Rootori mõistmine pöörlevates masinates
A rootor on esmane pöörlev koost masina sees. See koosneb tavaliselt kesksest võllist, millele on paigaldatud muud komponendid - tiivikud, labad, magnetid või armatuurid -, mida toetavad laagrid ja mis on mõeldud pöördemomendi ülekandmiseks ja kasuliku töö tegemiseks. Rootori käitumise, sealhulgas selle vibratsiooni ja läbipaindumise uurimine pöörlemise ajal on rootori dünaamika, mis on masinaehituse kriitiline valdkond. Kuna peaaegu iga viga, mida insener vibratsioonianalüüs pärineb rootorist või mõjub sellele, selle mõistmine on nii diagnostika kui ka tasakaalustamise lähtepunkt.
1. Määratlus: Mis on rootor?
Kõige laiemas mõttes on rootor kõik, mis pöörleb ühe kehana ümber masina telje. See ei ole pelgalt võll, vaid kogu pöörlev süsteem - võll koos kõigi selle külge kiilutud, peale surutud, poltidega kinnitatud või keevitatud osadega - ning laagrite ja kandekonstruktsiooniga, mis piiravad selle liikumist; kokku moodustavad need rootori-laagri süsteem. Peaaegu kogu rootori dünaamiline käitumine sõltub sellest, kuidas see mass jaotub ümber telje ja kui jäik on võlli töökiiruse suhtes.
2. Põhimõtteline klassifikatsioon: Jäigad vs. paindlikud rootorid
Kõige olulisem erinevus rootori dünaamikas on see, kas rootor käitub “jäiga” või “paindliku” kehana. See liigitus on mitte ei põhine mitte materjali jäikusel, vaid masina töökiiruse ja rootori kriitilised kiirused - selle painde omasagedused. Sama terasvõll võib ühes masinas olla jäik ja teises paindlik üksnes töökiiruse tõttu.
Jäigad rootorid
Rootorit peetakse jäik kui selle töökiirus jääb tunduvalt alla esimese paindekriitilise kiiruse - tavaliselt alla 70% esimese kriitilise kiiruse. Sellistel kiirustel ei paindu võll dünaamilise koormuse all märkimisväärselt ja kogu rootorit võib käsitleda ühe jäiga massina.
- Omadused: kipuvad olema lühemad, jässakamad ja töötama madalamatel kiirustel.
- Tasakaalustamine: saab täielikult korrigeerida kahetasandiline dünaamiline tasakaalustamine jäiga keha mehaanika põhimõtete alusel.
- Näited: enamik standardseid elektrimootoreid, madala kiirusega ventilaatorid, lihvimisrattad ja paljud pumba tiivikud.
Paindlikud rootorid
Rootor on paindlik kui see on projekteeritud töötama ühe või mitme kriitilise paindekiiruse lähedal, juures või üle selle. Kriitilisele kiirusele lähenedes paindub ja paindub võllile oluliselt, võttes iseloomuliku painutatud kuju - selle režiimi kuju.
- Omadused: kipuvad olema pikad, sihvakad ja jooksevad suurel kiirusel.
- Tasakaalustamine: kahe tasandi tasakaalustamine on ebapiisav. Paindlikud rootorid vajavad mitmetasandilised meetodid mis arvestavad võlli paindumist, sealhulgas modaalne tasakaalustamine (iga režiimi kuju eraldi korrigeerides) või mitme kiirusega mõjukoefitsient tasakaalustamine.
- Näited: suured auru- ja gaasiturbiinid, ülikiired kompressorid, pikad ajamid ja generaatorite rootorid.
Paindlike rootorite projekteerimine ja analüüs on palju keerulisem, sest nende dünaamiline käitumine muutub sõltuvalt kiirusest. Nende kriitiliste kiiruste ennustamine on ise projekteerimisülesanne; projekteerimisülesanne on rootori kriitilise kiiruse kalkulaator annab võlli ja laagrite vahekauguse andmete põhjal kiire esmase hinnangu esimesele painde omasagedusele.
3. Rootorikoostu levinud komponendid
Rootor on enamat kui lihtsalt võll. Tüüpiline konstruktsioon võib sisaldada järgmist:
- Võll: keskne liige, mis edastab pöördemomenti.
- Tiivikud, labad või juhtlabad: komponendid, mis töötavad vedelikuga pumpades, ventilaatorites ja turbiinides.
- Armatuur / mähised: elektrimootori või generaatori pöörlev osa.
- Laagrikaelad: kõrgläikega võlliosad, mis töötavad liuglaagri.
- Sidurid: rootori ja kõrvaloleva masina ühendavad nabad, mis ise on häireallikaks läbi siduri defektid.
- Tugikaelused: komponendid, mis kannavad telgjõudu üle tõukelaager.
- Tasakaalurõngad või tasapinnad: määratud parandustasandid kus a korrektsioonikaal lisatakse tasakaalustamise käigus.
4. Rootoritega seotud sagedased probleemid
Vibratsioonianalüüsi kasutatakse mitmesuguste rootorikomplektist pärinevate rikete tuvastamiseks:
- Tasakaalustamatus: kõige tavalisem probleem, mis on põhjustatud massi ebaühtlasest jaotumisest telje ümber.
- Painutatud võll: võlli füüsiline paindumine või kumerus.
- Võlli pragu: arenev väsimuspragu, mis võib viia katastroofilise rikke tekkimiseni.
- Joondusviga: kuigi see on rangelt võttes probleem rootorite vahel, tekitab see suuri pingeid rootorite koostu sees.
- Rootori ja staatori hõõrdumine: kokkupuude masina pöörlevate ja seisvate osade vahel.
- Lõtvus: komponendi, näiteks tiiviku lahtine paigaldus võllile.
Enamik neist avaldub iseloomulike sagedustunnustena - tasakaalustamatus 1× töökiirusel, joondusviga 2× juures, lõtk pika harmooniliste jadana -, mis võimaldab analüütikul neid ilma lahtivõtmiseta üksteisest eristada.
5. Rootori tasakaalustamine kohapeal
Ülekaalukalt kõige sagedamini esinev rootoriviga, tasakaalustamatus, parandatakse järgmiselt tasakaalustamine: väikeste masside lisamine või eemaldamine, nii et massi telg tõmmatakse tagasi geomeetrilise telje suunas. Kokkupandud masina puhul tehakse seda pigem kohapeal kui tasakaalustusmasinal. Kaasaskantav kahe kanaliga seade, nagu näiteks Balanset-1A mõõdab 1× amplituudi ja faasi rootori enda laagrites töökiirusel, arvutab mõju koefitsiendid ning arvutab massi ja nurga, mis tuleb lisada igas korrigeerimistasandis - see kajastab rootori tegelikku käitumist, sealhulgas montaaži- ja soojusmõjusid, mida tasakaalustusmasin kunagi ei näe.
