ISO 21940-12：机械振动 - 转子平衡 - 第12部分：柔性转子的程序和公差

概括

ISO 21940-12 解决了平衡的复杂挑战 柔性转子柔性转子的形状和不平衡分布会随着转速而发生显著变化，特别是当转子接近并经过弯曲处时 临界速度与刚性转子（第11部分介绍）不同，柔性转子无法在低速下进行平衡，也无法在高转速下保持平衡。本标准提供了专业、多速度和多平面的程序，以正确平衡这些复杂的旋转系统，这些系统在燃气轮机、压缩机和长工业辊等高性能机械中很常见。

目录（概念结构）

该标准为理解和执行柔性转子平衡所需的先进方法提供了一个框架：

1. 1、柔性转子的范围及分类：

   本章定义了该标准的范围，指出该标准适用于具有柔性行为的转子，即其不平衡分布和/或偏转形状随转速变化的转子。本章介绍了一个重要的分类系统，该系统根据转子的动态特性对其进行分类，这对于选择合适的平衡策略至关重要。分类范围包括：

   • 第 1 类： 刚性转子 （ISO 21940-11 涵盖）。
   • 第 2 类： 准刚性转子，可以在低速时平衡，但在服务速度下可能需要调整平衡。
   • 第 3 类： 转子需要在多种速度下进行平衡，通常使用 影响系数 方法，通常会经过一个或多个临界速度。
   • 第 4 类和第 5 类： 高度灵活的转子，例如大型涡轮发电机中的转子，需要先进的模态平衡技术来纠正多种弯曲模式。

   这种分类提供了一种系统的方法来确定平衡任务的复杂性以及在整个运行速度范围内实现成功平衡所需的程序。

2. 2. 平衡程序：

   本章构成了该标准的技术核心，详细介绍了柔性转子所需的先进、多阶段平衡程序。它解释了简单的低速平衡是不够的，必须结合高速技术来解释转子的弯曲。该标准概述了两种主要方法：

   • "(《世界人权宣言》) 影响系数 方法： 这是一种用途广泛且应用广泛的技术。它涉及一个系统性的过程：每次将一个已知的试验砝码放置在一个校正平面上，并测量在多个位置和多种速度下产生的振动响应（幅度和相位）。对每个校正平面重复此过程。收集的数据用于计算“影响系数”矩阵，该矩阵在数学上定义了任何平面上的不平衡如何影响任何测量点和速度下的振动。然后，计算机使用该矩阵求解一组校正砝码及其在所有平面上所需的角度位置，以同时最大限度地降低整个速度范围内的振动。
   • 模态平衡： 这是一种更符合物理规律的方法，将转子的每种弯曲模态视为一个单独的不平衡问题。该方法要求转子以特定临界转速或接近临界转速运行，以最大程度地激发相应的模态振型。通过振动测量确定该模态的“重点”位置，并在该模态振型的最大挠度点（波腹）处放置校正砝码以抵消该点的挠度。然后，对转子工作转速范围内的每个显著弯曲模态依次重复此过程，从而有效地逐个平衡转子的一个模态。
3. 3. 平衡公差规范：

   本章解释了用于刚性转子的简单G级公差通常不足以满足柔性转子的要求。相反，它引入了更全面的公差标准，该标准可以基于多种因素，包括：

   • 每个显著弯曲模式的残余模态不平衡的限制。
   • 限制特定位置和速度（尤其是服务速度）下的绝对轴振动幅度。
   • 限制传递到轴承的力。
4. 4. 最终余额状态的验证：

   本最后部分详细介绍了成功平衡的柔性转子的验收标准。与仅需在一个转速下验证的刚性转子不同，柔性转子必须确认其在整个运行转速范围内都保持平衡。施加最终校正重量后，转子将接受最终运转试验。在此运转过程中，将持续监测关键位置（例如轴承和最大挠度点）的振动。标准规定，只有当测得的振动在所有转速下都保持在预定的公差限度以下时，尤其是在通过临界转速和停留在最大连续运行转速时，转子才被认为是可接受的平衡。这种全面的验证确保了转子的复杂动态行为得到有效控制。

关键概念

• 灵活与僵化行为： 根本区别在于：如果转子的运行转速与其一阶弯曲固有频率（临界转速）相比有相当大的比例（通常大于70%），则转子具有柔性。随着转子旋转速度加快，离心力会导致其弯曲，从而改变其不平衡度。
• 临界速度和模态形状： 了解转子的临界转速及其相关的“振型”（转子在该转速下弯曲的形状）对于实现灵活的转子平衡至关重要。每种振型都必须作为单独的平衡问题来处理。
• 多平面、多速度平衡： 核心方法。与可以在低速下在两个平面上实现平衡的刚性转子不同，柔性转子需要在多个平面上进行校正，并在多个速度下进行测量，以确保在整个速度范围内平稳运行。
• 模态平衡： 一种强大的技术，通过添加重物来抵消与每种弯曲模式相关的不平衡。例如，为了平衡第一个弯曲模式，将重物放置在该模式最大挠度点处。

← 返回主索引