ISO 21940-12: Quy trình và Dung sai cho các Rotor có Hành vi Linh hoạt
Tiêu chuẩn ISO 21940-12 là tiêu chuẩn quốc tế giải quyết vấn đề khó khăn hơn về cân bằng rôto linh hoạt — các rotor có hình dạng và phân bố mất cân bằng thay đổi đáng kể theo tốc độ, đặc biệt là khi chúng tiếp cận và vượt qua tốc độ tới hạn. Tên đầy đủ của nó là “Rung cơ học — Cân bằng rotor — Phần 12: Quy trình và dung sai cho các rotor có hành vi linh hoạt.” Unlike a rôto cứng, có thể được cân bằng một lần ở tốc độ thấp và được tin tưởng để duy trì cân bằng, một rotor linh hoạt được cân bằng khi đứng yên có thể rung động mạnh ở tốc độ hoạt động của nó. Tiêu chuẩn này cung cấp các thủ tục đa tốc độ, đa mặt phẳng chuyên biệt mà những rotor này yêu cầu, và nó là cộng sự tự nhiên với Tiêu chuẩn ISO 21940-11, quy định cho các rotor cứng.
1. Phạm Vi và Phân Loại Rotor
Tiêu chuẩn áp dụng cho bất kỳ rotor nào có phân bố mất cân bằng và/hoặc hình dạng uốn cong thay đổi theo tốc độ. ISO 21940-12 định khung công việc xung quanh điều kiển bình thường rotor configurations với hành vi linh hoạt và các quy trình cân bằng phù hợp với từng cái, thay vì một hệ thống lớp được đánh số. Lược đồ năm danh mục được trích dẫn rộng rãi dưới đây thực tế xuất phát từ ISO 11342:1998 hiện đã lỗi thời và vẫn là một hướng dẫn hữu ích về độ phức tạp công việc; các rotor dao động từ gần như cứng đến hoàn toàn linh hoạt:
- Lớp 1 — Rotor cứng: hành xử cứng nhắc trên toàn bộ phạm vi tốc độ và được xử lý theo ISO 21940-11.
- Lớp 2 — Rotor bán cứng: có thể được cân bằng ở tốc độ thấp nhưng có thể cần một cân bằng cắt ở tốc độ hoạt động để làm sạch các biến dạng dư thừa.
- Lớp 3 — Rotor yêu cầu cân bằng ở nhiều tốc độ: thường đi qua một hoặc nhiều tốc độ tới hạn, thường được cân bằng bằng Hệ số ảnh hưởng phương pháp.
- Loại 4 và 5 — Các rotor có độ dẻo cao: như các trục máy phát điện tuabin lớn, kích thích nhiều chế độ uốn và cần cân bằng phương thức để hiệu chỉnh từng chế độ.
Việc phân loại rotor vào loại chính xác cho biết cho kỹ sư từ trước công việc sẽ phức tạp như thế nào và cần sử dụng thủ tục nào.
2. Quy trình Cân bằng: Hai Phương pháp Cốt lõi
Chương này là cốt lõi kỹ thuật của tiêu chuẩn. Thông điệp trung tâm của nó là cân bằng tốc độ thấp một mình là không đủ cho một rotor linh hoạt và phải được bổ sung bằng công việc tốc độ cao tính đến sự uốn cong của trục. ISO 21940-12 tổ chức công việc này dưới dạng một họ các quy trình cân bằng — các quy trình tốc độ thấp (được ký hiệu từ A đến F, chẳng hạn như cân bằng đơn mặt phẳng, hai mặt phẳng và cân bằng từng giai đoạn trong quá trình lắp ráp) và các quy trình tốc độ cao (G đến I, được thực hiện ở một hoặc nhiều tốc độ cao). Các quy trình tốc độ cao dựa trên hai kỹ thuật chính:
Phương pháp hệ số ảnh hưởng
Kỹ thuật linh hoạt, được sử dụng rộng rãi này đặt một trọng lượng thử nghiệm trong một mặt phẳng hiệu chỉnh mỗi lần và ghi lại rung động phản ứng — cả hai biên độ và pha — tại nhiều điểm đo và trên nhiều tốc độ. Lặp lại điều này cho mỗi mặt phẳng để xây dựng một ma trận các hệ số ảnh hưởng mô tả toán học cách các biến dạng trong bất kỳ mặt phẳng nào ảnh hưởng đến rung động ở bất kỳ điểm nào và tốc độ. Một máy tính sau đó đảo ngược ma trận đó để giải quyết bộ khối lượng trọng số hiệu chỉnh và góc độ đồng thời giảm thiểu rung động trên toàn bộ phạm vi hoạt động. Toán học tương tự làm nền tảng cho công việc một mặt phẳng; bạn có thể khám phá nó tương tác với Máy tính hệ số ảnh hưởng.
