ISO 21940-12: Mekanisk vibration – Rotorbalancering – Del 12: Procedurer og tolerancer for rotorer med fleksibel opførsel

Oversigt

ISO 21940-12 adresserer den komplekse udfordring med at afbalancere fleksible rotorerEn fleksibel rotor er en, hvis form og ubalancefordeling ændrer sig betydeligt med rotationshastigheden, især når den nærmer sig og passerer gennem sin bøjningsvinkel. kritiske hastighederI modsætning til stive rotorer (behandlet i del 11) kan en fleksibel rotor ikke afbalanceres ved lav hastighed og forventes at forblive i balance ved sin høje driftshastighed. Denne standard beskriver de specialiserede procedurer med flere hastigheder og flere planer, der kræves for korrekt at afbalancere disse komplekse roterende systemer, som er almindelige i højtydende maskiner som gasturbiner, kompressorer og lange industrielle valser.

Indholdsfortegnelse (konceptuel struktur)

Standarden giver en ramme for forståelse og udførelse af de avancerede metoder, der kræves til fleksibel rotorbalancering:

1. 1. Omfang og klassificering af fleksible rotorer:

   Dette indledende kapitel definerer standardens anvendelsesområde og angiver, at den gælder for rotorer, der udviser fleksibel adfærd, hvilket betyder, at deres ubalancefordeling og/eller afbøjede form ændrer sig med hastigheden. Det introducerer et afgørende klassificeringssystem til at kategorisere disse rotorer baseret på deres dynamiske egenskaber, hvilket er afgørende for at vælge den passende afbalanceringsstrategi. Klasserne spænder fra:

   • Klasse 1: Stive rotorer (omfattet af ISO 21940-11).
   • Klasse 2: Kvasistive rotorer, som kan afbalanceres ved lav hastighed, men kan kræve trimafbalancering ved servicehastighed.
   • Klasse 3: Rotorer, der kræver afbalancering ved flere hastigheder, ofte ved hjælp af indflydelseskoefficient metode, typisk gennem en eller flere kritiske hastigheder.
   • Klasse 4 & 5: Meget fleksible rotorer, såsom dem i store turbinegeneratorer, som kræver avancerede modale balanceringsteknikker for at korrigere flere bøjningstilstande.

   Denne klassificering giver en systematisk måde at bestemme kompleksiteten af afbalanceringsopgaven og de nødvendige procedurer for at opnå en vellykket afbalancering på tværs af hele driftshastighedsområdet.

2. 2. Afbalanceringsprocedurer:

   Dette kapitel danner den tekniske kerne i standarden og beskriver de avancerede, flertrinsprocedurer, der er nødvendige for fleksible rotorer. Det forklarer, at en simpel lavhastighedsbalancering er utilstrækkelig og skal suppleres med højhastighedsteknikker for at tage højde for rotorens bøjning. Standarden skitserer to primære metoder:

   • Den Indflydelseskoefficient Metode: Dette er en alsidig og udbredt teknik. Den involverer en systematisk proces med at placere en kendt prøvevægt i ét korrektionsplan ad gangen og måle den resulterende vibrationsrespons (amplitude og fase) på flere steder og på tværs af flere hastigheder. Denne proces gentages for hvert korrektionsplan. De indsamlede data bruges til at beregne en matrix af "indflydelseskoefficienter", som matematisk definerer, hvordan en ubalance i et hvilket som helst plan påvirker vibrationen ved et hvilket som helst målepunkt og hastighed. En computer bruger derefter denne matrix til at finde sættet af korrektionsvægte og deres vinkelplaceringer, der er nødvendige på tværs af alle planer for samtidig at minimere vibrationer over hele hastighedsområdet.
   • Modal balancering: Dette er en mere fysisk intuitiv metode, der behandler hver bøjningstilstand i rotoren som et separat ubalanceproblem. Proceduren involverer at køre rotoren ved eller nær en specifik kritisk hastighed for maksimalt at excitere den tilsvarende tilstandsform. Vibrationsmålinger foretages for at identificere placeringen af det "tunge punkt" for den pågældende tilstand, og korrektionsvægte placeres på punkterne med maksimal afbøjning (anti-noder) for den pågældende tilstandsform for at modvirke den. Denne proces gentages derefter sekventielt for hver signifikant bøjningstilstand inden for rotorens driftshastighedsområde, hvilket effektivt afbalancerer rotoren én tilstand ad gangen.
3. 3. Specifikation af balancetolerancer:

   Dette kapitel forklarer, at de simple G-klassetolerancer, der anvendes til stive rotorer, ofte er utilstrækkelige til fleksible rotorer. I stedet introduceres mere omfattende tolerancekriterier, som kan være baseret på flere faktorer, herunder:

   • Grænser for den resterende modale ubalance for hver signifikant bøjningstilstand.
   • Grænser for de absolutte akselvibrationsamplituder på bestemte steder og hastigheder (især ved driftshastighed).
   • Grænser for de overførte kræfter til lejerne.
4. 4. Verifikation af slutsaldostatus:

   Dette sidste afsnit beskriver acceptkriterierne for en vellykket afbalanceret fleksibel rotor. I modsætning til en stiv rotor, som kun skal verificeres ved én hastighed, skal det bekræftes, at en fleksibel rotor er i afbalancering i hele sit driftshastighedsområde. Efter at de endelige korrektionsvægte er påført, underkastes rotoren en endelig opkøringstest. Under denne opkøringstest overvåges vibrationer kontinuerligt på nøglesteder (såsom lejer og punkter med maksimal afbøjning). Standarden specificerer, at rotoren kun anses for acceptabelt afbalanceret, hvis den målte vibration forbliver under de foruddefinerede tolerancegrænser ved alle hastigheder, især når den passerer gennem sine kritiske hastigheder og holder sig ved den maksimale kontinuerlige driftshastighed. Denne omfattende verifikation sikrer, at rotorens komplekse dynamiske adfærd er blevet effektivt kontrolleret.

Nøglebegreber

• Fleksibel vs. rigid adfærd: Den grundlæggende forskel. En rotor er fleksibel, hvis dens driftshastighed er en betydelig brøkdel (typisk >70%) af dens første bøjningsnaturfrekvens (kritisk hastighed). Når rotoren roterer hurtigere, får centrifugalkræfterne den til at bøje, hvilket ændrer dens ubalance.
• Kritiske hastigheder og tilstandsformer: Det er afgørende for fleksibel rotorbalancering at forstå rotorens kritiske hastigheder og de tilhørende "tilstandsformer" (den form, rotoren bøjer ind i ved den hastighed). Hver tilstand skal behandles som et separat balanceringsproblem.
• Multi-plan, multi-hastighedsbalancering: Kernen i metoden. I modsætning til stive rotorer, som kan afbalanceres i to planer ved én lav hastighed, kræver fleksible rotorer korrektioner i flere planer og målinger ved flere hastigheder for at sikre jævn drift i hele hastighedsområdet.
• Modal balancering: En effektiv teknik, hvor vægte tilføjes for specifikt at modvirke den ubalance, der er forbundet med hver bøjningstilstand. For eksempel, for at afbalancere den første bøjningstilstand, placeres vægte ved det punkt, hvor den maksimale udbøjning er for den pågældende tilstand.

← Tilbage til hovedindekset