Rotoriaus supratimas besisukančiose mašinose
A rotorius tai pagrindinis besisukantis mazgas mašinos viduje. Jį paprastai sudaro centrinis velenas, ant kurio tvirtinami kiti komponentai - sparnuotės, mentės, magnetai arba armatūros, kurie yra paremti guoliais ir skirti perduoti sukimo momentą bei atlikti naudingą darbą. Tyrimas, kaip rotorius elgiasi sukdamasis, įskaitant jo virpesius ir deformacijas, yra rotoriaus dinamika, labai svarbi mechanikos inžinerijos sritis. Kadangi beveik kiekvienas gedimas, kurį inžinierius gaudo su vibracijos analizė atsiranda rotoriuje arba veikia rotorių, todėl jo supratimas yra pradinis diagnostikos ir balansavimo taškas.
1. Apibrėžimas: Kas yra rotorius?
Plačiąja prasme rotorius yra viskas, kas sukasi kaip vienas kūnas apie mašinos ašį. Tai ne tik velenas, bet ir visa besisukanti sistema - velenas ir kiekviena prie jo pritvirtinta, suspausta, prisukta ar suvirinta dalis - kartu su jo judėjimą ribojančiais guoliais ir atramine konstrukcija, kartu rotoriaus guolių sistema. Nuo to, kaip ši masė pasiskirsto apie ašį, ir nuo to, koks yra veleno standumas, palyginti su darbiniu greičiu, priklauso beveik visos rotoriaus dinaminės savybės.
2. Pagrindinė klasifikacija: Standieji ir lankstieji rotoriai
Svarbiausias skirtumas rotorių dinamikoje yra tas, ar rotorius elgiasi kaip “standus”, ar kaip “lankstus” kūnas. Ši klasifikacija yra ne grindžiamas medžiagos standumu, bet santykiu tarp mašinos darbinio greičio ir rotoriaus standumo. kritiniai greičiai - jo lenkimo savieji dažniai. Tas pats plieninis velenas vienoje mašinoje gali būti standus, o kitoje - lankstus vien dėl to, kokiu greičiu jis dirba.
Standūs rotoriai
Rotorius laikomas standus kai jo darbinis greitis yra gerokai mažesnis už pirmąjį kritinį lenkimo greitį - paprastai mažesnis nei maždaug 70% pirmojo kritinio greičio. Esant tokiam greičiui velenas, veikiamas dinaminės apkrovos, smarkiai nesilenkia, o visą rotorių galima laikyti viena standžia mase.
- Charakteristikos: paprastai būna trumpesni, stambesni ir bėga mažesniu greičiu.
- Balansavimas: galima visiškai ištaisyti naudojant dviejų plokštumų dinaminis balansavimas pagal standžiųjų kūnų mechanikos principus.
- Pavyzdžiai: dauguma standartinių elektros variklių, mažo greičio ventiliatoriai, šlifavimo diskai ir daugelis siurblių sparnuotės.
Lankstūs rotoriai
Rotorius yra lankstus kai jis suprojektuotas veikti artimu, lygiu arba didesniu nei vienas ar daugiau jo lenkimo kritinių greičių. Kai velenas artėja prie kritinio greičio, jis labai išsikreipia ir išlinksta, įgaudamas būdingą lenktą formą - jo režimo forma.
- Charakteristikos: paprastai būna ilgi, liekni ir važiuoja dideliu greičiu.
- Balansavimas: dviejų plokštumų balansavimas yra nepakankamas. Lankstūs rotoriai turi kelių plokštumų metodai kurie lemia veleno lenkimą, įskaitant modalinis balansavimas (koreguojant kiekvieną režimo formą atskirai) arba kelių greičių įtakos koeficientas balansavimas.
- Pavyzdžiai: didelėms garo ir dujų turbinoms, greitaeigiams kompresoriams, ilgiems pavaros velenams ir generatorių rotoriams.
Lanksčių rotorių projektavimas ir analizė yra daug sudėtingesni, nes jų dinaminės savybės kinta priklausomai nuo greičio. Numatyti, kur tie kritiniai greičiai yra kritiniai, yra projektavimo uždavinys. rotoriaus kritinio greičio skaičiuoklė galima greitai apskaičiuoti pirmąjį lenkimo savitąjį dažnį pagal veleno ir guolio atramos duomenis.
3. Bendrieji rotoriaus mazgo komponentai
Rotorius yra daugiau nei tik velenas. Įprastą mazgą gali sudaryti:
- Velenas: centrinis elementas, perduodantis sukimo momentą.
- Sūkių sraigtai, mentės arba mentės: sudedamosios dalys, kurios veikia skystį siurbliuose, ventiliatoriuose ir turbinose.
- Armatūra / apvijos: elektros variklio arba generatoriaus besisukanti dalis.
- Žurnalai: labai poliruotos veleno dalys, esančios slankiojantis guolis.
- Jungtys: stebulės, jungiančios rotorių su greta esančia mašina, pačios yra problemų šaltinis, nes sujungimo defektai.
- Traukos apvadai: komponentai, perduodantys ašinę jėgą į atraminis guolis.
- Balansavimo žiedai arba plokštumos: paskirtas korekcijos plokštumos kur korekcinis svoris pridedamas balansavimo metu.
4. Dažniausiai pasitaikančios su rotoriais susijusios problemos
Vibracijos analizė naudojama įvairiems gedimams, atsirandantiems rotoriaus mazge, aptikti:
- Disbalansas: dažniausia problema, kylanti dėl netolygaus masės pasiskirstymo apie ašį.
- Sulenktas velenas: fizinis stiebo išlinkimas arba lenkimas.
- Veleno įtrūkimas: besiformuojantis nuovargio įtrūkimas, galintis sukelti katastrofišką gedimą.
- Nesuderinimas: nors tai yra tik problema tarp rotorių, tačiau rotoriaus mazge susidaro dideli įtempiai.
- Rotoriaus ir statoriaus trintis: besisukančių ir nejudančių mašinos dalių kontaktas.
- Laisvumas: laisvas komponento, pavyzdžiui, sparnuotės, tvirtinimas prie veleno.
Dauguma jų atsiskleidžia kaip skirtingi dažniniai požymiai - disbalansas, kai važiavimo greitis yra 1× didesnis už važiavimo greitį, nesuderinimas, kai važiavimo greitis yra 2× didesnis už važiavimo greitį, laisvumas - kaip ilga harmoninių signalų virtinė, todėl analitikas gali atskirti vieną nuo kito neišardydamas mechanizmo.
5. Rotoriaus balansavimas lauke
Dažniausiai pasitaikantis rotoriaus gedimas - disbalansas - ištaisomas balansavimas: pridėti arba pašalinti nedideles mases, kad masės ašis būtų patraukta atgal link geometrinės ašies. Surinktoje mašinoje tai atliekama vietoje, o ne balansavimo staklėse. Nešiojamasis dviejų kanalų prietaisas, pvz. Balanset-1A matuoja 1× amplitudę ir fazę rotoriaus guoliuose, kai rotorius veikia darbiniu greičiu, apskaičiuoja įtakos koeficientus ir apskaičiuoja masę bei kampą, kurį reikia pridėti kiekvienoje korekcijos plokštumoje - taip perteikiamas tikrasis rotoriaus veikimo režimas, įskaitant surinkimo ir šiluminį poveikį, kurio balansavimo mašina niekada nepastebi.
