ISO 21940-12: Mekaaninen värähtely – Roottorin tasapainotus – Osa 12: Joustavien roottoreiden menetelmät ja toleranssit

Yhteenveto

ISO 21940-12 vastaa tasapainottamisen monimutkaiseen haasteeseen joustavat roottoritJoustava roottori on sellainen, jonka muoto ja epätasapainon jakauma muuttuvat merkittävästi pyörimisnopeuden mukana, erityisesti sen lähestyessä taivutuskulmaansa ja kulkiessaan sen läpi. kriittiset nopeudetToisin kuin jäykät roottorit (käsitellään osassa 11), joustavaa roottoria ei voida tasapainottaa alhaisella nopeudella ja odottaa pysyvän tasapainossa suurella käyttönopeudellaan. Tämä standardi tarjoaa erikoistuneet, usean nopeuden ja useissa tasoissa käytettävät menetelmät näiden monimutkaisten pyörivien järjestelmien asianmukaiseen tasapainottamiseen. Nämä järjestelmät ovat yleisiä tehokkaissa koneissa, kuten kaasuturbiineissa, kompressoreissa ja pitkissä teollisuusteloissa.

Sisällysluettelo (käsitteellinen rakenne)

Standardi tarjoaa viitekehyksen joustavan roottorin tasapainotuksen edellyttämien edistyneiden menetelmien ymmärtämiselle ja toteuttamiselle:

1. 1. Joustavien roottoreiden soveltamisala ja luokittelu:

   Tässä ensimmäisessä luvussa määritellään standardin soveltamisala ja todetaan, että se koskee roottoreita, jotka käyttäytyvät joustavasti eli niiden epätasapainojakauma ja/tai taipunut muoto muuttuvat nopeuden mukaan. Siinä esitellään tärkeä luokittelujärjestelmä näiden roottorien luokittelemiseksi niiden dynaamisten ominaisuuksien perusteella, mikä on olennaista sopivan tasapainotusstrategian valinnassa. Luokat vaihtelevat:

   • Luokka 1: Jäykät roottorit (standardin ISO 21940-11 mukainen).
   • Luokka 2: Kvasijäykät roottorit, jotka voidaan tasapainottaa alhaisella nopeudella, mutta jotka saattavat vaatia trimmitasapainotusta käyttönopeudella.
   • Luokka 3: Roottorit, jotka vaativat tasapainottamista useilla nopeuksilla, usein käyttämällä vaikutuskerroin menetelmä, tyypillisesti yhden tai useamman kriittisen nopeuden läpi.
   • Luokka 4 ja 5: Erittäin joustavat roottorit, kuten suurten turbiinigeneraattoreiden roottorit, jotka vaativat edistyneitä modaalisia tasapainotustekniikoita useiden taivutusmoodien korjaamiseksi.

   Tämä luokittelu tarjoaa systemaattisen tavan määrittää tasapainotustehtävän monimutkaisuus ja tarvittavat menettelyt onnistuneen tasapainotuksen saavuttamiseksi koko käyttönopeusalueella.

2. 2. Tasapainotusmenettelyt:

   Tämä luku muodostaa standardin teknisen ytimen, ja siinä kuvataan yksityiskohtaisesti joustavien roottorien edellyttämät edistyneet, monivaiheiset menettelyt. Siinä selitetään, että yksinkertainen matalan nopeuden tasapainotus ei riitä ja sitä on täydennettävä suurnopeuksisilla tekniikoilla roottorin taipumisen huomioon ottamiseksi. Standardissa esitetään kaksi päämenetelmää:

