ISO 21940-12: Paindliku käitumisega rootorite katsemenetlused ja lubatud hälbed
ISO 21940-12 on rahvusvaheline standard, mis käsitleb keerulisemat probleemi, kuidas leida tasakaal painduvad rootorid — rootorid, mille kuju ja tasakaalustamatuse jaotus muutuvad kiiruse kasvades märkimisväärselt, eriti kui need lähenevad oma paindepunktile ja sellest mööduvad kriitilised kiirused. Selle täispealkiri on „Mehaaniline vibratsioon – Rotorite tasakaalustamine – Osa 12: Paindliku käitumisega rotorite protseduurid ja tolerantsid.” Unlike a jäik rootor, mida saab madalal kiirusel ühekordselt tasakaalustada ja mille tasakaalu võib kindlalt usaldada, võib seisukorras tasakaalustatud paindlik rootor töökäigul tugevalt vibreerida. Käesolev standard sätestab spetsiaalsed mitmekiiruselised ja mitmetasandilised protseduurid, mida sellised rootorid nõuavad, ning on loomulikuks täienduseks ISO 21940-11, mis reguleerib jäikade rootorite tööd.
1. Rootorite kasutusala ja klassifikatsioon
Standard kehtib iga rootori kohta, mille tasakaalustamatuse jaotus ja/või painduv kuju muutub pöörlemiskiirusega. ISO 21940-12 raamistab töö tüüpiliste rootori konfiguratsioonid paindliku käitumisega ja igaühele sobivate tasakaalustamisprotseduuridega, mitte nummerdatud klassisüsteemiga. Laialdaselt tsiteeritud viiekategooriline skeem pärineb tegelikult nüüdseks asendatud standardist ISO 11342:1998 ja on kasulik juhend töö keerukuse hindamiseks; rootoreid on tüüpidelt alates peaaegu jäikadest kuni kõrgelt paindlikeni:
- 1. klass – jäigad rootorid: käituvad kogu kiirusvahemikus stabiilselt ja nende katsetamine toimub standardi ISO 21940-11 kohaselt.
- 2. klass – pooljäigad rootorid: on madalal kiirusel tasakaalus, kuid võib vajada trimmi tasakaalu töökiirusel, et kõrvaldada järelejäänud paindumine.
- 3. klass – Rotorid, mis vajavad tasakaalustamist mitmel pöörlemiskiirusel: läbides tavaliselt ühe või mitu kriitilist kiirust, mis on enamasti tasakaalustatud mõju koefitsient meetod.
- 4. ja 5. klass – väga paindlikud rootorid: näiteks suured turbiingeneraatori võllid, mis tekitavad mitmeid paindevõnkeid ja vajavad täiustatud modaalne tasakaalustamine iga režiimi parandamiseks.
Rotori paigutamine õigesse klassi annab analüütikule kohe alguses teada, kui keeruline töö on ja millist menetlust tuleks kasutada.
2. Tasakaalustamisprotseduurid: kaks peamist meetodit
See peatükk on standardi tehniline tuum. Selle põhisõnum on, et madala kiirusega tasakaalustamine üksi ei ole piisav painduva rootori jaoks ja seda tuleb täiendada kõrgkiirustööga, mis arvestab võlli paindumist. ISO 21940-12 korraldab selle töö tasakaalustamisprotseduuride perekonnana — madalakiiruse protseduurid (tähistega A kuni F, näiteks üheplaaniline, kaheplaaniline ja kokkupaneku käigus etappidena tasakaalustamine) ja kõrgkiiruse protseduurid (G kuni I, teostatuna ühel või mitmel kõrgendatud kiirusel). Kõrgkiiruse protseduurid tuginevad kahele põhitehnikale:
Mõjuteguri meetod
See mitmekülgne ja laialt kasutatav meetod võtab aluseks teadaoleva proovikaal korraga ühel korrigeerimistasandil ja salvestab saadud vibratsioon vastus — mõlemad amplituud ja faas — mitmes mõõtepunktis ja erinevatel kiirustel. Seda protsessi iga tasandi puhul korrates saadakse mõjukoefitsientide maatriks, mis kirjeldab matemaatiliselt, kuidas tasakaalutus mis tahes tasandil mõjutab vibratsiooni mis tahes punktis ja kiiruse juures. Seejärel arvutab arvuti selle maatriksi pöördmaatriksi, et leida korrigeerivate raskuste ja nurkade kombinatsioon, mis minimeerib vibratsiooni kogu tööpiirkonnas. Sama matemaatiline põhimõte kehtib ka ühe tasandi puhul; seda saab interaktiivselt uurida Mõjukoefitsiendi kalkulaator.
