+7 (988) 379-41-22
Rotorite tasakaalustamine
ROTORI MÕISTE MÄÄRATLUS
Rotor on keha, mis pöörlemisel hoitakse oma kandepindadega tugedes. Kandepindadeks on võllikäbide pinnad või neid asendavad pinnad, mis kannavad koormused tugedele veerelaagrite või libestikelaagrite, gaasi- või vedelikuvoolude, magnet- või elektriväljade jne kaudu. Sirget, mis ühendab kandepindade ristlõigete kontuuride raskuskeskmeid, nimetatakse rotori teljeks.
Tugede arvu järgi on rotorid kahe- ja mitme tugiga. Kui rotorit saab esitada skeemina, kus võlli enda mass on tühine võrreldes sellele kinnitatud osade massidega, mis asuvad selle erinevates punktides, mistõttu võlli massi ei pea arvestama, siis nimetatakse seda koondatud massidega rotoriks. Näiteks turbiinide (auru- ja hüdroturbiinide), tsentrifugaalventilaatorite, turbokompressorite, tsentrifuugide, separaatorite, ekstraktorite, press- ja muude sarnaste masinate rotorid.
Siiski paljudes masinates on võll piisavalt massiivne ja sellele kinnitatud osad jaotuvad kogu selle pikkuse ulatuses nii, et rotori mass (ristlõiked ja nende inertsimomendid) muutub piki rotori ühe või teise seaduse järgi. Nendel juhtudel ei saa võlli enda massi tähelepanuta jätta ja süsteem, mis peegeldab kõige paremini konstruktsiooni dünaamilisi omadusi, on rotor, mille pikkus on pidevalt jaotunud mass, samuti inertsimomendid, giroskoopilised momendid ja hõõrdejõud.
Selliseid rotoreid nimetatakse konstantse (muutuva või astmelise ristlõikega) rotoriteks. Nende hulka kuuluvad turbogeneraatorite, gaasiturbiinmootorite, kaablivintside ja maapuurimismasinate rotorid, trükipresside trumlid, külmvaltsimise kerimismasinate trumlid, laevade propellerivõllid jm.
Raamatu "Gussarov A.A. Rotorite tasakaalustamine. M.: Nauka, 2004" materjalide põhjal:
Gussarov A.A. Masinarotorite tasakaalustamine. M.: Nauka, 2004
ROTORITE LIIGID
Sõltuvalt rotori põhimassi (M) asukohast võib see olla tugedevaheline, kui oluline osa massist asub tugede vahel (joonis 1, a); konsoolne, kui see asub ühe äärmise toe taga (joonis 1, b); kahekonsoolne, kui oluline osa massist asub kahe äärmise toe taga (joonis 1, c). Võimalikud on ka põhimassi asukoha segavariandid (joonis 1, d). Joonisel 1 tähistab m ülejäänud rotori joonmassi; A, B - toed; l - tugedevaheline kaugus; 1 ja 2 - korrigeerimistasandid; ai - kaugused korrigeerimistasanditest tugedeni.
Rotorit, mille puhul pöörlemisel muutub masside suhteline asend ja millel on vähemalt üks painduv või elastselt kinnitatud element, nimetatakse muutuva geomeetriaga rotoriks.
Kui rotori puhul, mis on tasakaalustatud pöörlemissagedusel, mis on väiksem kui esimene kriitiline sagedus kahes suvalises korrigeerimistasandis, ei ületa jääkdisbalansside väärtused lubatud taset kuni suurima töösageduseni, siis nimetatakse sellist rotorit jäigaks. Jäiga rotori esimene kriitiline sagedus on palju kõrgem kui selle tööpöörlemissagedus.
Vastavalt on painduv rotor see, mille puhul pärast tasakaalustamist pöörlemissagedusel, mis on väiksem kui esimene kriitiline sagedus kahes suvalises korrigeerimistasandis, võivad jääkdisbalansside väärtused ületada lubatud taset teistel pöörlemissagedustel kuni suurima töösageduseni.
Raamatu "Gussarov A.A. Masinarotorite tasakaalustamine. M.: Nauka, 2004" materjalide põhjal:
Gussarov A.A. Masinarotorite tasakaalustamine. M.: Nauka, 2004
DISBALANSSI KORRIGEERIMISE PÕHIMEETODID
Disbalansi korrigeerimine toimub massi lisamisega/eemaldamisega või rotori telje nihutamisega (massi tsentreerimisega). Valitud korrigeerimismeetod peab tagama, et on olemas piisav vaba ruum materjali lisamiseks/eemaldamiseks, et kõrvaldada selle toote jaoks maksimaalse võimaliku disbalansi. Ideaalse korrigeerimismeetodi puhul eeldatakse väikseima algse disbalansi leidmist. Siiski on seda sageli raske saavutada.
