Compreendendo o rotor em máquinas rotativas

Definição: O que é um rotor?

A rotor é o principal conjunto rotativo dentro de uma máquina. Normalmente consiste em um eixo central sobre o qual outros componentes — como impulsores, pás, ímãs ou armaduras — são montados. Todo o conjunto é suportado por rolamentos e é projetado para transmitir torque e realizar trabalho. O estudo de como um rotor se comporta enquanto gira, incluindo suas vibrações e deflexões, é conhecido como dinâmica do rotor, um campo crítico na engenharia mecânica.

Classificação Fundamental: Rotores Rígidos vs. Flexíveis

A distinção mais importante na dinâmica do rotor é se um rotor se comporta como um corpo “rígido” ou “flexível”. Essa classificação não se baseia nas propriedades do material, mas na relação entre a velocidade de operação da máquina e a velocidade do rotor. velocidades críticas (suas frequências naturais de flexão).

Rotores rígidos

Um rotor é considerado rígido se sua velocidade de operação estiver bem abaixo de sua primeira velocidade crítica de flexão (tipicamente menor que 70% da primeira velocidade crítica). Nessas velocidades, o eixo não sofre nenhuma flexão ou flexão significativa devido a forças dinâmicas. Pode-se presumir que todo o rotor gira como uma única massa rígida.

• Características: Tendem a ser mais baixos, mais robustos e operam em velocidades mais baixas.
• Equilíbrio: Pode ser totalmente corrigido usando balanceamento dinâmico de dois planos de acordo com os princípios da mecânica do corpo rígido.
• Exemplos: A maioria dos motores elétricos padrão, ventiladores de baixa velocidade, rebolos e muitos impulsores de bombas.

Rotores flexíveis

Um rotor é considerado flexível se for projetado para operar a uma velocidade próxima, igual ou superior a uma ou mais de suas velocidades críticas de flexão. À medida que o rotor se aproxima de uma velocidade crítica, o eixo começará a se defletir e dobrar significativamente. A forma dessa curvatura é conhecida como "forma modal".

• Características: Tendem a ser longos, finos e operam em altas velocidades.
• Equilíbrio: O balanceamento em dois planos é insuficiente. Rotores flexíveis exigem técnicas de balanceamento multiplanar mais avançadas que levem em conta a flexão do eixo. Isso pode envolver "balanceamento modal" (balanceamento de cada forma modal individualmente) ou balanceamento do coeficiente de influência de múltiplas velocidades.
• Exemplos: Grandes turbinas a vapor e a gás, compressores de alta velocidade, eixos de transmissão longos e rotores de geradores.

O projeto e a análise de rotores flexíveis são muito mais complexos, pois seu comportamento dinâmico muda com a velocidade.

Componentes comuns de um conjunto de rotor

Um rotor é mais do que apenas um eixo. Um conjunto típico pode incluir:

• Haste: O componente central que transmite torque.
• Impulsores, lâminas ou palhetas: Componentes que realizam trabalho em um fluido (em bombas, ventiladores, turbinas).
• Armadura/Enrolamentos: A parte rotativa de um motor elétrico ou gerador.
• Revistas: As seções altamente polidas do eixo que ficam dentro dos rolamentos.
• Acoplamentos: Os cubos usados para conectar o rotor a outra máquina.
• Colares de impulso: Componentes que absorvem quaisquer forças axiais.
• Anéis ou Planos de Equilíbrio: Locais designados onde pesos de correção são adicionados durante o balanceamento.

Problemas comuns associados aos rotores

A análise de vibração é usada para detectar uma ampla gama de problemas originados no conjunto do rotor:

• Desequilíbrio: O problema mais comum, causado por uma distribuição desigual de massa.
• Eixo Curvo: Uma curvatura ou arqueamento físico no eixo.
• Trinca no eixo: Uma fissura de fadiga em desenvolvimento que pode levar a uma falha catastrófica.
• Desalinhamento: Embora seja um problema entre rotores, ele induz altas tensões dentro do conjunto do rotor.
• Esfregar Rotor-Estator: Contato entre as partes rotativas e estacionárias da máquina.
• Frouxidão: Um encaixe frouxo de um componente (como um impulsor) no eixo.

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