Tecnologia / Guida tecnica
Squilibrio statico e squilibrio di coppia del rotore: forza e momento
La distribuzione della massa di un rotore può creare un'eccitazione rotante anche quando la sua geometria visibile appare simmetrica. Lo squilibrio statico e lo squilibrio di coppia descrivono proprietà diverse di tale distribuzione. Le forze e i momenti che ne derivano sono ingressi per una risposta strutturale, non una misura diretta dell'ampiezza di vibrazione.
Mantenere la somma delle forze e la somma del momento assiale separate.
L'eccentricità della massa può essere rappresentata mediante vettori in piani normali all'asse. La somma di tali vettori e dei loro momenti assiali spiega perché un rotore possa avere uno squilibrio statico risultante nullo pur producendo una coppia di squilibrio.
01 / Eccentricità della massa
Un vettore di squilibrio ha unità di massa–lunghezza.
Per una distribuzione rigida della massa rispetto a un asse di rotazione designato, un contributo di squilibrio in un piano può essere scritto U = m r, con r vettore di eccentricità trasversale.
Per una distribuzione rigida della massa rispetto a un asse di rotazione designato, un contributo di squilibrio in un piano può essere scritto U = m r, con vettore di scostamento trasversale r. U ha unità kg m. La somma vettoriale descrive la corrispondente componente di squilibrio statico.
Il centro geometrico non coincide automaticamente con il centro di massa e l'asse di rotazione fa parte della definizione. Pale dall'aspetto identico non dimostrano una distribuzione di massa uguale. Queste affermazioni descrivono la meccanica generale dei rotori rigidi, anziché una condizione di fabbricazione misurata di una qualsiasi turbina reale.
02 / Forza rotante
L'intensità dell'eccitazione è proporzionale al quadrato della velocità.
In condizioni di rotazione rigida a velocità costante, un contributo di squilibrio in un piano produce una forza rotante di modulo |U|ω² nel corrispondente bilancio delle forze sui supporti.
In condizioni di rotazione rigida a regime, un contributo di squilibrio in un piano produce una forza rotante di modulo |U|ω² nel pertinente bilancio delle forze sui supporti. La direzione trasversale cambia con la rotazione. Questa è una relazione di forza, non un'ampiezza di velocità o di spostamento.
Con valori inventati |U| = 0.02 kg m e ω = 10 rad/s, il modulo è 2 N. Raddoppiando ω si ottengono 8 N a condizioni invariate. Questi sono dati di ingresso fittizi; il movimento effettivo dipende anche da massa, rigidezza, smorzamento, supporto e distribuzione spaziale dell'eccitazione.
03 / Coppia pura
Gli offset opposti possono annullare la forza, ma mantenere il momento.
Considera vettori di squilibrio uguali e opposti in piani separati da una distanza assiale ℓ.
Considera vettori di squilibrio uguali e opposti in due piani separati da una distanza assiale ℓ. La forza risultante di squilibrio si annulla nel caso ideale di rotore rigido, ma le forze rotanti distanziate generano una coppia. Il suo modulo è |U|ℓω² per questa semplice coppia di vettori.
Utilizzando gli stessi valori ipotetici di U e ω con ℓ = 0.10 m si ottiene 0.20 N m. L’annullamento della forza statica non dimostra quindi che l’eccitazione dinamica ai supporti sia nulla. La spiegazione di Schenck dello squilibrio di coppia distingue questi effetti su piani separati.
04 / Distribuzione generale
Le componenti di squilibrio statico e di coppia possono essere presenti contemporaneamente.
Una distribuzione può avere sia una somma vettoriale trasversale non nulla sia un contributo al momento assiale non nullo.
Una distribuzione può avere sia una somma vettoriale trasversale non nulla sia un contributo di momento assiale non nullo. Lo squilibrio dinamico non è semplicemente un altro termine per un singolo punto pesante. La descrizione generale di Schenck distingue gli effetti dello scostamento del centro di massa da quelli dell'orientamento dell'asse.
Il riferimento assiale scelto influisce sul modo in cui viene espresso il momento quando è presente anche una forza risultante. Forza e momento equivalenti devono rimanere associati durante uno spostamento del riferimento. Una coppia pura a risultante nulla mantiene il proprio momento indipendentemente da tale cambiamento del riferimento assiale.
