fundamentos para el balanceo de rotores sin eje propio

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FUNDAMENTOS PARA EL BALANCEO DE ROTORES SIN EJE PROPIO
1. Introducción
Este folleto se refiere a la ponderación de diferentes rotores que no tienen sus propios cojinetes
o ejes. Estos rotores son principalmente en forma de disco [figura 1 (A)], pero también puede ser en
forma cilíndrica [figura 1 (B)]. Dependiendo de su forma y sobre la aplicación concreta para los que
están destinados, son equilibradas, ya sea en un plano [figura 2 (A)] o en dos planos [figura 2 (A-B)].
Figura 1: (A):Rotor de disco estrecho; (B): Rotor cilíndrico
Figura 2: (A):Balanceo en un plano; (A-B): Balanceo en dos planos
Dado que no tienen una superficie de corrección común, presentan problemas especiales de
balanceo. Con el fin de equilibrarlas, o bien deberá estar equipado con un mandril o la máquina debe
estar equipado con accesorios especiales.
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FUNDAMENTOS PARA EL BALANCEO DE ROTORES SIN EJE PROPIO
2. Desequilibrio del Mandril
Lo mismo se aplica si el uso de accesorios de
fijación, auxiliares o de los mandriles. Deben ser Equilibrio utilizando un dispositivo de sujeción
(También se llama un dispositivo de montaje)
manufacturados de manera muy precisa.
¿Por qué?
En la fabricación de un rotor que es casi imposible
evitar la distribución de la masa no es uniforme. Un
mandril es también un rotor. Si un balanceo, por
ejemplo, un ventilador en un mandril no se corrige,
entonces el ventilador es sólo dará una apariencia
balanceada. Durante el equilibrio que forma una
unidad con el mandril. Cuando se separan de
nuevo entonces el desequilibrio causado por el
mandril y corregidos en el ventilador aparece en la
segunda como la distribución masiva no uniforme.
Por esta razón, el mandril debe ser muy precisa
equilibrada. Su desequilibrio residual que se
refiere a los planos de corrección del rotor debe
ser inferior al 10% del desequilibrio del rotor
admisible.
Tiene lugar principalmente
en la producción del
balanceo. Con este fin
máquinas
de
balanceo
verticales se utilizan. La
ventaja de los trabajos de
montaje
vertical
se
encuentra en el manejo
más simple. Además, estas
máquinas se pueden adaptar de forma óptima al
flujo de trabajo mediante el uso de equipo
adecuado trabajos de carga, accesorios de fijación
servo asistido, así como módulos de corrección.
Equilibrio en mandriles
Desde
un
mandril
en
general,
pesa
aproximadamente 10% del rotor o menos, los
desequilibrios admisibles residual (en gmm / kg) son
aproximadamente iguales. Por otra parte, es
importante tener en cuenta las chavetas. Puesto que
el eje original es sobre todo equilibrado con la
chaveta completa en el caso de los motores
estándar, este es siempre el caso - (ver DIN 45665),
el mandril también debe ser equilibrado con una
llave completa.
Es ventajoso si
los rotores para
ser balanceados
en gran medida
sean de tamaño
y
peso
muy
diferente, debido
a los esfuerzos
de montaje, este
método requiere
mucho tiempo.
En otros casos, por ejemplo, por medio de
acoplamientos elásticos eje de los rotores, el mandril
deben ser equilibrados con media chaveta del eje
original también está equilibrada con una clave de
medio a fin de mantener los momentos internos de
flexión al mínimo.
Por otra parte, permite el equilibrio en las máquinas
equilibradoras horizontales. Estas máquinas
pueden llevar cargas muy pesadas y tienen una
aplicación universal
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3. Desplazamiento paralelo del rotor en una dirección radial
Si existe una excentricidad entre la ubicación del rotor y
el eje del eje del mandril, entonces no es posible de llevar a
cabo el balanceo perfecto del un rotor en este mandril sin
nuevas medidas.
