Entendiendo un rotor flexible

Definición: ¿Qué es un rotor flexible?

A rotor flexible es un rotor que se deforma o dobla debido a las fuerzas centrífugas cuando opera en o cerca de su velocidades críticas. A diferencia de un rotor rígido, que puede equilibrarse a baja velocidad y se mantendrá equilibrado en todo su rango de velocidad de operación, la distribución del desequilibrio de un rotor flexible cambia a medida que su forma cambia con la velocidad. Esto significa que equilibrar un rotor flexible es un proceso significativamente más complejo.

Como regla general, un rotor se considera flexible si su velocidad máxima de servicio es 70% o más de su primera velocidad crítica de flexión.

¿Por qué los rotores flexibles se comportan de manera diferente?

La clave para entender un rotor flexible es el concepto de velocidades críticas y formas modales.

• Velocidad crítica: Esta es una velocidad de rotación que coincide con una de las frecuencias naturales del rotor. A esta velocidad, el rotor experimenta resonancia, y cualquier pequeño desequilibrio se amplifica considerablemente, provocando su deformación.
• Forma del modo: Esta es la forma característica que adopta el rotor al alcanzar una velocidad crítica específica. La primera velocidad crítica tiene una forma de onda semisinusoidal simple, la segunda una onda sinusoidal completa (con un nodo en el centro), y así sucesivamente.

Cuando un rotor flexible gira, la ubicación del punto de mayor peso (centro de masa) se desplaza debido a esta flexión. Un desequilibrio a baja velocidad puede estar en una ubicación efectiva completamente diferente a alta velocidad. Por lo tanto, un simple equilibrado en dos planos realizado a baja velocidad no será suficiente para garantizar un funcionamiento fluido a la velocidad de servicio ni durante el tránsito a velocidades críticas.

Equilibrio de rotores flexibles

Equilibrar rotores flexibles es una tarea especializada que requiere técnicas y equipos avanzados, como se describe en normas como ISO 21940-12El objetivo no es solo equilibrar el rotor para una velocidad, sino garantizar que funcione sin problemas en todo su rango operativo, incluso al pasar por sus velocidades críticas.

Las técnicas comunes incluyen:

• Equilibrio modal: Esta es una técnica eficaz que trata cada modo de flexión como un problema de desequilibrio independiente. Se colocan contrapesos de corrección estratégicamente en varios planos a lo largo del rotor para contrarrestar específicamente las fuerzas generadas por la forma de cada modo. Por ejemplo, para corregir el primer modo, se colocan contrapesos en el centro del rotor, donde la flexión es mayor. Para corregir el segundo modo, se colocan contrapesos a ambos lados del nodo central.
• Método del coeficiente de influencia (varias velocidades, varios planos): Esto implica operar el rotor a diferentes velocidades (incluso cerca de las velocidades críticas) y usar pesos de prueba en múltiples planos de corrección. Los datos se utilizan para construir una matriz compleja de coeficientes de influencia que describe la respuesta del rotor. Una computadora resuelve esta matriz para determinar el conjunto óptimo de pesos de corrección para múltiples planos simultáneamente.

Este proceso generalmente requiere una máquina equilibradora de alta velocidad que pueda operar el rotor de manera segura a través de sus velocidades críticas y un software sofisticado para realizar los cálculos necesarios.

Ejemplos de rotores flexibles

Los rotores flexibles son comunes en maquinaria de alto rendimiento, entre los que se incluyen:

• Grandes generadores de turbinas de vapor y gas
• Turbocompresores de alta velocidad
• Ejes y rodillos largos y delgados en máquinas de papel
• Husillos de máquinas herramienta de alta velocidad

← Volver al índice principal