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 N s i momentem głównym niewyważenia M N. N s = m w e gdzie: m w - 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 A o i wektorem niewyważenia N o ma postać: A 0 = α N o gdzie α jest wektorem zespolonym wpływu niewyważenia na drgania łożyska. uruchomienie wirnika z masą próbną m p umieszczoną w płaszczyźnie korekcji pod katem 0 o : Między wektorami niewyważenia zachodzi związek: A 1 = α N 1 N 1 = N 0 + N p gdzie N p 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 = N p e αp i ; A 0 = A 0 e α0 i ; R = R e ρ i ; czyli N k = N p (A 0 / R) e (αp + α0 - ρ) i Przyjmując z kolei kąt położenia masy korekcyjnej, jako: β = (α p + α 0 - ρ) wektor niewyważenia korekcyjnego, przyjmie postać: N k = N p (A 0 / R) e β i
a jego moduł N k = N p (A 0 / R) Jeżeli założymy, że masa korekcyjna m k będzie zamocowana na takim samym promieniu jak masa próbna m p, to: m k = m p (A 0 / 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 m p /np. wg zależności podanej w załączniku/ i zamocować ją na przyjętym promieniu r [mm] w płaszczyźnie przechodzącej przez płaszczyznę 0 o 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 m k 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 Energetycznych Obiekt: Dane techniczne: ARKUSZ POMIAROWY NR Usytuowanie punktów pomiarowych: Data pomiaru: Uwagi: Warunki prowadzenia pomiarów: 1. Stan pracy: ustalony/nieustalony 2. Aparatura pomiarowa:......... 3. Sposób mocowania przetwornika:... U r u c h o m. Nr 1 2 3 1 v rms d RMS Składowa obrotowa X Kąt fazowy α Składowa obrotowa X Kąt fazowy α [mm/s] [ µm ] [mm/s] [ 0 ] [ µm ] [ 0 ] Uwagi: 4. Wielkości mierzone: 2 v rms [mm/s] d RMS [µm] 3 X [mm/s, µm] Wnioski: /wraz z uzasadnieniem/ Rok akademicki: Semestr: Grupa: Imię i Nazwisko:
140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 150 30 160 20 170 10 180 0 360 190 350 200 340 210 330 220 320 230 240 250 260 270 280 290 300 310 Wyniki pomiaru w stanie niewyważonym: X 0 =... [µm lub mm/s]; α 0 =... [ o ] m p = m w. X 0 / r [ g] =... [ g] Wyniki pomiaru po zamocowaniu masy próbnej w płaszczyźnie korekcji pod kątem 0 o na promieniu r : X 1 =... [µm lub mm/s]; α 1 =... [ o ] Wyznaczenie masy korekcyjnej oraz kąta jej zamocowania na promieniu r : m k = m p. X 0 / R =... [ g] β = α o - ρ [ o ] dla ρ < α 0 β = 360 + (α o - ρ) [ o ] dla ρ > α 0