Un rotor (véase el gráfico 5) de masa
montado en un
mandril con un excentricidad causa un desequilibrio
(ecuación 1). Esto está mal corregido mediante la aplicación de
una masa opuesta a la corrección de radio (ecuación 2). Si
es en kg y en µm entonces, se obtiene el desequilibrio en
gmm. En la transposición de la ecuación 2, se obtiene la
ecuación 3. La excentricidad en µm corresponde, por tanto, el
desbalance que se refiere al peso del rotor (desequilibrio
específico) en gmm / kg.
A fin de mantener la excentricidad a lo más pequeño
posible un valor, es absolutamente necesario dar vuelta aplicar
el mandril en una sola configuración. Con el fin de evitar un
desgaste prematuro y por lo tanto, nuevas fuentes de error,
tanto en la ubicación del rotor y rodamientos deben ser
endurecidos. Mandriles fabricados de esta manera es suficiente
para los requisitos de exactitud normal.
Figura 5: Efecto de la
excentricidad del mandril en
el rotor
Si por ejemplo un desequilibrio específico de 40 gmm / kg =
40 µm se requiere, entonces una excentricidad en el mandril
de 4 µm no causará ningún problema. También es posible
determinar la excentricidad en el mandril con un indicador de
línea y que le reste del desequilibrio residual admisible (para
simplificar, sin tener en cuenta la posición angular).
Ejemplo:
= 6 µm
Requerido = 20gmm/kg calidad del equilibrado;
Desbalance Perm. Resd. Espcf.=20–6=14 gmm / kg.
Para balanceo de 2 planos: Por plano = 7 gmm / kg.
Incluso con los costes de fabricación excepcionalmente
elevada que generalmente sólo se plantea la cuestión de la
producción de piezas individuales, no es posible mantener la
excentricidad del mandril a menos de 1 a 2 µm. En la
producción normal, incluso muy preciso mandriles se
generará un error excentricidad de 5 a 10 µm, al menos
después de haber sido utilizada durante mucho tiempo. Si las
precisiones de equilibrio se requieren menos de este valor,
entonces es posible determinar la cantidad y la posición
angular de la excentricidad mandril y para tener esto en
cuenta durante el equilibrio.
En la práctica, un nuevo desplazamiento paralelo del rotor
está conectado con el juego entre su diámetro y el mandril, el
rotor de ser desplazados radialmente por un máximo de la
mitad de la liquidación. En el peor de los casos es aditivo a la
excentricidad del mandril.
Ejemplo:
Excentricidad = 10 µm;
Juego S= 14 µm, el error de excentricidad total posible
Escuchar debido a la tolerancia puede, como es bien sabido,
evitarse mediante el uso de asientos cónicos o de los
controles de bloqueo cero accesorios tales como la
ampliación de mandriles o pinzas (como se usa sobre todo en
las máquinas de balanceo verticales).
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4. Inclinación del rotor
Si un rotor se inclina en el eje z de rotación debido a la superficie
de sujeción del mandril tiene un error de resaca (figura 6) o porque
el mandril se dobla, o durante la rotación de un momento debido a
la fuerza centrífuga (ecuación 4) se puede producir.
Si un rotor con forma de disco está equilibrado sobre un mandril
que tal error de barrido, y si en consecuencia, el momento debido a
la fuerza centrífuga se compensa mediante la aplicación de la
corrección masas en dos planos separados por distancia ,
entonces un desequilibrio dinámico (ecuación 5) se ha construido
en ese rotor. Mediante la transformación de esta ecuación se
obtiene la ecuación 6. Suponiendo que el ángulo y por el cual el
rotor se inclina a su eje y es pequeño, y luego se obtiene una
expresión para el desbalance de pareja:
2
(En el caso Iy y Iz en kg/m y
(7)
es en radianes).
