آشنایی با روتور در ماشین آلات دوار

تعریف: روتور چیست؟

آ روتور مجموعه چرخان اصلی در یک قطعه ماشین‌آلات است. معمولاً از یک شفت مرکزی تشکیل شده است که سایر اجزا - مانند پروانه‌ها، تیغه‌ها، آهنرباها یا آرمیچرها - بر روی آن نصب می‌شوند. کل مجموعه توسط یاتاقان‌ها پشتیبانی می‌شود و برای انتقال گشتاور و انجام کار طراحی شده است. مطالعه نحوه رفتار روتور در حین چرخش، از جمله ارتعاشات و انحرافات آن، به عنوان ... شناخته می‌شود. دینامیک روتور، یک حوزه حیاتی در مهندسی مکانیک.

طبقه‌بندی اساسی: روتورهای صلب در مقابل روتورهای انعطاف‌پذیر

مهمترین تمایز در دینامیک روتور این است که آیا روتور به عنوان یک جسم "صلب" یا "انعطاف‌پذیر" رفتار می‌کند. این طبقه‌بندی بر اساس خواص ماده نیست، بلکه بر اساس رابطه بین سرعت کارکرد دستگاه و سرعت روتور است. سرعت‌های بحرانی (فرکانس‌های طبیعی خمش آن).

روتورهای صلب

روتور در نظر گرفته شده است سفت و سخت اگر سرعت عملکرد آن بسیار پایین‌تر از اولین سرعت بحرانی خمش آن باشد (معمولاً کمتر از 70% از اولین سرعت بحرانی). در این سرعت‌ها، شفت به دلیل نیروهای دینامیکی هیچ خمش یا تغییر شکل قابل توجهی را متحمل نمی‌شود. می‌توان فرض کرد که کل روتور به صورت یک جرم واحد و صلب می‌چرخد.

• ویژگی‌ها: معمولاً کوتاه‌تر، ضخیم‌تر و با سرعت پایین‌تری کار می‌کنند.
• Balancing: با استفاده از آن کاملاً قابل اصلاح است بالانس دینامیکی دو صفحه‌ای طبق اصول مکانیک اجسام صلب.
• مثال‌ها: اکثر موتورهای الکتریکی استاندارد، فن‌های کم‌سرعت، چرخ‌های سنگ‌زنی و بسیاری از پروانه‌های پمپ.

روتورهای انعطاف‌پذیر

روتور در نظر گرفته شده است انعطاف‌پذیر اگر طوری طراحی شده باشد که با سرعتی نزدیک، در حد یا بالاتر از یک یا چند سرعت بحرانی خمش خود کار کند. با نزدیک شدن روتور به سرعت بحرانی، شفت شروع به انحراف و خم شدن قابل توجهی می‌کند. شکل این خمش به عنوان "شکل مد" شناخته می‌شود.

• ویژگی‌ها: معمولاً بلند و باریک هستند و با سرعت بالا کار می‌کنند.
• Balancing: بالانس دو صفحه‌ای کافی نیست. روتورهای انعطاف‌پذیر به تکنیک‌های بالانس چند صفحه‌ای پیشرفته‌تری نیاز دارند که خمش شفت را در نظر بگیرند. این ممکن است شامل «بالانس مودال» (بالانس هر شکل مود به صورت جداگانه) یا بالانس ضریب نفوذ چند سرعته باشد.
• مثال‌ها: توربین‌های بخار و گاز بزرگ، کمپرسورهای پرسرعت، شفت‌های محرک بلند و روتورهای ژنراتور.

طراحی و تحلیل روتورهای انعطاف‌پذیر بسیار پیچیده‌تر است، زیرا رفتار دینامیکی آنها با سرعت تغییر می‌کند.

اجزای مشترک یک مجموعه روتور

روتور چیزی بیش از یک شفت است. یک مجموعه معمولی می‌تواند شامل موارد زیر باشد:

• شفت: قطعه مرکزی که گشتاور را منتقل می‌کند.
• پروانه‌ها، تیغه‌ها یا پره‌ها: اجزایی که روی سیال کار انجام می‌دهند (در پمپ‌ها، فن‌ها، توربین‌ها).
• آرمیچر/سیم‌پیچ‌ها: بخش چرخان یک موتور الکتریکی یا ژنراتور.
• مجلات: بخش‌های بسیار صیقلی شفت که درون یاتاقان‌ها قرار می‌گیرند.
• کوپلینگ‌ها: هاب‌هایی که برای اتصال روتور به دستگاه دیگر استفاده می‌شوند.
• قلاده‌های مهاری: اجزایی که هرگونه نیروی محوری را جذب می‌کنند.
• حلقه‌ها یا صفحات تعادل: مکان‌های تعیین‌شده‌ای که وزنه‌های اصلاحی در حین بالانس به آنها اضافه می‌شوند.

مشکلات رایج مرتبط با روتورها

آنالیز ارتعاش برای تشخیص طیف وسیعی از مشکلات ناشی از مجموعه روتور استفاده می‌شود:

• عدم تعادل: شایع‌ترین مشکل، ناشی از توزیع ناهموار جرم.
• شفت خمیده: خمیدگی یا قوس فیزیکی در محور (میله).
• ترک خوردگی شفت: ترک خستگی در حال توسعه که می‌تواند منجر به شکست فاجعه‌بار شود.
• ناهم‌ترازی: اگرچه مشکلی بین روتورها است، اما تنش‌های زیادی را در مجموعه روتور ایجاد می‌کند.
• اصطکاک روتور-استاتور: تماس بین قطعات چرخان و ثابت دستگاه.
• سستی: شل بودن یک قطعه (مانند پروانه) روی شفت.

← بازگشت به فهرست اصلی