Zrozumienie elastycznego wirnika

Definicja: Czym jest elastyczny wirnik?

A elastyczny wirnik wirnik, który odkształca się lub wygina pod wpływem sił odśrodkowych podczas pracy w jego pobliżu prędkości krytyczne. W przeciwieństwie do sztywny wirnik, który można wyważyć przy niskiej prędkości i który pozostanie wyważony w całym zakresie prędkości roboczych, rozkład niewyważenia elastycznego wirnika zmienia się wraz ze zmianą jego kształtu wraz z prędkością. Oznacza to, że wyważanie elastycznego wirnika jest znacznie bardziej złożonym procesem.

Jako ogólną zasadę przyjmuje się, że wirnik jest elastyczny, jeżeli jego maksymalna prędkość robocza wynosi 70% lub więcej swojej pierwszej krytycznej prędkości zginania.

Dlaczego elastyczne wirniki zachowują się inaczej?

Kluczem do zrozumienia elastycznego wirnika jest koncepcja prędkości krytyczne oraz kształty modów.

• Prędkość krytyczna: Jest to prędkość obrotowa odpowiadająca jednej z częstotliwości drgań własnych wirnika. Przy tej prędkości wirnik wpada w rezonans, a każde niewielkie niewyważenie jest znacznie wzmacniane, powodując wygięcie wirnika.
• Kształt trybu: To charakterystyczny kształt, jaki przyjmuje wirnik podczas przechodzenia przez określoną prędkość krytyczną. Pierwsza prędkość krytyczna ma kształt prostej półsinusoidy, druga – pełnej sinusoidy (z węzłem pośrodku) i tak dalej.

Gdy elastyczny wirnik obraca się w górę, położenie „punktu ciężkości” (środka masy) ulega przesunięciu z powodu tego ugięcia. Niewyważenie występujące przy niskiej prędkości może znajdować się w zupełnie innym miejscu przy wysokiej prędkości. Dlatego proste wyważenie dwupłaszczyznowe wykonane przy niskiej prędkości nie wystarczy, aby zapewnić płynną pracę przy prędkości roboczej lub podczas przechodzenia przez prędkości krytyczne.

Wyważanie elastycznych wirników

Wyważanie elastycznych wirników to specjalistyczne zadanie wymagające zaawansowanych technik i sprzętu, zgodnie z normami takimi jak ISO 21940-12Celem nie jest tylko wyważenie wirnika przy jednej prędkości, ale zapewnienie jego płynnej pracy w całym zakresie roboczym, w tym przy przechodzeniu przez prędkości krytyczne.

Do typowych technik zalicza się:

• Równoważenie modalne: To skuteczna technika, w której każdy mod zginania traktowany jest jako osobny problem niewyważenia. Obciążniki korekcyjne są strategicznie rozmieszczone w wielu płaszczyznach wzdłuż wirnika, aby przeciwdziałać siłom generowanym przez każdy mod. Na przykład, aby skorygować pierwszy mod, obciążniki umieszcza się w środku wirnika, gdzie zginanie jest największe. Aby skorygować drugi mod, obciążniki umieszcza się po obu stronach węzła centralnego.
• Metoda współczynnika wpływu (wieloprędkościowa, wielopłaszczyznowa): Polega ona na uruchomieniu wirnika z kilkoma różnymi prędkościami (w tym w pobliżu prędkości krytycznych) i użyciu wag próbnych w wielu płaszczyznach korekcji. Dane te służą do zbudowania złożonej macierzy współczynników wpływu, która opisuje reakcję wirnika. Następnie komputer rozwiązuje tę macierz, aby określić optymalny zestaw wag korekcyjnych dla wielu płaszczyzn jednocześnie.

Do tego procesu potrzebna jest zazwyczaj szybka wyważarka, która może bezpiecznie obsługiwać wirnik przy wszystkich jego krytycznych prędkościach, a także zaawansowane oprogramowanie do wykonywania niezbędnych obliczeń.

Przykłady elastycznych wirników

Elastyczne wirniki powszechnie stosuje się w maszynach o dużej wydajności, w tym:

• Duże generatory turbin parowych i gazowych
• Turbosprężarki szybkoobrotowe
• Długie, smukłe wałki i rolki w maszynach papierniczych
• Wrzeciona obrabiarek szybkoobrotowych

← Powrót do indeksu głównego