Какво е нестабилност на ротора? Самовъзбуждащи се вибрации • Преносим балансьор, анализатор на вибрации "Balanset" за динамично балансиране на трошачки, вентилатори, мулчери, шнекове на комбайни, валове, центрофуги, турбини и много други ротори Какво е нестабилност на ротора? Самовъзбуждащи се вибрации • Преносим балансьор, анализатор на вибрации "Balanset" за динамично балансиране на трошачки, вентилатори, мулчери, шнекове на комбайни, валове, центрофуги, турбини и много други ротори

Какво е нестабилност на ротора? Самовъзбуждащи се вибрации

Публикувано от admin на

Разбиране на нестабилността на ротора

Определение: Какво е нестабилност на ротора?

Нестабилност на ротора е състояние във въртящи се машини, при което самовъзбуждаща се вибрация развива се и расте безгранично (ограничено само от нелинейни ефекти или системни повреди). За разлика от вибрациите от дисбаланс или несъответствие, които са принудителни вибрации в отговор на външни сили, нестабилността на ротора е самоподдържащо се трептене, при което енергията непрекъснато се извлича от постоянното въртеливо движение на вала и се подава към вибрационното движение.

Нестабилността на ротора е едно от най-опасните условия в динамика на ротора защото може да се появи внезапно, да нарасне бързо до разрушителни амплитуди и не може да бъде коригирано от балансиране или подравняване. Това изисква незабавно спиране и коригиране на основния дестабилизиращ механизъм.

Фундаментална разлика: Принудителна срещу самовъзбуждаща се вибрация

Принудителна вибрация (стабилна)

Най-често срещаните вибрации на машините са принудителни:

  • Външна сила (дисбаланс, несъосност) задвижва вибрациите
  • Амплитудата на вибрациите е пропорционална на величината на форсирането
  • Честотата съответства на честотата на форсиране (1X, 2X и т.н.)
  • Премахването на силата елиминира вибрациите
  • Системата е стабилна – вибрациите не нарастват безкрайно

Самовъзбуждаща се вибрация (нестабилна)

Нестабилността на ротора води до самовъзбуждащи се вибрации:

  • Енергията се извлича от самото въртене, а не от външни сили
  • Амплитудата нараства експоненциално след превишаване на праговата скорост
  • Честота обикновено на или близо до естествена честота (често субсинхронно)
  • Продължава и расте, дори ако дисбалансът бъде елиминиран
  • Системата е нестабилна – само изключване или коригиращи действия могат да я спрат

Често срещани видове нестабилност на ротора

1. Маслен вихър

Маслен вихър е най-често срещаната нестабилност в системите с флуидно-филмови лагери:

  • Механизъм: Маслен клин в лагера създава тангенциална сила върху вала
  • Честота: Обикновено 0,42-0,48× скорост на движение (субсинхронно)
  • Праг: Възниква, когато скоростта надвиши приблизително два пъти първата критична скорост
  • Симптом: Високоамплитудна субсинхронна вибрация, която се увеличава със скоростта
  • Решение: Промени в конструкцията на лагерите, предварително натоварване или конфигурации на отместване

2. Маслен камшик (тежка нестабилност)

Масленият вихър е тежка форма на маслен вихър:

  • Механизъм: Масленият вихър се фиксира на естествена честота
  • Честота: Заключва се на първа собствена честота, независимо от увеличаването на скоростта
  • Праг: Възниква при 2× първата критична скорост
  • Симптом: Много висока амплитуда, постоянна честота въпреки промените в скоростта
  • Опасност: Може да причини катастрофални повреди на лагерите и вала в рамките на минути

3. Парен вихър

Среща се в парни турбини с лабиринтни уплътнения:

  • Механизъм: Аеродинамични сили на кръстосано свързване в хлабините на уплътненията
  • Честота: Субсинхронно, близко до естествената честота
  • Условия: Диференциали на високо налягане в уплътненията
  • Решение: Вихрови спирачки, устройства против вихрови движения, модификации на конструкцията на уплътненията

4. Камшик с вал

Общ термин за различни самовъзбуждащи се нестабилности:

  • Може да бъде причинено от вътрешно затихване в материала на вала
  • Сухо триене, причинено от уплътнения или триене
  • Аеродинамични или хидродинамични сили на кръстосано свързване

Характеристики и симптоми

Вибрационен подпис

Нестабилността на ротора води до отличителни модели на вибрации:

