Hiểu về rotor cứng
A rôto cứng là một cánh quạt không bị uốn cong đáng kể, không bị gập hoặc thay đổi hình dạng dưới tác động của chính nó mất cân bằng lực tại tốc độ vận hành của nó. Để cân bằng, một rotor được coi là cứng khi nó chạy ở tốc độ thoải mái dưới cốc tần số riêng thứ nhất của nó tốc độ tới hạn — theo quy ước nhỏ hơn 70–75% của nó. Vì hình dạng của nó không đổi, rotor cứng là loại rotor đơn giản nhất và tiết kiệm nhất để cân bằng, và phần lớn máy móc công nghiệp hàng ngày rơi vào loại này.
1. Định nghĩa: Rotor cứng là gì?
Nguyên tắc xác định hành vi rotor cứng là phân bổ của mất cân bằng dọc theo chiều dài rotor không thay đổi khi tốc độ rotor thay đổi. Những điểm nặng vẫn ở yên. Trạng thái cân bằng đạt được ở tốc độ thấp, thuận tiện trên máy cân bằng do đó vẫn có giá trị và hiệu quả khi rotor được chạy ở tốc độ vận hành cao hơn nhiều sau đó.
Sự ổn định này xuất phát trực tiếp từ rotor ở xa cốc tần số riêng thứ nhất của nó tốc độ tới hạn. Dưới khoảng 70–75% tốc độ đó, độ võng gây ra bởi lực ly tâm có thể bỏ qua so với tâm sai hình học của chính khối lượng, do đó rotor hoạt động hiệu quả như một vật thể rắn duy nhất quay quanh trục của nó. Trục khối lượng và trục trục không thay đổi tương đối với nhau bất kể RPM.
Những máy móc hàng ngày mà các kỹ sư xử lý như rotor cứng bao gồm phần ứng của động cơ điện, quạt và quạt lưu thông một giai đoạn, cánh quạt máy bơm, bánh lái, ròng rọc, bánh mài và các thành phần kiểu đĩa. Đối với những chiếc này, cân bằng hai mặt phẳng thực hiện chậm sẽ nắm bắt trạng thái mất cân bằng thực sự mà máy sẽ chạy với.
2. Roto Cứng vs. Roto Mềm
Sự phân biệt giữa rotor cứng và rôto linh hoạt là một trong những khái niệm quan trọng nhất trong cân bằng rotor, vì nó xác định toàn bộ chiến lược cân bằng.
Rotor cứng
- Tốc độ hoạt động: tốc độ tới hạn đầu tiên, thường dưới 75%.
- Behaviour: không bị uốn cong hoặc gập dưới lực ly tâm. Các đặc tính mất cân bằng của nó độc lập với tốc độ.
- Quy trình cân bằng: có thể được cân bằng ở một tốc độ thấp duy nhất, thuận tiện. Một tiêu chuẩn cân bằng hai mặt phẳng là đủ để sửa bất kỳ mất cân bằng động, dù là tĩnh, lưỡng cực, hay kết hợp của hai cái. Tiêu chuẩn chi phối cân bằng rotor cứng là Tiêu chuẩn ISO 21940-11 (thay thế ISO 1940-1 quen thuộc từ lâu).
Rotor linh hoạt
- Tốc độ hoạt động: tiếp cận, vượt qua, hoặc vận hành tốt trên hoặc phía trên một hoặc nhiều tốc độ tới hạn của nó.
- Behaviour: uốn và xoắn khi nó vượt qua tốc độ tới hạn. Các lực mất cân bằng khiến rotor thay đổi hình dạng (biến dạng), và vị trí biểu kiến của “điểm nặng” có thể dịch chuyển theo tốc độ vì rotor có hình dạng cong hình dạng chế độ.
