Разбиране на системата ротор-лагер
A система с роторни лагери е цялостният, интегриран механичен възел, състоящ се от въртящ се ротор (вал с прикрепените към него компоненти), лагерите, които ограничават движението му и поемат натоварванията, както и неподвижната конструкция — корпуси, основи, рамка и фундамент — която свързва лагерите със земята. В динамика на ротора Цялата тази верига се разглежда като едно цяло, тъй като динамичното поведение на всяка част определя поведението на всички останали.
Вместо да разглежда ротора изолирано, задълбоченият роторно-динамичен анализ разглежда системата като взаимосвързана механична мрежа. Свойствата на ротора (маса, твърдост, амортизация), характеристиките на лагерите (твърдост, амортизация, зазор) и свойствата на носещата конструкция (гъвкавост, амортизация) взаимодействат помежду си, за да определят критични скорости, its вибрация отговор, както и неговата стабилност. Променете който и да е елемент и останалите реагират.
1. Компоненти на системата
Роторният възел
Въртящата се част на системата, състояща се от:
- Вал: основният въртящ се елемент, осигуряващ по-голямата част от устойчивостта на огъване.
- Дискове и колела: работни колела, турбинни колела, съединители и ремъчни шайби, които увеличават масата и инерцията.
- Разпределена маса: ротори от барабанния тип или масата на самия вал.
- Съединители: връзките към задвижващото или задвижваното оборудване.
Динамичните характеристики на ротора се определят от разпределението на масата му по оста, от твърдостта на вала при огъване (която зависи от диаметъра, дължината и материала), както и от полярния и диаметралния момент на инерция (които определят жироскопичен ефект), както и вътрешното му затихване, което обикновено е малко. Дали валът се държи като твърд ротор или гъвкав ротор в работния му диапазон е пряко следствие от тези свойства.
Лагери
Елементите на интерфейса, които поддържат ротора и позволяват въртенето му, се разделят на три основни групи:
- Лагери с търкалящи се елементи: сачмени и ролкови лагери.
- Лагери с течен филм: лагери на плъзгащи се лагери, лагери с накланящи се подложки и аксиални лагери.
- Магнитни лагери: активно електромагнитно окачване.
От динамична гледна точка от значение е твърдостта на всеки лагер (устойчивостта му на деформация под натоварване, изразена в N/m или lbf/in), както и затихване (разсейване на енергия, в Н·с/м), малката маса на движещите се части, радиалните и аксиалните clearances (които определят твърдостта и въвеждат нелинейност), както и — което е от решаващо значение за лагерите с течен филм — силна зависимост от скоростта: твърдостта и амортизацията на лагера с плъзгане се променят значително в зависимост от работната скорост.
Носеща конструкция
Към стационарните елементи на фундамента спадат лагерни корпуси и основи, опорната плоча или рамката, която ги свързва, бетонният или стоманеният фундамент, който предава натоварванията към земята, както и всички изолационни елементи — пружини, подложки или опори — използвани за контролиране на вибрациите. Опората осигурява допълнителна твърдост (понякога сравнима с тази на самия ротор, а понякога и по-малка от нея), амортизация чрез материала и съединенията, както и маса, която променя собствените честоти на цялата система. Когато това твърдост на основата е недостатъчна, тя може да определи поведението на машината.
2. Защо анализът на системно ниво е от съществено значение
Поведение при свързване
Характерната черта на системата е, че всеки компонент въздейства върху останалите:
- Отклонение на ротора оказва натоварване върху лагерите.
- Отклонение на лагера променя условията на опора на ротора.
- Гъвкавост на поддръжката позволява на лагерите да се движат, като по този начин намалява видимата твърдост на лагера.
- Вибрации на фундамента се предава обратно към ротора чрез лагерите.
Собствени честоти на системата
Сайтът собствени честоти да са част от цялостната система, а не от някоя отделна част:
- Меките лагери в комбинация с твърд ротор водят до по-ниски критични скорости.
- Твърдите лагери с гъвкав ротор осигуряват по-високи критични скорости.
- Една гъвкава основа може да понижи критичните скорости, дори когато лагерите са твърди.
- Собствената честота на системата никога не е просто собствената честота на ротора.
Определянето на зависимостта между тези честоти и скоростта е точно това, което Диаграма на Кембъл за какво служи, и всяко пресичане съответства на форма на режима на сглобената система.
3. Методи за анализ
Опростени модели
За подготвителната работа инженерите използват упростени модели:
- Греда с единична опора: роторът се разглежда като греда върху твърди опори, като се пренебрегва гъвкавостта на лагерите и фундамента.
