Pochopení tlumičů stlačovací fólie
Definice: Co je to squeeze film damper?
A stlačovací fóliový tlumič (SFD) je pasivní tlumení zařízení používané v rotačních strojích k rozptylu vibrační energie a řízení vibrace amplitudy, zejména při kritické rychlosti. Tlumič se skládá z tenké vrstvy oleje obsažené v prstencové vůli obklopující ložiskové těleso. Když je ložisko (a je k němu připevněno) rotor) vibruje, ložisková skříň kmitá v tlumicí vůli a stlačuje olejový film. Viskózní odpor vůči tomuto stlačovacímu pohybu rozptyluje energii a zajišťuje tlumení rotorového systému bez významného zvýšení tuhosti.
Tlumiče s lisovací fólií se široce používají v leteckých motorech, průmyslových plynových turbínách a dalších vysokorychlostních strojích, kde je potřeba vylepšené tlumení pro kontrolu vibrací a prevenci... nestability rotoru.
Fyzikální princip fungování
Stlačovací akce
Na rozdíl od kluzná ložiska kde olejový film nese stálé radiální zatížení, tlumiče stlačitelného filmu fungují cyklickým stlačováním:
- Vibrace rotoru: Nevyvážený rotor vytváří vibrační síly na ložisko
- Návrh na bydlení: Ložiskové pouzdro se radiálně pohybuje v tlumicí vůli
- Stlačování olejového filmu: Jak se pouzdro pohybuje dovnitř, olejový film se stlačuje; jak se pohybuje ven, film se roztahuje
- Viskózní odpor: Olej odolává vytlačování a vytváří tlumicí sílu
- Ztráta energie: Vibrační energie přeměněná v teplo v oleji
Klíčový rozdíl od radiálních ložisek
- Ložisko radiálního kloubu: Přenáší statické i dynamické zatížení prostřednictvím tlaku olejového filmu; jak tuhost, tak tlumení
- Tlumič fólie: Poskytuje pouze tlumení, minimální tuhost; nenese stálé zatížení
- Kombinace: Valivé ložisko (nese zatížení) + tlumič nárazů (zajišťuje tlumení) = optimální systém pro některé aplikace
Konstrukce a design
Základní komponenty
- Vnitřní kroužek (ložiskové pouzdro): Vnější povrch pouzdra valivého ložiska, volně se radiálně pohyblivý
- Vnější kroužek (pouzdro tlumiče): Stacionární pouzdro s přesným válcovým otvorem
- Prstencová vůle: Radiální mezera mezi vnitřním a vnějším kroužkem (obvykle 0,1–0,5 mm)
- Dodávka oleje: Tlakový olej přiváděný do volného prostoru
- Koncová těsnění: O-kroužky nebo jiná těsnění pro axiální zadržení oleje
- Centrovací prvky: Pružiny nebo zajišťovací prvky zabraňující nadměrnému pohybu
Parametry návrhu
- Radiální vůle (c): Určuje koeficient tlumení (menší = větší tlumení)
- Délka (L): Axiální délka tlumiče (delší = větší tlumení)
- Průměr (D): Průměr tlumiče (větší = větší tlumení)
- Viskozita oleje (µ): Vyšší viskozita = větší tlumení
- Typ koncového těsnění: Ovlivňuje únik oleje a účinné tlumení
Výhody tlumičů z lisovací fólie
- Přidává tlumení bez ztuhnutí: Zvyšuje rozptyl energie bez výrazného zvýšení kritických rychlostí
- Snižuje vibrace kritické rychlosti: Omezuje amplitudy rezonance na bezpečné úrovně
- Zabraňuje nestabilitě: Pomáhá předcházet olejový vír, hřídelový bič, a další samobuzené vibrace
- Izoluje přenášené síly: Snižuje vibrace přenášené na základy
- Zvládá přechodové jevy: Pomáhá kontrolovat vibrace během spouštění, vypínání a změn zatížení
- Možnost dodatečné montáže: Lze přidat ke stávajícím strojům bez větší přestavby
- Pasivní provoz: Není potřeba žádný řídicí systém ani napájení
Aplikace
Letecké plynové turbíny
- Téměř univerzální v moderních leteckých motorech
- Nezbytné pro kontrolu vibrací během kritických rychlostních úseků
- Umožňuje použití valivých ložisek ve vysokorychlostních aplikacích
- Kompaktní a lehká konstrukce, klíčová pro letecký průmysl
Průmyslové plynové turbíny
- Používá se v kombinaci s valivými ložisky nebo ložisky s naklápěcími destičkami
- Řídí vibrace během spouštění a vypínání
- Snižuje vibrace přenášené na nosnou konstrukci
Vysokorychlostní kompresory
- Poskytuje dodatečné tlumení nad rámec tlumení ložiska
- Zabraňuje nestabilitě v podmínkách mírného zatížení
- Umožňuje širší provozní rozsah
Aplikace pro dodatečnou montáž
- Přidáno ke stávajícím strojům s nadměrnými vibracemi kritické rychlosti
- Řešení, když vyvážení a seřízení dostatečně nesnižují vibrace
- Alternativa k přepracování hlavního rotoru nebo ložiska
Úvahy o designu
Výpočet součinitele tlumení
Tlumicí síla poskytovaná filmovým tlumičem je přibližně:
- Ftlumení = C × rychlost
- Kde koeficient tlumení C ∝ (µ × D × L³) / c³
- Vysoká citlivost na vůli (c): snížení vůle na polovinu zvyšuje tlumení 8×
- Návrh optimálního tlumení vyžaduje pečlivý výběr parametrů
Středicí pružiny
- Účel: Zabraňte “propadu” tlumiče (kontakt kovu s kovem)
- Výběr tuhosti: Musí být dostatečně měkký, aby umožňoval tlumený pohyb, ale zároveň dostatečně tuhý, aby umožňoval centrování.
