CIMAT Balancing

V čem spočívá vyvažování

Pro obyčejného smrtelníka je vyvažování rotorů často „černou magií“. Znalosti většiny lidí o vyvažování jsou obvykle omezeny na kola a pneumatiky automobilů, které je nutné vyvážit před nasazením na automobil; v opačném případě bude docházet k vibracím volantu, nerovnoměrnému nátlaku na pneumatiky, atd. Tento článek Vám pomůže pochopit svět vyvažování a zapomenout na „černou magii“.

CIMAT Balancing Technology

Nevyvážený rotor

O nevyvážení rotoru mluvíme v případě, že se centrální osa hmoty liší od centrální osy průběhu. V praxi jsou všechny nově obráběné díly asymetrické s ohledem na otvory v odlitku, různý počet a polohu otvorů na šrouby, excentricky umístěné díly, obráběné průměry nekoncentrické vůči poloze ložisek, atd. 

Během otáčení se chce nevyvážený rotor otočit kolem své centrální osy hmoty. Jelikož ložiska tento pohyb omezují, odstředivá síla způsobuje v důsledku nevyvážení vibrace rotoru. Tyto vibrace způsobují poškození ložisek, vytvářejí nadměrný hluk a v extrémních případech dokonce rozpad rotoru. Je tedy nutné zmenšit nevyvážení na uspokojivou úroveň.

Meze vyvážení

Existují meze vyvážení, podobně jako meze obrábění, na které je nevyvážení přípustné. U rotorů máme mezinárodní a národní standardy, např. kola automobilů jsou vyvažována na stupeň 40, ale malé elektrické armatury se vyvažují na stupeň 2.5. Stupně jsou přepočítávány na jednotky nevyvážení, v závislosti na rotační rychlosti rotoru podle standardů ISO 1940.

CIMAT Balancing Computer

Cimat Balancing Machine

Jednotky vyvažování

Jednotka nevyvážení je hmotnost vynásobená poloměrem, např. kladné zatížení k jistému místu na vyvažovaném dílu by posunulo osu hmoty na osu průběhu a způsobilo vyvážení. Korekce hmoty vynásobená použitým poloměrem dává jednotku nevyvážení. K metrickému měření se používají gram milimetry (gmm) nebo (u velkých rotorů) gram centimetry. Anglosaskými ekvivalenty jsou gram couly a unco couly. Tuto hmotnost (hmotu) je nutné použít vůči poloměru od centra průběhu při lehké pozici.

Typy rotorů

Rotory dělíme do 2 skupin. Jednu tvoří pevné rotory, které nepodléhají průhybu, včetně operačních rychlostí. 

Druhou skupinu tvoří pružné rotory, které se při operačních rychlostech „prohýbají“. První prohnutí je tzv. efekt „švihadla“, což znamená, že střed rozpohybovaného rotoru se přemisťuje z jeho rotační osy a způsobuje vysoké statické nevyvážení. 

CIMAT

Cimat Balancing Machine

Druhy nevyváženosti

Rozeznáváme 3 druh nevyváženosti

  1. Statická nevyváženost – když je osa těžiště rovnoměrně vychýlena vůči ose hřídele. V takovém případě je nevyváženost korigována v jedné rovině.
  2. Momentová nevyváženost – když se osa těžiště protíná s osou otáčení. Například rotor ve tvaru disku s radiální házivostí bez statické nevývahy. V takovém případě je nevyváženost korigována ve dvou rovinách.
  3. Dynamická nevyváženost – když osa těžiště není shodná s osou otáčení. Tato nevyváženost nastává obvykle spojením nevyváženosti statické a momentové a koriguje se ve dvou rovinách.

Metody korekce nevyvážení

Pro korekci nevyvážení se materiál odstraňuje pomocí vrtání, frézování, atd. z těžké pozice na komponentu. Jiným řešením je přidání materiálu na „lehkou“ pozici na komponentu prostřednictvím zašroubování nebo přivaření závaží, aby bylo zredukováno nevyvážení.

CIMAT

Cimat Balancing Machine

Vyvažovačky

Pro zjištění místa a hodnoty jakéhokoliv nevyvážení a jeho korekci používají výrobci rotorů vyvažovačky. Tyto stroje jsou tak citlivé, že snadno a přesně určí jakoukoliv odchylku osy hmoty 0.001 mm od osy průběhu.

Některé vyvažovačky určují pouze statické nevyvážení. Používány jsou k vyvažování dílů ve tvaru kotouče. Jiný typ vyvažovaček určuje nevyvážení ve dvou axiálních rovinách, např. k vyvažování rotorů, jejichž délka je proporcionálně větší než průměr. Tyto stroje jsou dostupné ve verzi pro vyvažování rotoru ve vodorovných nebo svislých osách.

Díky použití moderní elektroniky přesnost měření snadno překračuje národní i mezinárodní standardy. Konfigurace stroje je velmi snadná - stačí zadat měření do počítače.

Vyvažování pevných rotorů

Jelikož se nevyvážení vyskytuje v komponentech i ve stavu klidu, pevné rotory lze vyvažovat na nízkých otáčkách, což stačí, aby byla vyvolána odstředivá síla a změřeno nevyvážení.

CIMAT

CIMAT

Vyvažování pružných rotorů

Tento typ rotorů je vyvažován při nízkých rychlostech otáček, kdy rotor nepodléhá průhybu. Prováděna je korekce nevyvážení, následně je rychlost postupně zvyšována a nevyvážení je korigováno fázově, až k dosažení operační rychlosti rotoru.

Moderní techniky

Náklady na výměnu poškozených rotorů jsou vysoké, proto letecký průmysl vyžaduje, aby díly nebo sekce vyměňovaných rotorů zachovávaly přípustné vyvážení. Tato technika spočívá v použití náhradních dílů, např. vyvažování modulu kompresoru pomocí náhradního modulu turbíny a nahrazování kompresoru a lopatek turbíny bez dalšího vyvažování. Tyto techniky jsou dostupné i pro jiná odvětví průmyslu, pokud to zákaznici vyžadují.

CIMAT

CIMAT

Shrnutí

Nejnovější výrobní metody omezují nebo eliminují nutnost vyvažování při nízkootáčkovém použití, ale společně se stále se zvyšujícími rychlostmi v rotačních strojích se dynamické vyvážení stává nutností nejbližší budoucnosti. Pochopení dynamického vyvažování umožňuje optimalizovat kompletní proces výroby.