana ar vibrācijas mērīšanu darba ātrumā.

Momenta (pāru) disbalanss

Fizika

Momenta disbalanss rodas, kad rotora galvenā inerces ass krustojas ar rotācijas asi masas centrā, bet ir novietota pret to leņķī. Fiziski tas atbilst divām vienādām nesabalansētām masām, kas izvietotas dažādās plaknēs gar rotoru un novietotas 180° viena no otras pa apkārtmēru.

2. att. Momenta disbalanss: abas masas M1 un M2 rada centrbēdzes spēku pāri F1 un F2, kas liek rotoram „šūpoties” jeb „svārstīties”

Kā tas izpaužas

Miera stāvoklī (bez rotācijas) šāds rotors ir sabalansēts — tas nemēģinās nostāties kādā noteiktā pozīcijā uz balstmalām. Tāpēc statiskā balansēšana šo problēmu neatklāj.

Taču griežoties masu pāris rada apgāšanas momentu, kas cenšas sasvērt rotoru perpendikulāri rotācijas asij. Tas izraisa stipru vibrāciju balstos, turklāt vibrācija abos balstos ir pretfāzē (fāžu nobīde ~180°).

Kuriem rotoriem tas raksturīgs

Momenta disbalanss raksturīgs gariem, slaidiem rotoriem, piemēram:

• Garas vārpstas bez diska vidū
• Kardāna (propellera) vārpstas
• Gari aksiālo ventilatoru rotori

Korekcijas metode

Lai kompensētu momenta disbalansu, korekcijas svari jāuzstāda vismaz divās korekcijas plaknēs, radot kompensējošu momentu.

Dinamiskais disbalanss (kombinētais)

Fizika

Šis ir visvispārīgākais un praksē visbiežāk sastopamais gadījums. Dinamiskais disbalanss ir statiskā un momenta disbalansa kombinācija.

Mehāniski izsakoties: rotora galvenā centrālā inerces ass nav ne paralēla rotācijas asij, ne krustojas ar to masas centrā — tā šķērso to slīpi (šķībi) telpā.

Kā tas izpaužas

Dinamiskais disbalanss izpaužas tikai rotācijas laikā. Miera stāvoklī var novērot daļēju disbalansu (ja ir statiska komponente), taču pilnu ainu var redzēt tikai tad, kad rotors griežas.

Kuriem rotoriem tas raksturīgs

Dinamiskais disbalanss rodas lielākajā daļā rūpniecisko rotoru:

• Centrbēdzes ventilatoru darbrati
• Elektromotoru un ģeneratoru rotori
• Sūkņu darbrati
• Drupinātāju un dzirnavu rotori
• Kombainu kuļbungas
• Jebkurš rotors ar L/D > 0,5

Korekcijas metode

Dinamiskā disbalansa korekcija vienmēr prasa balansēšanu vismaz divās korekcijas plaknēs. Tas ļauj vienlaikus kompensēt gan disbalansa spēka (statisko), gan momenta (pāru) komponenti.

3. att. Dinamiskās balansēšanas shēma: lai koriģētu dinamisko disbalansu, korekcijas svari tiek uzstādīti divās plaknēs, bet vibrācijas sensori — uz abiem balstiem

Ātrā uzziņa: disbalansa veida noteikšana

Izmantojiet šo tabulu, lai ātri noteiktu iespējamo disbalansa veidu un nepieciešamo korekcijas plakņu skaitu:

Praktiskie ieteikumi

Stingrie un elastīgie rotori

Svarīgs papildinājums klasifikācijai ir atšķirība starp stingrajiem un elastīgajiem rotoriem:

• Stingrais rotors: darba rotācijas ātrums ir krietni zemāks par pirmo kritisko ātrumu. Rotors centrbēdzes spēku ietekmē gandrīz nedeformējas. Šādiem rotoriem pietiek ar balansēšanu divās plaknēs. Lielākā daļa rūpniecisko rotoru ir stingri.
• Elastīgais rotors: darbojas rotācijas ātrumā, kas ir tuvu kritiskajam ātrumam vai to pārsniedz. Vārpstas elastīgā liece kļūst salīdzināma ar masas centra novirzi. Elastīgo rotoru balansēšanai nepieciešamas īpašas metodes, un var būt vajadzīgas vairāk nekā divas korekcijas plaknes.

