Какво е формата на модата в динамиката на ротора? • Преносим балансьор, вибрационен анализатор "Balanset" за динамично балансиране на трошачки, вентилатори, мулчери, шнекове на комбайни, валове, центрофуги, турбини и много други ротори Какво е формата на модата в динамиката на ротора? • Преносим балансьор, вибрационен анализатор "Balanset" за динамично балансиране на трошачки, вентилатори, мулчери, шнекове на комбайни, валове, центрофуги, турбини и много други ротори

Какво е формата на режима в динамиката на ротора?

Публикувано от admin на

Разбиране на формите на модите в динамиката на ротора

Определение: Какво е форма на мода?

A форма на режима (наричан още вибрационен режим или естествен режим) е характерният пространствен модел на деформация, който ротор системата приема, когато вибрира в една от своите естествени честоти. Той описва относителната амплитуда и фаза на движение във всяка точка по ротора, когато системата осцилира свободно на определена резонансна честота.

Всяка форма на мода е свързана със специфична естествена честота и заедно те образуват пълно описание на динамичното поведение на системата. Разбирането на формите на модите е от основно значение за... динамика на ротора, тъй като те определят къде критични скорости възникват и как роторът ще реагира на различни сили на възбуждане.

Визуално описание на формите на режима

Формите на режима могат да се визуализират като криви на отклонение на роторния вал:

Първи режим (основен режим)

  • Форма: Проста дъга или лък, като скачащо въже с една гърбица
  • Възлови точки: Нула (валът е поддържан от лагери, които действат като приблизителни възли)
  • Максимално отклонение: Обикновено близо до средата на разстоянието между лагерите
  • Честота: Най-ниската естествена честота на системата
  • Критична скорост: Първата критична скорост съответства на този режим

Втори режим

  • Форма: S-образна крива с една възлова точка в средата
  • Възлови точки: Един вътрешен възел, където отклонението на вала е нулево
  • Максимално отклонение: Две места, по едно от всяка страна на възела
  • Честота: По-висока от първи режим, обикновено 3-5 пъти по-висока от честотата на първия режим
  • Критична скорост: Втора критична скорост

Трети режим и по-висок

  • Форма: Все по-сложни вълнови модели
  • Възлови точки: Два за трети режим, три за четвърти режим и т.н.
  • Честота: Постепенно по-високи честоти
  • Практическо значение: Обикновено е приложимо само за много високоскоростни или много гъвкави ротори

Ключови характеристики на формите на режима

Ортогоналност

Различните форми на модовете са математически ортогонални една на друга, което означава, че са независими. Вложената енергия при една модална честота не възбужда други модове (в идеални линейни системи).

Нормализация

Формите на модите обикновено са нормализирани, което означава, че максималното отклонение се мащабира до референтна стойност (често 1.0) за целите на сравнението. Действителната величина на отклонението зависи от амплитудата на форсирането и затихване.

Възлови точки

Възли са места по дължината на вала, където отклонението остава нулево по време на вибрация в този режим. Броят на вътрешните възли е равен на (номер на режим – 1):

  • Първи режим: 0 вътрешни възли
  • Втори режим: 1 вътрешен възел
  • Трети режим: 2 вътрешни възела

Точки на антинодите

Антиноди са места на максимално отклонение във формата на режим. Това са точките на най-голямо напрежение и потенциална повреда по време на резонансна вибрация.

Значение в динамиката на ротора

Прогнозиране на критичната скорост

Всяка форма на режима съответства на критична скорост:

  • Когато работната скорост на ротора съвпада със собствената честота, тази форма на модата се възбужда
  • Роторът се отклонява според модела на формата на режима
  • Дисбаланс силите причиняват максимална вибрация, когато са подравнени с местата на антинодите

Стратегия за балансиране

Ръководство за форми на режима балансиране процедури:

  • Твърди ротори: Работа под първата критична скорост; достатъчно е просто двуравнинно балансиране
  • Гъвкави ротори: Работа над първата критична точка; може да изисква балансиране на видовете транспорт насочване към специфични форми на режима
  • Местоположение на корекционната равнина: Най-ефективен, когато е поставен в местата на антинодите
  • Местоположения на възлите: Добавянето на корекционни тегла във възлите има минимален ефект върху този режим

Анализ на отказите

Формите на режимите обясняват моделите на отказ:

  • Пукнатините от умора обикновено се появяват в местата на антинодите (максимално напрежение на огъване)
  • Повреди на лагерите са по-вероятни на места с голямо отклонение
  • Триене се получава, когато отклонението на вала доближава ротора до неподвижни части

Определяне на формите на режима

Аналитични методи

1. Анализ на крайните елементи (FEA)

  • Най-разпространеният съвременен подход
  • Ротор, моделиран като серия от греди със свойства на маса, твърдост и инерция
  • Анализът на собствените стойности изчислява собствените честоти и съответните форми на модовете
  • Може да отчита сложна геометрия, свойства на материалите, характеристики на лагерите

2. Метод на трансферната матрица

  • Класическа аналитична техника
  • Ротор, разделен на станции с известни свойства
  • Трансферните матрици разпространяват отклонението и силите по протежение на вала
  • Ефективен за относително прости конфигурации на валовете

3. Теория на непрекъснатия лъч

  • За еднородни валове, налични аналитични решения
  • Предоставя изрази в затворена форма за прости случаи
  • Полезно за образователни цели и предварителен дизайн

