ISO 21940-12: Mekanisk vibration – Rotorbalansering – Del 12: Procedurer och toleranser för rotorer med flexibelt beteende

Sammanfattning

ISO 21940-12 tar upp den komplexa utmaningen med balansering flexibla rotorerEn flexibel rotor är en vars form och obalansfördelning förändras avsevärt med rotationshastigheten, särskilt när den närmar sig och passerar genom sin böjningsriktning. kritiska hastigheterTill skillnad från styva rotorer (som behandlas i del 11) kan en flexibel rotor inte balanseras vid låg hastighet och förväntas förbli i balans vid sin höga drifthastighet. Denna standard tillhandahåller de specialiserade procedurer med flera hastigheter och flera plan som krävs för att korrekt balansera dessa komplexa roterande system, vilka är vanliga i högpresterande maskiner som gasturbiner, kompressorer och långa industriella valsar.

Innehållsförteckning (konceptuell struktur)

Standarden tillhandahåller ett ramverk för att förstå och genomföra de avancerade metoder som krävs för flexibel rotorbalansering:

1. 1. Omfattning och klassificering av flexibla rotorer:

   Detta inledande kapitel definierar standardens omfattning och anger att den gäller rotorer som uppvisar flexibelt beteende, vilket innebär att deras obalansfördelning och/eller avböjda form förändras med hastighet. Det introducerar ett viktigt klassificeringssystem för att kategorisera dessa rotorer baserat på deras dynamiska egenskaper, vilket är avgörande för att välja lämplig balanseringsstrategi. Klasserna sträcker sig från:

   • Klass 1: Stela rotorer (omfattas av ISO 21940-11).
   • Klass 2: Kvasi-stela rotorer, som kan balanseras vid låg hastighet men kan kräva trimbalansering vid servicehastighet.
   • Klass 3: Rotorer som kräver balansering vid flera hastigheter, ofta med hjälp av påverkanskoefficient metod, som vanligtvis passerar genom en eller flera kritiska hastigheter.
   • Klass 4 och 5: Mycket flexibla rotorer, såsom de i stora turbingeneratorer, som kräver avancerade modala balanseringstekniker för att korrigera flera böjningslägen.

   Denna klassificering ger ett systematiskt sätt att bestämma komplexiteten i balanseringsuppgiften och de nödvändiga procedurerna för att uppnå en lyckad balansering över hela driftshastighetsområdet.

2. 2. Balanseringsprocedurer:

   Detta kapitel utgör standardens tekniska kärna och beskriver de avancerade, flerstegsprocedurer som krävs för flexibla rotorer. Det förklarar att en enkel låghastighetsbalansering är otillräcklig och måste kompletteras med höghastighetstekniker för att ta hänsyn till rotorns böjning. Standarden beskriver två primära metoder:

   • Den Inflytandekoefficient Metod: Detta är en mångsidig och allmänt använd teknik. Den innebär en systematisk process där man placerar en känd provvikt i ett korrigeringsplan åt gången och mäter det resulterande vibrationssvaret (amplitud och fas) på flera platser och över flera hastigheter. Denna process upprepas för varje korrigeringsplan. De insamlade uppgifterna används för att beräkna en matris av "influenskoefficienter", som matematiskt definierar hur en obalans i vilket plan som helst påverkar vibrationen vid vilken mätpunkt och hastighet som helst. En dator använder sedan denna matris för att lösa ut uppsättningen korrigeringsvikter och deras vinkelplaceringar som behövs över alla plan för att samtidigt minimera vibrationer över hela hastighetsområdet.
   • Modal balansering: Detta är en mer fysiskt intuitiv metod som behandlar varje böjningsläge hos rotorn som ett separat obalansproblem. Proceduren innebär att rotorn körs vid eller nära en specifik kritisk hastighet för att maximalt excitera motsvarande lägesform. Vibrationsmätningar görs för att identifiera platsen för den "tunga punkten" för det läget, och korrektionsvikter placeras vid punkterna med maximal avböjning (anti-noder) för den lägesformen för att motverka den. Denna process upprepas sedan sekventiellt för varje signifikant böjningsläge inom rotorns driftshastighetsområde, vilket effektivt balanserar rotorn ett läge i taget.
3. 3. Specifikation av balanstoleranser:

   Detta kapitel förklarar att de enkla G-klasstoleranserna som används för styva rotorer ofta är otillräckliga för flexibla rotorer. Istället introduceras mer omfattande toleranskriterier, som kan baseras på flera faktorer, inklusive:

   • Gränser för den kvarvarande modala obalansen för varje signifikant böjningsläge.
   • Gränser för de absoluta axelvibrationsamplituderna vid specifika platser och hastigheter (särskilt vid servicehastighet).
   • Begränsningar för överförda krafter till lagren.
4. 4. Verifiering av slutsaldostatus:

   Detta sista avsnitt beskriver acceptanskriterierna för en framgångsrikt balanserad flexibel rotor. Till skillnad från en stel rotor, som bara behöver verifieras vid ett varvtal, måste en flexibel rotor bekräftas vara i balans genom hela sitt driftsvarvtalsområde. Efter att de slutliga korrigeringsvikterna har applicerats utsätts rotorn för ett slutligt uppkörningstest. Under detta uppkörningstest övervakas vibrationer kontinuerligt på viktiga platser (såsom lager och punkter med maximal avböjning). Standarden specificerar att rotorn endast anses vara acceptabelt balanserad om den uppmätta vibrationen ligger under de fördefinierade toleransgränserna vid alla hastigheter, särskilt när den passerar genom sina kritiska hastigheter och när den uppehåller sig vid maximal kontinuerlig driftshastighet. Denna omfattande verifiering säkerställer att rotorns komplexa dynamiska beteende har kontrollerats effektivt.

Viktiga begrepp

• Flexibelt kontra rigidt beteende: Den grundläggande skillnaden. En rotor är flexibel om dess driftshastighet är en betydande bråkdel (vanligtvis >70%) av dess första böjningsegenfrekvens (kritiska hastighet). När rotorn roterar snabbare får centrifugalkrafterna den att böjas, vilket förändrar dess obalans.
• Kritiska hastigheter och lägesformer: Att förstå rotorns kritiska hastigheter och de tillhörande "lägesformerna" (den form rotorn böjer sig in i vid den hastigheten) är avgörande för flexibel rotorbalansering. Varje läge måste behandlas som ett separat balanseringsproblem.
• Balansering i flera plan och flera hastigheter: Kärnmetoden. Till skillnad från styva rotorer, som kan balanseras i två plan vid en låg hastighet, kräver flexibla rotorer korrigeringar i flera plan och mätningar vid flera hastigheter för att säkerställa smidig drift över hela hastighetsområdet.
• Modal balansering: En kraftfull teknik där vikter läggs till för att specifikt motverka obalansen i samband med varje böjningsläge. För att till exempel balansera det första böjningsläget placeras vikter vid punkten med maximal avböjning för det läget.

← Tillbaka till huvudmenyn