Kad nepieciešama iepriekšēja mehāniskā pārbaude

Pirms balansēšanas ieteicams pārbaudīt:

1. Radiālais izsitiens: rotors nedrīkst griezties ar izsitienu
2. Aksiālais izsitiens: diskiem jābūt perpendikulāriem asij
3. Piegultne uz vārpstas: uzstādot, nedrīkst būt centrēšanas kļūdas

Ja tiek konstatēti ģeometriski defekti, tie vispirms jānovērš, citādi balansēšana būs neefektīva.

Stingrie un elastīgie rotori: būtiska atšķirība

Viens no balansēšanas pamatjēdzieniem ir rotoru iedalījums stingros un elastīgos. Šis iedalījums nosaka gan veiksmīgas balansēšanas iespēju, gan izmantojamo metodiku.

Stingrais rotors

Definīcija: rotoru uzskata par stingru, ja tā darba rotācijas ātrums ir krietni zemāks par tā pirmo kritisko ātrumu un centrbēdzes spēku ietekmē tas nepiedzīvo ievērojamu elastīgu deformāciju (lieci).

Raksturojums:

• Darba ātrums parasti ir mazāks par 70 % no pirmā kritiskā ātruma
• Vārpstas liece centrbēdzes spēku ietekmē ir nenozīmīga
• Balansēšana divās korekcijas plaknēs parasti ir pietiekama
• Tādi instrumenti kā Balanset-1A ir paredzēti tieši darbam ar stingriem rotoriem

Elastīgais rotors

Definīcija: rotoru uzskata par elastīgu, ja tas darbojas rotācijas ātrumā, kas ir tuvu vienam no tā kritiskajiem ātrumiem vai to pārsniedz. Šādā gadījumā vārpstas elastīgā liece kļūst salīdzināma ar masas centra novirzi un pati ievērojami ietekmē kopējo vibrāciju.

Problēma: mēģinājums balansēt elastīgu rotoru pēc stingra rotora metodikas (divās plaknēs) bieži beidzas ar neveiksmi. Korekcijas svaru uzstādīšana var kompensēt vibrāciju zemā, pirmsrezonanses ātrumā, taču, sasniedzot darba ātrumu un rotoram saliecoties, tie paši svari var pastiprināt vibrāciju, ierosinot vienu no lieces svārstību formām.

Kā noteikt rotora veidu

Praktiska metode:

1. Noskaidrojiet rotora darba rotācijas ātrumu (apgr./min)
2. Veiciet izskrējiena testu (mērot vibrāciju, kamēr rotors pēc izslēgšanas palēnina griešanos)
3. Ja izskrējiena vibrācijas grafikā redzamas izteiktas virsotnes, tās ir rezonanses (kritiskie ātrumi)
4. Ja darba ātrums ir tuvu rezonanses virsotnei (±20 %), rotors darbojas bīstamā zonā

Ko darīt, strādājot rezonanses tuvumā:

• Ja rezonansi nevar novērst (piemēram, iekārta darbojas ar fiksētu ātrumu, kas sakrīt ar rezonansi), balansēšanas laikā ieteicams īslaicīgi mainīt agregāta nostiprināšanas apstākļus
• Piemēram, samaziniet balstu stingumu vai uzstādiet pagaidu elastīgus balstus, lai nobīdītu rezonansi
• Kad rotora disbalanss ir koriģēts un vibrācija normalizēta, iekārtu var atgriezt standarta nostiprināšanas apstākļos