ISO 21940-12：弾性挙動を示すロータに関する手順および許容差
ISO 21940-12 は、バランスを取るというより困難な課題に取り組む国際規格であり、 フレキシブルローター — 回転数に応じて形状や不均衡の分布が大きく変化するローター。特に、その曲げ点に近づき、通過する際にその傾向が顕著である 臨界速度. その正式名称は 「機械的振動 — ロータのバランス調整 — 第12部：弾性挙動を示すロータの手順および許容差」 Unlike a 剛性ローター低速時に一度バランス調整を行えば安定した状態を維持できる一方で、静止状態でバランス調整された柔軟なローターは、運転速度では激しい振動を起こす可能性があります。本規格は、こうしたローターに求められる特殊な多速度・多平面の手順を規定しており、 ISO 21940-11これは、剛性ローターを規定するものです。
1. ローターの適用範囲と分類
この規格は、アンバランス分布および/またはたわみ形状が速度によって変化するあらゆるロータに適用されます。ISO 21940-12は、典型的な作業を以下の観点から整理しています。 ロータ構成 番号付きクラス体系ではなく、フレキシブル挙動を示す各ロータとそれに適したつり合わせ手順に基づいて分類されています。以下に示す広く引用される5カテゴリ体系は、現在廃止されたISO 11342:1998に由来するものであり、作業の複雑さを把握するための有用な指針として現在も活用されています。ロータは剛体に近いものから高度にフレキシブルなものまで多岐にわたります。
- クラス1 — 剛性ローター： 全速度域にわたって安定した挙動を示し、ISO 21940-11に基づいて試験が行われる。
- 第2類 — 準剛性ローター： 低速ではバランスが取れますが、場合によっては トリムバランス 定格速度で運転し、残留たわみを解消する。
- クラス3 — 複数の回転数でバランス調整が必要なローター： 通常、1つ以上の臨界速度を通過し、ほとんどの場合、 影響係数 method.
- クラス4および5 — 柔軟性の高いローター： 例えば、複数の曲げモードを励起し、高度な モーダルバランス 各モードを修正する。
ローターを適切なクラスに分類することで、分析担当者は作業の複雑さや、どの手順を採用すべきかを事前に把握することができます。
2. バランス調整の手順：2つの主要な方法
この章は規格の技術的中核をなす部分です。その核心的なメッセージは、低速でのつり合わせのみではフレキシブルロータに対して不十分であり、軸の曲げを考慮した高速作業によって補完しなければならないということです。ISO 21940-12は、この作業をつり合わせ手順のファミリーとして体系化しています。低速手順（A〜Fで表される一平面、二平面、組立段階でのつり合わせなど）と高速手順（G〜I、一つまたは複数の高速度で実施）に分かれています。高速手順は二つの主要な技法に基づいています。
影響係数法
この汎用性が高く、広く用いられている手法では、既知の 試用重量 一度に1つの補正平面について処理を行い、その結果を記録する 振動 応答 — 両方とも 振幅と位相 — 複数の測定ポイントおよび複数の回転速度において。これを各平面ごとに繰り返すことで、任意の平面における不均衡が、任意の点および回転速度での振動にどのように影響するかを数学的に記述する影響係数の行列が構築されます。その後、コンピュータがその行列を逆行列変換し、全動作範囲にわたって振動を同時に最小化する補正用ウェイトの質量と角度の組み合わせを求め出します。単一平面での作業にも同じ数学的原理が適用されており、 影響係数計算機.
モーダルバランシング
モーダルバランシングは、物理的に直感的なアプローチです。これは、各曲げ mode ローターの不均衡を独立した問題として扱う。ローターを所定の臨界回転数またはその近傍で回転させ、対応するモード形状を最大限に励起する。その後、振動測定によってそのモードの有効な「重心の偏り」の位置を特定し、最大たわみ点（反節点）に補正用ウェイトを配置してこれを相殺する。 このプロセスは、運転範囲内のすべての重要な曲げモードについてモードごとに繰り返され、ローターは1モードずつバランス調整される。これら2つの方法は競合するものではない。大型機械のバランス調整では、モード解析の知見を用いて平面や影響係数を選択し、重りを最適化するハイブリッド方式がしばしば用いられる。
3. バランスの許容誤差の設定
The simple G級 剛性ローターでは十分に機能する公差も、一般にフレキシブルローターには不十分です。なぜなら、単一の偏心量だけでは速度に依存する曲げ変形を捉えきれないからです。そのため、ISO 21940-12では、以下に基づくより広範な公差基準が導入されています：
- Limits on the 残留モード不平衡 各主要な曲げモードについて。
- Limits on the 絶対軸振動振幅 所定の位置および速度、特に定格速度において。
- Limits on the 軸受に伝わる力.
これらの振動および力に基づく限界値は、受入基準を、以下のような運用時の厳しさ基準と結びつけるものである。 ISO 20816 単一の残留不平衡値ではなく、一連の値に。
4. 最終残高の状態の確認
柔軟なローターの許容条件は、剛性ローターのそれとは根本的に異なります。剛性ローターは単一の回転数で検証されますが、柔軟なローターについては、その全回転数範囲にわたってバランスが保たれていることを確認する必要があります。 entire 動作範囲。最終的な修正を行った後、ローターを 上昇、ベアリングや最大たわみ点などの主要箇所において、振動を継続的に監視します。測定された振動が、すべての回転速度において、特に各臨界回転数を通過する際や、最大連続運転速度で定常運転している間も、あらかじめ定められた限界値を下回っている場合にのみ、ローターは合格とみなされます。この包括的な検査により、ローターの動的挙動全体が確実に制御されていることが確認されます。
5. 現場の側面と実用的なツール
フレキシブルローターに関する作業の多くは高速バランシング装置で行われますが、振幅と位相の測定技術は フィールドバランシング また、機械の設置後はトリムバランス調整を行います。例えば、次のようなポータブルな2チャンネルアナライザー バランセット-1A 本システムは、機械自体の軸受における振幅と位相を1倍で計測し、影響係数を算出することで、エンジニアが分解することなく運転速度でトリム補正を適用・検証できるようにします。これは、工場でのバランス調整には合格したものの、稼働中にわずかなたわみが見られるクラス2の準剛性ローターにおいて、頻繁に必要とされる作業です。設置済みの中型および大型機械については、専用の現場作業手順および安全対策が ISO 21940-13 この部分と併せて適用してください。
6. 重要なポイント
- 柔軟な振る舞いと硬直的な振る舞い： ロータの回転速度が、その第一曲げ周波数の相当な割合（通常は70%以上）に達すると、そのロータは弾性体として扱われる。 固有振動数回転が速くなるにつれて、遠心力によってそれが曲がり、不均衡が生じます。
- 臨界速度と固有振動モード： ロータの臨界回転数と、それぞれの回転数で生じる変形形状を把握しておくことは不可欠であり、各モードはそれぞれ独立したバランス調整の問題となる。
- 多面・多段階： 複数の速度での測定結果に基づいた、複数の面における補正は、例外ではなくむしろ一般的である。
- モーダルバランシング： 各曲げモードの腹点における不均衡を相殺するために、意図的に重りを配置する効果的な手法。
