Dla przeciętnego człowieka wyważanie wirników jest często „czarną magią”. Większość ludzi wie o wyważaniu tylko tyle, że koła i opony samochodowe muszą być wyważone przed zamontowaniem w samochodzie, bo inaczej kierownica będzie drgać, opony będą się nierównomiernie zużywać i tak dalej. Pomożemy Ci zrozumieć świat wyważania i sprawić, że przestanie on być dla Ciebie „czarną magią”.

NIEWYWAŻONY WIRNIK

Nierównowaga występuje w wirniku, gdy oś środka masy różni się od osi środka obrotu. Praktycznie wszystkie nowo obrobione części są niesymetryczne z powodu pęknięć w odlewach, nierównej liczby i położenia otworów na śruby, części zamontowanych poza środkiem, średnic obrobionych mimośrodowo względem położenia łożysk itp.

Niewyważony wirnik podczas obrotu dąży do obracania się wokół osi środka ciężkości. Ponieważ łożyska ograniczają ten ruch, siła odśrodkowa spowodowana niewyważeniem powoduje drgania wirnika. Drgania te powodują zużycie łożysk, generują niepotrzebny hałas, a w skrajnych przypadkach mogą doprowadzić do rozpadnięcia się samego wirnika. Dlatego konieczne jest ograniczenie niewyważenia do dopuszczalnego poziomu.

GRANICE RÓWNOWAGI

Istnieją granice wyważenia, podobnie jak granice obróbki, w których niewyważenie jest dopuszczalne. Międzynarodowe i krajowe normy są podawane dla wirników, na przykład: koła samochodowe są wyważane do granicy klasy 40, a małe armatury elektryczne są wyważane do klasy 2,5. Klasy są przeliczane na jednostki niewyważenia, w zależności od prędkości obrotowej wirnika, zgodnie z normami ISO 1940.

JEDNOSTKI NIEZRÓWNOWAŻENIA

Jednostką niewyważenia jest iloczyn masy i promienia, na przykład: ciężar dodany do określonej pozycji na wyważanej części spowoduje przesunięcie osi masy do osi obrotowej, a tym samym osiągnięcie równowagi. Ciężar korekcyjny pomnożony przez zastosowany promień da jednostkę niewyważenia. W przypadku pomiarów metrycznych jednostkami będą gramy-milimetry (gmm), a w przypadku dużych wirników gramy-centymetry. Odpowiednikiem w systemie imperialnym będą gramy-cale lub uncje-cale. Ciężar (masa) ten zostanie zastosowany w promieniu od środka obrotu w pozycji lekkiej.

RODZAJE WIRNIKÓW

Wirniki dzielą się na dwie grupy. Jedna to wirniki sztywne, które nie ulegają odkształceniu aż do prędkości roboczej włącznie.

Druga grupa obejmuje wirniki elastyczne, które „wyginają się” do prędkości roboczej. Pierwszym zaobserwowanym ugięciem jest „efekt skakanek”, co oznacza, że środek wirnika przy prędkości odsuwa się od osi obrotu, powodując duże „statyczne” niewyważenie.

RODZAJE NIEZRÓWNOWAŻENIA

Istnieją trzy rodzaje niewyważenia:

1. Niewyważenie statyczne – występuje, gdy oś masy jest przesunięta tylko równolegle do osi wału. Niewyważenie jest korygowane tylko w jednej płaszczyźnie osiowej.
2. Niewyważenie pary – występuje w miejscu przecięcia osi masy z osią ruchu. Przykład: tarcza z niewyważeniem promieniowym bez niewyważenia statycznego. Niewyważenie jest zazwyczaj korygowane w dwóch płaszczyznach.
3. Niewyważenie dynamiczne – występuje wtedy, gdy oś masy nie pokrywa się z osią obrotu. Niewyważenie to jest zazwyczaj połączeniem niewyważenia statycznego i niewyważenia momentu obrotowego i jest korygowane w dwóch płaszczyznach.

METODY KOREKTY NIEWYRÓWNOWAŻONEGO OBROTU

Usunięcie materiału poprzez wiercenie, frezowanie itp. z ciężkiego miejsca na elemencie służy do skorygowania niewyważenia. Alternatywnie można je skorygować poprzez dodanie materiału do „lekkiego” miejsca na elemencie poprzez przykręcenie lub przyspawanie obciążników wyważających w celu zmniejszenia niewyważenia.

MASZYNY WYRÓWNYWAJĄCE

Aby określić położenie i wielkość niewyważenia, producenci wirników stosują wyważarki, które korygują wszelkie występujące niewyważenia. Maszyny te są tak czułe, że mogą łatwo i dokładnie zidentyfikować każde odchylenie osi masy o 0,001 mm od osi roboczej.

Jeden typ maszyny identyfikuje wyłącznie niewyważenie statyczne. Jest on stosowany do wyważania elementów w kształcie dysku. Inny typ maszyny identyfikuje niewyważenie w dwóch płaszczyznach osiowych, np. do wyważania wirników, których długość jest proporcjonalnie większa niż średnica. Maszyny te są dostępne w wersjach wyważających wirnik w osi poziomej lub pionowej.

Dzięki zastosowaniu nowoczesnej elektroniki dokładność z łatwością przewyższa krajowe i międzynarodowe normy. Konfiguracja urządzenia jest bardzo prosta i polega jedynie na wprowadzeniu pomiarów do komputera.

WYWAŻANIE SZTYWNYCH WIRNIKÓW

Ponieważ niewyważenie występuje w elemencie nawet w stanie spoczynku, sztywne wirniki można wyważać przy niskiej prędkości, wystarczającej do wytworzenia siły odśrodkowej umożliwiającej zarejestrowanie niewyważenia.

WYWAŻANIE ELASTYCZNYCH WIRNIKÓW

Ten typ wirnika jest wyważany przy niskiej prędkości, przy której wirnik nie ulega wygięciu. Dokonuje się korekty niewyważenia, a następnie stopniowo zwiększa prędkość i koryguje niewyważenie etapami, aż do osiągnięcia prędkości roboczej wirnika.

NOWOCZESNE TECHNIKI

Ze względu na wysokie koszty wymiany uszkodzonych wirników, branża lotnicza wymaga, aby wymieniane części lub sekcje wirników zachowały odpowiednią równowagę. Technika ta polega na zastosowaniu atrap sąsiednich części, na przykład wyważaniu modułu sprężarki za pomocą atrapy modułu turbiny i wymianie łopatek sprężarki i turbiny bez konieczności dalszego wyważania. Techniki te są dostępne dla przemysłu ogólnego, jeśli klienci tego wymagają.

PODSUMOWANIE

Najnowsze metody produkcji ograniczają lub eliminują potrzebę wyważania w zastosowaniach o niskiej prędkości, ale wraz ze wzrostem prędkości stosowanych w maszynach wirujących, wyważanie dynamiczne będzie konieczne w dającej się przewidzieć przyszłości. Zrozumienie wyważania dynamicznego usprawnia cały proces produkcji.