ZAKŁAD PODSTAW KONSTRUKCJI I EKSPLOATACJI

ZAKŁAD PODSTAW KONSTRUKCJI I EKSPLOATACJI
MASZYN ENERGETYCZNYCH
Instytut Maszyn i Urządzeń Energetycznych
Politechnika Śląska
INSTRUKCJA
do ćwiczenia
„Wyważanie wirnika maszyny w łożyskach własnych”
Wprowadzenie
Niewyważenie dynamiczne jest najogólniejszym stanem niewyważenia wirnika, w którym oś
wirnika i jego centralna główna oś bezwładności są skośne. Ten rodzaj niewyważenia jest jednoznacznie
określony wektorem niewyważenia Ns i momentem głównym niewyważenia MN.
Ns = mw e
gdzie:
mw - masa wirnika
e - mimośrodowość środka ciężkości
Za pomocą wyważania dynamicznego wyznacza się i zmniejsza wektor główny i moment główny
niewyważenia wirującego wirnika. Proces wyważania dynamicznego można zrealizować przy użyciu jednej
z trzech metod:
- metody amplitudowe /metoda prób, metoda trzech uruchomień/,
- metody fazowe /metoda kresek obwodowych/,
- metody amplitudowo – fazowe.
Pierwsze dwie metody czyli amplitudowa i fazowa realizowane są przy użyciu wyważarek, natomiast
ostatnia czyli amplitudowo – fazowa umożliwia wyważanie wirników w łożyskach własnych maszyny.
Metoda amplitudowa polega na wyznaczeniu wartości i kata niewyważenia za pomocą pomiaru
amplitudy drgań łożysk wyważarki, przy różnych położeniach masy próbnej na wyważanym wirniku.
Metoda ta składa się zasadniczo z dwóch etapów. Pierwszy to wyznaczenie miejsca zamocowania masy
korekcyjnej za pomocą pomiaru amplitudy drgań łożysk przy jednej prędkości obrotowej /odpowiadającej
prędkości rezonansowej/ i jednakowej masie próbnej, lecz przy zmiennym jej położeniu na wirniku. Drugi
etap to wyznaczenie wartości masy korekcyjnej za pomocą pomiaru amplitudy drgań łożysk przy jednej
prędkości obrotowej i niezmiennym kacie mocowania masy próbnej, lecz przy zmiennej wartości tej masy.
Metodę prób stosuje się do wyważania małych wirników wówczas, gdy nie dysponuje się odpowiednią
aparaturą do wyważania.
U podstaw metod fazowych leży założenie, że przy stałej prędkości obrotowej wyważanego wirnika
wartość kąta fazowego między siłą wzbudzającą wywołaną niewyważeniem i największym
przemieszczeniem tego wirnika w kierunku poprzecznym do jego osi jest stała i nie zależy od wielkości
niewyważenia. Metody te polegają na równoczesnym pomiarze zmiany tego kąta oraz wartości amplitud
drgań łożyska wyważarki. Ich podstawową zaletą jest to, że umożliwiają wyznaczenie niewyważenia w
jednej płaszczyźnie korekcji za pomocą tylko dwóch uruchomień.
Metody wyważania za pomocą równoczesnego pomiaru amplitudy i fazy drgań znalazły szerokie
zastosowanie w związku z rozwojem aparatury do wyważania. Umożliwiają one wyważanie w łożyskach
własnych maszyny w jednej płaszczyźnie korekcji za pomocą dwukrotnego uruchomienia wirnika: pierwszy
raz bez masy próbnej i drugi raz z masa próbną. Przy każdym uruchomieniu mierzy się amplitudę i względną
zmianę kąta fazowego drgań łożyska znajdującego się najbliżej płaszczyzny korekcji.
• uruchomienie wirnika bez masy próbnej; zależność między wektorem drgań łożyska Ao i wektorem
niewyważenia No ma postać:
A’0 = α N’o
gdzie α jest wektorem zespolonym wpływu niewyważenia na drgania łożyska.
•
uruchomienie wirnika z masą próbną mp umieszczoną w płaszczyźnie korekcji pod katem 0o:
A’1 = α N’1
Między wektorami niewyważenia zachodzi związek:
N’1 = N’0 + N’p
gdzie Np oznacza wektor niewyważenia wywołanego masą próbną.
Z powyższego układu równań wynika, że niewyważenie korekcyjne N’k = - N’0 określić można zależnością:
N’k = N’p A’0 / R’
gdzie
R’ = A’0 – A’1
Wektory zespolone w powyższej zależności przedstawić można jako:
N’p = Np eαp i ;
czyli
A’0 = A0 eα0 i ;
R’ = R eρ i ;
N’k = Np (A0 / R) e (αp + α0 - ρ) i
Przyjmując z kolei kąt położenia masy korekcyjnej, jako:
β = (αp + α0 - ρ)
wektor niewyważenia korekcyjnego, przyjmie postać:
N’k = Np (A0 / R) e β i
a jego moduł
Nk = Np (A0 / R)
Jeżeli założymy, że masa korekcyjna mk będzie zamocowana na takim samym promieniu jak masa próbna
mp, to:
mk = mp (A0 / R)
Przebieg ćwiczenia
1. Wypełnić Arkusz Pomiarowy w zakresie opisu obiektu badań.
2. Przygotować i zamocować podziałkę kątową na kołnierzu wirnika wentylatora oraz znacznik laserowego
miernika fazy.
