Разбиране на възловите точки при вибрациите на ротора
Определение: Какво е възлова точка?
A възлова точка (наричан още възел или нодална линия, когато се разглежда триизмерно движение) е специфично място по вибрираща ротор където изместване или отклонението остава нулево по време на вибрация при определена естествена честота. Дори когато останалата част на вала вибрира и се отклонява, възловата точка остава неподвижна спрямо неутралното положение на вала.
Възловите точки са основни характеристики на форми на режима, а техните местоположения предоставят важна информация за динамика на ротора анализ, балансиране процедури и стратегии за поставяне на сензори.
Възлови точки в различни режими на вибрация
Първи режим на огъване
Първият (основен) режим на огъване обикновено има:
- Нулеви вътрешни възли: Няма точки на нулево отклонение по дължината на вала
- Местоположения на лагерите като приблизителни възли: В просто поддържани конфигурации, лагерите действат като почти възлови точки
- Максимално отклонение: Обикновено близо до средата на разстоянието между лагерите
- Проста дъгова форма: Валът се огъва в единична гладка крива
Втори режим на огъване
Вторият режим има по-сложен модел:
- Един вътрешен възел: Единична точка по дължина на вала (обикновено близо до средата на разстоянието), където отклонението е нулево
- S-образна форма на извивката: Валът се огъва в противоположни посоки от двете страни на възела
- Два антинода: Максималните отклонения се появяват от двете страни на възловата точка
- По-висока честота: Собствената честота е значително по-висока от тази на първия режим
Трети режим и по-висок
- Трети режим: Две вътрешни възлови точки, три антинода
- Четвърти режим: Три възлови точки, четири антинода
- Общо правило: Режим N има (N-1) вътрешни възлови точки
- Нарастваща сложност: По-високите режими показват прогресивно по-сложни вълнови модели
Физическо значение на възловите точки
Нулево отклонение
В нодална точка по време на вибрация с естествената честота на този режим:
- Страничното изместване е нулево
- Валът преминава през неутралната си ос
- Въпреки това, напрежението на огъване обикновено е максимално (наклонът на кривата на отклонение е максимален)
- Силите на срязване са максимални във възлите
Нулева чувствителност
Силите или масите, приложени във възловите точки, имат минимален ефект върху този конкретен режим:
- Добавяне корекционни тежести в възлите не балансира ефективно този режим
- Сензорите, разположени във възлите, откриват минимални вибрации за този режим
- Опорите или ограниченията във възлите влияят минимално на естествената честота на режима
Практически последици за балансирането
Избор на корекционна равнина
Разбирането на местоположението на възловите точки ръководи стратегията за балансиране:
За твърди ротори
- Работа под първата критична скорост
- Първият режим не е значително възбуден
- Стандартен балансиране в две равнини близо до краищата на ротора е ефективно
- Нодалните точки не са основен проблем
За гъвкави ротори
- Работа при или над критични скорости
- Трябва да се вземат предвид формите на режима и възловите точки
- Ефективни корекционни равнини: Трябва да е на или близо до местата на антинодите (точки на максимално отклонение)
- Неефективни местоположения: Корекционните равнини във или близо до възлите имат минимален ефект върху този режим
- Модално балансиране: Изрично отчита местоположението на възловите точки при разпределяне на корекционни тегла
Пример: Балансиране на втори режим
Да разгледаме дълъг гъвкав вал, работещ над първата критична скорост, възбуждайки втори режим:
- Вторият режим има една възлова точка близо до средата на участъка
- Поставянето на всички корекционни тежести близо до средата на разстоянието (възела) би било неефективно
- Оптимална стратегия: Поставете корекциите в двете места на антинодите (от двете страни на възела)
- Моделът на разпределение на теглото трябва да съответства на формата на втория режим за ефективно балансиране
Съображения за разположение на сензорите
Стратегия за измерване на вибрации
Възловите точки влияят критично върху мониторинга на вибрациите:
Избягвайте нодални местоположения
- Сензорите на възлите откриват минимални вибрации за този режим
- Може да пропусне значителни проблеми с вибрациите, ако се измерва само във възлите
- Може да създаде погрешно впечатление за приемливи нива на вибрации
Целеви местоположения на антинодите
- Максимална амплитуда на вибрациите в антивъзлите
- Най-чувствителни към развиващите се проблеми
- Обикновено на местата на лагерите за първи режим
- За по-високи режими може да са необходими междинни точки на измерване
Множество точки на измерване
- За гъвкави ротори, измервайте на няколко аксиални места
- Гарантира, че не се пропуска нито един режим поради нодалното позициониране
- Позволява експериментално определяне на формите на модите
- Критичното оборудване често има сензори на всеки лагер, както и в средата на обхвата.