   • The Vaikutuskerroin Menetelmä: Tämä on monipuolinen ja laajalti käytetty tekniikka. Se sisältää systemaattisen prosessin, jossa tunnettu koepaino asetetaan yhteen korjaustasoon kerrallaan ja mitataan syntyvä värähtelyvaste (amplitudi ja vaihe) useissa kohdissa ja useilla nopeuksilla. Tämä prosessi toistetaan jokaiselle korjaustasolle. Kerättyjen tietojen perusteella lasketaan "vaikutuskertoimien" matriisi, joka matemaattisesti määrittelee, miten epätasapaino missä tahansa tasossa vaikuttaa värähtelyyn missä tahansa mittauspisteessä ja nopeudella. Tietokone käyttää sitten tätä matriisia ratkaistakseen korjauspainojen joukon ja niiden kulmasijoittelun, joita tarvitaan kaikissa tasoissa värähtelyn minimoimiseksi samanaikaisesti koko nopeusalueella.
   • Modaalinen tasapainotus: Tämä on fyysisesti intuitiivisempi menetelmä, joka käsittelee roottorin kutakin taivutusmuotoa erillisenä epätasapaino-ongelmana. Menetelmässä roottoria käytetään tietyllä kriittisellä nopeudella tai sen lähellä vastaavan moodimuodon maksimaaliseksi virittämiseksi. Värähtelymittauksia tehdään kyseisen moodin "raskaan kohdan" sijainnin tunnistamiseksi, ja korjauspainot asetetaan kyseisen moodimuodon suurimman taipuman pisteisiin (vastasolmuihin) sen tasapainottamiseksi. Tämä prosessi toistetaan sitten peräkkäin jokaiselle merkittävälle taivutusmuodolle roottorin toimintanopeusalueella, tasapainottaen roottoria tehokkaasti yksi moodi kerrallaan.
3. 3. Tasapainotoleranssien määrittely:

   Tässä luvussa selitetään, että jäykille roottoreille käytetyt yksinkertaiset G-luokan toleranssit eivät usein riitä joustaville roottoreille. Sen sijaan siinä esitellään kattavammat toleranssikriteerit, jotka voivat perustua useisiin tekijöihin, mukaan lukien:

   • Kunkin merkittävän taivutusmoodin jäännösmoodaalisen epätasapainon rajat.
   • Akselin absoluuttisten värähtelyamplitudien rajat tietyissä kohdissa ja nopeuksilla (erityisesti käyttönopeudella).
   • Laakereihin välittyvien voimien rajat.
4. 4. Loppusaldotilanteen varmentaminen:

   Tässä viimeisessä osiossa kuvataan onnistuneesti tasapainotetun joustavan roottorin hyväksymiskriteerit. Toisin kuin jäykkä roottori, joka tarvitsee varmennusta vain yhdellä nopeudella, joustavan roottorin on oltava tasapainossa koko käyttönopeusalueellaan. Kun lopulliset korjauspainot on lisätty, roottori altistetaan viimeiselle käynnistystestikokeelle. Tämän käynnistystestikokeen aikana värähtelyä seurataan jatkuvasti keskeisissä kohdissa (kuten laakereissa ja suurimman taipuman kohdissa). Standardi määrittää, että roottoria pidetään hyväksyttävästi tasapainotettuna vain, jos mitattu värähtely pysyy ennalta määriteltyjen toleranssirajojen alapuolella kaikilla nopeuksilla, erityisesti kriittisten nopeuksien ylittäessä ja suurimmalla jatkuvalla käyttönopeudella pysyttäessä. Tämä kattava varmennus varmistaa, että roottorin monimutkaista dynaamista käyttäytymistä on hallittu tehokkaasti.

Keskeiset käsitteet

• Joustava vs. jäykkä käyttäytyminen: Perustava ero. Roottori on taipuisa, jos sen toimintanopeus on merkittävä osa (tyypillisesti >70%) sen ensimmäisestä taivutusluontaajuudesta (kriittinen nopeus). Kun roottori pyörii nopeammin, keskipakoisvoimat aiheuttavat sen taipumisen, mikä muuttaa sen epätasapainoa.
• Kriittiset nopeudet ja moodimuodot: Roottorin kriittisten nopeuksien ja niihin liittyvien "moodimuotojen" (roottorin taivutusmuoto kyseisellä nopeudella) ymmärtäminen on olennaista roottorin joustavan tasapainotuksen kannalta. Kutakin moodia on käsiteltävä erillisenä tasapainotusongelmana.
• Monitasoinen, moninopeuksinen tasapainotus: Ydinmenetelmä. Toisin kuin jäykät roottorit, jotka voidaan tasapainottaa kahdessa tasossa yhdellä alhaisella nopeudella, joustavat roottorit vaativat korjauksia useissa tasoissa ja mittauksia useilla nopeuksilla, jotta varmistetaan sujuva toiminta koko nopeusalueella.
• Modaalinen tasapainotus: Tehokas tekniikka, jossa painoja lisätään erityisesti kunkin taivutusmuodon aiheuttaman epätasapainon tasapainottamiseksi. Esimerkiksi ensimmäisen taivutusmuodon tasapainottamiseksi painot asetetaan kyseisen muodon suurimman taipuman kohtaan.

← Takaisin päähakemistoon