Si una sustitución de los momentos de inercia
Y
En la ecuación 7, se obtiene el desequilibrio pareja como
(8)
Para demostrar esto con un ejemplo, uno puede sustituir los
valores dados en la figura 7 en la ecuación 8. Se obtiene un par de
. Este desequilibrio pareja ha sido
desequilibrio
"Balanceada" en el rotor. De la ecuación 6 se obtiene con una
un
distancia entre planos de corrección de
en cada lado.
desequilibrio de
En este ejemplo el error de resaca está exagerado, pero incluso
con un ángulo reducido en un factor de 40 el par de desequilibrios
cada uno. Este sería el caso, por
todavía ascendería a
ejemplo, si la cara de montaje de la brida sobre el mandril tiene un
en un radio de
. Referido a un
error de resaca de
rotor este sistema implicaría producir un
peso de
desequilibrio específica de aproximadamente
por
plano.
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Figura 6: Efecto del error de resaca en la superficie de
montaje del mandril.
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Inclinación del rotor (cont.)
La Norma VDI 2060 (1), sin embargo
recomienda que un volante de inercia (6,3 G
equilibrar la calidad, velocidad de operación
1500 rev / min) deben ser equilibrados en
cada
plano
de
corrección
de
aproximadamente 20 gmm / kg.
Como muestra este ejemplo, el error de
resaca de la ubicación de montaje es muy
importante. La opinión generalizada de que
en el caso de los rotores de equilibrio muy
estrecho solo plano general, es suficiente, es
decir, la corrección del desequilibrio pareja no
es necesario, por lo tanto contradice, que se
muestra aquí que el 2-plano de equilibrio del
rotor completo es especialmente necesario
cuando es imposible de lograr lo
suficientemente pequeños errores de resaca
en la cara de montaje del eje original.
De la ecuación 7 se puede observar que para
un ángulo de inclinación constante el
desequilibrio pareja disminuye a medida que
disminuye la diferencia
. Si
entonces el rotor puede inclinarse en
cualquier ángulo, sin producir un par
Desequilibrio. Esto ocurre si R, rand h tienen
una cierta relación entre sí: es decir, si
(8)
Figura 7: Desbalance de pareja debido a la inclinación de rotor.
Se puede ver que un error de resaca tiene un efecto peor en el caso de los discos estrechos que en el caso de las
de ancho, en determinadas circunstancias, por lo tanto, es menos importante para llevar a cabo un balanceo
dinámico en un disco ancho de lo que está en un criterio de disco estrecho. Esto, sin embargo sólo se aplica en el
caso de los cuerpos en forma de disco y no rotores cilíndricos, para la cual
es considerablemente menor que .
Si un rotor en forma de disco es muy amplio, debido a su diseño o de fabricación, contiene un balance de pareja
que no puede dejarse de lado, entonces, naturalmente, debe ser equilibrado en dos planos. Por otra parte, en el
caso de un disco muy estrecho, se puede prescindir de un balanceo dinámico si los errores run-out se mantienen
suficientemente pequeños. Los errores mencionados del mandril pueden ser, en gran parte eliminado por medio del
balanceo contrario. Ya que este método requiere, sin embargo de un ensamble y etapas de balanceo adicionales,
sólo debería utilizarse en casos donde se necesita una precisión elevada. Nos ocuparemos de este tema por
separado.
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5. Balanceando por 180° indexado
Mandril de sujeción y los accesorios de fijación: errores tales como la
excentricidad, axial de run-out, el desbalance y el juego radial están
"equilibrados” en el rotor durante una operación de equilibrio. Un rotor
equilibrado sobre un mandril que tiene este tipo de errores es sólo en
apariencia balanceada. Cuando se separa el rotor del mandril la
corrección masiva llevada a cabo en el rotor de compensación de los
errores en el mandril aparece como desequilibrios en el rotor.
En la práctica, el balance de 180 ° de indexación se realiza de la
siguiente manera:
Un mandril tiene un desequilibrio de , y el rotor un desequilibrio
.