Определяне на местоположението на възловите точки
Аналитично прогнозиране
- Анализ на крайните елементи: Изчислява формите на режима и идентифицира възлови точки
- Теория на лъча: За прости конфигурации, аналитичните решения предвиждат местоположението на възлите
- Инструменти за проектиране: Софтуерът за динамика на ротора предоставя визуални дисплеи на формата с маркирани възли
Експериментална идентификация
1. Тестване за удар (Bump)
- Ударете вала на няколко места с инструментален чук
- Измерете отговора в множество точки
- Местата, които не показват отговор на определена честота, са възлови точки за този режим.
2. Измерване на формата на работното отклонение
- По време на работа близо до критична скорост, измервайте вибрациите на много аксиални места
- Графика на амплитудата на отклонение спрямо позицията
- Точките на нулево пресичане са възлови местоположения
3. Масиви от сонди за близост
- Множество безконтактни сензори по дължината на вала
- Директно измерване на отклонението на вала по време на стартиране/инерция
- Най-точният експериментален метод за идентифициране на възли
Нодални точки срещу антиноди
Нодалните точки и антинодите са допълващи се понятия:
Възлови точки
- Нулево отклонение
- Максимален наклон на огъване и напрежение
- Ниска ефективност при прилагане или измерване на сила
- Идеален за места за поддръжка (минимизиране на предаваната сила)
Антиноди
- Максимално отклонение
- Нулев наклон на огъване
- Максимална ефективност за корекционни тежести
- Оптимални места за разполагане на сензорите
- Места с най-високо напрежение (за комбинирано натоварване)
Практически приложения и казуси
Калъф: Ролка за хартиена машина
- Ситуация: Дълга (6 метра) ролка, работеща при 1200 оборота в минута, с висока вибрация
- Анализ: Работа над първия критичен, възбуждащ втори режим с възел в средата на обхвата
- Първоначален опит за балансиране: Добавяне на тежести в средата на разстоянието (удобен достъп) с лоши резултати
- Решение: Признание, че средната точка на участъка е възлова точка; теглата са преразпределени към четвърт точки (антиноди)
- Резултат: Вибрацията е намалена с 85%, успешно балансиране на режимите
Случай: Мониторинг на парни турбини
- Ситуация: Нова система за наблюдение на вибрациите, показваща ниски вибрации въпреки известния дисбаланс
- Разследване: Сензорът е поставен неволно близо до възловата точка на доминиращия режим
- Решение: Допълнителни сензори в местата на антинодовете разкриха действителните нива на вибрации
- Урок: Винаги вземайте предвид формите на режимите, когато проектирате системи за мониторинг
Разширени съображения
Преместване на възли
В някои системи възловите точки се изместват в зависимост от работните условия:
- Зависимата от скоростта твърдост на лагера променя местоположението на възлите
- Влияние на температурата върху твърдостта на вала
- Реакция, зависима от натоварването
- Асиметричните системи могат да имат различни възли за хоризонтално и вертикално движение
Приблизителни срещу истински възли
- Истински възли: Точни нулеви точки на отклонение в идеални системи
- Приблизителни възли: Места с много ниско (но не нулево) отклонение в реални системи със затихване и други неидеални ефекти
- Практическо съображение: Реалните възли са области с ниско отклонение, а не точни математически точки
Разбирането на възловите точки предоставя ключова информация за вибрационното поведение на ротора и е от съществено значение за ефективното балансиране на гъвкавите ротори, оптималното разположение на сензорите и правилното тълкуване на данните за вибрациите във въртящите се машини.
Категории:
EN 
AR 
AZ 
BG 
ZH 
HR 
CS 
DA 
NL 
ET 
FI 
FR 
DE 
KA 
EL 
HE 
HI 
HU 
ID 
IT 
JA 
KO 
LV 
LT 
MS 
NB 
FA 
PL 
PT_BR 
PT 
RO 
SR 
SK 
SL 
ES 
SV 
TH 
TR 
UR 
UK 
VI 