Pochopení pevného rotoru
A pevný rotor je rotor který se pod vlivem vlastní hmotnosti výrazně neohýbá, neprohýbá ani nemění tvar nevyváženost síly působící při jeho provozní rychlosti. Pro účely vyvažování se rotor považuje za tuhý, pokud se otáčí rychlostí výrazně nižší než jeho první kritická rychlost — obvykle méně než 70–75 % jeho kritické rychlosti. Vzhledem k tomu, že jeho tvar zůstává neměnný, patří tuhý rotor k nejjednodušším a nejhospodárnějším typům rotorů z hlediska vyvažování, a spadá do této kategorie drtivá většina běžných průmyslových strojů.
1. Definice: Co je to tuhý rotor?
Základním principem chování tuhého rotoru je to, že rozdělení nerovnováha v délce rotoru se nemění při změně otáček rotoru. Těžká místa zůstávají na svém místě. Stav vyvážení dosažený při nízkých, vhodných otáčkách na vyvažovací stroj zůstává tedy platné a účinné i v případě, že se rotor později uvede do provozu při mnohem vyšší provozní rychlosti.
Tato stabilita vyplývá přímo z toho, že se rotor drží v dostatečné vzdálenosti od svého prvního kritická rychlost. Při rychlosti nižší než přibližně 70–75 % této hodnoty dochází k vychýlení způsobenému odstředivá síla je zanedbatelná ve srovnání s geometrickou excentricitou samotné hmoty, takže se rotor v podstatě chová jako jediné pevné těleso rotující kolem své vlastní osy. Osa hmoty a osa hřídele jsou vůči sobě pevně vázány bez ohledu na otáčky.
Mezi běžné stroje, které inženýři považují za tuhé rotory, patří kotvy elektromotorů, jednostupňové ventilátory a dmychadla, oběžná kola čerpadel, setrvačníky, řemenice, brusné kotouče a diskové součásti. U těchto strojů se pomocí pomalého dvourovinného vyvažování zjistí skutečný stav nevyváženosti, se kterým bude stroj v provozu.
2. Tuhý vs. ohebný rotor
Rozdíl mezi tuhým rotorem a flexibilní rotor je jedním z nejdůležitějších pojmů při vyvažování rotorů, protože určuje celou strategii vyvažování.
Pevný rotor
- Provozní rychlost: značně pod svou první kritickou rychlostí, obvykle pod 75 %.
- Behaviour: se při působení odstředivých sil neohýbá ani neprohýbá. Charakteristiky nevyváženosti jsou nezávislé na otáčkách.
- Postup vyvažování: lze vyvážit při jedné, pohodlné nízké otáčce. Standardní dvourovinné vyvažování stačí k nápravě jakékoli dynamická nevyváženost, ať už jde o statické vyvažování, párové vyvažování nebo jejich kombinaci. Rozhodující normou pro vyvažování rotorů s pevnou konstrukcí je ISO 21940-11 (která nahradila dlouho známou normu ISO 1940-1).
Flexibilní rotor
- Provozní rychlost: se přibližuje, prochází nebo pracuje výrazně nad jednou či více svých kritických rychlostí.
- Behaviour: se při překročení kritické rychlosti ohýbá a prohýbá. Síly způsobené nevyvážeností vedou ke změně tvaru rotoru (prohnutí) a zdánlivá poloha „těžkého místa“ se může s rychlostí posouvat, protože rotor nabývá ohnutého tvaru tvar módu.
- Postup vyvažování: mnohem složitější. Vyžaduje to vícerovinné vyvažování (často více než dvě roviny) a musí být prováděna při provozní rychlosti nebo v její blízkosti, aby se zohlednilo prohýbání rotoru. Vyžadují se specializované modální techniky a tato činnost se řídí normou ISO 21940-12.
3. Důležitost "tuhého" předpokladu
Právě předpoklad, že se rotor chová jako tuhé těleso, umožňuje praktické, ekonomické a bezpečné vyvažování na průmyslových vyvažovacích strojích. Tyto stroje obvykle roztáčejí rotory při relativně nízkých otáčkách – několik set otáček za minutu – z důvodu bezpečnosti, nižšího příkonu pohonu a mechanické jednoduchosti.
Je-li rotor skutečně tuhý, nevyváženost naměřená při 400 ot./min na vyvažovacím stroji je přesně tou samou nevyvážeností, která způsobuje vibrace při 3600 ot./min v provozu. Jeho korekce při nízkých otáčkách vyřeší problém i při vysokých otáčkách. Pokud by byl rotor skutečně pružný, vyvažování při nízkých otáčkách by bylo neúčinné: rotor by se prohýbal při přiblížení ke kritickým otáčkám a při provozních otáčkách by vykazoval zcela odlišný stav nevyváženosti – někdy by se zdál dobře vyvážený v klidu, ale při chodu by silně vibroval. Nesprávné posouzení pružného rotoru jako tuhého je klasickou příčinou toho, že „vyvážený“ stroj stále vibruje.
4. Kdy je rotor považován za tuhý?
Rozhodnutí, zda rotor považovat za tuhý, závisí na jeho geometrii a provozní rychlosti:
- Krátké, zavalité rotory: Rotory s velkým průměrem v poměru k délce – brusný kotouč, kotoučová brzda, oběžné kolo jednostupňového čerpadla – jsou téměř vždy tuhé.
- Dlouhé, štíhlé rotory: Dlouhé a tenké rotory, jako je hnací hřídel nebo rotor vícestupňového kompresoru, jsou mnohem náchylnější k průhybu, zejména při provozu ve vysokých otáčkách.
Rozhodujícím kritériem je nakonec poměr provozní rychlosti k první kritické rychlosti. Je-li tento poměr nízký, je vhodné použít metodu vyvažování pro tuhé rotory, která přinese kýžený výsledek; je-li vysoký, je třeba použít metody pro pružné rotory. Právě proto je důležité pochopit dynamika rotoru a znalost toho, kde se nachází každá kritická rychlost, je základem každého rozhodnutí o vyvážení.
5. Vyvažování a kontrola tuhého rotoru v terénu
Mnoho tuhých rotorů se nejlépe vyvažuje přímo na místě, v jejich vlastních ložiscích, namísto toho, aby se demontovaly a upevňovaly na vyvažovací stroj. To je vyvažování na místě, a přesně vyhovuje ventilátorům, čerpadlům a motorům, na které se tento pevný předpoklad vztahuje. Přenosný dvoukanálový analyzátor, jako je například Balanset-1A měří amplitudu 1× a fáze u každého ložiska vypočítá koeficienty vlivu na základě zkušebního běhu se zkoušební hmotou a vypočítá korekční hmotnosti pro jednu nebo dvě roviny. Jelikož je rotor tuhý, platí tato jediná nenákladná korekce pro celý rozsah otáček a přístroj pak může potvrdit zbytková nevyváženost spadá do zvolené třídy podle normy ISO 21940-11. Hodnotu vyvážení a provozní otáčky můžete převést na přípustnou toleranci g·mm pomocí Kalkulátor zbytkové nevyváženosti (ISO 21940-11) Než začnete.