Tavalised disbalansi vähendamise meetodid võimaldavad saavutada disbalansi suuruse vähenemist suhtes 10/1 ühe käivituse jooksul masina hoolika seadistamise korral.
Massi lisamisega korrigeerimine, eriti täisautomaatsetel masinatel, võib ühe käivituse jooksul ulatuda suhteni 20/1. Kui ühe käivituse jooksul ei õnnestu saavutada piisavat disbalansi taset, tehakse järgmine käivitus jne.
DISBALANSSI KORRIGEERIMINE MASSI LISAMISEGA
- Kahekomponendilise epoksiidkoostise lisamine. Selle meetodi puuduseks on see, et on raske paigutada koostist nii, et selle raskuskese jääks täpselt soovitud kohta.
- Standardseid kaalude lisamine. See meetod on kiire, kuid selle rakendamist piirab asjaolu, et kaalude massi samm on piisavalt suur ja seetõttu ei ole võimalik saavutada piisavat täpsust.
- Massi lisamine keevitustehnikas, st sulametalli kandmine rotori pinnale soovitud kohas. Samal ajal tuleb rakendada meetmeid, et vältida rotori termilist deformatsiooni ja kahjustumist.
MASSI EEMALDAMINE
- Puurimine. Materjal eemaldatakse rotorist puurimise teel, mis teostatakse teatud sügavusele. See on kõige tõhusam disbalansi korrigeerimise meetod.
- Freesimine. Materjal eemaldatakse freesimise teel teatud sügavusele ja pikkusele. Seda kasutatakse juhul, kui on vaja eemaldada piisavalt suuri mass.
- Lihvimine. Materjal eemaldatakse lihvikiga. Seda meetodit kasutatakse üsna harva.
DISBALANSSI ÜHIKUD
Disbalanssi mõõdetakse grammimillimeetrites. See on mass, mis on korrutatud selle massi kaugusega pöörlemisteljest või teisisõnu selle massi raadiusega. Näiteks disbalanss 100 gxmm tähendab, et rotori ühel küljel on ekvivalentne massi liig 10 grammi 10 millimeetri kaugusel või 20 grammi 5 millimeetri kaugusel. Järgmisel joonisel on kujutatud rotor (vaade küljelt) disbalansiga 100 gxmm.
Sama mass tekitab erineva disbalansi sõltuvalt selle kaugusest pöörlemisteljest. Disbalansi määramisel korrutatakse lihtsalt mass selle kaugusega pöörlemisteljest või teisisõnu selle massi raadiusega. Kuigi sama mass tekitab sama disbalansi mis tahes pöörlemiskiirusel, on erinevate pöörlevate kehade puhul lubatud jääkdisbalanss erinev.
Reeglina, mida kõrgem on rotori pöörlemiskiirus, seda väiksem jääkdisbalanss on lubatud ja vastupidi. Kui disbalanss puudub, ei teki enam tsentrifugaaljõudu, mis põhjustab vibratsiooni. Alati jääb mingi jääkdisbalanss ja sellega tuleb leppida, nagu näiteks mehaanilise töötlemise tolerantsiväljaga.
MIKS ON VAJA TASAKAALUSTADA?
- Lõpptoodete kvaliteedi parandamine.
- Vibratsiooni ja müra vähendamine.
- Minimaalne pinge sõlme või mehhanismi konstruktsioonis.
- Minimaalne võimsuskadu sõlmes võli agregaadis.
- Masina kasutusiga pikendatud.
Ainult ühe sõlme või agregaadi pöörleva detaili disbalanss põhjustab kogu masina vibratsiooni. Selle poolt põhjustatud vibratsioon võib viia laagrisõlmede, spindlite ja istmete liigse kulumiseni. Võnked võivad põhjustada resonantsinähtust ja põhjustada mehhanismi täielikku hävimist. Ekspluatatsiooninäitajad halvenevad tugistruktuuride poolt energia neeldumise tõttu.
Liigsed võnked võivad kanduda külgnevatele masinatele ja kahjustada oluliselt nende täpsust ja korrektset toimimist.
Disbalanss ja tsentrifugaaljõud. Tsentrifugaaljõud mõjub pöörleva keha kogu massile ja paneb selle keha iga osakese püüdlema pöörlemisteljest radiaalselt eemale. Kui pöörleva keha mass on jaotunud ühtlaselt selle telje suhtes, on detail tasakaalustatud ja pöörleb vibratsioonita.
Kui aga massi liig on rotori ühel küljel, siis sellele raskemale poolele mõjuv tsentrifugaaljõud ületab vastasküljel tekkiva tsentrifugaaljõu ja tõmbab kogu rotori raskema poole suunas. Järgmisel joonisel on kujutatud rotor külgvaates, millel on massi liig ühel küljel. Massi poolt tekitatud tsentrifugaaljõu tõttu kaldub kogu rotor nihkuma noole suunas.
