Wyważarki: rodzaje, funkcje i jak wybrać odpowiednią maszynę

Odpowiednia wyważarka ogranicza drgania i zużycie, zapewnia jakość produktu oraz może być dostosowana do wirnika, wielkości produkcji i procesu produkcyjnego. Obecnie dostępne są indywidualnie dopasowane rozwiązania do wyważania praktycznie dla każdej branży, od produkcji jednostkowej po w pełni zautomatyzowaną produkcję wielkoseryjną.
Wybór odpowiedniej wyważarki zależy od trzech kluczowych pytań: Jaki kształt i konstrukcję ma wirnik? Jaka klasa jakości wyważenia jest wymagana? Jaka jest wielkość produkcji?

• Wirniki cylindryczne z własnymi czopami wału: wyważarki poziome
• Wirniki tarczowe bez wału: wyważarki pionowe lub statyczne
• Pojedyncze części, prototypy i małe serie: ręcznie obsługiwane wyważarki uniwersalne
• Produkcja wielkoseryjna: półautomatyczne i w pełni automatyczne systemy wyważania
• Wirniki zamontowane w maszynie: przenośne urządzenia do wyważania w miejscu pracy

Wyważarka podpiera wirnik, mierzy jego niewyważenie i oblicza korekcję wymaganą do jego skompensowania. W zależności od typu maszyny i zastosowania pomiar oraz ocena są wykonywane na różne sposoby, na przykład w zależności od zasady pomiaru, liczby płaszczyzn korekcji i systemu podparcia wirnika. Cel jest zawsze taki sam: precyzyjna korekcja niewyważenia.

Pomiar niewyważenia: Jak wyważarka określa położenie i wartość niewyważenia?

Wirnik zostaje wprawiony w ruch obrotowy. Czujniki wykrywają drgania spowodowane niewyważeniem, a także wynikające z niego siły odśrodkowe lub przemieszczenie drgań. Na podstawie tych pomiarów układ pomiarowy oblicza, jaką masę należy dodać lub usunąć w określonym położeniu kątowym w każdej płaszczyźnie korekcji.

W ręcznie obsługiwanych wyważarkach po każdej korekcji wykonywany jest przebieg kontrolny, aż do uzyskania wymaganej jakości wyważenia. Sercem tego procesu jest układ pomiarowy. W Schenck obejmuje on systemy pomiarowe z rodziny CAB oraz platformę oprogramowania Schenck ONE. Przetwarzają one cyfrowo zmierzone wartości, wizualizują niewyważenie i prowadzą operatora przez poszczególne etapy procesu wymagane do jego skorygowania.

Wyważanie statyczne czy dynamiczne: Wyważanie w jednej czy dwóch płaszczyznach?

To, czy wymagana jest jedna czy dwie płaszczyzny korekcji, zależy od rodzaju niewyważenia.

• Niewyważenie statyczne: Niewyważenie statyczne występuje, gdy dwa niewyważenia mają ten sam kierunek i położenie kątowe. Główna oś bezwładności jest równoległa do osi obrotu i przesunięta względem niej. Nawet w stanie spoczynku wirnik ma tendencję do osiadania tak, że jego najcięższy punkt znajduje się na dole. Korekta odbywa się w jednej płaszczyźnie. W praktyce często ma to miejsce w przypadku wirników płaskich lub w kształcie dysku.
• Niewyważenie dynamiczne: Ten rodzaj niewyważenia występuje szczególnie często w dłuższych wirnikach cylindrycznych. Główna oś bezwładności jest nachylona i przesunięta względem osi obrotu. Podczas obrotu wirnika powoduje to ruch kołyszący. Korekcję przeprowadza się w co najmniej dwóch płaszczyznach.

Pomiar siły czy przemieszczenia: Jaka jest różnica między wyważarkami sztywnopodporowymi a miękkopodporowymi?

Wyważarki mierzą niewyważenie według dwóch zasad fizycznych, które różnią się przede wszystkim sposobem podparcia wirnika.

Korekcja niewyważenia: Jak koryguje się niewyważenie?

Niewyważenie koryguje się przez dodanie lub usunięcie masy w obliczonym miejscu. Możliwe metody korekcji obejmują:

- Wiercenie,
- Frezowanie,
- Szlifowanie,
- Spawanie,
- Dodawanie śrub lub gwintowanych ciężarków,
- Klejenie.

Odpowiednia metoda korekcji zależy od wirnika. Na przykład napędy osi mogą być korygowane przez wiercenie i opcjonalnie przez spawanie na kołnierzach napędowych. W przypadku wałów korbowych układ pomiarowy oblicza korekcję w taki sposób, aby zminimalizować liczbę wymaganych otworów. W wielu przypadkach wystarcza jeden etap korekcji. W ręcznych wyważarkach korekcję wykonuje operator, natomiast w automatycznych systemach wyważania proces korekcji jest bezpośrednio zintegrowany z cyklem maszyny.

Wymagana jakość wyważenia zależy od typu wirnika, jego masy oraz maksymalnej prędkości roboczej. 
Dla wirników zachowujących się jak sztywne norma DIN ISO 21940-11 określa procedury i dopuszczalne tolerancje niewyważenia. 
Norma wykorzystuje klasy jakości wyważenia G, wyrażone w mm/s. Im niższa wartość G, tym mniejsze dopuszczalne niewyważenie resztkowe i węższa tolerancja. Dopuszczalne niewyważenie resztkowe Państwa wirnika określa się na podstawie klasy jakości wyważenia, masy wirnika i prędkości obrotowej.

Orientacyjnie norma podaje następujące wartości odniesienia:

• G 2.5: na przykład turbiny gazowe i parowe, napędy obrabiarek oraz średnie i duże silniki elektryczne
• G 6.3: na przykład wentylatory, pompy, koła pasowe i koła zamachowe

Ważne: w praktyce nie można osiągnąć zerowego niewyważenia resztkowego. Tolerancję należy zatem określić na ekonomicznie uzasadnionym poziomie, równoważąc wymagania dotyczące jakości i kosztów. 
W przypadku wirników giętkich, takich jak duże turbiny i generatory, samo to podejście nie jest wystarczające. W przeciwieństwie do wirników sztywnych wirniki giętkie mogą zmieniać kształt wskutek ugięcia w całym zakresie prędkości roboczych, co może również powodować zmianę zmierzonych wartości niewyważenia.

Punktem wyjścia jest zazwyczaj konkretne zadanie związane z wyważaniem. Geometria wirnika, masa, prędkość, wielkość produkcji i środowisko produkcyjne decydują o tym, które rozwiązanie do wyważania jest najbardziej odpowiednie. Poniższe zestawienie przyporządkowuje typowe rodzaje wirników do odpowiednich rozwiązań do wyważania.

Lotnictwo i kosmonautyka applications are subject to specific requirements. Schenck horizontal balancing machines for these applications comply with SAE ARP 4048. Moment weighing systems complement the portfolio and help optimize blade distribution on the rotor.