maszyn wyważanie maszyn wirnikowych w łożyskach własnych

maszyn wyważanie maszyn wirnikowych w łożyskach własnych

LABORATORIUM DRGANIA I WIBROAKUSTYKA
MASZYN
Wydział Budowy Maszyn i Zarządzania
Zakład Wibroakustyki i Bio-Dynamiki Systemów
Ćwiczenie nr 4
WYWAŻANIE MASZYN WIRNIKOWYCH W ŁOŻYSKACH WŁASNYCH
Cel ćwiczenia:
• Poznanie zasad wyważania wirników w łożyskach własnych.
• Minimalizacja niewyważenia dynamicznego obciążenia łożysk modelu maszyny wirnikowej –
szlifierka ze zmienionymi tarczami w jednej płaszczyźnie korekcji.
Wyposażenie stanowiska:
1. Maszyna wirnikowa (szlifierka ze zmienionymi tarczami) z możliwością zmiany niewyważenia wirnika.
2. Piezoelektryczne przetworniki przyspieszeń drgań.
3. Sonda tachometryczna umożliwiająca pomiar fazy
4. Układ wzmacniająco-filtrujący z możliwością zmiany wzmocnienia na wejściu i wyjściu sygnału.
5. Dwunastobitowy przetwornik analogowo-cyfrowy dokonujący konwersji sygnału analogowego na jego postać cyfrową oraz komputer PC.
Literatura:
1. C. Cempel: Drgania mechaniczne. Wprowadzenie, skrypt PP Nr 1163 1984.
2. R. Łączkowski: Wyważanie elementów wirujących, WNT, Warszawa 1979, str. 231-233.
3. J. Vaughan: Static and Dynamic Balancing (Second Edttion), Aplication Notes No 17-227,
Bruel & Kjaer.
4. User's Guide 10 Field Balancing, Bruel & Kjaer BR 0252-11.
Zagadnienia kontrolne:
l. Rodzaje niewyważenia wirników.
2. Klasyfikacja wirników:
• co to jest wirnik sztywny i podatny,
• w jakim przypadku można stosować wyważanie w jednej płaszczyźnie.
3. Warunki wyważania w łożyskach własnych:
4. Podstawy teoretyczne wyważania.
5. Procedury wyważania.
1
1. WYWAŻANIE JEDNOPŁASZCZYZNOWE MASZYN WIRNIKOWYCH
W ŁOŻYSKACH WŁASNYCH - metodą amplitudowo-fazową
Metody wyważania maszyn wirnikowych za pomocą równoczesnego pomiaru amplitudy i fazy drgań znalazły szerokie zastosowanie w związku z rozpowszechnieniem elektronicznej aparatury
do wyważania.
Wyważanie w jednej płaszczyźnie korekcji, tą metodą, można wykonać tylko za pomocą dwukrotnego uruchomienia wirnika:
─ pierwszy raz bez masy próbnej,
─ drugi raz z masą próbną.
Przy każdym uruchomieniu wirnika mierzy się w określonym kierunku amplitudę i względne zmiany kąta fazowego drgań łożyska znajdującego się najbliżej płaszczyzny korekcji.
Metoda iteracyjna wyważania w łożyskach własnych zastosujemy może być stosowana tylko
dla tych wirników, których płaszczyzny korekcji są położone blisko łożysk, ponieważ wtedy wzajemny wpływ płaszczyzn korekcji jest nieduży.
Wyważanie metodą iteracyjną rozpoczyna się zawsze od wyważenia wirnika w tej płaszczyźnie korekcji I, która znajduje się w pobliżu łożyska A o największej amplitudzie drgań. Po zamocowaniu w płaszczyźnie I masy korekcyjnej drgania łożyska A znacznie się zmniejszą. Następnie
wyważa się wirnik w płaszczyźnie II mierząc drgania łożyska B. Po zamocowaniu masy korekcyjnej w płaszczyźnie II następuje znaczne zmniejszenie amplitudy drgań łożyska B, natomiast zwiększają się drgania łożyska A, ale do wartości mniejszej od tej jaką miało ono przed wyważaniem
(wpływ mas korekcyjnych zamocowanych w płaszczyźnie II). Dlatego wykonuje się ponowne wyważanie w płaszczyźnie I, co z kolei powoduje zwiększenie amplitudy drgań łożyska B. Aby temu
przeciwdziałać wykonuje się drugi raz wyważanie w płaszczyźnie II. Kolejne wyważania w obu
płaszczyznach korekcji powtarza się na przemian tak długo, aż osiągnie dopuszczalną wartość niewyważenia.