Tsentrifugaaljõud suureneb ebaühtlase massijaotusega keha pöörlemiskiiruse ruuduga, st disbalanss tekib tsentrifugaaljõu liigse tõttu, mida põhjustab rotori raskema poole pöörlemine. Kui keha on puhkeolekus, siis liigmass ei põhjusta tsentrifugaaljõudu ja sellest tulenevalt vibratsiooni, kuid disbalanss on ikkagi olemas ja seetõttu on disbalanss suurus, mis ei sõltu pöörlemiskiirusest ja see jääb samaks nii puhkeolekus kui ka pöörlemisel (kui pöörlemisel deformatsiooni ei toimu).
Tsentrifugaaljõud sõltub siiski pöörlemiskiirusest. Mida kõrgem on kiirus, seda suurem on disbalanssi põhjustatud tsentrifugaaljõud ja seda tugevam on vibratsioon. Tsentrifugaaljõud suureneb ruutseaduse järgi; kui pöörlemiskiirus suureneb kaks korda, suureneb tsentrifugaaljõud neli korda jne. Seetõttu, mida kõrgem on pöörlemiskiirus, seda suurem tähtsus on tasakaalustamisel.
DISBALANSSI TEKKIMISE PÕHJUSED
Massi liig rotori ühel küljel joonisel ongi disbalanss või "raske koht". Disbalanss võib tekkida ka massi puudusest (augud, õõnsused, sälgud) ja neid kohti nimetatakse "kergeks kohaks".Disbalanssi võib põhjustada järgmine:
- Valmistusvead, sealhulgas mehaanilise töötlemise ja kokkupanemise defektid.
- Materjali struktuuri muutused (poorilisus, võõrkaasised).
- Detaili asümmeetriline konstruktsioon.
- Töös tekkiv asümmeetria mõnede osade nihkumise tulemusena.
Sümmeetriline konstruktsioon ja korrektne kokkupanemine võib sageli minimeerida tasakaalustamisega seotud probleeme. Suur disbalanss nõuab märkimisväärset korrigeerimist. Tasakaalustamise vajadus tuleb arvestada juba rotori projekteerimise etapis.
DISBALANSSI TÜÜBID
STAATILINE DISBALANSS
Staatiline disbalanss tekib siis, kui peamine inertstelg on nihkunud paralleelselt pöörlemisteljega.
Seda tüüpi disbalanss tekib tavaliselt õhukestes detailides, nagu erinevad rootorid ja turbiinid. Seda tüüpi disbalanssi saab parandada lisamassiga, mis asetatakse raskuskeskme vastas pöörlemisteljega risti olevas tasapinnas. Staatilise disbalanssi saab tuvastada, asetades rotori kahele rangelt horisontaalselt seatud terale. Rotor pöördub sel juhul tasakaaluasendisse, kus "raske koht" on all.
Selle meetodi kasutamine on väga piiratud madala täpsuse tõttu. Staatiline tasakaalustamine on piisav ainult madala kiirusega (kuni 500 p/min) pöörlevate kehade jaoks.
MOMENDISBALANSS
Disbalanss, mille puhul peamine inertstelg lõikab pöörlemistelge raskuskeskmes.
Selline disbalanss tekib siis, kui kaks disbalanssi allikat asetatakse rotori vastaskülgedele ja nendevaheline nurk on 180°. Sel juhul on staatilise meetodi kasutamine disbalanssi tuvastamiseks täiesti võimatu. Kui anda kehale, millel on selline disbalanss, teatud nurkkiirus, siis disbalanss on kergesti tuvastatav ja mõõdetav. Seda tüüpi disbalanssi ei saa parandada massi lisamise või eemaldamisega ühes kohas. Vaja on vähemalt kahte sellist kohta. Teisisõnu vajab momendisbalanss oma parandamiseks teist paari.
KVAASISTAATILINE DISBALANSS
See on disbalanss, mille puhul peamine inertstelg lõikab pöörlemistelge punktis, mis erineb raskuskeskmest.
See disbalanssi tüüp on staatilise disbalanssi ja momendisbalanssi kombinatsioon, kus ühe paari komponendi nurkasend langeb kokku staatilise disbalanssi nurkasendiga. See on dünaamilise disbalanssi erijuht.
DÜNAAMILINE DISBALANSS
See on disbalanss, mille puhul keskne inertstelg ei ole paralleelne ega lõiku pöörlemisteljega.
See on kõige levinum disbalanssi tüüp, mida saab parandada massikorrektsiooniga vähemalt kahes pöörlemisteljega risti olevas tasapinnas. Dünaamiline disbalanss on staatilise disbalanssi ja momendisbalanssi kombinatsioon, kus staatilise disbalanssi nurkasend paari disbalanssi suhtes ei ole 0° ega 180°.