La unidad de medida indica la suma vectorial de estos desequilibrios
individuales (figura 8).
Los desequilibrios y
, o mejor dicho, su suma, son compensados
.
durante el proceso de corrección por
Figura 8:
Sumatoria
vectorial del
desbalance del
mandril U1 y del
rotor U2. El
vector U3 es la
magnitud
necesaria para
compensar el
desbalance
resultante
Si posteriormente el rotor se invierte, es decir, el rotor y el mandril se
giran respecto a la otra de 180 ° a continuación, los resultados
desequilibrio se indica lo siguiente en la unidad de medida (figura 9):
La indicación 2.
Está compuesto por el error mandril
y el error
de equilibrio en el rotor durante la ejecución de primera marca de
medición.
Figura 9:
Vectómetro
siguiendo el
indexado por
180° con una
previa corrección
de desbalance
U3.
La corrección de la masa en el rotor ahora debe llevarse a cabo de tal
manera que el instrumento de medida indica sólo la mitad del valor, es
decir
. De esta manera el error causado por el mandril y equilibrado
en el rotor es de nuevo eliminado.
La corrección de la masa doble ( durante el primer paso y
durante la segunda vuelta) se puede evitar de la siguiente forma:
(punto , en la figura 10)
Después de la determinación de la
el rotor está indexado 180 °. Ahora, el instrumento de medida indica
(
en la figura 10) ya que el desequilibrio del rotor de
ya
tiene el signo contrario debido a la rotación de 180 °. Si ahora se
divide por dos la distancia
el balance del rotor de tal manera
que la pantalla está en el medio en el , a continuación, el rotor está
equilibrado y el desequilibrio
del mandril se puede despreciar. Para
simplificar el proceso de balancear en 180 ° de indexación sólo se ha
descrito para la corrección de un plano, pero el mismo método se
aplica para el equilibrio dinámico.
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Figura 10:
Vectómetro
siguiendo el
indexado por 180°
sin previa
corrección de
desbalance.
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6. Directrices para la Fabricación de mandriles de sujeción y accesorios
Cuando en el texto que sigue se hace referencia a los mandriles,
los mismos argumentos se aplican también a los accesorios de
sujeción. Básicamente, el mandril debe ser lo más ligero
posible, ya que cualquier masa inerte tiene un efecto
desfavorable.
Fig. 12a Diseño de mandriles apoyado en cada extremo
Fig. 12b Diseño de mandriles apoyado en cada extremo
En el caso de los desplazamientos máquinas de medida de
equilibrio, la sensibilidad de la indicación se reduzca por el peso del
mandril. Dado que la probabilidad de un eje se aumenta dobladas
con su longitud, no es un requisito adicional: que sea lo más corto
posible. Además, en el caso de las máquinas de soporte duro, las
fuerzas de rodamiento, y por lo tanto, la señal de medición de la
pick-up debido a un desequilibrio de pareja, aumenta a medida que
la distancia entre las bajadas de los rodamientos.
Por supuesto, es obvio que un mandril Debe tener una rigidez
adecuada. Es un error común para que el extremo del eje con el
hilo de sujeción demasiado delgada. errores en el rotor y la brida y
las irregularidades en el hilo entonces, puede hacer que el eje
llegue a doblarse. Para evitar esto, es necesario hacer que el eje
de la sección transversal en este punto lo suficientemente grande
(figura 12 a). Si esto no es posible, tal vez porque el rotor tiene un
diámetro muy pequeño, entonces es mejor para montar el rotor de
una manera encubiertos (figura 12 b). En el diseño del mandril, se
debe tener cuidado para asegurarse de que no puede haber una
rotación relativa entre el rotor y el mandril bajo ninguna
circunstancia.
Dicho turno, incluso si un importe de sólo unos pocos grados que
pueden ocurrir durante la aceleración de la máquina de equilibrio o
debido a la resistencia del aire, debe ser evitada. La conexión
habitual es una clave que deben tenerse en cuenta en el equilibrio.
