הבנת הרוטור במכונות מסתובבות

הגדרה: מהו רוטור?

א רוטור הוא המכלול המסתובב העיקרי בתוך מכונה. הוא מורכב בדרך כלל מציר מרכזי עליו מורכבים רכיבים אחרים - כגון אימפלרים, להבים, מגנטים או ארמטורות. המכלול כולו נתמך על ידי מיסבים והוא נועד להעביר מומנט ולבצע עבודה. חקר התנהגות הרוטור בזמן שהוא מסתובב, כולל התנודות והסטיות שלו, ידוע בשם דינמיקת הרוטור, תחום קריטי בהנדסת מכונות.

הסיווג הבסיסי: רוטורים קשיחים לעומת רוטורים גמישים

ההבדל החשוב ביותר בדינמיקת הרוטור הוא האם רוטור מתנהג כגוף "קשיח" או "גמיש". סיווג זה אינו מבוסס על תכונות החומר אלא על הקשר בין מהירות הפעולה של המכונה לבין מהירות הרוטור. מהירויות קריטיות (תדרים טבעיים של כיפוף).

רוטורים קשיחים

רוטור נחשב קָשִׁיחַ אם מהירות הפעולה שלו נמוכה בהרבה ממהירות הכיפוף הקריטית הראשונה שלו (בדרך כלל פחות מ-70% מהמהירות הקריטית הראשונה). במהירויות אלו, הציר אינו עובר כיפוף או התכופפות משמעותית עקב כוחות דינמיים. ניתן להניח שכל הרוטור מסתובב כמסה אחת וקשיחה.

• מאפיינים: נוטים להיות קצרים יותר, מוצקים יותר, ולפעול במהירויות נמוכות יותר.
• Balancing: ניתן לתקן לחלוטין באמצעות איזון דינמי דו-מישורי לפי עקרונות מכניקת הגוף הקשיח.
• דוגמאות: רוב המנועים החשמליים הסטנדרטיים, מאווררים בעלי מהירות נמוכה, גלגלי השחזה ואימפלרים רבים של משאבות.

רוטורים גמישים

רוטור נחשב גָמִישׁ אם הוא מתוכנן לפעול במהירות הקרובה, בגובה או מעל אחת או יותר ממהירויות הכיפוף הקריטיות שלו. כאשר הרוטור מתקרב למהירות קריטית, הציר יתחיל לסטות ולהתכופף באופן משמעותי. צורת הכיפוף הזו ידועה כ"צורת מצב".

• מאפיינים: נוטים להיות ארוכים, דקים ולפעול במהירויות גבוהות.
• Balancing: איזון דו-מישורי אינו מספיק. רוטורים גמישים דורשים טכניקות איזון מתקדמות יותר, רב-מישוריות, אשר מתחשבות בכיפוף הציר. זה עשוי לכלול "איזון מודאלי" (איזון כל צורת מצב בנפרד) או איזון מקדם השפעה רב-מהירויות.
• דוגמאות: טורבינות קיטור וגז גדולות, מדחסים במהירות גבוהה, צירי הנעה ארוכים ורוטורים של גנרטורים.

התכנון והניתוח של רוטורים גמישים מורכבים הרבה יותר, שכן ההתנהגות הדינמית שלהם משתנה עם המהירות.

רכיבים נפוצים של מכלול רוטור

רוטור הוא יותר מסתם ציר. מכלול טיפוסי יכול לכלול:

• פִּיר: הרכיב המרכזי שמעביר מומנט.
• אימפלרים, להבים או כנפי מנוע: רכיבים שעובדים על נוזל (במשאבות, מאווררים, טורבינות).
• ארמטורה/פיתולים: החלק המסתובב של מנוע חשמלי או גנרטור.
• כתבי עת: החלקים המלוטשים מאוד של הציר היושבים בתוך המיסבים.
• צימודים: הרכזות המשמשות לחיבור הרוטור למכונה אחרת.
• קולרי דחיפה: רכיבים הסופגים כל כוחות ציריים.
• טבעות איזון או מישורים: מיקומים ייעודיים שבהם מוסיפים משקולות תיקון במהלך האיזון.

בעיות נפוצות הקשורות לרוטורים

ניתוח רעידות משמש לגילוי מגוון רחב של בעיות שמקורן במכלול הרוטור:

• לְהוֹצִיא מְשִׁוּוּי מִשְׁקָל: הבעיה הנפוצה ביותר, הנגרמת על ידי פיזור מסה לא אחיד.
• פיר כפוף: כיפוף או קשת פיזיים בפיר.
• סדק פיר: סדק עייפות מתפתח שיכול להוביל לכשל קטסטרופלי.
• חוסר יישור: למרות שזו בעיה בין רוטורים, היא גורמת ללחצים גבוהים בתוך מכלול הרוטור.
• שפשוף רוטור-סטטור: מגע בין החלקים המסתובבים והנייחים של המכונה.
• רִפיוֹן: התאמה רופפת של רכיב (כמו אימפלר) על הציר.

← חזרה לאינדקס הראשי