Procedura postępowania
Poniżej opisano procedurę określenia wartości masy korekcyjnej i jej położenia oraz sposób wypełnienia arkusza pomiarowego.
1. Wirnik bez masy próbnej rozpędza się do prędkości wyważania, której wartość w czasie wykonywania pomiarów musi być stała. Korzystając z pomocy programu komputerowego „Monitor
r
wyważania" należy odczytać amplitudę drgań łożyska A 0 i wartość kąta α0
Wyniki zapisuje się w formularzu pomiarowym.
2. Wartość masy próbnej mp, w g, oblicza się za pomocą wzoru:
m ⋅A
mp = w 0
r
gdzie:
mw − masa wirnika w kg,
r − promień zamocowania masy próbnej w mm,
A0 − amplituda drgań łożyska w μm.
(1)
Masę próbną mocuje się w płaszczyźnie korekcji pod kątem 0° i uruchamia się wirnik po raz
drugi do takiej samej prędkości obrotowej jak za pierwszym uruchomieniem. Przy ustalonej
prędkości wyważania odczytujemy amplitudę łożyska A1 i kąt α1 .
r
r
r
r
Jeżeli 0.2 ⋅ A 0 ≤ A 0 - A1 ≤ 2 ⋅ A 0 , to masę próbną mp przyjęto prawidłowo; w przeciwnym
przypadku masę próbną trzeba zmienić.
2
3. Wektory A0 i A1 rysuje się (korzystając z arkusza pomiarowego) w odpowiedniej skali od por
r
r
czątku układu biegunowego. Ich geometryczną różnicą jest wektor R = A 0 - A1 , który równor
legle przesunięto do środka układu. Odczytane na rysunku wartości R i ϕ zapisuje się w formularzu pomiarowym.
4. Wartość masy korekcyjnej mk, oblicza się za pomocą wzoru:
A
mk = m p 0
R
a kąt β, pod jakim tę masę należy umieścić, wg wzoru
β = α p + α0 − ϕ
(2)
(3)
Ponieważ masę próbną mocuje się pod kątem pod 0°, więc β = α 0 − ϕ
5. Jeżeli po zamocowaniu masy korekcyjnej mk amplituda drgań łożyska nie zmniejszy się co najmniej dziesięciokrotnie, to trzeba wykonać dodatkowe wyważanie. W tym celu po raz trzeci uruchamia się wirnik z zamocowaną masą korekcyjną mk i przy ustalonej prędkości wyważania od-
r
czytuje się amplitudę łożyska A1d i kąt α1d. W tym przypadku masa korekcyjna mk spełnia
rolę masy próbnej, dla której również są słuszne zależności (1) i (2). Wartość poprawionej masy
korekcyjnej można obliczyć za pomocą wzoru:
A
(4)
mkd = mk 0
Rd
a kąt jej zamocowania w płaszczyźnie korekcji wyznacza się z zależności:
(5)
βd = β + α 0 − ϕ
Wyważanie kończy się umieszczeniem w płaszczyźnie korekcji masy korekcyjnej mkd pod
kątem βd, przy czym masę mk. trzeba usunąć z wirnika.
2. WYWAŻANIE DWUPŁASZCZYZNOWE MASZYN WIRNIKOWYCH
W ŁOŻYSKACH WŁASNYCH - metodą amplitudowo-fazową
Przy wyważaniu dwupłaszczyznowym do zrealizowania jednego cyklu wyważania za pomocą
metody amplitudowo-fazowej potrzebne są tylko trzy uruchomienia wirnika. Po każdym uruchomieniu przy jednakowej prędkości wyważania korzystając z pomocy programu komputerowego
„Monitor wyważania" odczytujemy amplitudy drgań obu łożysk i jednocześnie odczytuje się ich
kąty fazowe.
