ISO 21940-12: ارتعاش مکانیکی – بالانس روتور – بخش 12: رویه‌ها و تلرانس‌ها برای روتورهای با رفتار انعطاف‌پذیر

خلاصه

ISO 21940-12 به چالش پیچیده‌ی ایجاد تعادل می‌پردازد روتورهای انعطاف‌پذیرروتور انعطاف‌پذیر، روتوری است که شکل و توزیع عدم تعادل آن با سرعت چرخش، به ویژه با نزدیک شدن و عبور از خمیدگی، به طور قابل توجهی تغییر می‌کند. سرعت‌های بحرانیبرخلاف روتورهای صلب (که در بخش 11 به آن پرداخته شده است)، یک روتور انعطاف‌پذیر را نمی‌توان در سرعت پایین بالانس کرد و انتظار داشت که در سرعت بالای سرویس خود در بالانس باقی بماند. این استاندارد، رویه‌های تخصصی، چند سرعته و چند صفحه‌ای مورد نیاز برای بالانس صحیح این سیستم‌های چرخشی پیچیده را ارائه می‌دهد که در ماشین‌آلات با کارایی بالا مانند توربین‌های گازی، کمپرسورها و غلتک‌های صنعتی بلند رایج هستند.

فهرست مطالب (ساختار مفهومی)

این استاندارد چارچوبی برای درک و اجرای روش‌های پیشرفته مورد نیاز برای بالانس روتور انعطاف‌پذیر ارائه می‌دهد:

1. ۱. محدوده و طبقه‌بندی روتورهای انعطاف‌پذیر:

   این فصل اولیه، دامنه استاندارد را تعریف می‌کند و بیان می‌کند که این استاندارد در مورد روتورهایی که رفتار انعطاف‌پذیری از خود نشان می‌دهند، اعمال می‌شود، به این معنی که توزیع عدم تعادل و/یا شکل انحرافی آنها با سرعت تغییر می‌کند. این فصل یک سیستم طبقه‌بندی حیاتی را برای دسته‌بندی این روتورها بر اساس ویژگی‌های دینامیکی آنها معرفی می‌کند که برای انتخاب استراتژی متعادل‌سازی مناسب ضروری است. این کلاس‌ها عبارتند از:

   • کلاس ۱: روتورهای صلب (تحت پوشش ISO 21940-11).
   • کلاس ۲: روتورهای شبه صلب، که می‌توانند در سرعت پایین بالانس شوند اما ممکن است در سرعت سرویس نیاز به بالانس تریم داشته باشند.
   • کلاس ۳: روتورهایی که نیاز به بالانس در سرعت‌های مختلف دارند، اغلب با استفاده از influence coefficient روشی که معمولاً از یک یا چند سرعت بحرانی عبور می‌کند.
   • کلاس ۴ و ۵: روتورهای بسیار انعطاف‌پذیر، مانند روتورهای موجود در ژنراتورهای توربینی بزرگ، که برای اصلاح حالت‌های خمش چندگانه به تکنیک‌های پیشرفته متعادل‌سازی مودال نیاز دارند.

   این طبقه‌بندی روشی سیستماتیک برای تعیین پیچیدگی وظیفه متعادل‌سازی و رویه‌های لازم برای دستیابی به تعادل موفق در کل محدوده سرعت عملیاتی ارائه می‌دهد.

2. ۲. رویه‌های متعادل‌سازی:

   این فصل هسته فنی استاندارد را تشکیل می‌دهد و جزئیات رویه‌های پیشرفته و چند مرحله‌ای لازم برای روتورهای انعطاف‌پذیر را شرح می‌دهد. این فصل توضیح می‌دهد که یک بالانس ساده با سرعت پایین کافی نیست و باید با تکنیک‌های سرعت بالا تکمیل شود تا خمیدگی روتور را در نظر بگیرد. این استاندارد دو روش اصلی را تشریح می‌کند:

   • The ضریب نفوذ روش: این یک تکنیک همه‌کاره و پرکاربرد است. این تکنیک شامل یک فرآیند سیستماتیک است که در آن یک وزنه آزمایشی شناخته شده در یک صفحه اصلاحی به طور همزمان قرار داده می‌شود و پاسخ ارتعاش حاصل (دامنه و فاز) در چندین مکان و در چندین سرعت اندازه‌گیری می‌شود. این فرآیند برای هر صفحه اصلاحی تکرار می‌شود. داده‌های جمع‌آوری‌شده برای محاسبه ماتریسی از «ضرایب تأثیر» استفاده می‌شوند که به صورت ریاضی تعریف می‌کند که چگونه عدم تعادل در هر صفحه بر ارتعاش در هر نقطه اندازه‌گیری و سرعت تأثیر می‌گذارد. سپس یک کامپیوتر از این ماتریس برای حل مجموعه وزنه‌های اصلاحی و قرارگیری زاویه‌ای آنها در تمام صفحات مورد نیاز برای به حداقل رساندن همزمان ارتعاش در کل محدوده سرعت استفاده می‌کند.
   • متعادل‌سازی مودال: این یک روش فیزیکی شهودی‌تر است که هر حالت خمش روتور را به عنوان یک مسئله عدم تعادل جداگانه در نظر می‌گیرد. این روش شامل چرخاندن روتور در یک سرعت بحرانی خاص یا نزدیک به آن برای حداکثر تحریک شکل حالت مربوطه است. اندازه‌گیری‌های ارتعاش برای شناسایی محل "نقطه سنگین" برای آن حالت انجام می‌شود و وزنه‌های اصلاحی در نقاط حداکثر انحراف (ضد گره‌ها) برای آن شکل حالت قرار می‌گیرند تا آن را خنثی کنند. سپس این فرآیند به صورت متوالی برای هر حالت خمش قابل توجه در محدوده سرعت عملکرد روتور تکرار می‌شود و به طور موثر روتور را در هر زمان یک حالت متعادل می‌کند.
3. ۳. مشخصات تلرانس‌های تعادل:

   این فصل توضیح می‌دهد که تلرانس‌های ساده‌ی درجه‌ی G که برای روتورهای صلب استفاده می‌شوند، اغلب برای روتورهای انعطاف‌پذیر کافی نیستند. در عوض، معیارهای تلرانس جامع‌تری را معرفی می‌کند که می‌توانند بر اساس عوامل مختلفی از جمله موارد زیر باشند:

   • محدودیت‌های مربوط به عدم تعادل مودال باقیمانده برای هر مود خمشی قابل توجه.
   • محدودیت‌های دامنه ارتعاش مطلق شفت در مکان‌ها و سرعت‌های خاص (به‌ویژه در سرعت سرویس).
   • محدودیت‌های نیروهای منتقل شده به یاتاقان‌ها.
4. ۴. تأیید وضعیت موجودی نهایی:

   این بخش پایانی، معیارهای پذیرش برای یک روتور انعطاف‌پذیر با تعادل موفق را شرح می‌دهد. برخلاف یک روتور صلب که فقط در یک سرعت به تأیید نیاز دارد، یک روتور انعطاف‌پذیر باید در کل محدوده سرعت عملیاتی خود از نظر تعادل تأیید شود. پس از اعمال وزنه‌های اصلاح نهایی، روتور تحت آزمایش نهایی راه‌اندازی قرار می‌گیرد. در طول این راه‌اندازی، ارتعاش به طور مداوم در نقاط کلیدی (مانند یاتاقان‌ها و نقاط با حداکثر انحراف) پایش می‌شود. استاندارد مشخص می‌کند که روتور تنها در صورتی قابل قبول متعادل در نظر گرفته می‌شود که ارتعاش اندازه‌گیری شده در تمام سرعت‌ها، به ویژه هنگام عبور از سرعت‌های بحرانی و در حالی که در حداکثر سرعت عملیاتی مداوم قرار دارد، زیر محدودیت‌های تحمل از پیش تعریف شده باقی بماند. این تأیید جامع تضمین می‌کند که رفتار دینامیکی پیچیده روتور به طور مؤثر کنترل شده است.

مفاهیم کلیدی

• رفتار انعطاف‌پذیر در مقابل رفتار سفت و سخت: تمایز اساسی. یک روتور در صورتی انعطاف‌پذیر است که سرعت عملکرد آن کسر قابل توجهی (معمولاً >70%) از اولین فرکانس طبیعی خمش (سرعت بحرانی) آن باشد. با چرخش سریع‌تر روتور، نیروهای گریز از مرکز باعث خم شدن آن می‌شوند و عدم تعادل آن را تغییر می‌دهند.
• سرعت‌های بحرانی و شکل مدها: درک سرعت‌های بحرانی روتور و «شکل‌های مد» مرتبط (شکلی که روتور در آن سرعت به آن خم می‌شود) برای بالانس انعطاف‌پذیر روتور ضروری است. هر مد باید به عنوان یک مسئله بالانس جداگانه در نظر گرفته شود.
• متعادل‌سازی چندسطحی و چندسرعته: روش اصلی. برخلاف روتورهای صلب که می‌توانند در دو صفحه با یک سرعت پایین متعادل شوند، روتورهای انعطاف‌پذیر برای اطمینان از عملکرد روان در کل محدوده سرعت، نیاز به اصلاحات در چندین صفحه و اندازه‌گیری در چندین سرعت دارند.
• متعادل‌سازی مودال: یک تکنیک قدرتمند که در آن وزنه‌هایی برای مقابله با عدم تعادل مرتبط با هر حالت خمش اضافه می‌شوند. به عنوان مثال، برای متعادل کردن حالت خمش اول، وزنه‌هایی در نقطه حداکثر انحراف برای آن حالت قرار می‌گیرند.

← بازگشت به فهرست اصلی