ISO 21940-12: ויברציה מכנית - איזון רוטורים - חלק 12: נהלים וסבולות לרוטורים בעלי התנהגות גמישה

תַקצִיר

תקן ISO 21940-12 מטפל באתגר המורכב של איזון רוטורים גמישיםרוטור גמיש הוא כזה שצורתו וחלוקת חוסר האיזון שלו משתנים באופן משמעותי עם מהירות הסיבוב, במיוחד כשהוא מתקרב ועובר דרך כיפוף מהירויות קריטיותבניגוד לרוטורים קשיחים (המכוסים בחלק 11), רוטור גמיש אינו ניתן לאיזון במהירות נמוכה ולצפות שיישאר מאוזן במהירות השירות הגבוהה שלו. תקן זה מספק את ההליכים הייעודיים, מרובי המהירות והמישורים הנדרשים לאיזון נכון של מערכות מסתובבות מורכבות אלו, הנפוצות במכונות בעלות ביצועים גבוהים כמו טורבינות גז, מדחסים וגלילים תעשייתיים ארוכים.

תוכן עניינים (מבנה רעיוני)

התקן מספק מסגרת להבנה וביצוע של השיטות המתקדמות הנדרשות לאיזון רוטורים גמיש:

1. 1. היקף וסיווג של רוטורים גמישים:

   פרק ראשון זה מגדיר את היקף התקן, וקובע כי הוא חל על רוטורים המפגינים התנהגות גמישה, כלומר חוסר איזון בחלוקתם ו/או צורתם המוסטת משתנה עם המהירות. הוא מציג מערכת סיווג מכרעת לסיווג רוטורים אלה על סמך המאפיינים הדינמיים שלהם, החיוניים לבחירת אסטרטגיית האיזון המתאימה. הקטגוריות נעות בין:

   • כיתה 1: רוטורים קשיחים (מכוסה על ידי תקן ISO 21940-11).
   • כיתה 2: רוטורים כמעט-קשיחים, אשר ניתנים לאיזון במהירות נמוכה אך עשויים לדרוש איזון טריז במהירות שירות.
   • כיתה 3: רוטורים הדורשים איזון במהירויות מרובות, לעתים קרובות באמצעות ה- influence coefficient שיטה, בדרך כלל עוברת דרך מהירות קריטית אחת או יותר.
   • כיתה 4 ו-5: רוטורים גמישים ביותר, כמו אלה בגנרטורים גדולים של טורבינות, הדורשים טכניקות איזון מודאליות מתקדמות כדי לתקן מצבי כיפוף מרובים.

   סיווג זה מספק דרך שיטתית לקביעת מורכבות משימת האיזון ואת ההליכים הנדרשים להשגת איזון מוצלח על פני כל טווח מהירויות הפעולה.

2. 2. נהלי איזון:

   פרק זה מהווה את הליבה הטכנית של התקן, ומפרט את ההליכים המתקדמים והרב-שלביים הנחוצים עבור רוטורים גמישים. הוא מסביר כי איזון פשוט במהירות נמוכה אינו מספיק ויש לשלבו בטכניקות במהירות גבוהה כדי להתחשב בכיפוף הרוטור. התקן מתאר שתי מתודולוגיות עיקריות:

   • ה מקדם השפעה שִׁיטָה: זוהי טכניקה רב-תכליתית ונפוצה. היא כוללת תהליך שיטתי של הצבת משקולת ניסיון ידועה במישור תיקון אחד בכל פעם ומדידת תגובת הרטט המתקבלת (משרעת ופאזה) במספר מיקומים ובמהירויות מרובות. תהליך זה חוזר על עצמו עבור כל מישור תיקון. הנתונים שנאספו משמשים לחישוב מטריצה של "מקדמי השפעה", אשר מגדירים מתמטית כיצד חוסר איזון בכל מישור משפיע על הרטט בכל נקודת מדידה ומהירות. לאחר מכן, מחשב משתמש במטריצה זו כדי לפתור את קבוצת משקולות התיקון ואת מיקומן הזוויתי הנדרש על פני כל המישורים כדי למזער בו זמנית את הרטט על פני כל טווח המהירות.
   • איזון מודאלי: זוהי שיטה אינטואיטיבית יותר מבחינה פיזיקלית, המתייחסת לכל מצב כיפוף של הרוטור כבעיית חוסר איזון נפרדת. ההליך כרוך בהפעלת הרוטור במהירות קריטית ספציפית או בסמוך אליה כדי לעורר באופן מקסימלי את צורת המצב המתאימה. מדידות רעידות מבוצעות כדי לזהות את מיקום "הנקודה הכבדה" עבור מצב זה, ומשקולות תיקון ממוקמות בנקודות הסטייה המקסימלית (אנטי-צמתים) עבור צורת מצב זו כדי לנטרל אותה. תהליך זה חוזר על עצמו ברצף עבור כל מצב כיפוף משמעותי בטווח מהירות הפעולה של הרוטור, ומאזן ביעילות את הרוטור מצב אחד בכל פעם.
3. 3. מפרט סבילות איזון:

   פרק זה מסביר כי הסבולות הפשוטות בדרגת G המשמשות עבור רוטורים קשיחים לרוב אינן מספיקות עבור רוטורים גמישים. במקום זאת, הוא מציג קריטריוני סבולת מקיפים יותר, שיכולים להתבסס על מספר גורמים, כולל:

   • מגבלות על חוסר האיזון המודאלי השיורי עבור כל אופן כיפוף משמעותי.
   • מגבלות על אמפליטודות רעידות הציר המוחלטות במיקומים ובמהירויות ספציפיות (במיוחד במהירות השירות).
   • מגבלות על הכוחות המועברים למסבים.
4. 4. אימות מצב היתרה הסופית:

   סעיף אחרון זה מפרט את קריטריוני הקבלה עבור רוטור גמיש מאוזן בהצלחה. בניגוד לרוטור קשיח, אשר זקוק לאימות רק במהירות אחת, יש לאשר שרוטור גמיש מאוזן לאורך כל טווח מהירויות הפעולה שלו. לאחר הפעלת משקולות התיקון הסופיות, הרוטור עובר מבחן ריצה סופי. במהלך ריצה זו, הרטט מנוטר באופן רציף במקומות מרכזיים (כגון מיסבים ונקודות סטייה מקסימליות). התקן קובע כי הרוטור נחשב מאוזן באופן תקין רק אם הרטט הנמדד נשאר מתחת לגבולות הסבילות שהוגדרו מראש בכל המהירויות, במיוחד בזמן שהוא עובר דרך המהירויות הקריטיות שלו ובזמן שהייה במהירות הפעולה הרציפה המרבית. אימות מקיף זה מבטיח שההתנהגות הדינמית המורכבת של הרוטור נשלטה ביעילות.

מושגים מרכזיים

• התנהגות גמישה לעומת התנהגות נוקשה: ההבדל הבסיסי. רוטור הוא גמיש אם מהירות הפעולה שלו היא חלק משמעותי (בדרך כלל >70%) מתדירות הכיפוף הטבעית הראשונה שלו (מהירות קריטית). ככל שהרוטור מסתובב מהר יותר, כוחות צנטריפוגליים גורמים לו להתכופף, ומשנים את חוסר האיזון שלו.
• מהירויות קריטיות וצורות מצב: הבנת המהירויות הקריטיות של הרוטור ו"צורות המצב" הנלוות (הצורה שאליה הרוטור מתכופף במהירות זו) חיונית לאיזון רוטור גמיש. יש להתייחס לכל מצב כבעיית איזון נפרדת.
• איזון רב-מישורי, רב-מהירויות: המתודולוגיה המרכזית. בניגוד לרוטורים קשיחים, אשר ניתנים לאיזון בשני מישורים במהירות נמוכה אחת, רוטורים גמישים דורשים תיקונים במישורים מרובים ומדידות במהירויות מרובות כדי להבטיח פעולה חלקה לאורך כל טווח המהירויות.
• איזון מודאלי: טכניקה רבת עוצמה שבה מוסיפים משקולות כדי לנטרל באופן ספציפי את חוסר האיזון הקשור לכל מצב כיפוף. לדוגמה, כדי לאזן את מצב הכיפוף הראשון, משקולות ממוקמות בנקודת הסטייה המקסימלית עבור מצב זה.

← חזרה לאינדקס הראשי