ISO 21940-12: رویهها و تلورانسها برای روتورهای با رفتار انعطافپذیر
ISO 21940-12 استانداردی بینالمللی است که به مسئله سختتر تعادل میپردازد روتورهای انعطافپذیر — روتورهایی که شکل و توزیع عدم تعادل آنها با سرعت بهطور قابلتوجهی تغییر میکند، بهویژه هنگامی که به خمهای انعطافپذیری خود نزدیک میشوند و از آنها عبور میکنند سرعتهای بحرانی. عنوان کامل آن برابر است با “ارتعاش مکانیکی — تعادل روتور — بخش 12: رویهها و تلورانسها برای روتورهای با رفتار انعطافپذیر.” مغایر با روتور صلب، که میتوان یک بار در سرعت پایین تعادل یافت و میتوان اعتماد کرد که در تعادل باقی بماند، یک روتور انعطافپذیر که در حالت سکون تعادل یافته است ممکن است در سرعت کاری خود بهشدت ارتعاش یابد. این استاندارد روشهای تخصصی چندسرعتی و چندصفحهای را ارائه میدهد که این روتورها نیاز دارند، و این رفیق طبیعی است برای ISO 21940-11، که روتورهای سفت را کنترل میکند.
1. دامنه و طبقهبندی روتورها
استاندارد برای هر روتوری تنطبیق مییابد که توزیع عدم توازن آن و/یا شکل خمیده آن با سرعت تغییر میکند. ISO 21940-12 کار را در اطراف پیکربندیهای روتور با رفتار انعطافپذیر و روشهای متوازنسازی برای هر یک قرار میدهد، به جای سیستم کلاس شمارهگذاریشده. طرح پنج دستهای که به طور گستردهای نقلقول میشود در واقع از ISO 11342:1998 منسوخشده و نسبت به پیچیدگی کار راهنمایی مفید باقی میماند؛ روتورها از تقریباً صلب تا بسیار انعطافپذیر متغیر میباشند:
- کلاس 1 — روتورهای سفت: در کل دامنه سرعت بهطور صلب رفتار میکنند و تحت ISO 21940-11 مدیریت میشوند.
- کلاس 2 — روتورهای نیمهسفت: میتوانند در سرعت پایین تعادل یابند اما ممکن است نیاز داشته باشند تعادل تریم در سرعت کاری برای پاککردن انعطافپذیری باقیمانده.
- کلاس 3 — روتورهای نیازمند تعادل در چندین سرعت: معمولاً از یک یا چند سرعت بحرانی عبور میکنند، اغلب با ضریب تاثیر روش.
- کلاس 4 و 5 — روتورهای بسیار انعطافپذیر: مانند شافتهای بزرگ توربین-ژنراتور، که چندین حالت خمشی را تحریک میکنند و نیاز به تکنیک پیشرفته دارند متعادلسازی مودال برای اصلاح هر حالت.
قرار دادن یک روتور در کلاس صحیح، پیشترها به تحلیلگر میفهماند که شغل چقدر پیچیده است و باید از کدام روش استفاده شود.
2. روشهای تعادل: دو روش اصلی
این فصل تههنگام فنی استاندارد است. پیام اصلی آن این است که متوازنسازی تنها با سرعت کم برای روتور انعطافپذیر ناکافی است و باید با کار سرعت بالا تکمیل شود که خمش شافت را در نظر میگیرد. ISO 21940-12 این کار را بهعنوان خانوادهای از روشهای متوازنسازی سازماندهی میکند — روشهای سرعت کم (نامگذاریشده A تا F، مانند صفحه واحد، دو صفحه و متوازنسازی در مراحل در هنگام مونتاژ) و روشهای سرعت بالا (G تا I، انجامشده در یک یا چند سرعت بالا). روشهای سرعت بالا بر دو تکنیک اصلی استواراند:
روش ضرایب تأثیر
این تکنیک کاربردی و گستردهالاستفاده، یک وزن آزمایشی را در هر بار در یک صفحه اصلاح قرار میدهد و لرزش پاسخ حاصل را ثبت میکند — هر دو دامنه و فاز — در چندین نقطه اندازهگیری و در سرعتهای مختلف. تکرار این کار برای هر صفحه، ماتریسی از ضرایب تأثیر میسازد که بهطور ریاضیاتی توصیف میکند که عدم تعادل در هر صفحه چگونه بر ارتعاش در هر نقطه و سرعت تأثیر میگذارد. سپس کامپیوتر این ماتریس را معکوس میکند تا مجموعهای از جرمهای وزنه اصلاحگر و زوایایی را بهدست آورد که بهطور همزمان ارتعاش را در تمام بازه عملیاتی کاهش دهند. همین ریاضیات تعادل تکصفحه را نیز پایهریزی میکند؛ شما میتوانید آن را بهطور تعاملی با ماشینحساب ضریب تأثیر.
