ทำความเข้าใจโรเตอร์ในเครื่องจักรหมุน

คำจำกัดความ: โรเตอร์คืออะไร?

ก โรเตอร์ คือชุดประกอบการหมุนหลักภายในเครื่องจักร โดยทั่วไปประกอบด้วยเพลากลางซึ่งติดตั้งส่วนประกอบอื่นๆ เช่น ใบพัด ใบพัด แม่เหล็ก หรืออาร์เมเจอร์ ชุดประกอบทั้งหมดรองรับด้วยตลับลูกปืนและออกแบบมาเพื่อส่งแรงบิดและทำงาน การศึกษาพฤติกรรมของโรเตอร์ขณะหมุน รวมถึงการสั่นสะเทือนและการเบี่ยงเบน เรียกว่า ไดนามิกของโรเตอร์ซึ่งเป็นสาขาที่สำคัญในสาขาวิศวกรรมเครื่องกล

การจำแนกประเภทพื้นฐาน: โรเตอร์แบบแข็งเทียบกับแบบยืดหยุ่น

ความแตกต่างที่สำคัญที่สุดในพลศาสตร์ของโรเตอร์คือ โรเตอร์มีพฤติกรรมเป็นวัตถุ “แข็ง” หรือ “ยืดหยุ่น” การจำแนกประเภทนี้ไม่ได้ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของวัสดุ แต่ขึ้นอยู่กับความสัมพันธ์ระหว่างความเร็วการทำงานของเครื่องจักรและความเร็วของโรเตอร์ ความเร็ววิกฤต (ความถี่ธรรมชาติของการโค้งงอ)

โรเตอร์แบบแข็ง

โรเตอร์ถือเป็น แข็ง หากความเร็วการทำงานต่ำกว่าความเร็ววิกฤตการดัดโค้งครั้งแรก (โดยทั่วไปจะน้อยกว่า 70% ของความเร็ววิกฤตครั้งแรก) ที่ความเร็วเหล่านี้ เพลาจะไม่เกิดการดัดโค้งหรืองออย่างมีนัยสำคัญอันเนื่องมาจากแรงไดนามิก สามารถสันนิษฐานได้ว่าโรเตอร์ทั้งหมดหมุนเป็นมวลแข็งเพียงก้อนเดียว

• ลักษณะเฉพาะ: มีแนวโน้มที่จะสั้นกว่า แข็งแรงกว่า และทำงานที่ความเร็วต่ำกว่า
• Balancing: สามารถแก้ไขได้เต็มที่โดยใช้ การปรับสมดุลแบบไดนามิกสองระนาบ ตามหลักการกลศาสตร์ของวัตถุแข็ง
• ตัวอย่าง: มอเตอร์ไฟฟ้ามาตรฐานส่วนใหญ่ พัดลมความเร็วต่ำ ล้อเจียร และใบพัดปั๊มจำนวนมาก

โรเตอร์แบบยืดหยุ่น

โรเตอร์ถือเป็น ยืดหยุ่นได้ หากได้รับการออกแบบให้ทำงานที่ความเร็วใกล้เคียง เท่ากับ หรือสูงกว่าความเร็ววิกฤตของการดัดงอหนึ่งระดับหรือมากกว่า เมื่อโรเตอร์เข้าใกล้ความเร็ววิกฤต เพลาจะเริ่มเบนออกและโค้งงออย่างมาก รูปร่างของการดัดงอนี้เรียกว่า "รูปร่างโหมด"

• ลักษณะเฉพาะ: มีแนวโน้มที่จะยาว เรียว และทำงานด้วยความเร็วสูง
• Balancing: การปรับสมดุลแบบสองระนาบนั้นไม่เพียงพอ โรเตอร์แบบยืดหยุ่นจำเป็นต้องใช้เทคนิคการปรับสมดุลแบบหลายระนาบขั้นสูงที่คำนึงถึงการโค้งงอของเพลา ซึ่งอาจรวมถึง "การปรับสมดุลแบบโมดัล" (การปรับสมดุลรูปทรงแต่ละโหมดแยกกัน) หรือการปรับสมดุลสัมประสิทธิ์อิทธิพลหลายความเร็ว
• ตัวอย่าง: กังหันไอน้ำและก๊าซขนาดใหญ่ คอมเพรสเซอร์ความเร็วสูง เพลาขับยาว และโรเตอร์เครื่องกำเนิดไฟฟ้า

การออกแบบและวิเคราะห์โรเตอร์แบบยืดหยุ่นมีความซับซ้อนกว่ามาก เนื่องจากพฤติกรรมไดนามิกของโรเตอร์จะเปลี่ยนแปลงไปตามความเร็ว

ส่วนประกอบทั่วไปของชุดโรเตอร์

โรเตอร์ไม่ได้เป็นแค่เพลา ส่วนประกอบทั่วไปอาจประกอบด้วย:

• เพลา: ส่วนประกอบหลักที่ทำหน้าที่ถ่ายทอดแรงบิด
• ใบพัด, ใบมีด หรือ ครีบ: ส่วนประกอบที่ทำงานกับของไหล (ในปั๊ม พัดลม กังหัน)
• อาร์เมเจอร์/ขดลวด: ส่วนที่หมุนของมอเตอร์ไฟฟ้าหรือเครื่องกำเนิดไฟฟ้า
• วารสาร: ส่วนของเพลาที่ขัดเงาอย่างดีซึ่งอยู่ภายในตลับลูกปืน
• ข้อต่อ: ฮับที่ใช้เชื่อมต่อโรเตอร์กับเครื่องจักรอื่น
• ปลอกคอต้านแรงขับ: ส่วนประกอบที่ดูดซับแรงตามแนวแกน
• วงแหวนสมดุลหรือระนาบ: ตำแหน่งที่กำหนดสำหรับการเพิ่มน้ำหนักแก้ไขระหว่างการปรับสมดุล

ปัญหาทั่วไปที่เกี่ยวข้องกับโรเตอร์

การวิเคราะห์การสั่นสะเทือนใช้เพื่อตรวจจับปัญหาต่างๆ มากมายที่เกิดขึ้นกับชุดโรเตอร์:

• ความไม่สมดุล: ปัญหาที่พบบ่อยที่สุดเกิดจากการกระจายมวลที่ไม่เท่ากัน
• เพลาโค้งงอ: ความโค้งหรือโค้งงอทางกายภาพของเพลา
• รอยแตกร้าวของเพลา: รอยแตกร้าวจากความล้าที่กำลังพัฒนาอาจนำไปสู่ความล้มเหลวที่ร้ายแรงได้
• การจัดตำแหน่งที่ไม่ถูกต้อง: แม้ว่าจะเป็นปัญหาที่เกิดขึ้นระหว่างโรเตอร์ แต่ก็ทำให้เกิดความเครียดสูงภายในชุดโรเตอร์
• การถูโรเตอร์-สเตเตอร์: การสัมผัสระหว่างส่วนที่หมุนและส่วนที่อยู่กับที่ของเครื่องจักร
• ความหลวม: การหลวมของส่วนประกอบ (เช่น ใบพัด) บนเพลา

← กลับสู่ดัชนีหลัก