Pochopení rotoru v rotačních strojích

Definice: Co je to rotor?

A rotor je primární rotující sestava v rámci strojního zařízení. Obvykle se skládá z centrální hřídele, na které jsou namontovány další komponenty – jako jsou oběžná kola, lopatky, magnety nebo kotvy. Celá sestava je uložena v ložiskách a je navržena tak, aby přenášela točivý moment a vykonávala práci. Studium chování rotoru během otáčení, včetně jeho vibrací a výchylek, se nazývá dynamika rotoru, kritický obor ve strojírenství.

Základní klasifikace: pevné vs. flexibilní rotory

Nejdůležitějším rozdílem v dynamice rotoru je, zda se rotor chová jako „tuhé“ nebo „pružné“ těleso. Tato klasifikace není založena na vlastnostech materiálu, ale na vztahu mezi provozní rychlostí stroje a otáčkami rotoru. kritické rychlosti (jeho vlastní frekvence ohybu).

Pevné rotory

Rotor je uvažován tuhý pokud je jeho provozní rychlost výrazně nižší než jeho první kritická rychlost ohybu (obvykle menší než 70% první kritické rychlosti). Při těchto rychlostech se hřídel v důsledku dynamických sil významně neohýbá ani nedeformuje. Lze předpokládat, že celý rotor se otáčí jako jedna tuhá hmota.

• Charakteristika: Bývají kratší, podsaditější a pracují při nižších rychlostech.
• Vyvažování: Lze plně opravit pomocí dynamické vyvažování ve dvou rovinách podle principů mechaniky tuhého tělesa.
• Příklady: Většina standardních elektromotorů, nízkorychlostní ventilátory, brusné kotouče a mnoho oběžných kol čerpadel.

Flexibilní rotory

Rotor je uvažován flexibilní pokud je navržen pro provoz při rychlosti, která se blíží jedné nebo více jeho kritickým ohybovým rychlostem, je na úrovni nebo je vyšší než jedna nebo více z nich. Jak se rotor blíží kritickým otáčkám, hřídel se začne výrazně vychylovat a ohýbat. Tvar tohoto ohybu se nazývá „tvar módu“.

• Charakteristika: Bývají dlouhé, štíhlé a pracují při vysokých rychlostech.
• Vyvažování: Dvourovinné vyvážení je nedostatečné. Flexibilní rotory vyžadují pokročilejší techniky vícerovinného vyvažování, které zohledňují ohyb hřídele. To může zahrnovat „modální vyvážení“ (vyvažování každého tvaru módu individuálně) nebo vyvážení koeficientu vlivu více rychlostí.
• Příklady: Velké parní a plynové turbíny, vysokorychlostní kompresory, dlouhé hnací hřídele a rotory generátorů.

Návrh a analýza flexibilních rotorů je mnohem složitější, protože jejich dynamické chování se mění s rychlostí.

Běžné součásti rotorové sestavy

Rotor je víc než jen hřídel. Typická sestava může zahrnovat:

• Hřídel: Centrální součást, která přenáší točivý moment.
• Oběžná kola, lopatky nebo lopatky: Součásti, které pracují s kapalinou (v čerpadlech, ventilátorech, turbínách).
• Kotva/Vinutí: Rotující část elektromotoru nebo generátoru.
• Časopisy: Vysoce leštěné části hřídele, které jsou uloženy v ložiskách.
• Spojky: Náboje používané k připojení rotoru k jinému stroji.
• Přítlačné objímky: Součásti, které absorbují jakékoli axiální síly.
• Vyvažovací kroužky nebo roviny: Určená místa, kam se během vyvažování přidávají korekční závaží.

Časté problémy spojené s rotory

Analýza vibrací se používá k detekci široké škály problémů, které vznikají v sestavě rotoru:

• Nevyváženost: Nejčastější problém způsobený nerovnoměrným rozložením hmoty.
• Ohnutá hřídel: Fyzické ohnutí nebo prohnutí šachty.
• Prasklina v hřídeli: Vznikající únavová trhlina, která může vést ke katastrofálnímu selhání.
• Nesprávné zarovnání: I když se jedná o problém mezi rotory, způsobuje vysoké napětí v sestavě rotoru.
• Tření rotoru a statoru: Kontakt mezi rotujícími a stacionárními částmi stroje.
• Vůle: Volné uložení součásti (například oběžného kola) na hřídeli.

← Zpět na hlavní index