ISO 21940-12: Vibrații mecanice – Echilibrarea rotoarelor – Partea 12: Proceduri și toleranțe pentru rotoare cu comportament flexibil

Rezumat

ISO 21940-12 abordează provocarea complexă a echilibrării rotoare flexibileUn rotor flexibil este unul a cărui formă și distribuție a dezechilibrului se modifică semnificativ odată cu viteza de rotație, în special pe măsură ce se apropie de zona sa de îndoire și trece prin aceasta. viteze criticeSpre deosebire de rotoarele rigide (abordate în Partea 11), un rotor flexibil nu poate fi echilibrat la o viteză mică și, în același timp, nu se poate aștepta să rămână în echilibru la viteza sa mare de funcționare. Acest standard oferă procedurile specializate, multi-viteză și multi-plan necesare pentru echilibrarea corectă a acestor sisteme rotative complexe, care sunt comune în utilajele de înaltă performanță, cum ar fi turbinele cu gaz, compresoarele și cilindrii industriali lungi.

Cuprins (Structura conceptuală)

Standardul oferă un cadru pentru înțelegerea și executarea metodelor avansate necesare pentru echilibrarea flexibilă a rotorului:

1. 1. Domeniul de aplicare și clasificarea rotoarelor flexibile:

   Acest capitol inițial definește domeniul de aplicare al standardului, precizând că se aplică rotoarelor care prezintă un comportament flexibil, adică distribuția dezechilibrului și/sau modificările de formă deviate ale acestora odată cu viteza. Introduce un sistem de clasificare crucial pentru a clasifica aceste rotoare pe baza caracteristicilor lor dinamice, ceea ce este esențial pentru selectarea strategiei de echilibrare adecvate. Clasele variază de la:

   • Clasa 1: Rotoare rigide (acoperit de ISO 21940-11).
   • Clasa a 2-a: Rotoare cvasirigide, care pot fi echilibrate la viteză mică, dar pot necesita echilibrare a garniturii la viteza de serviciu.
   • Clasa a 3-a: Rotoare care necesită echilibrare la viteze multiple, adesea folosind coeficientul de influență metodă, trecând de obicei printr-una sau mai multe viteze critice.
   • Clasa a 4-a și a 5-a: Rotoare extrem de flexibile, cum ar fi cele din turbinele mari, care necesită tehnici avansate de echilibrare modală pentru a corecta moduri multiple de încovoiere.

   Această clasificare oferă o modalitate sistematică de a determina complexitatea sarcinii de echilibrare și procedurile necesare pentru a obține o echilibrare reușită pe întregul interval de viteză de funcționare.

2. 2. Proceduri de echilibrare:

   Acest capitol constituie nucleul tehnic al standardului, detaliind procedurile avansate, în mai multe etape, necesare pentru rotoarele flexibile. Acesta explică faptul că o simplă echilibrare la viteză redusă este insuficientă și trebuie completată cu tehnici de viteză mare pentru a ține cont de îndoirea rotorului. Standardul prezintă două metodologii principale:

   • The Coeficient de influență Metodă: Aceasta este o tehnică versatilă și utilizată pe scară largă. Implică un proces sistematic de plasare a unei greutăți de probă cunoscute într-un plan de corecție la un moment dat și măsurarea răspunsului la vibrații rezultat (amplitudine și fază) în mai multe locații și pe mai multe viteze. Acest proces se repetă pentru fiecare plan de corecție. Datele colectate sunt utilizate pentru a calcula o matrice de „coeficienți de influență”, care definește matematic modul în care un dezechilibru în orice plan afectează vibrația în orice punct de măsurare și viteză. Un computer folosește apoi această matrice pentru a rezolva setul de greutăți de corecție și plasările lor unghiulare necesare pe toate planurile pentru a minimiza simultan vibrațiile pe întregul interval de viteză.
   • Echilibrare modală: Aceasta este o metodă mai intuitivă din punct de vedere fizic, care tratează fiecare mod de încovoiere al rotorului ca o problemă separată de dezechilibru. Procedura implică rularea rotorului la sau aproape de o anumită viteză critică pentru a excita la maximum forma modului corespunzător. Se efectuează măsurători ale vibrațiilor pentru a identifica locația „punctului greu” pentru modul respectiv, iar greutățile de corecție sunt plasate în punctele de deviere maximă (antinoduri) pentru forma modului respectiv pentru a o contracara. Acest proces este apoi repetat secvențial pentru fiecare mod de încovoiere semnificativ din intervalul de viteză de funcționare al rotorului, echilibrând efectiv rotorul pe rând.
3. 3. Specificarea toleranțelor de echilibrare:

   Acest capitol explică faptul că toleranțele simple de grad G utilizate pentru rotoarele rigide sunt adesea insuficiente pentru rotoarele flexibile. În schimb, introduce criterii de toleranță mai cuprinzătoare, care se pot baza pe mai mulți factori, inclusiv:

   • Limite ale dezechilibrului modal rezidual pentru fiecare mod de încovoiere semnificativ.
   • Limite ale amplitudinilor absolute ale vibrațiilor arborelui în locații și viteze specifice (în special la viteza de serviciu).
   • Limite ale forțelor transmise către rulmenți.
4. 4. Verificarea stării soldului final:

   Această secțiune finală detaliază criteriile de acceptare pentru un rotor flexibil echilibrat cu succes. Spre deosebire de un rotor rigid, care necesită verificare doar la o singură viteză, un rotor flexibil trebuie confirmat ca fiind echilibrat pe întregul interval de viteză de funcționare. După aplicarea ponderilor de corecție finale, rotorul este supus unui test final de rulare. În timpul acestei rulări, vibrațiile sunt monitorizate continuu în locații cheie (cum ar fi lagărele și punctele de deformare maximă). Standardul specifică faptul că rotorul este considerat acceptabil echilibrat numai dacă vibrațiile măsurate rămân sub limitele de toleranță predefinite la toate vitezele, în special în timp ce trece prin vitezele sale critice și în timp ce se menține la viteza maximă de funcționare continuă. Această verificare completă asigură că comportamentul dinamic complex al rotorului a fost controlat eficient.

Concepte cheie

• Comportament flexibil vs. rigid: Distincția fundamentală. Un rotor este flexibil dacă viteza sa de funcționare este o fracțiune semnificativă (de obicei >70%) din prima sa frecvență naturală de încovoiere (viteza critică). Pe măsură ce rotorul se rotește mai repede, forțele centrifuge îl determină să se îndoaie, modificându-i dezechilibrul.
• Viteze critice și forme de mod: Înțelegerea vitezelor critice ale rotorului și a „formelor modurilor” asociate (forma pe care o ia rotorul la acea viteză) este esențială pentru echilibrarea flexibilă a rotorului. Fiecare mod trebuie tratat ca o problemă separată de echilibrare.
• Echilibrare multi-plan, multi-viteză: Metodologia de bază. Spre deosebire de rotoarele rigide, care pot fi echilibrate în două plane la o singură viteză redusă, rotoarele flexibile necesită corecții în mai multe plane și măsurători la mai multe viteze pentru a asigura o funcționare lină pe întregul interval de viteză.
• Echilibrare modală: O tehnică puternică în care se adaugă greutăți pentru a contracara în mod specific dezechilibrul asociat fiecărui mod de îndoire. De exemplu, pentru a echilibra primul mod de îndoire, greutățile sunt plasate în punctul de deformare maximă pentru modul respectiv.

← Înapoi la indexul principal