Comprensione del rotore nelle macchine rotanti

Definizione: Che cos'è un rotore?

A rotore è il gruppo rotante primario all'interno di un macchinario. È tipicamente costituito da un albero centrale su cui sono montati altri componenti, come giranti, pale, magneti o indotti. L'intero gruppo è supportato da cuscinetti ed è progettato per trasmettere coppia e svolgere lavoro. Lo studio del comportamento di un rotore durante la rotazione, comprese le sue vibrazioni e deflessioni, è noto come dinamica del rotore, un campo critico nell'ingegneria meccanica.

La classificazione fondamentale: rotori rigidi vs. flessibili

La distinzione più importante nella dinamica dei rotori è se un rotore si comporta come un corpo "rigido" o "flessibile". Questa classificazione non si basa sulle proprietà del materiale, ma sulla relazione tra la velocità operativa della macchina e la velocità del rotore. velocità critiche (le sue frequenze naturali di flessione).

Rotori rigidi

Un rotore è considerato rigido se la sua velocità operativa è ben al di sotto della sua prima velocità critica di flessione (tipicamente inferiore a 70% della prima velocità critica). A queste velocità, l'albero non subisce alcuna flessione o flessione significativa a causa delle forze dinamiche. Si può supporre che l'intero rotore ruoti come un'unica massa rigida.

• Caratteristiche: Tendono ad essere più bassi, più tozzi e a funzionare a velocità inferiori.
• Bilanciamento: Può essere completamente corretto utilizzando bilanciamento dinamico a due piani secondo i principi della meccanica dei corpi rigidi.
• Esempi: La maggior parte dei motori elettrici standard, ventilatori a bassa velocità, mole e molte giranti di pompe.

Rotori flessibili

Un rotore è considerato flessibile se è progettato per funzionare a una velocità prossima, uguale o superiore a una o più delle sue velocità critiche di flessione. Quando il rotore si avvicina a una velocità critica, l'albero inizierà a flettersi e piegarsi in modo significativo. La forma di questa flessione è nota come "forma modale".

• Caratteristiche: Tendono ad essere lunghi, sottili e a funzionare ad alta velocità.
• Bilanciamento: L'equilibratura a due piani non è sufficiente. I rotori flessibili richiedono tecniche di equilibratura più avanzate, su più piani, che tengano conto della flessione dell'albero. Ciò può comportare il "bilanciamento modale" (bilanciamento di ciascuna forma modale individualmente) o il bilanciamento del coefficiente di influenza multivelocità.
• Esempi: Grandi turbine a vapore e a gas, compressori ad alta velocità, lunghi alberi motore e rotori di generatori.

La progettazione e l'analisi dei rotori flessibili sono molto più complesse, poiché il loro comportamento dinamico cambia con la velocità.

Componenti comuni di un gruppo rotore

Un rotore è più di un semplice albero. Un tipico assemblaggio può includere:

• Lancia: Il componente centrale che trasmette la coppia.
• Giranti, pale o palette: Componenti che lavorano su un fluido (in pompe, ventilatori, turbine).
• Indotto/Avvolgimenti: La parte rotante di un motore elettrico o di un generatore.
• Riviste: Le sezioni altamente lucidate dell'albero che si trovano all'interno dei cuscinetti.
• Giunti: I mozzi utilizzati per collegare il rotore a un'altra macchina.
• Collari reggispinta: Componenti che assorbono eventuali forze assiali.
• Anelli o piani di equilibrio: Posizioni designate in cui vengono aggiunti i pesi di correzione durante l'equilibratura.

Problemi comuni associati ai rotori

L'analisi delle vibrazioni viene utilizzata per rilevare un'ampia gamma di problemi originati dal gruppo rotore:

• Sbilanciare: Il problema più comune è causato da una distribuzione non uniforme della massa.
• Albero piegato: Una curvatura o un arco fisico nell'asta.
• Crepa dell'albero: Una crepa da fatica in via di sviluppo che può portare a guasti catastrofici.
• Disallineamento: Sebbene rappresenti un problema tra i rotori, provoca forti sollecitazioni all'interno del gruppo rotore.
• Sfregamento rotore-statore: Contatto tra le parti rotanti e fisse della macchina.
• Scioltezza: Un accoppiamento allentato di un componente (come una girante) sull'albero.

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