Dla ułatwienia obliczeń należy posługiwać się tablicą obliczeniową, dołączoną do opisu ćwiczenia, i układem współrzędnych biegunowych. Wtedy procedura wyważania przebiega następująco:
l. Wirnik bez masy próbnej rozpędza się do prędkości wyważania, przy której odczytuje się amplitudy i kąty wektorów drgań łożysk A i B, a wyniki wpisuje do tabeli w rubryce uruchomienie l.
2. Uruchamia się wirnik z masą próbną mp zamocowaną w płaszczyźnie I pod kątem 0°. Przy
prędkości wyważania odczytuje się amplitudy i kąty wektorów drgań łożysk A i B, a wyniki
wpisuje do tabeli w rubryce uruchomienie 2.
3. Uruchamia się wirnik z masą próbną mp zamocowaną w płaszczyźnie n pod kątem 0° na takim
samym promieniu jak w punkcie 2 procedury. Jeżeli promienie mocowania mas próbnych w obu
płaszczyznach korekcji nie są jednakowe, to masę próbną w płaszczyźnie II wyznacza się z warunku:
(6)
m1 p r1 = m11 r11
3
Przy prędkości wyważania mierzy się amplitudy i kąty wektorów drgań łożysk A i B, a wyniki
wpisuje do tabeli w rubryce uruchomienie 3.
4.-Oblicza się moduły i kąty wektorów A, B, C. D, E i F w sposób podany w tabeli. Wszystkie moduły dzieli się przez największy moduł i mnoży przez 10, a wyniki obliczeń wpisuje w rubryce
moduł zredukowany. Jeżeli obliczony kąt przekracza 360°, to w rubryce Kąt ≤ 360° wpisuje się
wartość pomniejszoną o 360°.
5. Korzystając z modułów i kątów obliczonych w tabeli, rysuje się wektory A. B, C, D, E i F w
układzie biegunowym i następnie wyznacza się wektory K, L i M. Moduły i kąty wektorów K i
L zapisuje się w tabeli.
6. Łącząc końce wektorów K, L i M tworzy się trójkąt, a potem wyznacza się wykreślnie jego
środek ciężkości, który jest końcem wektora S. Moduł i kąt tego wektora zapisuje się w tabeli.
7. Za pomocą wektorów podanych w tabeli oblicza się wartości mas korekcyjnych mIk, mIIk oraz
ich kąty położenia βI, βII.
8. Po umocowaniu mas korekcyjnych w obu płaszczyznach korekcji uruchamia się wirnik i przy
prędkości wyważania sprawdza się wartości amplitud drgań obu łożysk. Jeżeli wartości te są co
najmniej dziesięciokrotnie mniejsze od wartości zarejestrowanych przed wyważaniem, to wynik
wyważania uznaje się za zadowalający. W przeciwnym przypadku trzeba wykonać wyważanie
dodatkowe. W tym celu, nic zmieniając położenia korekcyjnych mIk i mIIk powtarza się cały
cykl wyważania. W ten sposób wyznacza się wartości i położenia dodatkowych mas korekcyjnych, po zamocowaniu których uzyskuje się przeważnie zadowalający stan dynamiczny wirnika.
Tabela obliczeniowa do wyważania dwupłaszczyznowego
Wektory drgań
Uruchomienie l
Uruchomienie 2
Uruchomienie 3
Wektor
AA
A’A
A’’A
Moduł
Łożysko A
ΦA
Φ’A
Φ’’A
AB
A’B
A’’B
Moduł zredukowany
Łożysko B
ΦB
Φ’B
Φ’'B
Kąt
A
A’’A AB =
Φ’’A + φ ‘’B =
B
A’’B AA =
1800 + φ ‘’B + ΦA =
C
AA A’B =
ΦA + Φ’B =
D
A’A AB =
1800 + Φ’A + Φ’B =
E
A’A A’’B =
Φ’A + φ ‘’B =
F
A’’A A’B =
1800 + φ ’B + Φ’’A =
B
Wektory odczytane z wykresu biegunowego
Wektor
K
L
S
Moduł
Kąt
α
λ
σ
K=
L=
S=
4
Kąt < 360°
Masa próbna: mp =
ϕp = 0°
[g]
mIK = mp K/3S =
βI = ϕp+ α - σ =
mIIK = mp L/3S =
βII = ϕp+ λ - σ =
Kontrolne uruchomienie z masami korekcyjnymi
Łożysko 1
3.
