Разбирање на роторот во ротирачки машини
A ротор е примарниот ротирачки склоп во внатрешноста на машината. Обично се состои од централно вратило на кое се монтирани други компоненти — работни кола, лопатки, магнети или арматури — потпрени на лежишта и наменети да пренесуваат вртежен момент и да вршат корисна работа. Проучувањето на однесувањето на роторот додека се врти, вклучувајќи ги неговите вибрации и деформации, е динамика на ротори, критично поле во машинството. Бидејќи речиси секоја неисправност што инженерот ја бара со анализа на вибрации потекнува од или дејствува врз роторот, неговото разбирање е појдовна точка како за дијагностика така и за балансирање.
1. Дефиниција: Што е ротор?
Во најширока смисла, роторот е сè што се врти како едно тело околу оската на машината. Тоа не е само вратилото туку целиот ротирачки систем — вратилото плус секој дел закован со клин, набиен, завртен или заварен на него — заедно со лежиштата и потпорната структура што го ограничуваат неговото движење, колективно систем ротор-лежиште. Начинот на кој таа маса е распределена околу оската, и колку е крут вратилото во однос на неговата работна брзина, го определуваат речиси целото динамичко однесување на роторот.
2. Основната класификација: крути наспроти флексибилни ротори
Најважната разлика во динамиката на роторот е дали роторот се однесува како “круто” или “флексибилно” тело. Оваа класификација е не заснована на крутоста на материјалот, туку на односот меѓу работната брзина на машината и роторовите критични брзини — неговите природни фреквенции на свиткување. Истото челично вратило може да биде круто во една машина и флексибилно во друга, единствено поради брзината со која се врти.
Крути ротори
Ротор се смета за крут кога неговата работна брзина е доста под неговата прва критична брзина на свиткување — обично под околу 70% од првата критична. При овие брзини вратилото не се свиткува значително под динамичко оптоварување, и целиот ротор може да се третира како единствена крута маса.
- Карактеристики: имаат тенденција да бидат пократки, поцврсти и да работат на пониски брзини.
- Балансирање: може целосно да се коригира со две рамнини динамичко балансирање според принципите на механиката на крути тела.
- Примери: повеќето стандардни електрични мотори, вентилатори со мала брзина, брусни тркала и многу работни кола на пумпи.
Флексибилни ротори
Роторот е флексибилен кога е дизајниран да работи блиску до, на, или над една или повеќе од своите критични брзини на свиткување. Како што се приближува до критична брзина, вратилото значително се свиткува и се извива, добивајќи карактеристична свиткана форма — својот модален облик.
- Карактеристики: имаат тенденција да бидат долги, тенки и да работат на високи брзини.
- Балансирање: балансирањето во две рамнини е недоволно. Флексибилните ротори бараат методи со повеќе рамнини што го земаат предвид свиткувањето на вратилото, вклучувајќи модално балансирање (коригирање на секој облик на мод поединечно) или повеќебрзинско коефициент на влијание балансирање.
- Примери: големи парни и гасни турбини, високобрзински компресори, долги погонски вратила и ротори на генератори.
Дизајнот и анализата на флексибилните ротори се далеку посложени бидејќи нивното динамичко однесување се менува со брзината. Предвидувањето каде паѓаат тие критични брзини е само по себе дизајнерска задача; калкулатор за критична брзина на ротор дава брза прва проценка на првата природна фреквенција на свиткување од податоците за вратилото и распонот на лежиштата.
3. Вообичаени компоненти на роторскиот склоп
Роторот е повеќе од само вратило. Типичен склоп може да вклучува:
- Вратило: централниот елемент што пренесува вртежен момент.
- Работни кола, перки или лопатки: компоненти што вршат работа врз флуид во пумпи, вентилатори и турбини.
- Арматура / намотки: ротирачкиот дел од електричен мотор или генератор.
- Ракавци: високо полираните делови од вратилото што се движат внатре во клизен лагер.
- Спојки: главчините што го поврзуваат роторот со соседната машина, самите извор на проблеми преку дефекти на спојката.
- Потисни прстени: компоненти што пренесуваат аксијална сила на аксијален лежај.
- Прстени или рамнини за балансирање: определеното корекциони рамнини каде што корекциска тежина се додава при балансирање.
4. Вообичаени проблеми поврзани со ротори
Вибрациската анализа се користи за откривање на широк спектар на неисправности што потекнуваат од роторскиот склоп:
- Дебаланс: најчестиот проблем, предизвикан од нерамномерна распределба на масата околу оската.
- Свиткано вратило: физичко свиткување или извивање на вратилото.
- Пукнатина на вратилото: развивачка заморна пукнатина што може да доведе до катастрофален отказ.
- Неосовиненост: иако строго земено е проблем меѓу ротори, наметнува високи напрегања во роторскиот склоп.
- Триење ротор-статор: контакт меѓу ротирачките и неподвижните делови на машината.
- Разлабавеност: лабав налег на компонента како што е работно коло на вратилото.
Повеќето од нив се откриваат како карактеристични фреквенциски потписи — дебаланс на 1× работна брзина, непорамнетост на 2×, лабавост како долга низа хармоници — што му овозможува на аналитичарот да ги разликува едни од други без расклопување.
5. Балансирање на роторот на терен
Далеку најчестата неисправност на роторот, дебалансот, се коригира со балансирање: со додавање или отстранување на мали маси така што масовната оска се повлекува назад кон геометриската оска. За составена машина ова се прави на самото место, а не на машина за балансирање. Преносен двоканален инструмент како што е Balanset-1A ја мери амплитудата и фазата на 1× во сопствените лежишта на роторот при работна брзина, ги пресметува коефициентите на влијание и ги пресметува масата и аголот што треба да се додадат во секоја рамнина за корекција — фаќајќи го вистинското однесување на роторот при вртење, вклучувајќи ги ефектите од склопувањето и топлината што машината за балансирање никогаш не ги гледа.
