Den Rotor in rotierenden Maschinen verstehen

Definition: Was ist ein Rotor?

A Rotor ist die primäre rotierende Baugruppe innerhalb einer Maschine. Sie besteht typischerweise aus einer zentralen Welle, auf der weitere Komponenten – wie Laufräder, Schaufeln, Magnete oder Anker – montiert sind. Die gesamte Baugruppe ist gelagert und dient der Drehmomentübertragung und Arbeitsleistung. Das Verhalten eines Rotors während der Rotation, einschließlich seiner Schwingungen und Auslenkungen, wird als Rotordynamik, ein kritisches Feld im Maschinenbau.

Die grundlegende Klassifizierung: Starre vs. flexible Rotoren

Die wichtigste Unterscheidung in der Rotordynamik ist, ob sich ein Rotor wie ein „starrer“ oder „flexibler“ Körper verhält. Diese Klassifizierung basiert nicht auf den Materialeigenschaften, sondern auf der Beziehung zwischen der Betriebsdrehzahl der Maschine und der Rotorgeschwindigkeit. kritische Geschwindigkeiten (seine natürlichen Biegefrequenzen).

Starre Rotoren

Ein Rotor wird berücksichtigt starr wenn die Betriebsdrehzahl deutlich unter der ersten biegekritischen Drehzahl liegt (typischerweise weniger als 70 % der ersten kritischen Drehzahl). Bei diesen Drehzahlen erfährt die Welle keine nennenswerte Biegung oder Verwindung durch dynamische Kräfte. Man kann davon ausgehen, dass sich der gesamte Rotor als eine einzige, starre Masse dreht.

• Eigenschaften: Sie sind tendenziell kleiner, stämmiger und arbeiten mit niedrigerer Geschwindigkeit.
• Ausgleichen: Kann vollständig korrigiert werden mit dynamisches Auswuchten auf zwei Ebenen nach den Prinzipien der Starrkörpermechanik.
• Beispiele: Die meisten Standardelektromotoren, langsam laufende Lüfter, Schleifscheiben und viele Pumpenlaufräder.

Flexible Rotoren

Ein Rotor wird berücksichtigt flexibel wenn er für eine Drehzahl ausgelegt ist, die nahe, bei oder über einer oder mehreren seiner biegekritischen Drehzahlen liegt. Wenn sich der Rotor einer kritischen Drehzahl nähert, beginnt sich die Welle deutlich zu verbiegen und zu verformen. Die Form dieser Biegung wird als „Eigenform“ bezeichnet.

• Eigenschaften: Sie sind in der Regel lang, schlank und arbeiten mit hoher Geschwindigkeit.
• Ausgleichen: Das Auswuchten in zwei Ebenen ist nicht ausreichend. Flexible Rotoren erfordern fortschrittlichere Auswuchttechniken in mehreren Ebenen, die die Biegung der Welle berücksichtigen. Dies kann ein „modales Auswuchten“ (Auswuchten jeder Eigenform einzeln) oder ein Auswuchten mehrerer Drehzahl-Einflusskoeffizienten beinhalten.
• Beispiele: Große Dampf- und Gasturbinen, Hochgeschwindigkeitskompressoren, lange Antriebswellen und Generatorrotoren.

Die Konstruktion und Analyse flexibler Rotoren ist weitaus komplexer, da sich ihr dynamisches Verhalten mit der Geschwindigkeit ändert.

Gemeinsame Komponenten einer Rotorbaugruppe

Ein Rotor ist mehr als nur eine Welle. Eine typische Baugruppe kann Folgendes umfassen:

• Welle: Das zentrale Bauteil zur Drehmomentübertragung.
• Laufräder, Schaufeln oder Flügel: Komponenten, die an einer Flüssigkeit arbeiten (in Pumpen, Ventilatoren, Turbinen).
• Anker/Wicklungen: Der rotierende Teil eines Elektromotors oder Generators.
• Zeitschriften: Die hochglanzpolierten Abschnitte der Welle, die in den Lagern sitzen.
• Kupplungen: Die Naben dienen zum Verbinden des Rotors mit einer anderen Maschine.
• Druckringe: Bauteile, die axiale Kräfte aufnehmen.
• Ausgleichsringe oder -ebenen: Bestimmte Stellen, an denen beim Auswuchten Korrekturgewichte hinzugefügt werden.

Häufige Probleme im Zusammenhang mit Rotoren

Mithilfe der Schwingungsanalyse können zahlreiche Probleme erkannt werden, die ihren Ursprung in der Rotorbaugruppe haben:

• Unwucht: Das häufigste Problem wird durch eine ungleichmäßige Massenverteilung verursacht.
• Gebogene Welle: Eine physische Biegung oder Krümmung im Schaft.
• Wellenriss: Ein sich entwickelnder Ermüdungsriss kann zu einem katastrophalen Versagen führen.
• Fehlausrichtung: Obwohl es sich um ein Problem zwischen den Rotoren handelt, verursacht es hohe Spannungen innerhalb der Rotorbaugruppe.
• Rotor-Stator-Reibung: Kontakt zwischen rotierenden und stationären Teilen der Maschine.
• Lockerheit: Ein lockerer Sitz einer Komponente (z. B. eines Laufrads) auf der Welle.

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