Na czym polega wyważanie?
Dla przeciętnego człowieka, wyważanie wirników to często "czarna magia". Wiedza większości ludzi na temat wyważania ogranicza się do kół i opon samochodowych, które należy wyważyć przed dopasowaniem do auta; w przeciwnym razie będziemy mieli do czynienia z drżeniem kierownicy, nierównomiernym naciskiem na opony itd. Artykuł ten pozwoli zrozumieć świat wyważania i zapomnieć o "czarnej magii".
NIEWYWAŻONY WIRNIK
O niewyważeniu wirnika mówimy wtedy gdy centralna oś masy różni się od centralnej osi przebiegu. W praktyce wszystkie nowo obrabiane części są niesymetryczne ze względu na otwory w odlewie, nierówną liczbę i położenie otworów na śruby, części umieszczone niecentrycznie, obrabiane średnice niewspółśrodkowe względem położeń łożysk itd. W trakcie obracania się niewyważony wirnik chce obrócić się wokół swojej centralnej osi masy. Ponieważ łożyska ograniczają ten ruch, siła odśrodkowa, wskutek niewyważenia, powoduje wibracje wirnika. Wibracje te powodują uszkodzenie łożysk, powodują niepotrzebny hałas oraz w ekstremalnych przypadkach nawet rozpad wirnika. Jest zatem konieczne zmniejszenie niewyważenia do zadowalającej granicy.
Niezrównoważony wirnik, obracając się, chce obracać się wokół swojej środkowej osi masy. Ponieważ łożyska ograniczają ten ruch, siła odśrodkowa z powodu niewyważenia powoduje wibrację wirnika. Drgania te powodują zużycie łożysk, powodują niepotrzebny hałas, aw skrajnych przypadkach mogą wystąpić rozpad samego wirnika. Dlatego konieczne jest ograniczenie niewyważenia do akceptowalnego limitu.
GRANICE WYWAŻENIA
Istnieją granice wyważenia, podobnie jak granice obróbki, do których niewyważenie jest dopuszczalne. Dla wirników mamy międzynarodowe i krajowe standardy, np. koła samochodów są wyważane do stopnia 40, a małe armatury elektryczne są wyważane do stopnia 2.5. Stopnie są przeliczane na jednostki niewyważenia, w zależności od prędkości obrotowej wirnika wg standardów ISO 1940.
JEDNOSTKI WYWAŻANIA
Jednostką niewyważenia jest masa pomnożona przez promień, np. dodanie obciążenia do pewnego miejsca na wyważanej części przesunęłoby oś masy na oś przebiegu i spowodowało wyważenie. Korekcja masy pomnożona przez zastosowany promień daje jednostkę niewyważenia. Do pomiarów metrycznych stosujemy gramomilimetry (gmm) lub (dla dużych wirników) gramocentymetry. Anglosaskimi odpowiednikami są gramocale i uncjocale. Tę wagę (masę) należy zastosować względem promienia od centrum przebiegu przy pozycji lekkiej.
TYPY WIRNIKÓW
Wirniki dzielimy na 2 grupy. Jedną stanowią wirniki sztywne, które nie ulegają wygięciom, w tym także przy prędkościach operacyjnych. Drugą grupę stanowią wirniki elastyczne, które „wyginają się” przy prędkościach operacyjnych. Pierwsze wygięcie to tzw. efekt „skakanki”, co oznacza, że centrum rozpędzonego wirnika przemieszcza się z jego osi rotacyjnej, powodując wysokie niewyważenie statyczne.
Druga grupa obejmuje elastyczne wirniki, które „wyginają się” do prędkości roboczej. Pierwsze zaobserwowane ugięcie to „efekt skakanki”, co oznacza, że środek wirnika z prędkością odsuwa się od swojej osi obrotu, powodując duże niewyważenie „statyczne”.
RODZAJE NIEWYWAŻENIA
Wyróżniamy 3 rodzaje niewyważenia:
- Niewyważenie statyczne – to miejsce, w którym oś masy jest przemieszczana tylko równolegle do osi wału. Niezbilansowanie jest korygowane tylko w jednej płaszczyźnie osiowej.
- Niewyważenie wielopłaszczyznowe – to miejsce, w którym oś masy przecina oś biegną. Na przykład: dysk, który skończył się swash bez statycznego braku równowagi. Niezbilansowanie jest zwykle korygowane w dwóch płaszczyznach
- Niewyważenie dynamiczne – to miejsce, w którym oś masy nie pokrywa się z osią obrotu. Ta nierównowaga jest zwykle kombinacją nierównowagi statycznej i nierównowagi i jest korygowana w dwóch płaszczyznach
METODY KOREKCJI NIEWYWAŻENIA
Aby skorygować niewyważenie, usuwa się materiał poprzez wiercenie, frezowanie itd. z ciężkiej pozycji na komponencie. Innym rozwiązaniem jest dodanie materiału do „lekkiej” pozycji na komponencie poprzez przykręcanie lub spawanie obciążeń aby zredukować niewyważenie.
WYWAŻARKI
Do określenia miejsca i wielkości niewyważenia oraz jego korekty producenci wirników korzystają z wyważarek. Maszyny te są tak czułe, że łatwo i dokładnie ustalają jakiekolwiek odchylenie osi masy 0.001 mm od osi przebiegu.
Niektóre wyważarki ustalają jedynie niewyważenie statyczne. Używane są do wyważania części w kształcie tarcz. Inny typ wyważarek określa niewyważenie w 2 płaszczyznach osiowych, np. do wyważania wirników, których długość jest proporcjonalnie większa od ich średnicy. Maszyny te dostępne są w wersji do wyważania wirnika w osiach poziomych lub pionowych.
Dzięki zastosowaniu nowoczesnej elektroniki, dokładność z łatwością przekracza krajowe i międzynarodowe standardy. Konfiguracja maszyny jest bardzo prosta – wystarczy wpisać pomiary do komputera.
WYWAŻANIE WIRNIKÓW SZTYWNYCH
Ponieważ niewyważenie występuje w komponentach nawet w stanie spoczynku, wirniki sztywne można wyważać na niskich obrotach, co wystarcza aby wywołać siłę odśrodkową i zmierzyć niewyważenie.
WYWAŻANIE WIRNIKÓW GIĘTKICH
Ten typ wirników wyważany jest przy niskich prędkościach obrotowych gdze wirnik nie ulega wygięciu. Wykonywana jest korekcja niewyważenia, następnie prędkość jest stopniowo zwiększana, a niewyważenie jest korygowane etapami aż do osiągnięcia prędkości operacyjnej wirnika.
NOWOCZESNE TECHNIKI
Koszty wymiany uszkodzonych wirników są wysokie, dlatego przemysł lotniczy wymaga aby części lub sekcje wymienianych wirników zachowywały dopuszczalne wyważenie. Technika ta polega na stosowaniu części zamiennych, np. wyważaniu modułu kompresora przy pomocy zamiennego modułu turbiny oraz zastępowaniu kompresora i łopatek turbiny bez dalszego wyważania. Techniki te są dostępne dla innych gałęzi przemysłu, jeśli tylko klienci tego wymagają.
PODSUMOWANIE
Najnowsze metody produkcyjne ograniczają lub eliminują potrzebę wyważania przy zastosowaniach niskoobrotowych, ale wraz ze stale zwiększającymi się prędkościami w maszynach rotacyjnych, wyważanie dynamiczne staje się potrzebą najbliższej przyszłości. Zrozumienie wyważania dynamicznego pozwala zoptymalizować kompletny proces produkcji.