Cân bằng phương thức
Cân bằng chế độ là phương pháp trực quan hơn về mặt vật lý: nó xử lý mỗi bending mode của rotor như một vấn đề mất cân bằng riêng biệt. Rotor được chạy ở hoặc gần tốc độ tới hạn được chọn để kích thích tối đa hình dạng chế độ tương ứng; các phép đo rung động sau đó xác định vị trí “điểm nặng” hiệu dụng cho chế độ đó, và các trọng lượng hiệu chỉnh được đặt tại các điểm độ lệch cực đại — các nút phản — để chống lại nó. Quy trình được lặp lại từng chế độ cho mỗi chế độ uốn đáng kể trong phạm vi hoạt động, cân bằng rotor từng chế độ một. Hai phương pháp không phải là đối thủ; các máy lớn thường được cân bằng bằng một kết hợp lai sử dụng hiểu biết modal để chọn mặt phẳng và các hệ số ảnh hưởng để tinh chỉnh trọng lượng.
3. Xác định Dung sai Cân bằng
The simple Cấp G sai lệch hoạt động tốt như vậy đối với rotor cứng nhắc nói chung là không đủ đối với những rotor linh hoạt, vì một con số độ lệch tâm duy nhất không thể nắm bắt uốn phụ thuộc vào tốc độ. Do đó, ISO 21940-12 giới thiệu các tiêu chí sai lệch rộng hơn, có thể dựa trên:
- Limits on the mất cân bằng dư lượng modal cho mỗi chế độ uốn đáng kể.
- Limits on the biên độ rung động trục tuyệt đối tại các vị trí và tốc độ được chỉ định, đặc biệt là tại tốc độ dịch vụ.
- Limits on the lực truyền tới các ổ trục.
Các giới hạn dựa trên rung động và lực này liên kết các tiêu chí chấp nhận với các tiêu chuẩn mức độ nghiêm trọng trong dịch vụ như Tiêu chuẩn ISO 20816 loạt, thay vì đến một con số mất cân bằng dư lượng duy nhất.
4. Xác minh Trạng thái Cân bằng Cuối cùng
Chấp nhận một rotor linh hoạt về cơ bản khác với một rotor cứng nhắc. Một rotor cứng nhắc được xác minh ở một tốc độ duy nhất; một rotor linh hoạt phải được xác nhận cân bằng xuyên suốt entire phạm vi hoạt động. Sau các hiệu chỉnh cuối cùng, rotor được đưa qua một giai đoạn chuẩn bị, với rung động được theo dõi liên tục tại các vị trí chính như các ổ trục và các điểm độ lệch cực đại. Rotor chỉ được chấp nhận nếu rung động đo được ở dưới các giới hạn được xác định trước tại tất cả các tốc độ — đặc biệt là khi vượt qua mỗi tốc độ tới hạn và khi ở tại tốc độ hoạt động liên tục tối đa. Kiểm tra toàn diện này xác nhận rằng hành vi động lực học đầy đủ của rotor đã được đưa dưới kiểm soát.
5. Khía cạnh Trường và Công cụ Thực tế
Mặc dù phần lớn công việc với rotor linh hoạt diễn ra trên các giàn cân bằng tốc độ cao, các kỹ năng đo biên độ và pha giống nhau áp dụng cho cân bằng trường và cân bằng điều chỉnh sau khi máy được lắp đặt. Một thiết bị phân tích hai kênh di động như Balanset-1A ghi lại biên độ và pha ở tần số 1× trong các vòng bi của máy, tính toán các hệ số ảnh hưởng, và cho phép kỹ sư áp dụng và xác minh một sự hiệu chỉnh cân bằng ở tốc độ hoạt động mà không cần tháo dỡ — một nhu cầu thường gặp đối với các rotor gần cứng Class 2 vượt qua kiểm tra cân bằng tại xưởng nhưng vẫn có độ uốn nhẹ khi hoạt động. Đối với các máy móc cấp trung và lớn đã lắp đặt, các quy trình tại chỗ chuyên dụng và các biện pháp bảo vệ của Tiêu chuẩn ISO 21940-13 áp dụng cùng với phần này.
6. Những khái niệm chính cần ghi nhớ
- Hành vi mềm dẻo so với cứng: một rotor được coi là linh hoạt khi tốc độ hoạt động của nó đạt đến một phần đáng kể — thường là trên 70% — của tần số uốn đầu tiên tần số tự nhiên. Khi nó quay nhanh hơn, các lực ly tâm sẽ làm uốn nó và thay đổi mất cân bằng của nó.
- Tần số tới hạn và hình dạng chế độ: biết được các tần số tới hạn của rotor và các hình dạng mà nó uốn vào ở mỗi tần số là rất cần thiết; mỗi chế độ là một bài toán cân bằng riêng biệt.
- Đa mặt phẳng, đa tốc độ: các sửa chữa trong nhiều mặt phẳng, được thông báo bởi các phép đo ở nhiều tốc độ, là quy tắc chứ không phải ngoại lệ.
- Cân bằng chế độ: một chiến lược mạnh mẽ trong đó các trọng lượng được thêm vào cụ thể để chống lại mất cân bằng của từng chế độ uốn tại các nút chống của nó.
