Pochopenie rotora v rotačných strojoch

Definícia: Čo je rotor?

A rotor je primárna rotačná zostava v strojovom zariadení. Zvyčajne pozostáva z centrálneho hriadeľa, na ktorom sú namontované ďalšie komponenty – ako sú obežné kolesá, lopatky, magnety alebo kotvy. Celá zostava je podopretá ložiskami a je navrhnutá tak, aby prenášala krútiaci moment a vykonávala prácu. Štúdium správania rotora počas otáčania, vrátane jeho vibrácií a výchyliek, je známe ako dynamika rotora, kritická oblasť v strojárstve.

Základná klasifikácia: pevné vs. flexibilné rotory

Najdôležitejším rozdielom v dynamike rotora je, či sa rotor správa ako „tuhé“ alebo „pružné“ teleso. Táto klasifikácia nie je založená na vlastnostiach materiálu, ale na vzťahu medzi prevádzkovou rýchlosťou stroja a rýchlosťou rotora. kritické rýchlosti (jeho prirodzené ohybové frekvencie).

Pevné rotory

Rotor sa považuje za tuhý ak je jeho prevádzková rýchlosť výrazne nižšia ako kritická rýchlosť prvého ohybu (zvyčajne menej ako 70% prvého kritického ohybu). Pri týchto rýchlostiach sa hriadeľ v dôsledku dynamických síl výrazne neohýba ani nedeformuje. Predpokladá sa, že celý rotor sa otáča ako jedna tuhá hmota.

• Charakteristiky: Bývajú kratšie, zavalitejšie a fungujú pri nižších rýchlostiach.
• Vyvažovanie: Dá sa úplne opraviť pomocou dynamické vyváženie v dvoch rovinách podľa princípov mechaniky tuhého telesa.
• Príklady: Väčšina štandardných elektromotorov, nízkorýchlostné ventilátory, brúsne kotúče a mnoho obežných kolies čerpadiel.

Flexibilné rotory

Rotor sa považuje za flexibilný ak je navrhnutý na prevádzku pri rýchlosti, ktorá je blízka, na úrovni alebo vyššia ako jedna alebo viacero jeho kritických rýchlostí ohybu. Keď sa rotor blíži ku kritickej rýchlosti, hriadeľ sa začne výrazne vychyľovať a ohýbať. Tvar tohto ohybu je známy ako „tvar módu“.

• Charakteristiky: Bývajú dlhé, štíhle a fungujú pri vysokých rýchlostiach.
• Vyvažovanie: Dvojrovinné vyváženie nie je dostatočné. Flexibilné rotory vyžadujú pokročilejšie techniky viacrovinného vyvažovania, ktoré zohľadňujú ohyb hriadeľa. Môže to zahŕňať „modálne vyváženie“ (vyvažovanie každého tvaru módu individuálne) alebo vyváženie koeficientu vplyvu viacerých rýchlostí.
• Príklady: Veľké parné a plynové turbíny, vysokorýchlostné kompresory, dlhé hnacie hriadele a rotory generátorov.

Návrh a analýza flexibilných rotorov je oveľa zložitejšia, pretože ich dynamické správanie sa mení s rýchlosťou.

Bežné komponenty rotorovej zostavy

Rotor je viac než len hriadeľ. Typická zostava môže zahŕňať:

• Hriadeľ: Centrálny komponent, ktorý prenáša krútiaci moment.
• Obežné kolesá, lopatky alebo lamely: Komponenty, ktoré pracujú s kvapalinou (v čerpadlách, ventilátoroch, turbínach).
• Kotva/Vinutia: Rotujúca časť elektromotora alebo generátora.
• Časopisy: Vysoko leštené časti hriadeľa, ktoré sú umiestnené v ložiskách.
• Spojky: Náboje používané na pripojenie rotora k inému stroju.
• Prítlačné objímky: Komponenty, ktoré absorbujú akékoľvek axiálne sily.
• Vyvažovacie krúžky alebo roviny: Určené miesta, kam sa počas vyvažovania pridávajú korekčné závažia.

Bežné problémy spojené s rotormi

Analýza vibrácií sa používa na detekciu širokej škály problémov, ktoré vznikajú v zostave rotora:

• Nevyváženosť: Najčastejší problém spôsobený nerovnomerným rozložením hmotnosti.
• Ohnutý hriadeľ: Fyzické ohnutie alebo prehnutie v drieku.
• Prasklina v hriadeli: Vznikajúca únavová trhlina, ktorá môže viesť ku katastrofálnemu zlyhaniu.
• Nesprávne zarovnanie: Hoci ide o problém medzi rotormi, spôsobuje vysoké namáhanie v zostave rotora.
• Trenie rotora a statora: Kontakt medzi rotujúcimi a stacionárnymi časťami stroja.
• Voľnosť: Voľné uloženie komponentu (ako napríklad obežného kolesa) na hriadeli.

← Späť na hlavný index