Łożysko 2
OPIS STANOW[SKA
Na rysunku l przedstawiono schemat stanowiska pomiarowego do przeprowadzenia wyważania w jednej lub dwóch płaszczyznach z pomiarem fazy. W skład stanowiska wchodzi:
• silnik elektryczny z osadzonymi na wale tarczami, na których można modelować niewyważenie,
• układ pomiarowy:
─ przetworniki przyspieszeń drgań,
─ układ wzmacniająco-filtrujący
─ sonda tachometryczna umożliwiająca pomiar fazy
─ przetwornik analogowo-cyfrowy,
─ komputer PC oraz oprogramowanie MONITOR WYWAŻANIA umożliwiające odczytanie amplitudy drgań i kąta fazowego w celu wyważenia tarczy (lub tarcz) wg
procedury przedstawionej powyżej.
• śrubki wraz z nakrętkami jako masa próbna i korekcyjna.
4.
SPOSÓB PRZEPROWADZENIA ĆWICZENIA.
1. Korzystając z programu komputerowego MONITOR WYWAŻANIA dokonać odczytu amplitudy i kąta fazowego dla jednego lub dwóch sygnałów (w zależności od ilości płaszczyzn wyważania).
2. Postępując zgodnie z omówioną wcześniej procedurą wyważania wyznaczyć wartość masy próbnej i korekcyjnej.
5.
Opis programu komputerowego MONITOR WYWAŻANIA.
Program ten uruchamia się komendą mon_wyw.exe. Po wczytaniu plików konfiguracyjnych,
co zostanie potwierdzone na ekranie odpowiednim komunikatem, pojawi się panel roboczy programu. Dla uzyskaniu dokładniejszych wyników pomiarów zaleca się skorzystanie z funkcji uśredniania uruchamianej klawiszem „u". Można zmienić liczbę uśrednień (domyślnie ustawioną na l) w
zakresie od l do 999. Optymalne wartości pochodzą z zakresu (10 ÷ 30), przy czym im mniejsze
niewyważenie tym większe najeżałoby zastosować uśrednianie.
Zmieniając wzmocnienie na wejściu lub wyjściu układu filtrującego należy pamiętać o zmianie ustawień w programie. Dokonuje się tego klawiszami F1 + F6, a rezultat tych zmian możemy
obserwować w lewym dolnym rogu ekranu. Błędne ustawienie parametrów wzmocnień spowoduje
błędy w obliczeniach wykonywanych przez program. Akwizycji sygnałów (obu jednocześnie) dokonujemy klawiszem „s". W oknach sygnałowych pojawią się przebiegi czasowe sygnałów, a obok
w oknach kołowych pojawią się wektory niewyważeń określone na podstawie amplitudy i kąta fazowego. Wartość amplitudy przyspieszeń drgań i wartość kąta fazowego jest wyświetlana w tabelce
z prawej dolnej strony ekranu. Wciskając klawisz „d" będziemy mogli zapoznać się z pozostałymi
5
parametrami sygnałów. W każdej chwili możemy przypomnieć sobie którym klawiszom przypisane
są funkcje specjalne, wystarczy wcisnąć tylko klawisz „p" aby ukazało się okno skróconej pomocy.
Program MONITOR WYWAŻANIA umożliwia również obejrzenie animacji niewyważenia.
Ta opcja programu ukryta jest pod klawiszem „a". Klawisz „z" pozwala zapisać przebieg czasowy
sygnałów jak również sygnał z sondy tachometrycznej. Sygnały te są zapisane odpowiednio w plikach sygnal1.syg, sygnal2.syg i sonda.syg. Po zakończeniu pracy, gdy chcemy opuścić program
wystarczy wcisnąć klawisz „q" i komputer wróci do systemu operacyjnego DOS.
W skład całego systemu wchodzą następujące pliki:
• mon_wyw.exe (moduł główny)
• nastawy.cfg (plik zawierający czułości napięć dla czujnika KD 11 na kanale l)
• nastawy2.cfg (plik zawierający czułości napięć dla czujnika KD 11 na kanale 2)
• parametr.cfg (plik zapamiętujący ustawienia wzmocnień przy wyjściu z programu)
• egavga.bgi (plik obsługujący tryb graficzny programu)
• *.chr (pliki odpowiadające za czcionki stosowane w programie).
