Compreendendo um Rotor Flexível

Definição: O que é um rotor flexível?

A rotor flexível é um rotor que se deforma ou dobra devido às forças centrífugas quando opera em ou perto de sua velocidades críticas. Ao contrário de um rotor rígido, que pode ser balanceado em baixa velocidade e permanecerá balanceado em toda a sua faixa de velocidade operacional, a distribuição de desbalanceamento de um rotor flexível muda conforme sua forma muda com a velocidade. Isso significa que balancear um rotor flexível é um processo significativamente mais complexo.

Como regra geral, um rotor é considerado flexível se sua velocidade máxima de serviço for 70% ou mais de sua primeira velocidade crítica de flexão.

Por que os rotores flexíveis se comportam de maneira diferente?

A chave para entender um rotor flexível é o conceito de velocidades críticas e formas de modo.

• Velocidade Crítica: Esta é uma velocidade de rotação que corresponde a uma das frequências naturais do rotor. Nessa velocidade, o rotor sofre ressonância, e qualquer pequeno desequilíbrio é bastante amplificado, causando a curvatura do rotor.
• Forma do Modo: Esta é a forma característica que o rotor assume ao atingir uma velocidade crítica específica. A primeira velocidade crítica tem uma forma de onda semi-senoidal simples, a segunda tem uma forma de onda senoidal completa (com um nó no meio) e assim por diante.

Quando um rotor flexível gira, a localização do "ponto pesado" (centro de massa) se desloca devido a essa flexão. Um desequilíbrio existente em baixa velocidade pode estar em uma localização efetiva completamente diferente em alta velocidade. Portanto, um simples balanceamento de dois planos realizado em baixa velocidade não será suficiente para garantir uma operação suave na velocidade de serviço ou durante a passagem pelas velocidades críticas.

Balanceamento de rotores flexíveis

O balanceamento de rotores flexíveis é uma tarefa especializada que requer técnicas e equipamentos avançados, conforme descrito em normas como ISO 21940-12. O objetivo não é apenas equilibrar o rotor para uma velocidade, mas garantir que ele funcione suavemente em toda a sua faixa de operação, incluindo a passagem por suas velocidades críticas.

Técnicas comuns incluem:

• Balanceamento modal: Esta é uma técnica poderosa em que cada modo de flexão é tratado como um problema de desequilíbrio separado. Pesos de correção são estrategicamente posicionados em múltiplos planos ao longo do rotor para neutralizar especificamente as forças geradas por cada forma modal. Por exemplo, para corrigir o primeiro modo, os pesos são colocados no centro do rotor, onde a flexão é maior. Para corrigir o segundo modo, os pesos são colocados em ambos os lados do nó central.
• Método do Coeficiente de Influência (Multi-Velocidade, Multi-Plano): Isso envolve operar o rotor em várias velocidades diferentes (inclusive próximas às velocidades críticas) e usar pesos de teste em vários planos de correção. Os dados são usados para construir uma matriz complexa de coeficientes de influência que descreve a resposta do rotor. Um computador então resolve essa matriz para determinar o conjunto ideal de pesos de correção para vários planos simultaneamente.

Esse processo normalmente requer uma máquina de balanceamento de alta velocidade que possa operar o rotor com segurança em suas velocidades críticas e um software sofisticado para executar os cálculos necessários.

Exemplos de rotores flexíveis

Rotores flexíveis são comuns em máquinas de alto desempenho, incluindo:

• Grandes geradores de turbinas a vapor e a gás
• Turbocompressores de alta velocidade
• Eixos e rolos longos e finos em máquinas de papel
• Fusos de máquinas-ferramentas de alta velocidade

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