- Quy trình cân bằng: phức tạp hơn rất nhiều. Nó đòi hỏi cân bằng đa mặt phẳng (thường hơn hai mặt phẳng) và phải được thực hiện ở hoặc gần tốc độ phục vụ để tính đến sự uốn cong của rotor. Các kỹ thuật modal chuyên biệt được yêu cầu và công việc tuân theo ISO 21940-12.
3. Tầm quan trọng của Giả định “Cứng nhắc”
Giả định rằng một rotor hoạt động cứng là điều làm cho cân bằng thực tế, kinh tế và an toàn trên các máy cân bằng công nghiệp trở nên khả thi. Những máy này thường quay các rotor ở tốc độ tương đối thấp — vài trăm RPM — để đảm bảo an toàn, giảm công suất truyền động và đơn giản hóa cơ học.
Nếu một rotor thực sự cứng, mất cân bằng được đo ở 400 RPM trên máy cân bằng chính là mất cân bằng tạo ra rung động ở 3600 RPM tại hiện trường. Sửa chữa nó ở tốc độ thấp sẽ giải quyết vấn đề ở tốc độ cao. Nếu rotor thực sự mềm dẻo, cân bằng tốc độ thấp đó sẽ không hiệu quả: rotor sẽ cong khi tiến gần đến tốc độ tới hạn của nó và trình bày một trạng thái mất cân bằng hoàn toàn khác ở tốc độ phục vụ của nó — đôi khi có vẻ cân bằng tốt khi đứng yên nhưng rung động nặng khi chạy. Nhận lầm một rotor mềm dẻo là cứng là một nguyên nhân cổ điển của một máy “cân bằng” vẫn còn rung.
4. Khi nào thì rotor được coi là cứng?
Quyết định coi một rotor là cứng dựa vào hình học của nó và tốc độ vận hành của nó:
- Các rotor ngắn, chắc chắn: các rotor có đường kính lớn so với chiều dài của chúng — một bánh mài, một phanh đĩa, một bơm một cấp có cánh quạt — hầu như luôn luôn cứng.
- Các rotor dài, mảnh dẻ: các rotor dài và mỏng, chẳng hạn như một trục truyền động hoặc một rotor nén nhiều cấp, có khả năng mềm dẻo cao hơn nhiều, đặc biệt là khi chúng chạy ở tốc độ cao.
Cuối cùng, bài kiểm tra xác định là tỷ lệ của tốc độ vận hành so với tốc độ tới hạn đầu tiên. Nếu tỷ lệ đó thấp, cách tiếp cận cân bằng rotor cứng là phù hợp và sẽ thành công; nếu cao, các phương pháp rotor mềm dẻo là cần thiết. Đây là lý do tại sao việc hiểu biết về động lực học rôto và nơi mỗi tốc độ tới hạn nằm là cơ sở cho mọi quyết định cân bằng.
5. Cân bằng và Xác minh Rotor Cứng tại Hiện trường
Nhiều rotor cứng được cân bằng tiện lợi nhất tại chỗ, trong các ổ của chúng, thay vì được tháo rời và lắp trên máy cân bằng. Đây là cân bằng trường, và nó phù hợp chính xác với các quạt, máy bơm và động cơ mà giả định cứng áp dụng. Một bộ phân tích hai kênh di động như Balanset-1A đo biên độ 1× và giai đoạn tại mỗi ổ, tính toán hệ số ảnh hưởng từ một lần chạy thử với khối lượng thử, và tính toán các khối lượng hiệu chỉnh cho một hoặc hai mặt phẳng. Vì rotor là cứng, nên sự hiệu chỉnh chi phí thấp duy nhất này có hiệu lực trên toàn bộ dải tốc độ, và sau đó dụng cụ có thể xác nhận mất cân bằng còn lại nằm trong lớp ISO 21940-11 được chọn. Bạn có thể chuyển đổi lớp cân bằng và tốc độ dịch vụ thành dung sai g·mm cho phép bằng Công cụ tính toán độ lệch dư (ISO 21940-11) trước khi bạn bắt đầu.