05 / Movimento osservato
Una singola eccitazione può generare risposte diverse dei supporti.
Una forza rotante può produrre ampiezze misurate diverse in punti diversi perché la struttura ha una propria dinamica.
Una forza rotante può produrre ampiezze misurate diverse in punti diversi perché la struttura ha una propria dinamica. Una frequenza vicina a quella di un modo che risponde all'eccitazione può modificare ampiezza e fase senza cambiare la definizione originale di U.
Una caratteristica che si manifesta una volta per giro non costituisce quindi una diagnosi univoca di squilibrio di massa. Altri meccanismi periodici possono condividere lo stesso ordine. Il guida all'acquisto separa la temporizzazione dell'eccitazione dalla risposta, mentre la guida esistente sulle evidenze di equilibratura riguarda le registrazioni anziché gli interventi correttivi.
06 / Ambito
Lo squilibrio del rotore rigido è soltanto uno dei meccanismi del rotore.
Il moto deformabile, le differenze aerodinamiche e le condizioni operative variabili possono richiedere una descrizione che vada oltre il modello di distribuzione della massa di un corpo rigido.
Il moto flessibile, le differenze aerodinamiche e le condizioni operative variabili possono richiedere una descrizione che vada oltre il modello rigido di distribuzione della massa. Uno squilibrio del carico aerodinamico non è automaticamente la stessa grandezza fisica di un vettore di eccentricità della massa.
Qui non viene assegnato alcun valore di squilibrio MARSTON, grado di bilanciamento, piano di correzione o risultato di vibrazione. La guida non specifica alcuna massa da aggiungere, materiale da rimuovere, prova di bilanciamento o procedura di variazione della velocità. Spiega le grandezze meccaniche senza trasformare una forza ipotetica in una valutazione del prodotto.
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Informazioni generali: Schenck: squilibrio di coppia su piani separati · Schenck: componenti combinate di forza e di coppia. Questi riferimenti spiegano concetti del settore; sono distinti dai documenti MARSTON di prodotto e di progetto applicabili.
Concetti e condizioni fondamentali.
Leggere ogni grandezza insieme al riferimento, alle unità e alle condizioni dichiarate. Una relazione generale non stabilisce un valore specifico di un modello.
| Concetto / grandezza | Significato / relazione | Condizioni / limiti |
|---|---|---|
| Squilibrio nel piano | U = m r in kg m | Scostamento trasversale e asse di rotazione definiti. |
| Forza rotante | |U|ω² in N | Eccitazione di un rotore rigido in rotazione stazionaria. |
| Contributo della coppia | |U|ℓω² in N m | Contributi uguali e opposti, separati assialmente. |
| Caso dinamico generale | Forza e momento insieme | Le due componenti possono coesistere. |
| Risposta alle vibrazioni | Movimento della struttura sostenuta | Non determinato dalla sola ampiezza dell'eccitazione. |
Domande ingegneristiche.
Un aspetto simmetrico dimostra il bilanciamento delle masse?
No. La geometria e la distribuzione della massa sono due aspetti diversi.
|U|ω² fornisce direttamente lo spostamento vibratorio?
No. Questo produce una forza di eccitazione nel modello indicato.
Una risultante statica nulla può coesistere con uno squilibrio di coppia?
Sì. Contributi opposti in piani separati possono mantenere un momento.
Raddoppiare la velocità raddoppia la forza ipotetica?
No. A squilibrio invariato, nel modello ideale la forza è quattro volte maggiore.
Una vibrazione 1x dimostra in modo univoco uno squilibrio di massa?
No. Diverse cause periodiche ed effetti della risposta possono condividere lo stesso ordine.
Questo prescrive una correzione del rotore?
No. Non viene fornita alcuna procedura di equilibratura o di modifica del materiale.
Richiesta tecnica
Discutere la questione tecnica.
La distribuzione di massa di un rotore può creare un'eccitazione rotante anche quando la sua geometria visibile appare simmetrica. Condividi il modello e le informazioni operative o di progetto applicabili per una discussione ingegneristica.