ISO 21940-12: การสั่นสะเทือนเชิงกล – การปรับสมดุลโรเตอร์ – ส่วนที่ 12: ขั้นตอนและความคลาดเคลื่อนสำหรับโรเตอร์ที่มีลักษณะการทำงานแบบยืดหยุ่น

สรุป

ISO 21940-12 กล่าวถึงความท้าทายที่ซับซ้อนของการสร้างสมดุล โรเตอร์แบบยืดหยุ่นโรเตอร์แบบยืดหยุ่นคือโรเตอร์ที่มีรูปร่างและการกระจายความไม่สมดุลที่เปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญตามความเร็วในการหมุน โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อเข้าใกล้และผ่านการดัด ความเร็ววิกฤตต่างจากโรเตอร์แบบแข็ง (ครอบคลุมในบทที่ 11) โรเตอร์แบบยืดหยุ่นไม่สามารถปรับสมดุลที่ความเร็วต่ำได้ และคาดว่าจะคงความสมดุลที่ความเร็วใช้งานสูง มาตรฐานนี้กำหนดขั้นตอนเฉพาะทางหลายความเร็วและหลายระนาบที่จำเป็นต่อการปรับสมดุลระบบหมุนที่ซับซ้อนเหล่านี้อย่างเหมาะสม ซึ่งมักพบในเครื่องจักรประสิทธิภาพสูง เช่น กังหันก๊าซ คอมเพรสเซอร์ และลูกกลิ้งอุตสาหกรรมขนาดยาว

สารบัญ (โครงสร้างแนวคิด)

มาตรฐานนี้กำหนดกรอบการทำงานสำหรับการทำความเข้าใจและการดำเนินการตามวิธีขั้นสูงที่จำเป็นสำหรับการปรับสมดุลโรเตอร์แบบยืดหยุ่น:

1. 1. ขอบเขตและการจำแนกประเภทของโรเตอร์แบบยืดหยุ่น:

   บทเริ่มต้นนี้ให้คำจำกัดความขอบเขตของมาตรฐาน โดยระบุว่ามาตรฐานนี้ใช้กับโรเตอร์ที่มีพฤติกรรมยืดหยุ่น ซึ่งหมายถึงการกระจายตัวที่ไม่สมดุล และ/หรือการเปลี่ยนแปลงรูปร่างที่เบี่ยงเบนอย่างรวดเร็ว บทนี้ได้แนะนำระบบการจำแนกประเภทที่สำคัญเพื่อจำแนกโรเตอร์เหล่านี้ตามลักษณะพลวัต ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญในการเลือกกลยุทธ์การปรับสมดุลที่เหมาะสม ประเภทของมาตรฐานมีตั้งแต่:

   • ชั้นประถมศึกษาปีที่ 1: โรเตอร์แบบแข็ง (ครอบคลุมโดย ISO 21940-11)
   • ชั้นประถมศึกษาปีที่ 2: โรเตอร์แบบกึ่งแข็ง ซึ่งสามารถปรับสมดุลได้ที่ความเร็วต่ำ แต่อาจต้องมีการปรับสมดุลที่ความเร็วในการใช้งาน
   • ชั้นประถมศึกษาปีที่ 3: โรเตอร์ที่ต้องมีการทรงตัวที่ความเร็วหลายระดับ โดยมักใช้ influence coefficient วิธีการโดยทั่วไปจะผ่านความเร็ววิกฤตหนึ่งระดับหรือมากกว่า
   • ชั้นประถมศึกษาปีที่ 4 และ 5: โรเตอร์ที่มีความยืดหยุ่นสูง เช่น โรเตอร์ในเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากังหันขนาดใหญ่ ซึ่งต้องใช้เทคนิคการปรับสมดุลโหมดขั้นสูงเพื่อแก้ไขโหมดการดัดหลายโหมด

   การจำแนกประเภทนี้ให้วิธีการที่เป็นระบบในการกำหนดความซับซ้อนของงานการปรับสมดุลและขั้นตอนที่จำเป็นเพื่อให้บรรลุการปรับสมดุลที่ประสบความสำเร็จตลอดช่วงความเร็วในการทำงานทั้งหมด

2. 2. ขั้นตอนการปรับสมดุล:

   บทนี้เป็นแกนหลักทางเทคนิคของมาตรฐาน โดยให้รายละเอียดเกี่ยวกับขั้นตอนขั้นสูงหลายขั้นตอนที่จำเป็นสำหรับโรเตอร์แบบยืดหยุ่น บทนี้อธิบายว่าสมดุลความเร็วต่ำแบบธรรมดานั้นไม่เพียงพอ และจำเป็นต้องเสริมด้วยเทคนิคความเร็วสูงเพื่อรองรับการโค้งงอของโรเตอร์ มาตรฐานนี้ได้สรุปวิธีการหลักสองวิธี ได้แก่

   • ที่ ค่าสัมประสิทธิ์อิทธิพล วิธี: นี่เป็นเทคนิคที่ใช้งานได้หลากหลายและแพร่หลาย เกี่ยวข้องกับกระบวนการเชิงระบบในการวางตุ้มน้ำหนักทดลองที่ทราบค่าแล้วลงในระนาบแก้ไขทีละระนาบ และวัดผลการตอบสนองการสั่นสะเทือนที่เกิดขึ้น (แอมพลิจูดและเฟส) ที่ตำแหน่งต่างๆ และความเร็วหลายระดับ กระบวนการนี้จะถูกทำซ้ำสำหรับแต่ละระนาบแก้ไข ข้อมูลที่รวบรวมได้จะถูกนำไปใช้คำนวณเมทริกซ์ของ “ค่าสัมประสิทธิ์อิทธิพล” ซึ่งกำหนดทางคณิตศาสตร์ว่าความไม่สมดุลในระนาบใดๆ ส่งผลต่อการสั่นสะเทือนที่จุดวัดและความเร็วใดๆ อย่างไร จากนั้นคอมพิวเตอร์จะใช้เมทริกซ์นี้เพื่อคำนวณหาชุดของตุ้มน้ำหนักแก้ไขและตำแหน่งเชิงมุมที่จำเป็นในทุกระนาบ เพื่อลดการสั่นสะเทือนให้น้อยที่สุดตลอดช่วงความเร็วทั้งหมดในเวลาเดียวกัน
   • การปรับสมดุลโหมด: นี่เป็นวิธีการที่เข้าใจง่ายกว่าในเชิงกายภาพ โดยถือว่าโหมดการดัดแต่ละโหมดของโรเตอร์เป็นปัญหาความไม่สมดุลที่แยกจากกัน ขั้นตอนนี้เกี่ยวข้องกับการหมุนโรเตอร์ที่ความเร็ววิกฤตหรือใกล้เคียงกับความเร็วที่กำหนด เพื่อกระตุ้นรูปร่างโหมดที่สอดคล้องกันให้ได้มากที่สุด จะมีการวัดการสั่นสะเทือนเพื่อระบุตำแหน่งของ "จุดหนัก" สำหรับโหมดนั้น และน้ำหนักแก้ไขจะถูกวางไว้ที่จุดที่มีการเบี่ยงเบนสูงสุด (จุดต่อต้าน) สำหรับรูปร่างโหมดนั้นเพื่อแก้ไข จากนั้นกระบวนการนี้จะถูกทำซ้ำตามลำดับสำหรับแต่ละโหมดการดัดที่สำคัญภายในช่วงความเร็วการทำงานของโรเตอร์ ซึ่งจะช่วยปรับสมดุลโรเตอร์ทีละโหมดได้อย่างมีประสิทธิภาพ
3. 3. ข้อกำหนดความคลาดเคลื่อนของความสมดุล:

   บทนี้จะอธิบายว่าค่าความคลาดเคลื่อนเกรด G แบบง่ายที่ใช้กับโรเตอร์แบบแข็งมักไม่เพียงพอสำหรับโรเตอร์แบบยืดหยุ่น บทนี้จะแนะนำเกณฑ์ความคลาดเคลื่อนที่ครอบคลุมมากขึ้น ซึ่งอาจพิจารณาจากปัจจัยหลายประการ ได้แก่:

   • ข้อจำกัดของความไม่สมดุลของโหมดที่เหลือสำหรับโหมดการดัดโค้งที่สำคัญแต่ละโหมด
   • ข้อจำกัดเกี่ยวกับแอมพลิจูดการสั่นสะเทือนของเพลาสัมบูรณ์ที่ตำแหน่งและความเร็วเฉพาะ (โดยเฉพาะที่ความเร็วในการใช้งาน)
   • ข้อจำกัดของแรงที่ถ่ายโอนไปยังตลับลูกปืน
4. 4. การตรวจสอบสถานะยอดคงเหลือสุดท้าย:

   ส่วนสุดท้ายนี้ให้รายละเอียดเกี่ยวกับเกณฑ์การยอมรับสำหรับโรเตอร์แบบยืดหยุ่นที่ปรับสมดุลได้สำเร็จ ต่างจากโรเตอร์แบบแข็งที่จำเป็นต้องตรวจสอบที่ความเร็วเดียว โรเตอร์แบบยืดหยุ่นต้องได้รับการยืนยันว่าอยู่ในสมดุลตลอดช่วงความเร็วการทำงานทั้งหมด หลังจากใช้น้ำหนักแก้ไขขั้นสุดท้ายแล้ว โรเตอร์จะถูกทดสอบรันอัพขั้นสุดท้าย ระหว่างการทดสอบรันอัพนี้ จะมีการตรวจสอบการสั่นสะเทือนอย่างต่อเนื่อง ณ จุดสำคัญๆ (เช่น ตลับลูกปืนและจุดที่มีการเบี่ยงเบนสูงสุด) มาตรฐานระบุว่าโรเตอร์จะถือว่าสมดุลได้ก็ต่อเมื่อการสั่นสะเทือนที่วัดได้ยังคงต่ำกว่าขีดจำกัดความคลาดเคลื่อนที่กำหนดไว้ล่วงหน้าในทุกความเร็ว โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อผ่านความเร็ววิกฤต และเมื่อทำงานต่อเนื่องที่ความเร็วการทำงานสูงสุด การตรวจสอบที่ครอบคลุมนี้ช่วยให้มั่นใจได้ว่าพฤติกรรมไดนามิกที่ซับซ้อนของโรเตอร์ได้รับการควบคุมอย่างมีประสิทธิภาพ

แนวคิดหลัก

• พฤติกรรมที่ยืดหยุ่นเทียบกับพฤติกรรมที่เข้มงวด: ความแตกต่างพื้นฐาน โรเตอร์จะมีความยืดหยุ่นหากความเร็วในการทำงานเป็นเศษส่วนที่มีนัยสำคัญ (โดยทั่วไปมากกว่า 70%) ของความถี่ธรรมชาติของการโค้งงอครั้งแรก (ความเร็ววิกฤต) เมื่อโรเตอร์หมุนเร็วขึ้น แรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลางจะทำให้โรเตอร์โค้งงอ ส่งผลให้ความไม่สมดุลเปลี่ยนแปลงไป
• ความเร็ววิกฤตและรูปร่างโหมด: การทำความเข้าใจความเร็ววิกฤตของโรเตอร์และ “รูปทรงโหมด” ที่เกี่ยวข้อง (รูปทรงที่โรเตอร์โค้งงอเมื่อความเร็วนั้น) เป็นสิ่งสำคัญสำหรับการปรับสมดุลโรเตอร์แบบยืดหยุ่น แต่ละโหมดต้องได้รับการพิจารณาว่าเป็นโจทย์การปรับสมดุลที่แยกจากกัน
• การปรับสมดุลหลายระนาบ หลายความเร็ว: วิธีการหลัก ซึ่งแตกต่างจากโรเตอร์แบบแข็งที่สามารถปรับสมดุลในสองระนาบด้วยความเร็วต่ำเดียวกัน โรเตอร์แบบยืดหยุ่นต้องอาศัยการแก้ไขในหลายระนาบและการวัดที่ความเร็วหลายระดับเพื่อให้มั่นใจว่าการทำงานจะราบรื่นตลอดช่วงความเร็วทั้งหมด
• การปรับสมดุลโหมด: เทคนิคอันทรงพลังที่เพิ่มน้ำหนักเพื่อชดเชยความไม่สมดุลที่เกี่ยวข้องกับโหมดการดัดแต่ละโหมดโดยเฉพาะ ตัวอย่างเช่น เพื่อสร้างสมดุลให้กับโหมดการดัดแรก น้ำหนักจะถูกวางไว้ ณ จุดที่มีการเบี่ยงเบนสูงสุดสำหรับโหมดนั้น

← กลับสู่ดัชนีหลัก