ISO 21940-12: Mechanické vibrácie – Vyvažovanie rotorov – Časť 12: Postupy a tolerancie pre rotory s pružným správaním

Zhrnutie

Norma ISO 21940-12 rieši komplexnú výzvu vyvažovania flexibilné rotoryFlexibilný rotor je taký, ktorého tvar a rozloženie nevyváženosti sa výrazne menia s rýchlosťou otáčania, najmä keď sa približuje k svojmu ohybu a prechádza ním. kritické rýchlostiNa rozdiel od pevných rotorov (uvedených v časti 11) nemožno flexibilný rotor vyvážiť pri nízkych otáčkach a očakáva sa, že zostane v rovnováhe aj pri vysokých prevádzkových otáčkach. Táto norma poskytuje špecializované, viacrýchlostné a viacrovinné postupy potrebné na správne vyváženie týchto zložitých rotačných systémov, ktoré sú bežné vo vysokovýkonných strojoch, ako sú plynové turbíny, kompresory a dlhé priemyselné valce.

Obsah (koncepčná štruktúra)

Norma poskytuje rámec pre pochopenie a vykonávanie pokročilých metód potrebných pre flexibilné vyvažovanie rotorov:

1. 1. Rozsah a klasifikácia flexibilných rotorov:

   Táto úvodná kapitola definuje rozsah normy a uvádza, že sa vzťahuje na rotory, ktoré vykazujú flexibilné správanie, čo znamená, že ich rozloženie nevyváženosti a/alebo vychýlený tvar sa mení s rýchlosťou. Zavádza kľúčový klasifikačný systém na kategorizáciu týchto rotorov na základe ich dynamických charakteristík, čo je nevyhnutné pre výber vhodnej stratégie vyvažovania. Triedy siahajú od:

   • Trieda 1: Pevné rotory (zahrnuté v norme ISO 21940-11).
   • 2. trieda: Kvázi-tuhé rotory, ktoré je možné vyvážiť pri nízkych otáčkach, ale pri prevádzkových otáčkach môžu vyžadovať vyváženie.
   • Trieda 3: Rotory vyžadujúce vyváženie pri viacerých rýchlostiach, často s použitím koeficient vplyvu metóda, typicky prechádzajúca jednou alebo viacerými kritickými rýchlosťami.
   • 4. a 5. trieda: Vysoko flexibilné rotory, ako napríklad rotory vo veľkých turbogenerátoroch, ktoré vyžadujú pokročilé techniky modálneho vyvažovania na korekciu viacerých ohybových režimov.

   Táto klasifikácia poskytuje systematický spôsob určenia zložitosti vyvažovacej úlohy a potrebných postupov na dosiahnutie úspešného vyváženia v celom rozsahu prevádzkových otáčok.

2. 2. Postupy vyvažovania:

   Táto kapitola tvorí technické jadro normy a podrobne opisuje pokročilé viacstupňové postupy potrebné pre flexibilné rotory. Vysvetľuje, že jednoduché nízkorýchlostné vyváženie nie je dostatočné a musí byť doplnené vysokorýchlostnými technikami, aby sa zohľadnilo ohýbanie rotora. Norma načrtáva dve hlavné metodiky:

   • Stránka Koeficient vplyvu Metóda: Ide o všestrannú a široko používanú techniku. Zahŕňa systematický proces umiestňovania známeho skúšobného závažia v jednej korekčnej rovine a merania výslednej vibračnej odozvy (amplitúdy a fázy) na viacerých miestach a pri viacerých rýchlostiach. Tento proces sa opakuje pre každú korekčnú rovinu. Zozbierané údaje sa používajú na výpočet matice „koeficientov vplyvu“, ktorá matematicky definuje, ako nevyváženosť v akejkoľvek rovine ovplyvňuje vibrácie v akomkoľvek meracom bode a rýchlosti. Počítač potom použije túto maticu na vyriešenie sady korekčných závaží a ich uhlových umiestnení potrebných vo všetkých rovinách, aby sa súčasne minimalizovali vibrácie v celom rozsahu rýchlostí.
   • Vyvažovanie modálnych spôsobov: Ide o fyzikálne intuitívnejšiu metódu, ktorá zaobchádza s každým ohybovým módom rotora ako so samostatným problémom nevyváženosti. Postup zahŕňa chod rotora pri špecifickej kritickej rýchlosti alebo v jej blízkosti, aby sa maximálne vybudil zodpovedajúci tvar módu. Merania vibrácií sa vykonávajú na identifikáciu polohy „ťažkého miesta“ pre daný mód a korekčné závažia sa umiestňujú do bodov maximálnej výchylky (antiuzlov) pre daný tvar módu, aby sa proti nej pôsobilo. Tento proces sa potom postupne opakuje pre každý významný ohybový mód v rozsahu prevádzkových otáčok rotora, čím sa rotor efektívne vyvažuje po jednom móde.
3. 3. Špecifikácia tolerancií vyváženia:

   Táto kapitola vysvetľuje, že jednoduché tolerancie triedy G používané pre tuhé rotory často nepostačujú pre flexibilné rotory. Namiesto toho zavádza komplexnejšie kritériá tolerancie, ktoré môžu byť založené na niekoľkých faktoroch vrátane:

   • Limity reziduálnej modálnej nevyváženosti pre každý významný ohybový mód.
   • Limity absolútnych amplitúd vibrácií hriadeľa na špecifických miestach a rýchlostiach (najmä pri prevádzkovej rýchlosti).
   • Obmedzenia síl prenášaných na ložiská.
4. 4. Overenie konečného zostatku:

   Táto záverečná časť podrobne popisuje kritériá prijatia pre úspešne vyvážený flexibilný rotor. Na rozdiel od tuhého rotora, ktorý vyžaduje overenie iba pri jednej rýchlosti, pri flexibilnom rotore sa musí overiť vyváženosť v celom rozsahu prevádzkových otáčok. Po aplikácii konečných korekčných závaží sa rotor podrobí záverečnej skúške nábehu. Počas tejto skúšky sa vibrácie nepretržite monitorujú na kľúčových miestach (ako sú ložiská a body maximálneho vychýlenia). Norma stanovuje, že rotor sa považuje za prijateľne vyvážený iba vtedy, ak namerané vibrácie zostávajú pod vopred definovanými tolerančnými limitmi pri všetkých rýchlostiach, najmä pri prechode kritickými rýchlosťami a pri zotrvaní na maximálnej trvalej prevádzkovej rýchlosti. Toto komplexné overenie zabezpečuje, že komplexné dynamické správanie rotora bolo účinne kontrolované.

Kľúčové koncepty

• Flexibilné vs. rigidné správanie: Základný rozdiel. Rotor je ohybný, ak jeho prevádzková rýchlosť predstavuje významný zlomok (zvyčajne >70%) jeho prvej vlastnej frekvencie ohybu (kritická rýchlosť). Keď sa rotor otáča rýchlejšie, odstredivé sily spôsobujú jeho ohyb, čím sa mení jeho nevyváženosť.
• Kritické rýchlosti a tvary módov: Pochopenie kritických rýchlostí rotora a súvisiacich „tvarov módov“ (tvar, do ktorého sa rotor pri tejto rýchlosti ohýba) je nevyhnutné pre flexibilné vyváženie rotora. Každý mód sa musí považovať za samostatný problém vyváženia.
• Viacúrovňové, viacrýchlostné vyváženie: Základná metodika. Na rozdiel od pevných rotorov, ktoré je možné vyvážiť v dvoch rovinách pri jednej nízkej rýchlosti, flexibilné rotory vyžadujú korekcie vo viacerých rovinách a merania pri viacerých rýchlostiach, aby sa zabezpečila plynulá prevádzka v celom rozsahu rýchlostí.
• Vyvažovanie modálnych spôsobov: Účinná technika, pri ktorej sa pridávajú závažia, ktoré cielene pôsobia proti nevyváženosti spojenej s každým režimom ohybu. Napríklad na vyváženie prvého režimu ohybu sa závažia umiestnia do bodu maximálnej deformácie pre daný režim.

← Späť na hlavný index