Echilibrare dinamica rotor. Cauze ale dezechilibrului mecanic?

De ce trebuie sa echilibram rotoarele sau sa verificam gradul de calitate a echilibrarii acestora pe masura ce le reparam/inspectam, sau instalam pe ele componente rotorice noi (fie rotoare noi de pompa, sau inele noi labirinti sau bucse uzura, etc)?

Ne dorim ca acest articol sa vina in ajutorul dumneavoastra sa identificati mai bine cauze ale dezechilibrului mecanic ale rotorului si sa reduceti nivelul vibratiilor catre un nivel acceptabil care sa imbunatateasca fiabilitatea acestui echipament.

Sunt multe cauze pentru dezechilibrele mecanice gasite in rotoare, cateva dintre ele fiind categorisite de API RP 684 Paragraphs Rotodynamic Tutorial: Lateral Critical Speeds, Unbalance Response, Stability, Train Torsionals and Rotor Balancing dupa cum urmeaza:

• Neomogenitatea materialului din care este fabricat rotorul – datorat problemelelor din procesul de turnare a materialului (neuniformitatea materialului) sau porozitatea rezultata in materialele forjate in cazul arborilor si discurilor rotorice;
• Excentricitatea componentelor rotorice cand centrul geometric al unui ansamblu rotoric nu coincide cu axa acestuia de rotatie;
• Deformari mecanice. Chiar daca componenta rotorica este bine echilibrata dupa fabricatie sau reparatie sau montaj in atelier, rotorul poate fi negativ influentat prin cresterea dezechilibrului mecanic datorita deformarilor cauzate de lipsa tratamentului termic de detensionare, sau deformarilor termice induse de incalziri locale. Spre exemplificare, putem include urmatoarele:
• Jocuri de asamblare reduse care produc incalziri locale ale rotorului datorita atingerilor in zona labirintior rotorului (vezi turbine de abur, compresoare centrifugale, pompe) – sau jocuri reduse datorita montajului incorect al conductelor (stressului indus de conducte);
• Probleme de natura electrica care incalzesc local rotorul generatorului sau motorului electric (eventual, racirea neuniforma a rotorului motorului electric);
• Deformari termice care necesita echilibrari dinamice la temperatura nominala de functionare, chiar daca rotorul a fost bine echilibrat la rece (un caz poate fi rotorul de turbo-generator datorita dilatarii neuniforme ale barelor rotorice);
• Erori de montaj care influenteaza dezechilibrul unui ansamblu rotoric:
• Inconsistenta in procedurile de montaj (montare in diferite pozitii ale cuplajului, sau rotorului de pompa, etc) sau un montaj incorect al unui rotor pe arbore pot produce dezechilibre mecanice semnificative,
• Plus insumarea tolerantelor de montaj intr-un ansamblu rotoric sau, pur si simplu,
• Lipsa unei pene paralele sau a altor componente rotorice;
• Montarea excentrica a componentelor rotorice echilibrate. Componente cum ar fi cuplaje sau etansari de gaz (dry gas seals) care sunt echilibrate ca piese individuale si contin dezechilibrul lor rezidual;
• Coroziune, eroziune sau depuneri de material. Multe rotoare, dar in general cele din aplicatii de transport fluide, au un risc crescut de coroziune, eroziune, abraziune, depuneri de material sau uzuri, iar daca coroziunea sau uzura nu este uniforma atunci este creat dezechilbrul mecanic. Un exemplu des intalnit la rotoarele compresoarelor de aer la care mentananta preventiva de inlocuire a filtrelor de aer e necorespunzatoare, iar praful din atmosfera reuseste sa patrunda in sistem si sa se depuna neuniform pe rotorul compresorului. Imaginati-va doar ce se poate intampla cand, datorita vibratiilor crescute, depunerile se desprind creand probleme si mai serioase de dezechilibru mecanic;

In mare, toate cauzele de mai sus pot exista intr-un rotor mai mult sau mai putin. Insumarea vectoriala a tuturor acestor dezechilibre poate fi redusa la un singur punct numit “punct greu / heavy spot”.

Echilibrarea dinamica a unui rotor este procedura de determinarea a masei/greutatii si a pozitiei a acestui punct greu in asa fel incat o masa/greutate egala poate fi eliminata din aceasta locatie sau o masa/greutate egala poate fi adaugata in pozitia opusa a punctului greu.

… si cu asta am dat si o definitie simpla a echilibrarii dinamice a rotoarelor.

Ar fi mult mai multe de spus, despre tipurile rotoarelor rigide sau elastice/flexibile si de procedurile de echilibrare, dar o lasam pentru mai tarziu.