- Ротор на Джефкот: концентрирана маса върху гъвкав вал с пружинни опори — класическият учебни модел, който отчита твърдостта на лагерите.
- Методът на трансферната матрица: традиционният ръчен метод за многодискови ротори.
Разширени модели
За точен анализ на реални машини:
- Анализ с метода на крайните елементи (FEA): подробен модел на ротора с пружини, които представляват лагерите.
- Модели на лагери: нелинейна твърдост и амортизация, които варират в зависимост от скоростта, натоварването и температурата.
- Гъвкавост на основата: FEA или модален модел на носещата конструкция.
- Комбиниран анализ: цялата система, включително всеки интерактивен ефект.
4. Основни системни параметри
Приноси за твърдост
Общата твърдост на системата представлява последователно съединение на твърдостите на ротора, лагера и основата:
1/кобщо = 1/kротор + 1/клагер + 1/кфондация
- Най-мекият елемент определя общата твърдост — точно както най-слабото звено определя здравината на веригата.
- Често срещан случай в реалните условия е, когато еластичността на основата води до понижаване на твърдостта на системата под нивото на твърдостта на самия ротор.
Приноси на затихване
- Амортизация на лагерите: обикновено това е основният източник, особено при лагерите с течен филм.
- Омекотяване на основата: структурно и материално заглушаване в опорите.
- Вътрешно амортизиране на ротора: обикновено са много малки и често се пренебрегват.
- Общо затихване: сумата от паралелните амортизиращи елементи.
5. Практически последствия
За машинен дизайн
- Роторът не може да бъде проектиран отделно от лагерите и основата си.
- Изборът на лагери определя достижимите критични скорости.
- Твърдостта на основата трябва да е достатъчна, за да издържи тежестта на ротора.
- Истинската оптимизация отчита всички елементи едновременно.
За балансиране
- Коефициенти на влияние да се отчете реакцията на цялата система, а не само на ротора.
- Балансиране на място автоматично отчита характеристиките на инсталираната система
- Балансирането, извършено върху друг комплект лагери и опори, може да не се пренесе напълно към монтираната машина.
- Системните промени — износване на лагерите, слягане на основата — променят реакцията на баланса с течение на времето.
Именно затова измерванията на място са толкова ценни. Преносим двуканален анализатор като Balanset-1A балансира ротора в неговите лагери, при работна скорост, върху реалната му основа — така че амплитуда-and-фаза събраните данни и изчислените коефициенти на влияние отразяват реалната система „ротор-лагер“, в която машината действително работи, включително опорните и термичните ефекти, които балансиращата машина никога не отчита. остатъчен дисбаланс Следователно това, което се проверява, е остатъчното напрежение, с което роторът ще работи по време на експлоатация.
За отстраняване на неизправности
- Проблемът с вибрациите може да произтича от ротора, лагерите или фундамента.
- При поставянето на диагнозата трябва да се вземе предвид цялата система, а не само една подозирана част.
- Промяната в един компонент променя поведението на цялото.
- Например, влошаването на състоянието на основата може да доведе до понижаване на критичните скорости на машината до работния диапазон.
6. Типични системни конфигурации
Проста конфигурация между лагерите
- Роторът се поддържа от два лагера в двата си края.
- Най-разпространената индустриална конфигурация и най-лесната за анализ.
- Отговаря на стандарта балансиране в две равнини approach.
Конфигурация на надвесен ротор
- Един надвесен ротор се простира отвъд опората на лагера.
- Ръката на момента увеличава натоварването върху лагера.
- Той е по-чувствителен към дисбаланс и е по-податлив на по-силно дисбаланс в двойката компонент.
- Често срещани във вентилатори, помпи и някои двигатели.
Многолагерни системи
- Един ротор се поддържа от три или повече лагера.
- Разпределението на натоварването е по-сложно.
- Правилното центриране между лагерите става от решаващо значение.
- Често срещани в големи турбини, генератори и валци за хартиени машини.
Свързани многороторни системи
- Няколко ротора, свързани с муфи, както при агрегатите „мотор-помпа“ и „турбина-генератор“.
- Всеки ротор има свои лагери, но системите са динамично свързани.
- Това е най-сложната конфигурация за анализ.
- Несъосност в съединението възникват сили на взаимодействие между роторите.
Разглеждането на въртящите се машини като интегрирана система от ротор и лагери — а не като набор от изолирани компоненти — е от основно значение за ефективното проектиране, анализ и отстраняване на неизправности. Гледната точка на ниво система обяснява многобройни вибрационни явления, които, разгледани изолирано, не дават смисъл, и посочва пътя към коригиращи мерки, които действително дават резултат, за надеждна и ефективна работа.