Bez w/w plików program nie będzie działał poprawnie.
piezoelektryczny
przetwornik drgań
a(t)
Ł1
Ł2
mw
wzmacniacz z filtrem
środkowoprzepustowym
f0 = fobr
wyważana
maszyna
składowa a(t; fobr)
sonda
obrotów
przetwornik A / C
komputer
(monitor wyważania)
Rys. 1. Schemat stanowiska do jednopłaszczyznowego wyważania w łożyskach własnych.
7. Przebieg ćwiczenia.
1. Korzystając z programu komputerowego MONITOR WYWAŻANIA dokonać odczytu amplitudy i kąta fazowego dla jednego lub dwóch sygnałów (w zależności od ilości płaszczyzn wyważania).
2. Postępując zgodnie z procedurą wyważania (patrz pkt. 5) wyznaczyć wartość masy próbnej i korekcyjnej.
8. Opis programu komputerowego MONITOR WYWAŻANIA. Program ten uruchamia się komendą mon_wyw.exe. Po wczytaniu plików konfiguracyjnych, co zostanie potwierdzone na ekranie
odpowiednim komunikatem, pojawi się panel roboczy programu (rys. 2). Dla uzyskaniu dokładniejszych wyników pomiarów zaleca się skorzystanie z funkcji uśredniania uruchamianej klawiszem
6
„u" (rys.3). Można zmienić liczbę uśrednień (domyślnie ustawioną na l) w zakresie od l do 999.
Optymalne wartości pochodzą z zakresu 10 + 30, przy czym im mniejsze niewyważenie tym większe uśrednianie najeżałoby zastosować.
Zmieniając wzmocnienie na wejściu lub wyjściu układu filtrującego należy pamiętać o zmianie
ustawień w programie. Dokonuje się tego klawiszami F1 + F6, a rezultat tych zmian możemy obserwować w lewym dolnym rogu ekranu (rys. 2). Błędne ustawienie parametrów wzmocnień spowoduje błędy w obliczeniach wykonywanych przez program. Akwizycji sygnałów (obu jednocześnie) dokonujemy klawiszem „s". W oknach sygnałowych (rys. 2) pojawią się przebiegi czasowe
sygnałów, a obok w oknach kołowych pojawią się wektory niewyważeń określone na podstawie
amplitudy i kąta fazowego. Wartość amplitudy przyspieszeń drgań i wartość kąta fazowego jest
wyświetlana w tabelce z prawej dolnej strony ekranu (rys. 2). Wciskając klawisz „d" będziemy mogli zapoznać się z pozostałymi parametrami sygnałów (rys. 4). W każdej chwili możemy przypomnieć sobie którym klawiszom przypisane są funkcje specjalne, wystarczy wcisnąć tylko klawisz
„p" aby ukazało się okno skróconej pomocy. Program MONITOR WYWAŻANIA umożliwia
również obejrzenie animacji niewyważenia. Ta opcja programu ukryta jest pod klawiszem „a".
Klawisz „z" pozwala nam zapisać przebieg czasowy sygnałów jak również sygnał z sondy tachometrycznej. Sygnały te są zapisane odpowiednio w plikach sygnal1.syg, sygnal2.syg i sonda.syg. Gdy
zakończymy pracę i chcemy opuścić program wystarczy wcisnąć klawisz „q" i komputer wróci do
systemu
operacyjnego DOS,
W skład całego systemu wchodzą następujące pliki:
• mon_wyw.exe (moduł główny)
• nastawy.cfg (plik zawierający czułości napięć dla czujnika KD 11 na kanale l)
• nastawy2.cfg (plik zawierający czułości napięć dla czujnika KD 11 na kanale 2)
• parametr.cfg (plik zapamiętujący ustawienia wzmocnień przy wyjściu z programu)
• egavga.bgi (plik obsługujący tryb graficzny programu)
• *.chr (pliki odpowiadające za czcionki stosowane w programie).
Bez w/w plików program nie będzie działał poprawnie.
Uwaga -zmiana oznaczeń
Φ0
φ1
β = φp+ φ0 - ρ
Φ0 = O
β = Φ0 - ρ
Φ1d
βd
na
na
na
na
na
na
na
α0
α1
β = αp + α0 - ϕ
α0 = O
β = α0 - ϕ
α1d
β =β +α0 - ϕd
7