متعادلسازی مودال
تعادل حالتای، رویکرد بیشتر شهودی است از نظر فیزیکی: هر خمش حالت روتور را بهعنوان یک مسئله عدم تعادل جداگانه درمان میکند. روتور در یا نزدیک یک سرعت بحرانی انتخابی اجرا میشود تا حالت نوسانی مربوط به آن را بهحداکثر برانگیزد؛ سپس اندازهگیریهای ارتعاش نقطه "سنگینتر" موثر برای آن حالت را تشخیص میدهند و وزنههای اصلاحگر در نقاط حداکثر انحراف — anti-nodeها — قرار میگیرند تا بر آن غلبه یابند. این فرآیند برای هر حالت خمشی معنادار در بازه عملیاتی تکرار میشود و روتور را یک حالت در یک بار تعادل میدهند. این دو روش رقیب نیستند؛ ماشینهای بزرگ اغلب با ترکیبی هیبریدی تعادل داده میشوند که از بینش حالتی برای انتخاب صفحات و ضرایب تأثیر برای بهتر کردن وزنهها استفاده میکند.
3. تعیین تلرانس تعادل
ساده درجه G تلرانسی که برای روتورهای صلب بسیار خوب کار میکند، عموماً برای روتورهای انعطافپذیر ناکافی است، زیرا یک عدد خروجازمرکزی تنها نمیتواند خمش وابسته به سرعت را نشان دهد. بنابراین ISO 21940-12 معیارهای تلرانس گستردهتری را معرفی میکند که ممکن است بر اساس:
- محدودیتها بر عدم تعادل باقیمانده حالتی برای هر حالت خمشی معنادار.
- محدودیتها بر دامنههای ارتعاش مطلق شافت در مکانها و سرعتهای مشخصشده، بهخصوص در سرعت سرویس.
- محدودیتها بر نیروهای منتقلشده به یاتاقانها.
این حدود بر اساس ارتعاش و نیرو، معیارهای پذیرش را با استانداردهای شدت در سرویس مانند ISO 20816 سری، تا یک عدد عدم تعادل باقیمانده.
4. تأیید حالت تعادل نهایی
پذیرش یک روتور انعطافپذیر کاملاً متفاوت از روتور صلب است. روتور صلب در یک سرعت واحد تایید میشود؛ روتور انعطافپذیر باید در تمام محدوده تمام کاری خود متعادل باشد. پس از اصلاحات نهایی، روتور از طریق یک افزایش سرعتگذر داده میشود، و لرزش در مکانهای کلیدی مانند بلبرینگها و نقاط حداکثر انحراف بهطور مداوم مراقبتری میشود. روتور تنها زمانی پذیرفته میشود که لرزش اندازهگیریشده در تمام سرعتها — بهویژه هنگام عبور از هر سرعت بحرانی و هنگام توقف در حداکثر سرعت کاری مداوم — زیر حدهای تعریفشده باقی بماند. این بررسی جامع تأیید میکند که رفتار دینامیکی کامل روتور تحت کنترل درآمده است.
5. جنبه میدانی و ابزارهای عملی
در حالیکه بسیاری از کارهای روتور انعطافپذیر بر روی ریگهای تعادل با سرعت بالا انجام میشود، همان مهارتهای اندازهگیری دامنه و فاز در بالانس میدانی و تعادل حاشیهای پس از نصب دستگاه اعمال میشود. یک دستگاه تحلیلگر دو کاناله قابل حمل مانند Balanset-1A دامنه و فاز 1× را در بلبرینگهای خود دستگاه ثبت میکند، ضرایب تأثیر را محاسبه میکند، و به مهندس اجازه میدهد تا یک اصلاح حاشیهای را در سرعت کاری اعمال و تأیید کند بدون تجزیه — نیاز مکررای برای روتورهای شبهصلب کلاس 2 که از تعادل مغازه خود عبور میکنند اما هنوز هم در سرویس کمی انعطافپذیر هستند. برای دستگاههای متوسط و بزرگ نصبشده، روشهای اختصاصدار در محل و تدابیر ایمنی ISO 21940-13 در کنار این بخش اعمال میشوند.
6. مفاهیم کلیدی برای بهیاد ماندن
- رفتار انعطافپذیر در مقابل صلب: روتور یکبار آنجایی که سرعت کاری آن به کسری قابل توجهی برسد — معمولاً بیش از 70٪ — سرعت بحرانی اول خود فرکانس طبیعی، به عنوان انعطافپذیر در نظر گرفته میشود. همانطور که سریعتر میچرخد، نیروهای گریز از مرکز آن را خم میکنند و عدم تعادل آن را تغییر میدهند.
- سرعتهای بحرانی و اشکال حالتها: دانستن سرعتهای بحرانی روتور و اشکالی که در هر کدام خم میشود ضروری است؛ هر حالت یک مسئله تعادل جداگانه است.
- چند صفحه، چند سرعت: اصلاحات در چندین صفحه، براساس اندازهگیریهای انجامشده در چندین سرعت، قاعده تر از استثنا هستند.
- تعادل مودال: یک استراتژی قدرتمند که در آن وزنها به طور خاص برای مقابله با عدم تعادل هر حالت خمشی در گرههای ضدگره خود اضافه میشوند.
