Roottorin ymmärtäminen pyörivissä koneissa

Määritelmä: Mikä on roottori?

A roottori on koneen ensisijainen pyörivä kokoonpano. Se koostuu tyypillisesti keskiakselista, johon on asennettu muita komponentteja, kuten juoksupyöriä, lavoja, magneetteja tai ankkureita. Koko kokoonpano on laakereiden tukema ja suunniteltu siirtämään vääntömomenttia ja suorittamaan työtä. Roottorin pyörimiskäyttäytymisen, mukaan lukien sen värähtelyt ja taipumat, tutkimus tunnetaan nimellä roottorin dynamiikka, kriittinen ala konetekniikassa.

Perusluokittelu: Jäykät vs. joustavat roottorit

Roottorin dynamiikan tärkein ero on se, käyttäytyykö roottori "jäykkänä" vai "joustavana" kappaleena. Tämä luokittelu ei perustu materiaalin ominaisuuksiin, vaan koneen toimintanopeuden ja roottorin välisen suhteen perusteella. kriittiset nopeudet (sen luonnolliset taivutustaajuudet).

Jäykät roottorit

Roottoria pidetään jäykkä jos sen toimintanopeus on selvästi alle sen ensimmäisen taivutuskriittisen nopeuden (tyypillisesti alle 70% ensimmäisestä kriittisestä nopeudesta). Näillä nopeuksilla akseli ei taivu tai taipu merkittävästi dynaamisten voimien vuoksi. Koko roottorin voidaan olettaa pyörivän yhtenä jäykkänä massana.

• Ominaisuudet: Yleensä lyhyempiä, tanakampia ja toimivat hitaammilla nopeuksilla.
• Tasapainottaminen: Voidaan korjata kokonaan käyttämällä kaksitasoinen dynaaminen tasapainotus jäykän kappaleen mekaniikan periaatteiden mukaisesti.
• Esimerkkejä: Useimmat tavalliset sähkömoottorit, hidaskäyntiset tuulettimet, hiomalaikat ja monet pumpun juoksupyörät.

Joustavat roottorit

Roottoria pidetään joustava jos se on suunniteltu toimimaan nopeudella, joka on lähellä, samaa tai suurempaa kuin yksi tai useampi sen taivutuskriittinen nopeus. Kun roottori lähestyy kriittistä nopeutta, akseli alkaa taipua ja taipua merkittävästi. Tämän taivutuksen muoto tunnetaan "moodimuotona".

• Ominaisuudet: Yleensä pitkiä, hoikkia ja toimivia suurilla nopeuksilla.
• Tasapainottaminen: Kaksitasoinen tasapainotus ei riitä. Joustavat roottorit vaativat kehittyneempiä, usean tason tasapainotustekniikoita, jotka ottavat huomioon akselin taipumisen. Tämä voi sisältää "modaalisen tasapainotuksen" (kunkin moodimuodon tasapainottaminen erikseen) tai usean nopeuden vaikutuskertoimen tasapainotuksen.
• Esimerkkejä: Suuret höyry- ja kaasuturbiinit, nopeat kompressorit, pitkät käyttöakselit ja generaattorien roottorit.

Joustavien roottoreiden suunnittelu ja analysointi on paljon monimutkaisempaa, koska niiden dynaaminen käyttäytyminen muuttuu nopeuden mukana.

Roottorikokoonpanon yhteiset komponentit

Roottori on enemmän kuin pelkkä akseli. Tyypillinen kokoonpano voi sisältää:

• Akseli: Keskuskomponentti, joka välittää vääntömomenttia.
• Juoksupyörät, lavat tai siivet: Nesteeseen reagoivat komponentit (pumput, tuulettimet, turbiinit).
• Ankkuri/käämit: Sähkömoottorin tai generaattorin pyörivä osa.
• Lehdet: Akselin kiillotetut osat, jotka istuvat laakereiden sisällä.
• Kytkimet: Navat, joita käytetään roottorin kytkemiseen toiseen koneeseen.
• Työntökaulukset: Komponentit, jotka vaimentavat aksiaalisia voimia.
• Tasapainorenkaat tai -lentokoneet: Määrätyt paikat, joihin korjauspainot lisätään tasapainotuksen aikana.

Yleisiä roottoreihin liittyviä ongelmia

Tärinäanalyysiä käytetään havaitsemaan monenlaisia roottorikokoonpanosta peräisin olevia ongelmia:

• Epätasapaino: Yleisin ongelma, jonka aiheuttaa epätasainen massan jakautuminen.
• Taivutettu akseli: Fyysinen mutka tai kaarre akselissa.
• Akselin halkeama: Kehittyvä väsymishalkeama, joka voi johtaa katastrofaaliseen vikaantumiseen.
• Väärin kohdistus: Vaikka se on roottorien välinen ongelma, se aiheuttaa suuria jännityksiä roottorikokoonpanon sisällä.
• Roottorin ja staattorin hankaus: Koneen pyörivien ja paikallaan olevien osien välinen kosketus.
• Löyhyys: Komponentin (kuten juoksupyörän) löysä sovitus akselilla.

← Takaisin päähakemistoon