ISO 21940-12: Lanksčių rotorių bandymo procedūros ir leistini nuokrypiai
ISO 21940-12 yra tarptautinis standartas, skirtas spręsti sudėtingesnę pusiausvyros užtikrinimo problemą lankstūs rotoriai — rotoriai, kurių forma ir disbalanso pasiskirstymas smarkiai kinta priklausomai nuo greičio, ypač artėjant prie lenkimo taško ir jį pravažiuojant kritiniai greičiai. Jo pilnas pavadinimas yra „Mechaniniai virpesiai. Rotorių balansavimas. 12 dalis. Lanksčių rotorių balansavimo procedūros ir leistini nuokrypiai.“ Skirtingai nei standus rotorius, kurį galima subalansuoti vieną kartą esant mažam greičiui ir būti tikriems, kad jis išlaikys pusiausvyrą, o ramybės būsenoje subalansuotas lankstus rotorius gali smarkiai vibruoti dirbdamas įprastu greičiu. Šis standartas numato specializuotas daugia greičių ir daugiaplokštumines procedūras, kurių reikalauja tokie rotoriai, ir yra natūralus papildymas ISO 21940-11, kuri reglamentuoja standžius rotorius.
1. Rotorių taikymo sritis ir klasifikacija
Standartas taikomas bet kuriam rotoriui, kurio disbalanso pasiskirstymas ir (arba) deformuota forma keičiasi priklausomai nuo greičio. ISO 21940-12 apibrėžia darbą remiantis tipiniu rotor configurations su lanksčiu elgesiu ir kiekvienam tinkamomis balansuotojo procedūromis, o ne sunumeruota klasių sistema. Plačiai cituojama žemiau pateikta penkių kategorijų schema iš tikrųjų kilusi iš dabar nebegaliojančio ISO 11342:1998 ir tebėra naudingas darbų sudėtingumo vadovas; rotoriai svyruoja nuo beveik standžių iki itin lanksčių:
- 1 klasė — Kietieji rotoriai: elgiasi stabiliai visame greičio diapazone ir yra tiriamos pagal ISO 21940-11 standartą.
- 2 klasė — Beveik standūs rotoriai: galima išlaikyti pusiausvyrą važiuojant nedideliu greičiu, tačiau gali prireikti apkarpyti balansą darbinio greičio sąlygomis, siekiant pašalinti likusius lenkimo iškraipymus.
- 3 klasė — Rotoriai, kuriuos reikia balansuoti esant keliems greičiams: paprastai pravažiuojant vieną ar daugiau kritinių greičių, dažniausiai išlaikant pusiausvyrą su įtakos koeficientas metodas.
- 4 ir 5 klasės — labai lankstūs rotoriai: pavyzdžiui, didelių turbinų-generatorių velenai, kuriuose susidaro keli lenkimo režimai ir kuriems reikalingos pažangios modalinis balansavimas kiekvienam režimui pakoreguoti.
Teisingai priskiriant rotorių atitinkamai klasei, analitikas iš karto sužino, koks sudėtingas bus darbas ir kokią procedūrą reikės taikyti.
2. Balansavimo procedūros: du pagrindiniai metodai
Šis skyrius yra techninis standarto pagrindas. Jo pagrindinė žinia — žemosios spartos balansavimas vienas yra nepakankamas lanksčiam rotoriui ir turi būti papildytas didelio greičio darbu, atsižvelgiančiu į veleno lenkimą. ISO 21940-12 šį darbą organizuoja kaip šeimą balansuotojo procedūrų — žemosios spartos procedūros (žymimos A–F, pavyzdžiui, viename plokštumoje, dviejose plokštumose ir balansuojant etapais surinkimo metu) ir didelio greičio procedūros (G–I, atliekamos vienu ar keliais padidintais greičiais). Didelio greičio procedūros grindžiamos dviem pagrindiniais metodais:
Įtakos koeficiento metodas
Šis universalus ir plačiai taikomas metodas leidžia nustatyti žinomą bandomasis svoris vienoje koregavimo plokštumoje ir užregistruoja gautą rezultatą vibracija atsakas — abu amplitudė ir fazė — keliuose matavimo taškuose ir esant įvairiems greičiams. Pakartojus šį procesą kiekvienai plokštumai, sudaroma įtakos koeficientų matrica, kuri matematiškai apibūdina, kaip bet kurios plokštumos disbalansas veikia vibraciją bet kuriame taške ir esant bet kokiam greičiui. Tada kompiuteris atlieka tos matricos inversiją, kad nustatytų korekcinių svarelių masių ir kampų rinkinį, kuris vienu metu sumažintų vibraciją visame veikimo diapazone. Ta pati matematika taikoma ir vienos plokštumos atveju; ją galite interaktyviai išnagrinėti naudodami Įtakos koeficiento skaičiuoklė.
