Forstå rotoren i roterende maskiner

Definisjon: Hva er en rotor?

A Rotor er den primære roterende enheten i et maskineri. Den består vanligvis av en sentral aksel som andre komponenter – som impeller, blader, magneter eller ankere – er montert på. Hele enheten er støttet av lagre og er konstruert for å overføre dreiemoment og utføre arbeid. Studiet av hvordan en rotor oppfører seg mens den roterer, inkludert vibrasjoner og avbøyninger, er kjent som rotordynamikk, et kritisk felt innen maskinteknikk.

Den grunnleggende klassifiseringen: Stive vs. fleksible rotorer

Det viktigste skillet i rotordynamikk er om en rotor oppfører seg som et «stivt» eller «fleksibelt» legeme. Denne klassifiseringen er ikke basert på materialets egenskaper, men på forholdet mellom maskinens driftshastighet og rotorens kritiske hastigheter (dens naturlige bøyningsfrekvenser).

Stive rotorer

En rotor regnes som stiv hvis driftshastigheten er godt under den første kritiske bøyningshastigheten (vanligvis mindre enn 70% av den første kritiske hastigheten). Ved disse hastighetene gjennomgår ikke akselen noen betydelig bøying eller fleksing på grunn av dynamiske krefter. Hele rotoren kan antas å rotere som en enkelt, stiv masse.

• Kjennetegn: Har en tendens til å være kortere, mer kompakte og operere med lavere hastigheter.
• Balansering: Kan korrigeres fullstendig ved hjelp av toplans dynamisk balansering i henhold til prinsippene for stivkroppsmekanikk.
• Eksempler: De fleste standard elektriske motorer, lavhastighetsvifter, slipeskiver og mange pumpehjul.

Fleksible rotorer

En rotor regnes som fleksibel hvis den er konstruert for å operere med en hastighet som er nær, på eller over en eller flere av dens kritiske bøyningshastigheter. Når rotoren nærmer seg en kritisk hastighet, vil akselen begynne å avbøyes og bøye seg betydelig. Formen på denne bøyningen er kjent som en "modusform".

• Kjennetegn: Har en tendens til å være lange, slanke og operere i høye hastigheter.
• Balansering: Toplansbalansering er ikke tilstrekkelig. Fleksible rotorer krever mer avanserte flerplansbalanseringsteknikker som tar hensyn til akselens bøyning. Dette kan innebære «modal balansering» (balansering av hver modusform individuelt) eller balansering av påvirkningskoeffisienter med flere hastigheter.
• Eksempler: Store damp- og gassturbiner, høyhastighetskompressorer, lange drivaksler og generatorrotorer.

Design og analyse av fleksible rotorer er langt mer kompleks, ettersom deres dynamiske oppførsel endres med hastighet.

Vanlige komponenter i en rotorenhet

En rotor er mer enn bare en aksel. En typisk enhet kan inkludere:

• Aksel: Den sentrale komponenten som overfører dreiemoment.
• Impellere, blader eller skovler: Komponenter som virker på en væske (i pumper, vifter, turbiner).
• Anker/viklinger: Den roterende delen av en elektrisk motor eller generator.
• Tidsskrifter: De høypolerte delene av akselen som sitter inni lagrene.
• Koplinger: Navene som brukes til å koble rotoren til en annen maskin.
• Trykkkrager: Komponenter som absorberer eventuelle aksiale krefter.
• Balanseringer eller -høvler: Angitte steder hvor korreksjonsvekter legges til under balansering.

Vanlige problemer forbundet med rotorer

Vibrasjonsanalyse brukes til å oppdage et bredt spekter av problemer som oppstår i rotoraggregatet:

• Ubalanse: Det vanligste problemet er forårsaket av ujevn massefordeling.
• Bøyd aksel: En fysisk bøyning eller bue i skaftet.
• Skaftsprekk: En utviklende utmattingssprekk som kan føre til katastrofal svikt.
• Feiljustering: Selv om det er et problem mellom rotorer, induserer det høye spenninger i rotorenheten.
• Rotor-stator-gnidning: Kontakt mellom maskinens roterende og stasjonære deler.
• Løshet: En løs passform av en komponent (som et impeller) på akselen.

← Tilbake til hovedindeksen