Capire un rotore flessibile

Definizione: Che cos'è un rotore flessibile?

A rotore flessibile è un rotore che si deforma o si piega a causa delle forze centrifughe quando funziona alla sua posizione o in prossimità della sua posizione velocità criticheA differenza di un rotore rigido, che può essere bilanciato a bassa velocità e rimarrà bilanciato per tutto il suo intervallo di velocità operativa, la distribuzione dello sbilanciamento di un rotore flessibile cambia al variare della sua forma con la velocità. Ciò significa che il bilanciamento di un rotore flessibile è un processo significativamente più complesso.

Come regola generale, un rotore è considerato flessibile se la sua velocità massima di servizio è 70% o più della sua prima velocità critica di flessione.

Perché i rotori flessibili si comportano in modo diverso?

La chiave per comprendere un rotore flessibile è il concetto di velocità critiche e forme modali.

• Velocità critica: Si tratta di una velocità di rotazione che corrisponde a una delle frequenze naturali del rotore. A questa velocità, il rotore entra in risonanza e qualsiasi piccolo sbilanciamento viene notevolmente amplificato, causando la flessione del rotore.
• Forma modale: Questa è la forma caratteristica che assume il rotore quando passa attraverso una specifica velocità critica. La prima velocità critica ha una forma d'onda semi-sinusoidale semplice, la seconda ha una forma d'onda sinusoidale completa (con un nodo al centro) e così via.

Quando un rotore flessibile ruota, la posizione del "punto pesante" (centro di massa) si sposta a causa di questa flessione. Uno squilibrio che si verifica a bassa velocità può trovarsi in una posizione effettiva completamente diversa ad alta velocità. Pertanto, un semplice bilanciamento su due piani eseguito a bassa velocità non sarà sufficiente a garantire un funzionamento regolare alla velocità di servizio o durante il transito attraverso le velocità critiche.

Bilanciamento dei rotori flessibili

Il bilanciamento dei rotori flessibili è un compito specializzato che richiede tecniche e attrezzature avanzate, come delineato in standard come ISO 21940-12L'obiettivo non è solo quello di bilanciare il rotore per una velocità, ma di garantire che funzioni senza problemi nell'intero intervallo operativo, compreso il passaggio attraverso le velocità critiche.

Le tecniche più comuni includono:

• Bilanciamento modale: Si tratta di una tecnica potente in cui ogni modo di flessione viene trattato come un problema di sbilanciamento separato. I pesi di correzione vengono posizionati strategicamente su più piani lungo il rotore per contrastare specificamente le forze generate da ciascuna forma modale. Ad esempio, per correggere il primo modo, i pesi vengono posizionati al centro del rotore, dove la flessione è maggiore. Per correggere il secondo modo, i pesi vengono posizionati su entrambi i lati del nodo centrale.
• Metodo del coefficiente di influenza (multi-velocità, multi-piano): Ciò comporta il funzionamento del rotore a diverse velocità (anche prossime a quelle critiche) e l'utilizzo di pesi di prova su più piani di correzione. I dati vengono utilizzati per costruire una matrice complessa di coefficienti di influenza che descrive la risposta del rotore. Un computer risolve quindi questa matrice per determinare l'insieme ottimale di pesi di correzione per più piani contemporaneamente.

Questo processo richiede in genere una macchina di bilanciamento ad alta velocità in grado di far funzionare in sicurezza il rotore alle sue velocità critiche e un software sofisticato per eseguire i calcoli necessari.

Esempi di rotori flessibili

I rotori flessibili sono comuni nei macchinari ad alte prestazioni, tra cui:

• Grandi generatori di turbine a vapore e a gas
• Turbocompressori ad alta velocità
• Alberi e rulli lunghi e sottili nelle macchine per la carta
• Mandrini per macchine utensili ad alta velocità

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