ISO 21940-12: Mekanisk vibrasjon – Rotorbalansering – Del 12: Prosedyrer og toleranser for rotorer med fleksibel oppførsel

Sammendrag

ISO 21940-12 tar for seg den komplekse utfordringen med å balansere fleksible rotorerEn fleksibel rotor er en hvis form og ubalansefordeling endres betydelig med rotasjonshastigheten, spesielt når den nærmer seg og passerer gjennom bøyningspunktet. kritiske hastigheterI motsetning til stive rotorer (dekket i del 11), kan ikke en fleksibel rotor balanseres ved lav hastighet og forventes å forbli i balanse ved høy driftshastighet. Denne standarden gir de spesialiserte, flerhastighets- og flerplansprosedyrene som kreves for å balansere disse komplekse roterende systemene på riktig måte, som er vanlige i høyytelsesmaskiner som gassturbiner, kompressorer og lange industrivalser.

Innholdsfortegnelse (konseptuell struktur)

Standarden gir et rammeverk for å forstå og utføre de avanserte metodene som kreves for fleksibel rotorbalansering:

1. 1. Omfang og klassifisering av fleksible rotorer:

   Dette første kapittelet definerer standardens omfang, og sier at den gjelder rotorer som viser fleksibel oppførsel, det vil si at deres ubalansefordeling og/eller avbøyde form endres med hastighet. Det introduserer et viktig klassifiseringssystem for å kategorisere disse rotorene basert på deres dynamiske egenskaper, noe som er avgjørende for å velge riktig balanseringsstrategi. Klassene spenner fra:

   • Klasse 1: Stive rotorer (dekket av ISO 21940-11).
   • Klasse 2: Kvasi-stive rotorer, som kan balanseres ved lav hastighet, men kan kreve trimbalansering ved driftshastighet.
   • Klasse 3: Rotorer som krever balansering ved flere hastigheter, ofte ved bruk av påvirkningskoeffisient metode, som vanligvis går gjennom én eller flere kritiske hastigheter.
   • Klasse 4 og 5: Svært fleksible rotorer, slik som de i store turbingeneratorer, som krever avanserte modale balanseringsteknikker for å korrigere flere bøyningsmoduser.

   Denne klassifiseringen gir en systematisk måte å bestemme kompleksiteten til balanseringsoppgaven og de nødvendige prosedyrene for å oppnå en vellykket balansering over hele driftshastighetsområdet.

2. 2. Balanseringsprosedyrer:

   Dette kapittelet danner den tekniske kjernen i standarden, og beskriver de avanserte, flertrinnsprosedyrene som er nødvendige for fleksible rotorer. Det forklarer at en enkel lavhastighetsbalanse er utilstrekkelig og må suppleres med høyhastighetsteknikker for å ta hensyn til rotorens bøyning. Standarden skisserer to primære metoder:

   • Den Innflytelseskoeffisient Metode: Dette er en allsidig og mye brukt teknikk. Den innebærer en systematisk prosess der man plasserer en kjent prøvevekt i ett korreksjonsplan om gangen og måler den resulterende vibrasjonsresponsen (amplitude og fase) på flere steder og over flere hastigheter. Denne prosessen gjentas for hvert korreksjonsplan. De innsamlede dataene brukes til å beregne en matrise av "påvirkningskoeffisienter", som matematisk definerer hvordan en ubalanse i et hvilket som helst plan påvirker vibrasjonen ved et hvilket som helst målepunkt og hastighet. En datamaskin bruker deretter denne matrisen til å finne settet med korreksjonsvekter og deres vinkelplasseringer som trengs på tvers av alle plan for samtidig å minimere vibrasjon over hele hastighetsområdet.
   • Modal balansering: Dette er en mer fysisk intuitiv metode som behandler hver bøyemodus for rotoren som et separat ubalanseproblem. Prosedyren innebærer å kjøre rotoren med eller nær en spesifikk kritisk hastighet for å maksimalt eksitere den tilsvarende modusformen. Vibrasjonsmålinger tas for å identifisere plasseringen av det "tunge punktet" for den modusen, og korreksjonsvekter plasseres på punktene med maksimal avbøyning (anti-noder) for den modusformen for å motvirke den. Denne prosessen gjentas deretter sekvensielt for hver signifikant bøyemodus innenfor rotorens driftshastighetsområde, noe som effektivt balanserer rotoren én modus om gangen.
3. 3. Spesifikasjon av balansetoleranser:

   Dette kapittelet forklarer at de enkle G-gradstoleransene som brukes for stive rotorer ofte er utilstrekkelige for fleksible rotorer. I stedet introduserer det mer omfattende toleransekriterier, som kan være basert på flere faktorer, inkludert:

   • Grenser for den gjenværende modale ubalansen for hver signifikant bøyemodus.
   • Grenser for absolutte akselvibrasjonsamplituder på bestemte steder og hastigheter (spesielt ved driftshastighet).
   • Grenser for overførte krefter til lagrene.
4. 4. Verifisering av sluttsaldostatus:

   Denne siste delen beskriver akseptkriteriene for en vellykket balansert fleksibel rotor. I motsetning til en stiv rotor, som bare trenger verifisering ved én hastighet, må en fleksibel rotor bekreftes å være i balanse gjennom hele driftshastighetsområdet. Etter at de endelige korreksjonsvektene er påført, utsettes rotoren for en endelig oppkjøringstest. Under denne oppkjøringen overvåkes vibrasjonen kontinuerlig på viktige steder (som lagre og punkter med maksimal avbøyning). Standarden spesifiserer at rotoren anses som akseptabelt balansert bare hvis den målte vibrasjonen holder seg under de forhåndsdefinerte toleransegrensene ved alle hastigheter, spesielt når den passerer gjennom sine kritiske hastigheter og mens den holder seg ved maksimal kontinuerlig driftshastighet. Denne omfattende verifiseringen sikrer at rotorens komplekse dynamiske oppførsel er effektivt kontrollert.

Nøkkelbegreper

• Fleksibel vs. rigid oppførsel: Det grunnleggende skillet. En rotor er fleksibel hvis driftshastigheten er en betydelig brøkdel (vanligvis >70%) av dens første bøyningsnaturfrekvens (kritisk hastighet). Når rotoren roterer raskere, forårsaker sentrifugalkrefter at den bøyer seg, noe som endrer ubalansen.
• Kritiske hastigheter og modusformer: Det er viktig å forstå rotorens kritiske hastigheter og de tilhørende «modusformene» (formen rotoren bøyer seg inn i ved den hastigheten) for fleksibel rotorbalansering. Hver modus må behandles som et separat balanseringsproblem.
• Flerplansbalansering med flere hastigheter: Kjernemetoden. I motsetning til stive rotorer, som kan balanseres i to plan med én lav hastighet, krever fleksible rotorer korreksjoner i flere plan og målinger ved flere hastigheter for å sikre jevn drift over hele hastighetsområdet.
• Modal balansering: En kraftig teknikk der vekter legges til for spesifikt å motvirke ubalansen knyttet til hver bøyemodus. For eksempel, for å balansere den første bøyemodusen, plasseres vekter på punktet med maksimal avbøyning for den modusen.

← Tilbake til hovedindeksen