3. W wybranym punkcie pomiarowym dokonać pomiaru poziomu wartości skutecznej prędkości i
przemieszczeń oraz składowej obrotowej prędkości lub przemieszczeń drgań „X” oraz odpowiadającej jej
wartości kąta fazowego - zmierzone wartości umieścić w załączonym arkuszu pomiarowym.
4. Dokonać doboru masy próbnej mp /np. wg zależności podanej w załączniku/ i zamocować ją na przyjętym
promieniu „r” [mm] w płaszczyźnie przechodzącej przez płaszczyznę 0o na podziałce kątowej.
5. Włączyć wentylator i po ustabilizowaniu się jego prędkości obrotowej w wybranym punkcie pomiarowym
dokonać pomiaru poziomu wartości skutecznej prędkości i przemieszczeń oraz składowej obrotowej
prędkości lub przemieszczeń drgań „X” oraz odpowiadającej jej wartości kąta fazowego – wentylator
wyłączyć a zmierzone wartości umieścić w załączonym arkuszu pomiarowym.
6. Dokonać obliczeń masy korekcyjnej mk i kąta jej zamocowania wg zależności zawartych w załączniku i
zamocować ją na przyjętym promieniu „r” [mm].
7. Włączyć wentylator i po ustabilizowaniu się jego prędkości obrotowej w wybranym punkcie pomiarowym
dokonać pomiaru poziomu wartości skutecznej prędkości i przemieszczeń oraz składowej obrotowej
prędkości lub przemieszczeń drgań „X” oraz odpowiadającej jej wartości kąta fazowego – wentylator
wyłączyć a zmierzone wartości umieścić w załączonym arkuszu pomiarowym.
8. Porównać wartości pomiarowe z pomiaru 1 i 3. Jeżeli poziom drgań po zamocowaniu masy korekcyjnej
/pomiar nr 3/ jest ok. 10 x mniejszy niż poziom drgań zmierzony przed wyważaniem /pomiar nr 1/, należy
uznać wentylator za wyważony.
Jeżeli poziom drgań po zamocowaniu masy korekcyjnej /pomiar nr 3/ jest mniej niż 10 x mniejszy
od poziomu drgań zmierzonego przed wyważaniem /pomiar nr 1/, należy kontynuować proces wyważania
/postępując jak w punktach 4 – 7/ pozostawiając na wirniku wentylatora założoną już masę korekcyjną.
Zakład Podstaw Konstrukcji
i Eksploatacji Maszyn
ARKUSZ POMIAROWY NR
Energetycznych
Usytuowanie punktów pomiarowych:
Obiekt:
...................................
...................................
...................................
Data
pomiaru:
Uwagi:
Dane techniczne:
.....................................
.....................................
.....................................
.....................................
.....................................
Warunki prowadzenia
pomiarów:
1. Stan pracy:
ustalony/nieustalony
2. Aparatura pomiarowa:
..........................................
..........................................
..........................................
3. Sposób mocowania
przetwornika:
................................
U
r
u
c
h
o
m.
vrms
dRMS
[mm/s]
[ µm ]
Składowa Kąt Składowa
Kąt
obrotowa fazowy obrotowa fazowy
„X”
„X”
α
α
[mm/s]
[ 0]
[ µm ]
[ 0]
Nr
1
2
3
1
2
4. Wielkości mierzone:
vrms [mm/s]
3
dRMS [µm]
„X” [mm/s, µm]
Wnioski: /wraz z uzasadnieniem/
Rok akademicki:
Semestr:
Grupa:
Imię i Nazwisko:
Uwagi:
60
70
80
90
50
0
13
0
12
100
110
14
0
40
15
0
30
170
160
20
10
0
360
180
190
350
200
340
210
330
220
320
230
310
240
250
260
270
280
290
300
Wyniki pomiaru w stanie niewyważonym:
X0 = .............. [µm lub mm/s]; α0 = .......... [ o]
mp = mw . X0 / r [ g] = ............ [ g]
Wyniki pomiaru po zamocowaniu masy próbnej w płaszczyźnie korekcji pod kątem 0o
na promieniu „r”:
X1 = .............. [µm lub mm/s]; α1 = .......... [ o]
Wyznaczenie masy korekcyjnej oraz kąta jej zamocowania na promieniu “r”:
mk = mp . X0 / R = ............. [ g]
β = αo - ρ
[o] dla ρ < α0
β = 360 + (αo - ρ)
[o] dla ρ > α0