ISO 21940-12：柔性转子的程序和公差
ISO 21940-12 是解决更难的平衡问题的国际标准。 柔性转子 - 转子的形状和不平衡分布随转速变化很大，特别是在接近和通过弯曲时 临界速度。它的全称是 “机械振动 — 转子平衡 — 第 12 部分：柔性转子的程序和公差。” 与 刚性转子, 而在静止状态下保持平衡的柔性转子在工作速度下可能会剧烈振动。本标准提供了这些转子所需的多速度、多平面的专业程序，是以下标准的天然伴侣 ISO 21940-11，它适用于刚性转子。
1.转子的范围和分类
本标准适用于不平衡分布和/或挠曲形态随转速变化的任何转子。ISO 21940-12 围绕典型的 转子构型 具有挠性特征的转子及其适用的平衡程序来构建内容，而非采用编号等级体系。下方广泛引用的五类方案实际上源自已废止的 ISO 11342:1998，仍可作为评估工作复杂程度的有用参考；转子从接近刚性到高度柔性不等：
- 第 1 类 - 刚性转子： 在整个速度范围内均表现为刚性，并按照 ISO 21940-11 标准进行处理。
- 第 2 类 - 准刚性转子： 可在低速时平衡，但可能需要一个 微调平衡 在使用转速下消除残余挠曲。
- 第 3 级 - 需要在多个转速下进行平衡的转子： 通常通过一个或多个临界速度，最常见的是与 影响系数 方法。
- 4 级和 5 级 - 高柔性转子： 如大型涡轮发电机轴，它可激发多种弯曲模式，需要先进的 模态平衡 来校正每种模式。
将转子归入正确的类别，可以预先告诉分析人员工作的复杂程度，以及应该采用哪种程序。
2.平衡程序：两种核心方法
本章是本标准的技术核心。其核心观点是：对于柔性转子，仅进行低速平衡是不够的，必须辅以考虑轴弯曲变形的高速平衡。ISO 21940-12 将相关工作组织为一系列平衡程序——低速程序（标记为 A 至 F，包括单平面、双平面及装配阶段逐步平衡等）和高速程序（G 至 I，在一个或多个升速工况下进行）。高速程序依托两种主要技术：
影响系数法
这项用途广泛的技术将一个已知的 试验重量 每次在一个校正平面上进行校正，并记录所产生的 振动 响应 — 既包括 振幅和相位 - 在多个测量点和多个速度下进行。对每个平面重复上述操作，就能建立一个影响系数矩阵，从数学角度描述任何平面的不平衡如何影响任何点和速度的振动。然后，计算机对矩阵进行反演，求解出一组校正配重质量和角度，从而在整个工作范围内同时将振动降至最低。同样的数学也是单平面工作的基础；您可以使用 影响系数计算器.
模态平衡
模态平衡是一种更直观的物理方法：它将每个弯曲 模式 该转子的不平衡问题。转子以选定的临界转速或接近临界转速运行，以最大限度地激发相应的模态振型；然后通过振动测量确定该模态的有效“重点”，并在最大挠度点（反节点）上放置校正配重以抵消该挠度。对于工作范围内的每一个重要弯曲模态，都要逐个模态地重复这一过程，从而逐个模态地平衡转子。这两种方法并不是对立的；大型设备通常采用混合平衡法，即利用模态洞察力选择平面，并利用影响系数完善配重。
3.规定平衡公差
简单 G级 对刚性转子非常有效的公差通常不适用于柔性转子，因为单一的偏心率数字无法反映随速度变化的弯曲。因此，ISO 21940-12 引入了更宽泛的公差标准，可基于以下方面：
- 限制 残余模态不平衡 适用于每个重要的弯曲模式。
- 限制 轴振动绝对振幅 在指定位置和转速下，尤其是在使用转速下。
- 限制 传递给轴承的力.
这些基于振动和力的限制将验收标准与使用中的严重性标准联系起来，如 ISO 20816 而不是单一的残余不平衡数值。
4.验证最终平衡状态
挠性转子的验收与刚性转子有本质区别。刚性转子只需在单一转速下进行验收；而挠性转子则必须在其整个运行过程中确保平衡。 全部 运行范围。在进行最后的修正后，转子将通过一个 升速运行，在轴承和最大挠度点等关键位置持续监测振动。只有当测量到的振动在所有转速下（尤其是在通过每个临界转速和停留在最大持续运行转速时）都保持在预定限值以下时，转子才会被判定合格。这种全面的检查确认了转子的全部动态特性已得到控制。
5.实地层面和实用工具
虽然大部分柔性转子工作都是在高速平衡钻机上进行的，但同样的振幅和相位测量技能也适用于以下领域 实地平衡 虽然大部分柔性转子工作都是在高速平衡台架上进行的，但同样的振幅和相位测量技能也适用于现场平衡 Balanset-1A 该系统可捕捉机器自身轴承中的 1 倍振幅和相位，计算影响系数，并让工程师无需拆卸即可在运行转速下应用和验证微调校正——这是在车间平衡合格但在使用中仍有轻微弯曲的 2 级准刚性转子的常见需求。对于已安装的中型和大型机器，可采用专用的现场程序和保障措施，如 ISO 21940-13 与本部分同时适用。.
6.要带走的关键概念
- 柔性与刚性行为： 一旦转子的运行转速达到其一阶弯曲临界转速的很大一部分（通常超过 70%），转子即被视为柔性转子 固有频率随着旋转速度的加快，离心力会使其弯曲并改变其不平衡状态。
- 临界速度和模态振型 了解转子的临界转速及其在每个临界转速下的弯曲振型至关重要；每种模态都是一个单独的平衡问题。
- 多平面、多速度 根据多个转速下的测量结果，在多个平面上进行修正是常规做法而非例外。
- 模态平衡： 这是一种强大的策略，即专门增加配重以抵消每个弯曲模态在其反节点处的不平衡。