  • Субсинхронна честота: Честота на вибрациите по-малка от 1× скорост на движение (обикновено 0,4-0,5×)
  • Независимост от скоростта: След като нестабилността се заключи, честотата остава постоянна, дори ако скоростта се промени
  • Бърз растеж: Амплитудата се увеличава експоненциално след превишаване на праговата скорост
  • Висока амплитуда: Може да достигне 2-10 пъти амплитудата на вибрациите на дисбаланса
  • Предна прецесия: Орбитата на вала се върти в същата посока като въртенето на вала

Поведение при настъпване

  • Нестабилността обикновено има прагова скорост
  • Под прага: системата е стабилна, налице са само принудителни вибрации
  • На праг: малко смущение предизвиква начало
  • Над прага: нестабилността се развива бързо
  • В началото може да е периодично, след което да стане постоянно

Диагностична идентификация

Ключови диагностични показатели

Разграничаване на нестабилността от други източници на вибрации:

Характеристика Дисбаланс (принудителен) Нестабилност (самовъзбуждане)
Честота 1× скорост на бягане Субсинхронно (често ~0,45×)
Амплитуда спрямо скорост Увеличава се плавно със скоростта² Внезапно начало над прага
Отговор на балансирането Намалена вибрация Няма подобрение
Честота спрямо скорост Писти със скорост (постоянен ред) Постоянна честота (променя реда)
Поведение при изключване Намалява със скоростта Може да продължи за кратко след спадане на скоростта

Потвърждаване на нестабилност

  • Изпълнете анализ на поръчките—нестабилността се проявява като постоянна честота, променящ се ред
  • Парцел с водопад показва, че честотата не се следва със скоростта
  • Балансирането няма ефект върху субсинхронния компонент
  • Анализ на орбитата показва прецесия напред с естествена честота

Превенция и смекчаване

Съображения за дизайн

  • Адекватно затихване: Проектирайте лагерни системи с достатъчно затихване за предотвратяване на нестабилност
  • Избор на лагер: Изберете видове и конфигурации на лагери, които осигуряват добро демпфиране (лагери с накланяща се подложка, предварително напрегнати лагери)
  • Оптимизация на твърдостта: Правилни съотношения на твърдост на вала и лагера
  • Диапазон на работната скорост: Проектиране за работа под скорости на прага на нестабилност

Решения за проектиране на лагери

  • Накланящи се лагери: Присъщо стабилен тип лагер за високоскоростни приложения
  • Лагери на напорни язовирни стени: Модифицирана геометрия за увеличаване на ефективното затихване
  • Предварително натоварване на лагера: Увеличава твърдостта и демпфирането, повишава прага на скоростта
  • Амортисьори за стискащо фолио: Външни амортисьорни устройства около лагерите

Оперативни решения

  • Ограничение на скоростта: Ограничаване на максималната скорост под прага
  • Увеличаване на натоварването: По-високите натоварвания на лагерите могат да подобрят границите на стабилност
  • Контрол на температурата: Температурата на маслото в лагерите влияе върху вискозитета и демпфирането
  • Непрекъснато наблюдение: Ранното откриване позволява спиране преди да възникнат повреди

Реагиране при извънредни ситуации

Ако по време на работа се установи нестабилност на ротора:

  1. Незабавни действия: Намалете скоростта или изключете незабавно
  2. Не се опитвайте да балансирате: Балансирането няма да коригира нестабилността и е загуба на време.
  3. Условия на документа: Запишете скорост в началото, честота, прогресия на амплитудата
  4. Проучете първопричината: Определете кой механизъм на нестабилност е налице
  5. Корекция на изпълнението: Модифицирайте лагери, уплътнения или работни условия, ако е необходимо
  6. Проверка на корекцията: Тествайте внимателно с непосредствено наблюдение, преди да се върнете в експлоатация

Анализ на стабилността

Инженерите предвиждат и предотвратяват нестабилност чрез анализ на стабилността:

  • Изчислете собствените стойности на системата ротор-лагер
  • Реалната част на собствената стойност показва стабилност (отрицателна = стабилна, положителна = нестабилна)
  • Идентифицирайте праговите скорости, при които се променя стабилността
  • Модификации на дизайна за осигуряване на адекватни граници на стабилност
  • Често изисква специализиран софтуер за динамика на ротора

Нестабилността на ротора, макар и по-рядко срещана от дисбаланса или несъосността, представлява едно от най-сериозните вибрационни състояния във въртящите се машини. Разбирането на механизмите ѝ, разпознаването на симптомите ѝ и познаването на подходящите коригиращи действия са основни умения за инженерите и техниците, работещи с високоскоростно въртящо се оборудване.

← Обратно към основния индекс

Категории: РечникБалансиране на ротора
WhatsApp