- Běžné typy: Klec veverky (více obvodových drátů), vinuté pružiny, elastomerové prvky
Dodávka a odvodnění oleje
- Tlakový přívod oleje pro udržení filmu (obvykle 1–5 barů)
- Dostatečný průtok pro odvod generovaného tepla
- Správná drenáž, aby se zabránilo zaplavení ropou
- Odvzdušnění zabraňuje kavitaci ve fólii
Výzvy a omezení
Designové výzvy
- Kavitace: Olejový film může kavitovat (tvořit bubliny páry), což snižuje účinné tlumení
- Požití vzduchu: Strhávaný vzduch snižuje účinnost tlumení
- Frekvenční závislost: Účinnost tlumení se mění s frekvencí vibrací
- Nelineární chování: Výkon se mění s amplitudou (velké pohyby mohou překročit vůli)
Provozní výzvy
- Teplotní citlivost: Změny viskozity oleje s teplotou ovlivňují tlumení
- Požadavky na čistotu: Kontaminace může zablokovat přívod vody nebo poškodit povrchy
- Závislost na dodávkách ropy: Ztráta tlaku oleje eliminuje tlumení
- Opotřebení těsnění: Koncová těsnění se časem zhoršují, což snižuje jejich účinnost
Požadavky na údržbu
- Sledování tlaku a teploty přívodního oleje
- Pravidelně kontrolujte koncová těsnění
- Během generálních oprav ověřte správné mezery
- Zkontrolujte stav centrovací pružiny
- Vyčistěte olejové kanály a filtry
Pokročilé návrhy
Tlumiče pístních kroužků
- Používejte pístní kroužky místo O-kroužků
- Pro lepší rozložení tlaku nechte unikat olej
- Snižte sklon ke kavitaci
Otevřené tlumiče
- Žádná koncová těsnění, olej teče axiálně
- Jednodušší konstrukce, žádné problémy s opotřebením těsnění
- Vyžadují vyšší průtoky oleje
- Konzistentnější tlumící vlastnosti
Integrální tlumiče
- Tlumicí film vytvořený mezi ložiskovou podložkou a skříní
- Žádná samostatná tlumicí komponenta
- Kompaktní, ale s omezenou tlumicí schopností
Efektivita a výkon
Snížení vibrací
- Může snížit vibrace kritické rychlosti o 50-80%
- Obzvláště účinný pro kontrolu rezonance
- Rozšiřuje kritické rychlostní špičky (činí je méně ostrými)
- Umožňuje bezpečnější průjezd kritickými rychlostmi
Zlepšení stability
- Zvyšuje prahovou rychlost pro nestability
- Může zabránit olejový vír při použití s valivými ložisky
- Přidává pozitivní tlumení pro potlačení destabilizujících sil
Nástroje pro návrh a analýzu
Správný návrh tlumiče stlačitelného filmu vyžaduje:
- Dynamická analýza rotoru: Integrované modelování systému rotor-ložisko-tlumič
- Analýza tekutého filmu: Řešení Reynoldsovy rovnice pro rozložení tlaku
- Nelineární analýza: Zohledněte kavitaci a chování závislé na amplitudě
- Tepelná analýza: Teplota oleje a odvod tepla
- Specializovaný software: Nástroje jako DyRoBeS a XLTRC zahrnují modely SFD
Kdy použít tlumiče z lisovací fólie
Doporučené aplikace
- Vysokorychlostní stroje: Provoz v blízkosti kritických rychlostí nebo nad nimi
- Systémy valivých ložisek: Přidání tlumení tam, kde ložiska poskytují minimální tlumení
- Flexibilní rotory: Provoz nad první kritickou rychlostí
- Problémy se stabilitou: Když hrozí nestabilita rotoru
- Řízení přechodných vibrací: Snížení vibrací při spouštění/vypínání
Nedoporučuje se, když
- Nízkorychlostní provoz, kde tlumení není kritické
- Prostorová omezení brání instalaci
- Systém přívodu oleje není k dispozici nebo není spolehlivý
- Omezené zdroje údržby (tlumiče vyžadují údržbu olejového systému)
- Jednodušší řešení (vyvažování, zarovnání) jsou dostačující
Tlumiče vibrací představují elegantní řešení pro tlumení vibrací u vysokorychlostních rotačních strojů. Díky zajištění významného tlumení bez zvýšení tuhosti umožňují provoz v kritických otáčkách, zabraňují destruktivním nestabilitám a rozšiřují provozní rozsah rotačních zařízení při zachování kompaktních pasivních konstrukcí.
Kategorie:
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 