Modalinis balansavimas
Modalinis balansavimas yra fiziškai intuityvesnis metodas: jis traktuoja kiekvieną lenkimą mode rotoriaus kaip atskirą disbalanso problemą. Rotorius paleidžiamas pasirinktu kritiniu greičiu arba artimu jam, kad būtų maksimaliai sužadintas atitinkamas modinis režimas; tada vibracijos matavimais nustatoma veiksminga to režimo „sunkioji vieta“, o korekciniai svareliai pritvirtinami didžiausio išlinkio taškuose – antinodėse – siekiant ją kompensuoti. Šis procesas kartojamas kiekvienam reikšmingam lenkimo režimui veikimo diapazone, balansuojant rotorių po vieną režimą. Šie du metodai nėra konkurentai; didelės mašinos dažnai balansuojamos naudojant hibridinį metodą, kuris naudoja modalinę informaciją, kad pasirinktų plokštumas ir įtakos koeficientus, siekiant patobulinti svarelius.
3. Likutio nuokrypio ribų nustatymas
The simple G klasės tolerancija, kuri puikiai tinka standžiems rotoriams, paprastai yra nepakankama lanksčiems rotoriams, nes vien tik ekscentriciteto rodiklis negali atspindėti nuo greičio priklausančio lenkimo. Todėl standarte ISO 21940-12 įvedami platesni tolerancijos kriterijai, kurie gali būti grindžiami:
- Limits on the likutinis modalinis disbalansas kiekvienam reikšmingam lenkimo režimui.
- Limits on the absoliučios veleno vibracijos amplitudės nustatytose vietose ir esant nustatytam greičiui, ypač važiuojant eksploataciniu greičiu.
- Limits on the ant guolių veikiančios jėgos.
Šios vibracijos ir jėgos ribos susieja priimtinumo kriterijus su eksploatacijos sąlygų griežtumo standartais, tokiais kaip ISO 20816 serijai, o ne vienam likutinio disbalanso skaičiui.
4. Galutinio likučio būklės patikrinimas
Lankstaus rotoriaus patikrinimas iš esmės skiriasi nuo standaus rotoriaus patikrinimo. Standus rotorius tikrinamas esant vienam greičiui; lankstaus rotoriaus balansavimas turi būti patvirtintas visame jo entire darbinis diapazonas. Atlikus galutinius koregavimus, rotorius perkeliamas per paleidimas, nuolat stebint vibraciją svarbiausiose vietose, pavyzdžiui, guoliuose ir didžiausio išlinkio taškuose. Rotorius pripažįstamas tinkamu tik tuo atveju, jei išmatuota vibracija visais greičiais neviršija iš anksto nustatytų ribų – ypač pravažiuojant kiekvieną kritinį greitį ir esant maksimaliam nuolatiniam darbo greičiui. Šis išsamus patikrinimas patvirtina, kad visos rotoriaus dinaminės savybės yra tinkamai kontroliuojamos.
5. Praktinė sritis ir praktiniai įrankiai
Nors daugelis lanksčių rotorių bandymų atliekama greitaeigėse balansavimo staklėse, tie patys amplitudės ir fazės matavimo įgūdžiai taikomi ir lauko balansavimas ir balansavimas po įrenginio sumontavimo. Nešiojamas dviejų kanalų analizatorius, pavyzdžiui, Balanset-1A užfiksuoja 1× amplitudę ir fazę pačios mašinos guoliuose, apskaičiuoja įtakos koeficientus ir leidžia inžinieriui taikyti bei patikrinti balansavimo korekciją esant darbinio greičio sąlygomis be išardymo – tai dažnai būtina 2 klasės pusiau standžiems rotoriams, kurie išlaiko gamyklinį balansavimą, tačiau eksploatacijos metu vis tiek šiek tiek deformuojasi. Įrengtoms vidutinio ir didelio dydžio mašinoms skirtos specialios procedūros ir apsaugos priemonės ISO 21940-13 taikoma kartu su šia dalimi.
6. Pagrindinės sąvokos, kurias verta įsiminti
- Lankstus elgesys ir nelankstus elgesys: Rotorius laikomas lanksčiu, kai jo darbinis greitis pasiekia didelę dalį – paprastai daugiau nei 70 % – jo pirmojo lenkimo greičio savasis dažnis. Kai jis sukasi greičiau, išcentrinės jėgos jį iškreipia ir pakeičia jo disbalansą.
- Kritiniai greičiai ir svyravimo formos: Būtina žinoti rotoriaus kritinius greičius ir formas, kurias jis įgauna esant kiekvienam iš jų; kiekvienas režimas yra atskira balansavimo užduotis.
- Daugialypė plokštuma, daugialypė greitis: koregavimai keliose plokštumose, grindžiami matavimais esant įvairiems greičiams, yra labiau taisyklė nei išimtis.
- Modalinis balansavimas: efektyvi strategija, kai svoriai pridedami specialiai tam, kad kompensuotų kiekvieno lenkimo režimo disbalansą jo antinodų taškuose.