Експериментални методи

1. Модално тестване (тестване на въздействието)

  • Ударен вал с инструментален чук на множество места
  • Измерете реакцията с акселерометри в множество точки
  • Функциите за честотна характеристика разкриват естествените честоти
  • Форма на режима, извлечена от относителните амплитуди и фази на отговора

2. Измерване на формата на работното отклонение (ODS)

  • Измерване на вибрациите на множество места по време на работа
  • При критични скорости, ODS апроксимира формата на режима
  • Може да се направи с ротор на място
  • Изисква множество сензори или техника с подвижни сензори

3. Масиви от сонди за близост

  • Безконтактни сензори на множество аксиални места
  • Директно измерване на отклонението на вала
  • По време на стартиране/инерция, моделът на отклонение разкрива формите на режима
  • Най-точният експериментален метод за работа с машини

Вариации и влияния на формата на режима

Влияние на твърдостта на лагера

  • Твърди лагери: Възли на местата на лагерите; формите на режима са по-ограничени
  • Гъвкави лагери: Значително движение в местата на лагерите; формите на режима са по-разпределени
  • Асиметрични лагери: Различни форми на мода в хоризонтална и вертикална посока

Зависимост от скоростта

При въртящи се валове, формите на режимите могат да се променят със скоростта поради:

  • Жироскопични ефекти: Причинява разделяне на режимите на напред и назад вихрушка
  • Промени в твърдостта на лагера: Лагерите с флуиден филм се втвърдяват със скоростта
  • Центробежно укрепване: При много високи скорости, центробежните сили добавят твърдост

Режими на вихрушка напред срещу назад

При въртящи се системи всеки режим може да се прояви в две форми:

  • Вихрушка напред: Орбитата на вала се върти в същата посока като въртенето на вала
  • Обратно вихрушка: Орбитата се върти обратно на въртенето на вала
  • Разделяне на честотата: Жироскопичните ефекти причиняват различни честоти на предните и задните режими

Практически приложения

Оптимизация на дизайна

Инженерите използват анализ на формата на режима, за да:

  • Позиционирайте лагерите, за да оптимизирате формите на модите (избягвайте антивъзлите в местата на лагерите)
  • Оразмерете диаметрите на валовете, за да изместите критичните скорости извън работния диапазон
  • Изберете твърдост на лагера, за да оформите благоприятно модалния отговор
  • Добавяне или премахване на маса на стратегически места за промяна на естествените честоти

Отстраняване на неизправности

Когато се появи прекомерна вибрация:

  • Сравнете работната скорост с прогнозираните критични скорости от анализа на формата на режима
  • Идентифицирайте дали работите близо до резонанс
  • Определете кой режим е възбуден
  • Изберете стратегия за модификация, за да изместите проблемния режим от работната скорост

Модално балансиране

Модално балансиране за гъвкави ротори е необходимо разбиране на формите на режимите:

  • Всеки режим трябва да бъде балансиран независимо
  • Корекционни тегла, разпределени така, че да съответстват на моделите на формата на режима
  • Теглата във възлите нямат ефект върху този режим
  • Оптимални корекционни равнини, разположени в антинодите

Визуализация и комуникация

Формите на режимите обикновено се представят като:

  • Криви на отклонение: 2D графики, показващи странично отклонение спрямо аксиално положение
  • Анимация: Динамична визуализация, показваща осцилиращ вал
  • 3D рендеринги: За сложни геометрии или свързани режими
  • Цветни карти: Величина на отклонение, обозначена с цветно кодиране
  • Таблични данни: Числови стойности на отклонението на дискретни станции

Свързани и сложни форми на мода

Странично-торзионно съединяване

В някои системи, режимите на огъване (странично) и усукване (торсионно) се съчетават:

  • Среща се в системи с некръгли напречни сечения или отместени товари
  • Формата на режима включва както странично отклонение, така и ъглово усукване
  • Изисква по-сложен анализ

Свързани режими на огъване

В системи с асиметрична твърдост:

  • Хоризонталният и вертикалният режим се свързват
  • Формите на режима стават елиптични, а не линейни
  • Често срещано в системи с анизотропни лагери или опори

Стандарти и насоки

Няколко стандарта разглеждат анализа на формата на режима:

  • API 684: Насоки за анализ на динамиката на ротора, включително изчисляване на формата на режима
  • ISO 21940-11: Форми на референциите в контекста на балансиране на гъвкав ротор
  • VDI 3839: Немски стандарт за гъвкаво балансиране на ротори, разглеждащ модалните съображения

Връзка с диаграмите на Кембъл

Диаграми на Кембъл показват собствените честоти спрямо скоростта, като всяка крива представлява мода. Формата на модата, свързана с всяка крива, определя:

  • Колко силно дисбалансът на различни места възбужда този режим
  • Къде трябва да се поставят сензорите за максимална чувствителност
  • Какъв тип корекция на балансирането ще бъде най-ефективна

Разбирането на формите на режимите трансформира динамиката на ротора от абстрактни математически прогнози във физическа представа за това как се държат реалните машини, което позволява по-добър дизайн, по-ефективно отстраняване на неизправности и оптимизирани стратегии за балансиране за всички видове въртящо се оборудване.

← Обратно към основния индекс

Категории:
WhatsApp