Разбиране на системата ротор-лагер

Устройства

Преносим балансьор и виброанализатор Balanset-1A

$2,358.31

Части

Сензор за вибрации

$107.47

Части

Оптичен сензор (лазерен тахометър)

$148.07

Устройства

Balanset-4

$8,123.32

Части

Магнитна стойка с размер 60 kgf

$54.93

Части

Рефлективна лента

$11.94

Устройства

Динамичен балансьор "Balanset-1A" OEM

$2,071.73

Определение: Какво е система ротор-лагер?

A система с роторни лагери е цялостният интегриран механичен възел, състоящ се от въртящ се ротор (вал с прикрепени компоненти), носещите лагери, които ограничават движението му и носят товари, и неподвижната носеща конструкция (корпуси на лагери, пиедестали, рамка и фундамент), която свързва лагерите със земята. Тази система се анализира като интегрирано цяло в динамика на ротора защото динамичното поведение на всеки компонент влияе върху всички останали.

Вместо да анализира ротора изолирано, правилният динамичен анализ на ротора третира системата ротор-лагер като свързана механична система, където свойствата на ротора (маса, твърдост, демпфиране), характеристиките на лагерите (твърдост, демпфиране, хлабини) и свойствата на носещата конструкция (гъвкавост, демпфиране) взаимодействат, за да определят... критични скорости, вибрация реакция и стабилност.

Компоненти на системата ротор-лагер

1. Роторният възел

Въртящите се компоненти, включително:

• Вал: Основен въртящ се елемент, осигуряващ твърдост
• Дискове и джанти: Работни колела, турбинни колела, съединители, шайби, добавящи маса и инерция
• Разпределена маса: Барабанни ротори или самата маса на вала
• Съединители: Свързване на ротора към задвижващото или задвижваното оборудване

Характеристики на ротора:

• Разпределение на масата по оста
• Твърдост на вала при огъване (функция на диаметър, дължина, материал)
• Полярни и диаметрални моменти на инерция (влияещи на жироскопските ефекти)
• Вътрешно затихване (обикновено малко)

2. Лагери

Интерфейсните елементи, които поддържат ротора и позволяват въртенето:

Видове лагери

• Търкалящи се лагери: Сачмени лагери, ролкови лагери
• Лагери с флуидно-филмово покритие: Лагери с плъзгащи се лагери, лагери с накланящи се накладки, аксиални лагери
• Магнитни лагери: Активно електромагнитно окачване

Характеристики на лагера

• Твърдост: Съпротивление на огъване под товар (N/m или lbf/in)
• Амортизация: Разсейване на енергия в лагера (N·s/m)
• Маса: Подвижни лагерни компоненти (обикновено малки)
• Разстояния: Радиален и аксиален луфт, влияещи върху твърдостта и нелинейността
• Зависимост от скоростта: Свойствата на флуидния филм се променят значително със скоростта

3. Поддържаща структура

Стационарни фундаментни елементи:

• Корпуси на лагери: Непосредствена конструкция около лагерите
• Пиедестали: Вертикални опори, повдигащи лагери
• Основна плоча/Рамка: Хоризонтална конструкция, свързваща пиедестали
• Фондация: Бетонна или стоманена конструкция, пренасяща товари към земята
• Изолационни елементи: Пружини, тампони или опори, ако се използва виброизолация

Поддържащата структура допринася за:

• Допълнителна твърдост (може да бъде сравнима с или по-малка от твърдостта на ротора)
• Затихване чрез свойствата на материалите и съединенията
• Маса, влияеща върху собствените честоти на системата като цяло

Защо анализът на системно ниво е от съществено значение

Свързано поведение

Всеки компонент влияе върху останалите:

• Отклонение на ротора създава сили върху лагерите
• Отклонение на лагера променя условията за опора на ротора
• Гъвкавост на носещата конструкция позволява движение на лагера, което влияе върху видимата твърдост на лагера
• Вибрации на фундамента подава обратно към ротора през лагерите

Собствени честоти на системата

Собствените честоти са свойства на цялата система, а не на отделните ѝ компоненти:

• Меки лагери + твърд ротор = по-ниски критични скорости
• Твърди лагери + гъвкав ротор = по-високи критични скорости
• Гъвкавата основа може да намали критичните скорости дори при твърди лагери
• Собствена честота на системата ≠ само собствена честота на ротора

Методи за анализ

Опростени модели

За предварителен анализ:

• Проста поддържана греда: Ротор като греда с твърди опори (пренебрегва се гъвкавостта на лагерите и основата)
• Джефкот Ротор: Концентрирана маса върху гъвкав вал с пружинни опори (включва коравината на лагера)
• Метод на трансферната матрица: Класически подход за многодискови ротори

Разширени модели

За точен анализ на реални машини:

• Анализ на крайните елементи (FEA): Детайлно моделиране на ротор с пружинни елементи за лагери
• Модели лагери: Нелинейна твърдост и демпфиране на лагерите спрямо скорост, натоварване, температура
• Гъвкавост на основата: FEA или модален модел на опорна конструкция
• Свързан анализ: Пълна система, включително всички интерактивни ефекти

Ключови системни параметри

Приноси за твърдост

Общата твърдост на системата е последователна комбинация:

• 1/к_общо = 1/k_ротор + 1/к_лагер + 1/к_{фондация}
• Най-мекият елемент доминира над общата твърдост
• Често срещан случай: гъвкавостта на основата намалява коравината на системата под нивото на коравината на ротора.

Приноси на затихване

• Демпфиране на лагера: Обикновено доминиращ източник (особено лагери с флуидно-филмови структури)
• Амортизация на основите: Структурно и материално затихване в опорите
• Вътрешно демпфиране на ротора: Обикновено много малък, обикновено пренебрегнат
• Общо затихване: Сума от паралелни демпферни елементи

Практически последици

За машинен дизайн

• Не може да се проектира ротор изолирано от лагерите и фундамента
• Изборът на лагер влияе върху постижимите критични скорости
• Коравината на основата трябва да е достатъчна за опората на ротора
• Оптимизацията на системата изисква едновременно разглеждане на всички елементи

За балансиране

• Коефициенти на влияние представляват пълния системен отговор
• Балансиране на полето автоматично отчита характеристиките на инсталираната система
• Балансирането в работилницата върху различни лагери/опори може да не се пренесе перфектно в монтирано състояние
• Промените в системата (износване на лагери, слягане на основите) променят баланса на реакцията

За отстраняване на неизправности

• Проблемите с вибрациите могат да възникнат в ротора, лагерите или основата
• Трябва да се вземе предвид цялата система при диагностициране на проблеми
• Промените в един компонент влияят на цялостното поведение
• Пример: Влошаването на основите може да намали критичните скорости

Често срещани системни конфигурации

Проста конфигурация между лагерите

• Ротор, поддържан от два лагера в краищата
• Най-често срещаната индустриална конфигурация
• Най-простата система за анализ
• Стандартен балансиране в две равнини подход

Конфигурация на надвесен ротор

• Роторът се удължава отвъд носещата опора
• По-високи натоварвания на лагерите от рамото на момента
• По-чувствителни към дисбаланс
• Често срещани при вентилатори, помпи, някои двигатели

Многолагерни системи

• Три или повече лагера, поддържащи един ротор
• По-сложно разпределение на натоварването
• Подравняването между лагерите е критично
• Често срещан в големи турбини, генератори, ролки на хартиени машини

Свързани многороторни системи

• Няколко ротора, свързани чрез съединители (моторни помпени агрегати, турбинно-генераторни агрегати)
• Всеки ротор има собствени лагери, но системите са динамично свързани
• Най-сложната конфигурация за анализ
• Несъответствие при свързване създава сили на взаимодействие

Разбирането на въртящите се машини като интегрирани системи ротор-лагер, а не като изолирани компоненти, е от основно значение за ефективното проектиране, анализ и отстраняване на неизправности. Перспективата на системно ниво обяснява много вибрационни явления и насочва правилните коригиращи действия за надеждна и ефективна работа.

---

← Обратно към основния индекс