ISO 21940-12: Drgania mechaniczne – Wyważanie wirników – Część 12: Procedury i tolerancje dla wirników o elastycznym zachowaniu

Streszczenie

Norma ISO 21940-12 zajmuje się złożonym wyzwaniem równoważenia elastyczne wirnikiWirnik elastyczny to taki, którego kształt i rozkład niewyważenia zmieniają się znacząco wraz z prędkością obrotową, szczególnie podczas zbliżania się do zgięcia i przechodzenia przez nie. prędkości krytyczneW przeciwieństwie do wirników sztywnych (opisanych w Części 11), wirnika elastycznego nie można wyważyć przy niskiej prędkości i nie można oczekiwać, że pozostanie on wyważony przy wysokiej prędkości roboczej. Niniejsza norma określa specjalistyczne, wielobiegowe i wielopłaszczyznowe procedury wymagane do prawidłowego wyważenia tych złożonych układów obrotowych, które są powszechne w maszynach o wysokiej wydajności, takich jak turbiny gazowe, sprężarki i długie walce przemysłowe.

Spis treści (Struktura koncepcyjna)

Norma ta stanowi podstawę do zrozumienia i stosowania zaawansowanych metod wymaganych do elastycznego wyważania wirnika:

1. 1. Zakres i klasyfikacja wirników elastycznych:

   Ten wstępny rozdział definiuje zakres normy, stwierdzając, że ma ona zastosowanie do wirników o elastycznym zachowaniu, co oznacza, że ich rozkład niewyważenia i/lub odkształcony kształt zmienia się wraz z prędkością. Wprowadza kluczowy system klasyfikacji, który pozwala na kategoryzację tych wirników na podstawie ich charakterystyk dynamicznych, co jest kluczowe dla wyboru odpowiedniej strategii wyważania. Klasy obejmują:

   • Klasa 1: Wirniki sztywne (objęte normą ISO 21940-11).
   • Klasa 2: Wirniki quasi-sztywne, które można wyważyć przy niskiej prędkości, ale mogą wymagać wyważenia przy prędkości roboczej.
   • Klasa 3: Wirniki wymagające wyważania przy wielu prędkościach, często przy użyciu współczynnik wpływu metoda, zwykle przechodząca przez jedną lub więcej prędkości krytycznych.
   • Klasa 4 i 5: Wysoce elastyczne wirniki, takie jak te stosowane w dużych turbinach generatorowych, wymagają zaawansowanych technik równoważenia modalnego w celu korygowania wielu trybów zginania.

   Klasyfikacja ta stanowi systematyczny sposób określania złożoności zadania wyważania i niezbędnych procedur w celu osiągnięcia prawidłowego wyważenia w całym zakresie prędkości roboczych.

2. 2. Procedury równoważenia:

   Ten rozdział stanowi techniczne jądro normy, szczegółowo opisując zaawansowane, wieloetapowe procedury niezbędne dla elastycznych wirników. Wyjaśnia, że proste wyważanie przy niskich prędkościach jest niewystarczające i musi zostać uzupełnione technikami wysokoobrotowymi, aby uwzględnić ugięcia wirnika. Norma określa dwie główne metodologie:

   • The Współczynnik wpływu Metoda: Jest to wszechstronna i szeroko stosowana technika. Polega ona na systematycznym umieszczaniu znanego ciężarka próbnego w jednej płaszczyźnie korekcji na raz i pomiarze wynikowej odpowiedzi na drgania (amplitudy i fazy) w wielu miejscach i przy różnych prędkościach. Proces ten jest powtarzany dla każdej płaszczyzny korekcji. Zebrane dane służą do obliczenia macierzy „współczynników wpływu”, która matematycznie definiuje, jak niewyważenie w dowolnej płaszczyźnie wpływa na drgania w dowolnym punkcie pomiarowym i przy dowolnej prędkości. Następnie komputer wykorzystuje tę macierz do obliczenia zestawu ciężarków korekcyjnych i ich kątowego rozmieszczenia potrzebnych we wszystkich płaszczyznach, aby jednocześnie zminimalizować drgania w całym zakresie prędkości.
   • Równoważenie modalne: Jest to bardziej intuicyjna fizycznie metoda, która traktuje każdy mod zginania wirnika jako oddzielny problem niewyważenia. Procedura polega na uruchomieniu wirnika z określoną prędkością krytyczną lub zbliżoną do niej, aby maksymalnie wzbudzić odpowiadający mu mod. Pomiary drgań przeprowadza się w celu zidentyfikowania położenia „punktu ciężkości” dla danego modu, a w punktach maksymalnego ugięcia (antywęzłach) dla tego modu umieszcza się ciężarki korekcyjne, aby temu przeciwdziałać. Proces ten jest następnie powtarzany sekwencyjnie dla każdego istotnego modu zginania w zakresie prędkości roboczych wirnika, skutecznie wyważając wirnik po jednym modzie na raz.
3. 3. Specyfikacja tolerancji wyważenia:

   W tym rozdziale wyjaśniono, że proste tolerancje klasy G stosowane dla wirników sztywnych są często niewystarczające dla wirników giętkich. Zamiast tego wprowadzono bardziej kompleksowe kryteria tolerancji, które mogą opierać się na kilku czynnikach, w tym:

   • Ograniczenia resztkowego braku równowagi modalnej dla każdego istotnego trybu zginania.
   • Ograniczenia amplitudy drgań bezwzględnych wału w określonych miejscach i przy określonych prędkościach (szczególnie przy prędkościach eksploatacyjnych).
   • Ograniczenia sił przenoszonych na łożyska.
4. 4. Weryfikacja stanu salda końcowego:

   W tej końcowej części szczegółowo opisano kryteria akceptacji prawidłowo wyważonego wirnika elastycznego. W przeciwieństwie do wirnika sztywnego, który wymaga weryfikacji tylko przy jednej prędkości, wirnik elastyczny musi zostać potwierdzony jako wyważony w całym zakresie prędkości roboczych. Po nałożeniu ostatecznych ciężarków korekcyjnych wirnik poddawany jest końcowemu testowi rozruchu. Podczas tego testu drgania są stale monitorowane w kluczowych miejscach (takich jak łożyska i punkty maksymalnego ugięcia). Norma określa, że wirnik uznaje się za akceptowalnie wyważony tylko wtedy, gdy zmierzone drgania pozostają poniżej wstępnie zdefiniowanych granic tolerancji przy wszystkich prędkościach, w szczególności podczas przechodzenia przez prędkości krytyczne i podczas postoju przy maksymalnej ciągłej prędkości roboczej. Ta kompleksowa weryfikacja gwarantuje, że złożone dynamiczne zachowanie wirnika zostało skutecznie kontrolowane.

Kluczowe koncepcje

• Elastyczne a sztywne zachowanie: Podstawowa różnica. Wirnik jest elastyczny, jeśli jego prędkość robocza stanowi znaczną część (zwykle >70%) jego pierwszej częstotliwości drgań własnych (prędkości krytycznej). Wraz ze wzrostem obrotów wirnika, siły odśrodkowe powodują jego ugięcie, zmieniając jego niewyważenie.
• Prędkości krytyczne i kształty drgań: Zrozumienie prędkości krytycznych wirnika i związanych z nimi „kształtów drgań” (kształtu, jaki przyjmuje wirnik przy danej prędkości) jest kluczowe dla elastycznego wyważania wirnika. Każdy mod drgań należy traktować jako osobny problem wyważania.
• Wyważanie wielopłaszczyznowe i wieloprędkościowe: Podstawowa metodologia. W przeciwieństwie do wirników sztywnych, które można wyważyć w dwóch płaszczyznach przy jednej niskiej prędkości, wirniki elastyczne wymagają korekt w wielu płaszczyznach i pomiarów przy wielu prędkościach, aby zapewnić płynną pracę w całym zakresie prędkości.
• Równoważenie modalne: Potężna technika, w której dodawane są obciążniki, aby przeciwdziałać nierównowadze związanej z każdym trybem zginania. Na przykład, aby zrównoważyć pierwszy tryb zginania, obciążniki umieszcza się w punkcie maksymalnego ugięcia dla tego trybu.

← Powrót do indeksu głównego