What is Balancing

Voor de gemiddelde persoon is het balanceren van rotoren vaak een "magische kunst". De kennis van de meeste mensen over balanceren is beperkt tot autowielen en banden die moeten worden gebalanceerd voordat ze in een auto worden gemonteerd; anders krijgen ze last van stuurschommelingen, ongelijkmatige slijtage van banden enzovoort. Dit artikel geeft u inzicht in de wereld van het balanceren en helpt de connotatie van "magische kunst" te verwijderen.

BALANCEREN IN EIGEN LAGERS

Het balanceren in de eigen lagers van de machine gebeurt met draagbare meetapparatuur, met een set trillings- en rotatiesnelheidsensoren en een meetmodule. Een van de voordelen van een dergelijke oplossing is de mogelijkheid om de rotor te balanceren onder de nominale bedrijfsomstandigheden, de ondersteuning en de rotatiesnelheid. Soms kunnen sommige rotoren om technologische redenen niet in hun geheel op een stationaire balanceerinrichting worden gebalanceerd. Balanceren op de eigen lagers van de machine maakt dit mogelijk en bespaart tijd (bv. laden/lossen van de rotor van de balancer), terwijl het eindresultaat toch bevredigend blijft. Een extra functionaliteit van draagbare apparatuur is het meten en regelen van het trillingsniveau van hele machines.

EEN ONGEBALANCEERDE ROTOR

Er is sprake van onbalans in een rotor wanneer de massamiddelpuntas afwijkt van de lopende middelpuntas. Vrijwel alle nieuw bewerkte onderdelen zijn niet symmetrisch door slaggaten in gietstukken, ongelijk aantal en ongelijke positie van boutgaten, onderdelen die uit het midden zijn gemonteerd, bewerkte diameters die excentrisch zijn ten opzichte van de lagerpunten enz.

Een ongebalanceerde rotor wil, wanneer hij draait, rond zijn massamiddelas draaien. Omdat de lagers deze beweging beperken, veroorzaakt de centrifugale kracht, ten gevolge van de onbalans, een trilling van de rotor. Deze trilling veroorzaakt slijtage aan de lagers, veroorzaakt onnodig lawaai, en in extreme gevallen kan de rotor zelf uit elkaar vallen. Het is daarom noodzakelijk de onbalans tot een aanvaardbare grens te beperken.

BALANCEERLIMIETEN

Er zijn balanceerlimieten, net als bewerkingslimieten, waarbij de onbalans aanvaardbaar is. Voor rotoren worden internationale en nationale normen genoemd, bijvoorbeeld: autowielen worden gebalanceerd tot een grenswaarde van graad 40 en kleine elektrische armaturen worden gebalanceerd tot graad 2,5. De graden worden omgezet in onbalanseenheden, afhankelijk van de rotatiesnelheid van de rotor volgens de ISO-normen 1940.

EENHEDEN VAN BALANS

De eenheden van onbalans zijn massa maal radius, bijvoorbeeld: een gewicht toegevoegd aan een bepaalde positie op het te balanceren deel zou de massa-as verschuiven naar de loopas en dus in balans zijn. Het gewicht van de correctie vermenigvuldigd met de toegepaste radius geeft een eenheid van onbalans. Voor metrische metingen zijn de eenheden gram-millimeter (gmm) of, voor grote rotors, gram-centimeter. Het Imperiale equivalent is gram-inches of ounce-inches. Dit gewicht (massa) zou worden aangebracht op een straal vanaf het loopcentrum in de lichtstand.

SOORTEN ROTORS

Rotors kunnen in twee groepen worden ingedeeld. De ene is die waarbij de rotor stijf is en niet doorbuigt tot en met de bedrijfssnelheid.

De andere groep bestaat uit flexibele rotors die tot aan de bedrijfssnelheid "doorbuigen". De eerste doorbuiging is een "springtouweffect", wat betekent dat het middelpunt van de rotor bij snelheid uit zijn rotatieas beweegt, wat een hoge "statische" onbalans veroorzaakt.

TYPES VAN ONBALANS

Er zijn drie soorten onbalans:

  1. Statische onbalans - is waarbij de massa-as alleen evenwijdig aan de as-as wordt verplaatst. De onbalans wordt slechts in één axiaal vlak gecorrigeerd.
  2. Koppelonbalans - is waar de massa-as de loopas snijdt. Bijvoorbeeld: een schijf met zwiep-uitloop zonder statische onbalans. De onbalans wordt meestal in twee vlakken gecorrigeerd
  3. Dynamische onbalans - is wanneer de massa-as niet samenvalt met de rotatie-as. Deze onbalans is meestal een combinatie van statische en koppelonbalans en wordt in twee vlakken gecorrigeerd

METHODEN OM ONBALANS TE CORRIGEREN

Om de onbalans te corrigeren wordt materiaal verwijderd door boren, frezen enz. van de zware positie op het onderdeel. Als alternatief kan de onbalans worden gecorrigeerd door materiaal toe te voegen aan de "lichte" positie op het onderdeel door balansgewichten met bouten of lassen vast te zetten om de onbalans te verminderen.

Balanceermachines

Om de positie en de mate van onbalans vast te stellen, worden door een rotorfabrikant balanceermachines gebruikt om de bestaande onbalans te corrigeren. Deze machines zijn zo gevoelig dat zij gemakkelijk en nauwkeurig elke massa-as kunnen identificeren die 0,001 mm van de lopende as afwijkt.

Eén type machine identificeert alleen statische onbalans. Deze wordt gebruikt voor het balanceren van schijfvormige onderdelen. Een ander type machine identificeert onbalansen in twee axiale vlakken, b.v. voor het balanceren van een rotor waarvan de lengte evenredig groter is dan de diameter. Deze machines zijn beschikbaar in versies die de rotor balanceren in de horizontale of de verticale as.

Door het gebruik van moderne elektronica wordt de nauwkeurigheid gemakkelijk boven de nationale en internationale normen gebracht. Het instellen van de machine is zeer eenvoudig door alleen de metingen in een computer in te voeren.

UITBALANCEREN VAN STIJVE ROTOREN

Omdat een component ook in stilstand onbalans vertoont, kunnen starre rotoren bij een laag toerental worden gebalanceerd, net genoeg om een centrifugaalkracht te produceren om de onbalans te registreren.

UITBALANCEREN VAN FLEXIBELE ROTOREN

Dit type rotor wordt gebalanceerd bij een laag toerental waarbij de rotor niet doorbuigt. De onbalans wordt gecorrigeerd, daarna wordt het toerental geleidelijk opgevoerd en de onbalans wordt stapsgewijs gecorrigeerd tot het bedrijfstoerental van de rotor is bereikt.

MODERNE TECHNIEKEN

Gezien de hoge kosten van het vervangen van beschadigde rotors, schrijft de luchtvaartindustrie voor dat delen of secties van rotors die worden vervangen, een aanvaardbare balans moeten behouden. De techniek houdt in dat dummy aangrenzende onderdelen worden gebruikt, bijvoorbeeld het balanceren van een compressormodule met een dummy turbinemodule en het vervangen van compressor- en turbinebladen zonder verdere balancering. Deze technieken zijn beschikbaar voor de algemene industrie als klanten daarom vragen.

SAMENVATTING

De nieuwste productiemethoden verminderen of elimineren de noodzaak van balanceren in toepassingen met lage toerentallen, maar met steeds hogere toerentallen die op roterende machines worden toegepast, zal dynamisch balanceren in de nabije toekomst noodzakelijk zijn. Inzicht in dynamisch balanceren stroomlijnt het volledige productieproces.