Розуміння ротора в обертових машинах

Визначення: Що таке ротор?

A ротор — це основний обертовий вузол у машині. Зазвичай він складається з центрального вала, на якому встановлені інші компоненти, такі як робочі колеса, лопаті, магніти або якорі. Весь вузол підтримується підшипниками та призначений для передачі крутного моменту та виконання роботи. Вивчення поведінки ротора під час обертання, включаючи його вібрації та відхилення, відоме як динаміка ротора, критично важлива галузь машинобудування.

Фундаментальна класифікація: жорсткі та гнучкі ротори

Найважливіша відмінність у динаміці ротора полягає в тому, чи поводиться ротор як «жорстке» чи «гнучке» тіло. Ця класифікація ґрунтується не на властивостях матеріалу, а на співвідношенні між робочою швидкістю машини та обертанням ротора. критичні швидкості (його власні частоти згинання).

Жорсткі ротори

Ротор вважається жорсткий якщо його робоча швидкість значно нижча за критичну швидкість першого згину (зазвичай менше 70% від першої критичної швидкості). При цих швидкостях вал не зазнає жодного значного згинання чи прогинання через динамічні сили. Можна вважати, що весь ротор обертається як єдина жорстка маса.

• Характеристики: Як правило, коротші, кремезніші та працюють на нижчих швидкостях.
• Балансування: Можна повністю виправити за допомогою двоплощинне динамічне балансування згідно з принципами механіки твердого тіла.
• Приклади: Більшість стандартних електродвигунів, низькошвидкісні вентилятори, шліфувальні круги та багато робочих коліс насосів.

Гнучкі ротори

Ротор вважається гнучкий якщо він розроблений для роботи на швидкості, близькій до, на рівні або вище однієї чи кількох критичних швидкостей вигину. Коли ротор наближається до критичної швидкості, вал почне значно відхилятися та згинатися. Форма цього вигину відома як «форма режиму».

• Характеристики: Як правило, довгі, стрункі та працюють на високих швидкостях.
• Балансування: Двоплощинне балансування недостатнє. Гнучкі ротори потребують більш просунутих методів багатоплощинного балансування, які враховують вигин вала. Це може включати «модальне балансування» (балансування кожної форми моди окремо) або балансування коефіцієнта впливу кількох швидкостей.
• Приклади: Великі парові та газові турбіни, високошвидкісні компресори, довгі приводні вали та ротори генераторів.

Проектування та аналіз гнучких роторів набагато складніші, оскільки їхня динамічна поведінка змінюється зі швидкістю.

Загальні компоненти роторного вузла

Ротор – це більше, ніж просто вал. Типовий вузол може включати:

• Вал: Центральний компонент, що передає крутний момент.
• Робочі колеса, лопаті або крильчатки: Компоненти, що працюють з рідиною (у насосах, вентиляторах, турбінах).
• Якір/Обмотки: Обертова частина електродвигуна або генератора.
• Журнали: Високополіровані ділянки вала, що знаходяться в підшипниках.
• Муфти: Маточини, що використовуються для з'єднання ротора з іншою машиною.
• Наполегливі хомути: Компоненти, що поглинають будь-які осьові сили.
• Балансувальні кільця або площини: Визначені місця, куди додаються коригувальні вантажі під час балансування.

Поширені проблеми, пов'язані з роторами

Аналіз вібрації використовується для виявлення широкого спектру проблем, що виникають у вузлі ротора:

• Дисбаланс: Найпоширеніша проблема, спричинена нерівномірним розподілом маси.
• Зігнутий вал: Фізичний вигин або лук у древку.
• Тріщина вала: Розвиток втомної тріщини, яка може призвести до катастрофічного руйнування.
• Нерівність: Хоча це проблема між роторами, вона створює високі напруження всередині вузла ротора.
• Тертя ротора та статора: Контакт між обертовими та нерухомими частинами машини.
• Розпушеність: Вільне прилягання компонента (наприклад, крильчатки) на валу.

← Назад до головного індексу