Modaalne tasakaalustamine
Modaalne tasakaalustamine on füüsikaliselt intuitiivsem lähenemisviis: see käsitleb iga painet mode rootori tasakaalustamatust käsitletakse eraldi probleemina. Rootorit käitatakse valitud kriitilisel kiirusel või selle lähedal, et vastavat võnkevormi maksimaalselt ergutada; seejärel määratakse vibratsioonimõõtmiste abil kindlaks selle võnkevormi efektiivne „raskepunkt“ ning selle tasakaalustamiseks paigaldatakse korrigeerivad raskused maksimaalse läbipaine punktidesse – antinoodidesse. Protsessi korratakse režiim režiimi haaval iga olulise painde režiimi puhul töötamisvahemikus, tasakaalustades rootorit ühe režiimi kaupa. Need kaks meetodit ei ole konkurendid; suuri masinaid tasakaalustatakse sageli hübriidmeetodiga, mis kasutab režiimide analüüsi, et valida tasapinnad ja mõjutustegurid raskuste täpsustamiseks.
3. Tasakaalu hälvete määramine
The simple G-klass tolerants, mis sobib hästi jäikadele rootoritele, on paindlike puhul üldjuhul ebapiisav, kuna üksainus eksentrisuse näitaja ei suuda arvesse võtta kiirusest sõltuvat painet. Seetõttu kehtestatakse standardis ISO 21940-12 laiemad tolerantsikriteeriumid, mis võivad põhineda:
- Limits on the järelejäänud modaalne tasakaalustamatus iga olulise paindeviisi puhul.
- Limits on the võlli vibratsiooni absoluutsed amplituudid kindlaksmääratud kohtades ja kiirustel, eriti sõidukiiruse juures.
- Limits on the laagritele mõjuvad jõud.
Need vibratsiooni- ja jõupõhised piirangud seovad vastuvõtutingimused kasutusel olevate seadmete raskusastme standarditega, nagu näiteks ISO 20816 seeria, mitte üheainsa jääk-ebasümmeetria näitaja põhjal.
4. Lõppseisu kontrollimine
Paindliku rootori tasakaalustamine erineb põhimõtteliselt jäiga rootori omast. Jäika rootori tasakaalustamine toimub ühel kindlal pöörlemiskiirusel; paindliku rootori tasakaalustamine peab olema tagatud kogu selle entire tööpiirkond. Pärast lõplikke parandusi viiakse rootor läbi run-up, kusjuures vibratsiooni jälgitakse pidevalt olulistes kohtades, nagu laagrid ja suurima läbipaine punktid. Rootor loetakse vastavaks vaid juhul, kui mõõdetud vibratsioon jääb kõikidel pöörlemiskiirustel allapoole eelnevalt määratud piirväärtusi – eriti kriitiliste pöörlemiskiiruste läbimisel ja maksimaalsel pideval tööpöörlemiskiirusel töötamisel. See põhjalik kontroll kinnitab, et rootori kogu dünaamiline käitumine on saadud kontrolli alla.
5. Valdkonna ulatus ja praktilised vahendid
Kuigi suurem osa paindliku rootoriga seotud töödest toimub kiirbalansseerimisseadmetel, kehtivad samad amplituudi ja faasi mõõtmise oskused ka põllu tasakaalustamine ning tasakaalustamine pärast masina paigaldamist. Näiteks selline kaasaskantav kahekanaliline analüsaator nagu Balanset-1A mõõdab masina enda laagrite 1× amplituudi ja faasi, arvutab mõjukoefitsiendid ning võimaldab inseneril rakendada ja kontrollida tasakaalustuskorrektsiooni töökäigul ilma masinat lahti monteerimata – see on sageli vajalik 2. klassi pooljäikade rootorite puhul, mis läbivad tehases tasakaalustuse, kuid töötamisel siiski veidi painduvad. Paigaldatud keskmise suurusega ja suurte masinate puhul on spetsiaalsed kohapealsed protseduurid ja ohutusmeetmed ISO 21940-13 kohaldatakse koos käesoleva osaga.
6. Olulisemad mõisted
- Paindlik vs jäik käitumine: rootorit käsitletakse paindlikuna, kui selle töökäik jõuab märkimisväärse osani – tavaliselt üle 70% – oma esimesest paindepiirist omasagedus. Kiireneva pöörlemise käigus painutavad tsentrifugaaljõud seda ja muudavad selle tasakaalustamatust.
- Kriitilised kiirused ja võnkevormid: On äärmiselt oluline teada rootori kriitilisi pöörlemiskiirusi ja kujusid, millesse see neil kiirustel painub; iga režiim on eraldi tasakaalustamisülesanne.
- Mitmetasandiline, mitme kiirusega: Mitmes suunas tehtavad korrigeerimised, mis põhinevad mitmel kiirusel tehtud mõõtmistel, on pigem reegel kui erand.
- Modaalse tasakaalu saavutamine: tõhus strateegia, mille puhul lisatakse raskused spetsiaalselt selleks, et tasakaalustada iga paindeviisi tasakaalustamatust selle vastupunktides.
