ISO 21940-12: Lanksčių rotorių bandymo procedūros ir leistini nuokrypiai
ISO 21940-12 yra tarptautinis standartas, skirtas spręsti sudėtingesnę balansavimo problemą lankstūs rotoriai — rotoriai, kurių forma ir disbalanso pasiskirstymas smarkiai kinta priklausomai nuo greičio, ypač artėjant prie kritinio lenkimo greičio ir jį pereinant 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 tikėtis, kad jis išliks subalansuotas, ramybės būsenoje subalansuotas lankstus rotorius darbiniu greičiu gali smarkiai vibruoti. Šis standartas numato specializuotas daugiagreites ir daugiaplokštes 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 rotorių konfigūracijos 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 — Standūs rotoriai: veikia standžiai visame greičio diapazone ir jiems taikomas ISO 21940-11 standartas.
- 2 klasė — Beveik standūs rotoriai: gali būti subalansuoti mažu greičiu, tačiau gali prireikti apkarpyti balansą darbinio greičio sąlygomis, siekiant pašalinti likusius lenkimo iškraipymus.
- 3 klasė — Rotoriai, kuriuos reikia balansuoti esant keliems greičiams: paprastai pereinant per vieną ar daugiau kritinių greičių, dažniausiai balansuojami taikant 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 apima žinomo bandomasis svoris išdėstymą vienoje koregavimo plokštumoje ir gauto vibracijos atsako fiksavimą 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 lenkimo režimą 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 nustatytiems greičiams, ypač darbiniu 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. Galutinės balansinės būsenos 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 paleidžiamas 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. Lauko aspektas 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 taikomos kartu su šia dalimi.
6. Pagrindinės sąvokos, kurias verta įsiminti
- Lankstusis ir standusis 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 išlenkia ir pakeičia jo disbalansą.
- Kritiniai greičiai ir modinės formos: Būtina žinoti rotoriaus kritinius greičius ir formas, kurias jis įgauna esant kiekvienam iš jų; kiekvienas režimas yra atskira balansavimo užduotis.
- Daugplokštuminis, daugiagreitis balansavimas: 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.
