Forstå den stive rotoren
A stiv rotor er en rotor som ikke bøyer, bøyer seg eller endrer form vesentlig under påvirkning av sin egen ubalanse krefter ved driftshastigheten. For balanseringsformål behandles en rotor som stiv når den går med en hastighet som er betydelig lavere enn den første kritisk hastighet - vanligvis mindre enn 70-75% av den. Fordi formen forblir konstant, er den stive rotoren den enkleste og mest økonomiske rotorklassen å balansere, og de aller fleste vanlige industrimaskiner faller inn under denne klassen.
1. Definisjon: Hva er en stiv rotor?
Det avgjørende prinsippet for en rigid rotors oppførsel er at distribusjon av ubalanse langs rotorens lengde endres ikke når rotorens hastighet endres. De tunge punktene forblir der de er. En balansetilstand som oppnås ved en lav, praktisk hastighet på en balanseringsmaskin er derfor fortsatt gyldig og effektiv når rotoren senere kjøres med sin mye høyere driftshastighet.
Denne stabiliteten kommer direkte av at rotoren holder seg godt unna sin første kritisk hastighet. Under omtrent 70-75% av denne hastigheten vil avbøyningen forårsaket av sentrifugalkraft er ubetydelig sammenlignet med den geometriske eksentrisiteten til selve massen, slik at rotoren i praksis oppfører seg som et enkelt fast legeme som roterer rundt sin egen akse. Masseaksen og akselaksen er faste i forhold til hverandre uavhengig av turtallet.
Hverdagsmaskiner som ingeniører behandler som stive rotorer, omfatter blant annet armaturer til elektriske motorer, ett-trinns vifter og blåsere, pumpehjul, svinghjul, remskiver, slipeskiver og komponenter av skivetypen. For disse kan en langsom balanse i to plan fange opp den sanne ubalansetilstanden som maskinen vil kjøre med.
2. Stiv vs. fleksibel rotor
Forskjellen mellom en stiv rotor og en fleksibel rotor er et av de viktigste begrepene innen rotorbalansering, fordi det bestemmer hele balanseringsstrategien.
Stiv rotor
- Driftshastighet: langt under den første kritiske hastigheten, vanligvis under 75%.
- Oppførsel: bøyer eller bøyer seg ikke under sentrifugalkrefter. Ubalanseegenskapene er uavhengige av hastigheten.
- Balanseringsprosedyre: kan balanseres med en enkelt, praktisk lav hastighet. En standard to-plan-vekt er tilstrekkelig til å korrigere eventuelle dynamisk ubalanse, enten det er statisk, parvis eller en kombinasjon av de to. Den gjeldende standarden for balansering av stive rotorer er ISO 21940-11 (som erstattet den velkjente ISO 1940-1).
Fleksibel rotor
- Driftshastighet: nærmer seg, passerer gjennom eller opererer godt over en eller flere av de kritiske hastighetene.
- Oppførsel: bøyer og bøyer seg når den passerer et kritisk turtall. Ubalansekreftene fører til at rotoren endrer form (bøyer seg), og den tilsynelatende plasseringen av det “tunge punktet” kan skifte med hastigheten fordi rotoren får en bøyd modusform.
- Balanseringsprosedyre: mye mer komplisert. Det krever flerplansbalansering (ofte mer enn to plan) og må utføres ved eller nær servicehastigheten for å ta hensyn til rotorens bøying. Det kreves spesialiserte modalteknikker, og arbeidet reguleres av ISO 21940-12.
3. Viktigheten av den «rigide» antagelsen
Forutsetningen om at en rotor oppfører seg stivt, er det som muliggjør praktisk, økonomisk og sikker balansering på industrielle avbalanseringsmaskiner. Disse maskinene spinner vanligvis rotorer ved relativt lave hastigheter - noen få hundre o/min - av hensyn til sikkerhet, lavere drivkraft og mekanisk enkelhet.
Hvis en rotor virkelig er stiv, vil ubalansen som måles ved 400 o/min på balanseringsmaskinen, være den samme ubalansen som gir vibrasjoner ved 3600 o/min ute i felten. Ved å korrigere den ved lav hastighet løser man problemet ved høy hastighet. Hvis rotoren faktisk var fleksibel, ville lavhastighetsbalansen være ineffektiv: Rotoren ville bøye seg når den nærmet seg sitt kritiske turtall, og vise en helt annen ubalansetilstand ved driftshastigheten - noen ganger virke godt balansert når den står stille, men vibrere kraftig når den er i drift. Feilvurdering av en fleksibel rotor som stiv er en klassisk årsak til en “balansert” maskin som fortsatt rister.
4. Når regnes en rotor som stiv?
Avgjørelsen om å behandle en rotor som stiv avhenger av dens geometri og driftshastighet:
- Korte, stumpe rotorer: rotorer med stor diameter i forhold til lengden - en slipeskive, en skivebrems, et ett-trinns pumpehjul - er nesten alltid stive.
- Lange, slanke rotorer: Rotorer som er lange og tynne, for eksempel en drivaksel eller en flertrinns kompressorrotor, har større sannsynlighet for å være fleksible, spesielt når de går i høy hastighet.
Den endelige testen er forholdet mellom driftshastighet og første kritiske hastighet. Hvis dette forholdet er lavt, er en balanseringsmetode med stive rotorer passende og vil lykkes, mens hvis det er høyt, er det behov for metoder med fleksible rotorer. Dette er grunnen til at en forståelse av rotordynamikk og hvor hver kritiske hastighet befinner seg, ligger til grunn for alle avveiningsbeslutninger.
5. Balansering og verifisering av en stiv rotor i felten
Mange stive rotorer balanseres enklest på plass, i sine egne lagre, i stedet for å tas ut og monteres på en balanseringsmaskin. Dette er feltbalansering, og den passer nøyaktig til de viftene, pumpene og motorene som den stive antagelsen dekker. En bærbar tokanals analysator som f.eks. Balanset-1A måler 1× amplituden og fase ved hvert lager, beregner rotorens påvirkningskoeffisienter fra en prøvevektkjøring, og beregner korreksjonsmassene for ett eller to plan. Fordi rotoren er stiv, holder denne enkle, rimelige korreksjonen over hele hastighetsområdet, og instrumentet kan deretter bekrefte gjenværende ubalanse ligger innenfor den valgte ISO 21940-11-kvaliteten. Du kan gjøre om en vektklasse og servicehastighet til en tillatt g-mm-toleranse med Kalkulator for restubalanse (ISO 21940-11) før du begynner.
