Înțelegerea rotorului rigid
A rotor rigid este un rotor care nu se îndoaie, flexează sau își modifică semnificativ forma sub influența propriilor dezechilibra forțe la viteza sa de funcționare în serviciu. În scopul echilibrării, un rotor este tratat ca rigid atunci când funcționează la o viteză confortabil sub prima sa viteză critică — în mod convențional sub 70–75% din aceasta. Deoarece forma sa rămâne constantă, rotorul rigid este cea mai simplă și mai economică clasă de rotor de echilibrat, iar marea majoritate a mașinilor industriale de zi cu zi se încadrează în această categorie.
1. Definiție: Ce este un rotor rigid?
Principiul definitoriu al comportamentului rotorului rigid este că distribuție dezechilibrului de-a lungul lungimii rotorului nu se modifică atunci când se schimbă turația rotorului’ui. Punctele grele rămân pe loc. O stare de echilibrare obținută la o turație joasă, convenabilă, pe un mașină de echilibrat rămâne, prin urmare, valabilă și eficientă atunci când rotorul este ulterior antrenat la turația sa de serviciu mult mai ridicată.
Această stabilitate provine direct din faptul că rotorul rămâne mult sub prima sa viteză critică. Sub aproximativ 70–75% din acea turație, deformarea cauzată de forță centrifugă este neglijabilă în comparație cu excentricitatea geometrică a masei propriu-zise, astfel încât rotorul se comportă efectiv ca un singur corp solid care se rotește în jurul propriei axe. Axa masei și axa arborelui sunt fixe una față de cealaltă, indiferent de turația în RPM.
Mașinile uzuale pe care inginerii le tratează ca rotoare rigide includ armăturile motoarelor electrice, ventilatoarele și suflantele monoetajate, rotoarele pompelor, volanții, fuliile, discurile abrazive și componentele de tip disc. Pentru acestea, o echilibrare în două plane efectuată la turație redusă surprinde starea reală de dezechilibru cu care va funcționa mașina.
2. Rotor rigid vs. rotor flexibil
Distincția dintre un rotor rigid și un rotor flexibil este unul dintre cele mai importante concepte în echilibrarea rotoarelor, deoarece determină întreaga strategie de echilibrare.
Rotor rigid
- Viteză de funcționare: cu mult sub prima sa viteză critică, de regulă sub 75%.
- Behaviour: nu se îndoaie și nu se flexează sub acțiunea forțelor centrifuge. Caracteristicile sale de dezechilibru sunt independente de turație.
- Procedura de echilibrare: poate fi echilibrat la o singură turație joasă, convenabilă. O balans pe două planuri standard este suficientă pentru a corecta orice dezechilibru dinamic, fie static, fie de cuplu, fie o combinație a celor două. Standardul care reglementează echilibrarea rotoarelor rigide este ISO 21940-11 (care a înlocuit binecunoscuta ISO 1940-1).
Rotor flexibil
- Viteză de funcționare: se apropie de, trece prin sau funcționează mult peste una sau mai multe dintre turațiile sale critice.
- Behaviour: se îndoaie și se flexează pe măsură ce trece printr-o turație critică. Forțele de dezechilibru fac ca rotorul să își schimbe forma (să se deformeze), iar poziția aparentă a “punctului greu” se poate deplasa odată cu turația, deoarece rotorul capătă o formă încovoiată formă de mod.
- Procedura de echilibrare: mult mai complex. Necesită echilibrare multiplan (adesea în mai mult de două plane) și trebuie efectuată la sau în apropierea turației de serviciu, pentru a ține cont de flexarea rotorului’ui. Sunt necesare tehnici modale specializate, iar lucrarea este reglementată de ISO 21940-12.
3. Importanța presupunerii „rigide”
Presupunerea că un rotor se comportă rigid este ceea ce face posibilă echilibrarea practică, economică și sigură pe mașinile industriale de echilibrare. Aceste mașini rotesc de regulă rotoarele la viteze relativ scăzute — câteva sute de RPM — din motive de siguranță, pentru o putere de antrenare mai redusă și pentru simplitate mecanică.
Dacă un rotor este cu adevărat rigid, dezechilibrul măsurat la 400 RPM pe mașina de echilibrare este exact același dezechilibru care produce vibrații la 3600 RPM în teren. Corectarea lui la viteză scăzută rezolvă problema pentru viteza ridicată. Dacă rotorul ar fi de fapt flexibil, acea echilibrare la viteză scăzută ar fi ineficientă: rotorul s-ar încovoia pe măsură ce se apropie de viteza sa critică și ar prezenta o stare de dezechilibru complet diferită la viteza sa de funcționare — uneori părând bine echilibrat în repaus, dar vibrând puternic în funcționare. Aprecierea greșită a unui rotor flexibil ca fiind rigid este o cauză clasică a unei mașini “echilibrate” care totuși vibrează.
4. Când este considerat un rotor rigid?
Decizia de a trata un rotor ca rigid se bazează pe geometria sa și pe viteza sa de funcționare:
- Short, stubby rotors: rotoarele cu un diametru mare în raport cu lungimea lor — o piatră de polizor, un disc de frână, o rotoare de pompă cu o singură treaptă — sunt aproape întotdeauna rigide.
- Long, slender rotors: rotoarele care sunt lungi și subțiri, cum ar fi un arbore de antrenare sau un rotor de compresor cu mai multe trepte, au o probabilitate mult mai mare de a fi flexibile, mai ales atunci când funcționează la viteză ridicată.
În cele din urmă, testul definitoriu este raportul dintre viteza de funcționare și prima viteză critică. Dacă acest raport este scăzut, o abordare de echilibrare cu rotor rigid este adecvată și va reuși; dacă este ridicat, sunt necesare metode pentru rotoare flexibile. De aceea, o înțelegere a dinamica rotorului și a poziției fiecărei viteze critice stă la baza fiecărei decizii de echilibrare.
5. Echilibrarea și verificarea unui rotor rigid în teren
Multe rotoare rigide se echilibrează cel mai convenabil pe loc, în propriile lor lagăre, în loc să fie demontate și montate pe o mașină de echilibrare. Aceasta este echilibrarea la fața locului, și se potrivește exact ventilatoarelor, pompelor și motoarelor pe care le acoperă presupunerea de rigiditate. Un analizor portabil cu două canale, cum ar fi Balanset-1A măsoară amplitudinea de 1× și fază la fiecare lagăr, calculează al rotorului’ coeficienți de influență dintr-o rotație cu masă de probă și calculează masele de corecție pentru unul sau două planuri. Deoarece rotorul este rigid, acea singură corecție cu cost redus rămâne valabilă pe întreaga gamă de turații, iar instrumentul poate apoi confirma că dezechilibru rezidual se încadrează în clasa ISO 21940-11 aleasă. Puteți transforma o clasă de echilibrare și o turație de funcționare într-o toleranță admisibilă în g·mm cu ajutorul Calculator de dezechilibru rezidual (ISO 21940-11) înainte de a începe.