En muchos casos, sobre todo para los rotores más ligeros, la
fricción causada por la amortiguación contra una brida es
suficiente. La tuerca de sujeción debe ser en este caso en
particular, bien centrada, si su peso no puede pasarse por alto en
comparación con el peso del rotor.
Figura 13: Ejemplo de sujetador
8
Como ya se dijo al comienzo de esta sección, estos consejos son
igualmente válidos para los mandriles de sujeción como para los
accesorios. Si uno se imagina el eje representado en la figura 12
mediante un giro de 90 ° a continuación se puede ver la similitud
con el montaje de las ruedas (figura 13) y se hace obvio que los
criterios en la fabricación de un mandril y un dispositivo de sujeción
son los mismos.
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7. Además de equilibrio de los componentes ensamblados
En cuanto a la precisión de fabricación se refiere, los mismos criterios se aplican a los ejes del rotor para mandriles. El eje del
rotor original no debe poseer ni excentricidad apreciable salto axial en las caras de sujeción. Con el fin de evitar el efecto del
juego radial entre los componentes del rotor, cónicos o reducir ataques o estrías centradas con precisión (por ejemplo, el
sistema de Hirth) se utilizan.
Si el desequilibrio residual debe ser inferior a 2-3 gmm / kg como por ejemplo puede ser necesaria en los sopladores de alta
velocidad y los rotores de turbinas de gas, es probable que sea imposible evitar completamente montado equilibrar el rotor. Si
no se concede importancia a la capacidad de intercambio, entonces, en dos planos de corrección puede llevarse a cabo. En
caso de que la excentricidad entre el eje y la componente radial del rotor debido al juego entre ellos es de ninguna importancia.
Sólo es importante para garantizar que tomen la misma posición relativa más tarde durante la operación.
Si los componentes del rotor sin embargo deben ser intercambiables sin necesidad de reequilibrar todo el ensamble después de
una reparación, a continuación, los componentes del rotor individual deben ser equilibrados con mucha precisión. En ese caso,
naturalmente, es importante limitar el juego radial entre los componentes de la medida de lo posible.
Por otra parte, el desequilibrio determinado después de la producción ya ensamblado, que es en gran medida debido a errores
de excentricidad del eje del rotor, sólo se debe corregir en el propio eje. Otra condición para la intercambiabilidad es que el peso
de los componentes del rotor no varía mucho.
Aún con mayor precisión de fabricación de un intercambio de piezas deben ser evitados en la práctica si el
desequilibrio residual específico no debe exceder de 0,5 gmm / kg. Con los métodos de producción disponibles en la
actualidad, mejores valores sólo puede lograrse si el conjunto rotor está equilibrado después de reunir a todos sus componentes
individuales.
8. Conclusiones
Mandriles y accesorios de sujeción deben ser tratados como
herramientas de precisión. Como se describió anteriormente, su
condición determina en gran medida el resultado del proceso de
equilibrio. La precisión de fabricación requiere, naturalmente, depende
de la aplicación en particular. A modo de ejemplo, los mandriles de
turbinas para la alta velocidad o de gas ha de producirse con una
precisión mucho mayor que las de los grandes ventiladores de
ejecución lenta o por el tambor de una máquina trilladora.
Referencias literarias
[1] VDI Standard 2060 Balance quality of rotating rigid bodies
[2] Guía de Balanceo Vol.1
[3] Guía de Balanceo Vol.2
[4] Tratamientos detallados del balanceo de mandriles.
En este artículo sólo es posible de explicar los puntos más importantes
que intervienen en el trabajo con los mandriles y dispositivos de
sujeción. En los muchos rotores existentes, es necesario tener en
cuenta otras condiciones. En los casos difíciles uno no debe dudar en
solicitar el asesoramiento del fabricante de la máquina de balanceo.
Richard Kruger
[email protected]
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