Forståelse af rotor-lejesystemet

Enheder

Bærbar afbalanceringsenhed og vibrationsanalysator Balanset-1A.

$2,358.31

Dele

Vibrationssensor

$107.47

Dele

Optisk sensor (laser-tachometer)

$148.07

Enheder

Balanset-4

$8,123.32

Dele

Magnetisk stativ i størrelse 60 kgf

$54.93

Dele

Reflekterende tape

$11.94

Enheder

Dynamisk afbalancering "Balanset-1A" OEM.

$2,071.73

Definition: Hvad er et rotorlejesystem?

A rotorlejesystem er den komplette integrerede mekaniske samling bestående af en roterende Rotor (aksel med tilhørende komponenter), de støttende lejer, der begrænser dens bevægelse og bærer belastninger, og den stationære støttestruktur (lejehuse, piedestaler, ramme og fundament), der forbinder lejerne til jorden. Dette system analyseres som en integreret helhed i rotordynamik fordi den dynamiske adfærd af hver komponent påvirker alle de andre.

I stedet for at analysere rotoren isoleret, behandler korrekt rotordynamisk analyse rotor-lejesystemet som et koblet mekanisk system, hvor rotoregenskaber (masse, stivhed, dæmpning), lejeegenskaber (stivhed, dæmpning, frigang) og understøtningsstrukturens egenskaber (fleksibilitet, dæmpning) alle interagerer for at bestemme kritiske hastigheder, vibrationer respons og stabilitet.

Komponenter i rotor-lejesystemet

1. Rotorenheden

De roterende komponenter, herunder:

• Aksel: Hovedroterende element, der giver stivhed
• Skiver og hjul: Impeller, turbinehjul, koblinger, remskiver, der tilføjer masse og inerti
• Distribueret masse: Tromlelignende rotorer eller selve akselmassen
• Koblinger: Tilslutning af rotor til driver eller drevet udstyr

Rotorkarakteristika:

• Massefordeling langs aksen
• Akslens bøjningsstivhed (funktion af diameter, længde, materiale)
• Polære og diametrale inertimomenter (påvirker gyroskopiske effekter)
• Intern dæmpning (typisk lille)

2. Lejer

Grænsefladeelementerne, der understøtter rotoren og tillader rotation:

Lejetyper

• Rullende elementlejer: Kuglelejer, rullelejer
• Væskefilmslejer: Løselejer, vippepudlejer, axiallejer
• Magnetiske lejer: Aktiv elektromagnetisk suspension

Lejeegenskaber

• Stivhed: Modstand mod nedbøjning under belastning (N/m eller lbf/in)
• Dæmpning: Energitab i lejet (N·s/m)
• Masse: Bevægelige lejekomponenter (typisk små)
• Rydninger: Radialt og aksialt slør, der påvirker stivhed og ikke-linearitet
• Hastighedsafhængighed: Egenskaber for væskefilmslejer ændrer sig betydeligt med hastigheden

3. Støttestruktur

De stationære fundamentelementer:

• Lejehuse: Umiddelbar struktur omkring lejer
• Piedestaler: Lodrette understøtninger, der løfter lejer
• Bundplade/ramme: Horisontal struktur, der forbinder piedestaler
• Fundament: Beton- eller stålkonstruktion, der overfører laster til jorden
• Isoleringselementer: Fjedre, klodser eller ophæng, hvis der anvendes vibrationsisolering

Støttestrukturen bidrager med:

• Yderligere stivhed (kan være sammenlignelig med eller mindre end rotorstivhed)
• Dæmpning gennem materialeegenskaber og samlinger
• Masse, der påvirker det samlede systems naturlige frekvenser

Hvorfor systemniveauanalyse er afgørende

Koblet adfærd

Hver komponent påvirker de andre:

• Rotorafbøjning skaber kræfter på lejer
• Lejeudbøjning ændrer rotorstøtteforholdene
• Fleksibilitet i støttestrukturen tillader lejebevægelse, hvilket påvirker den tilsyneladende lejestivhed
• Fundamentsvibrationer føres tilbage til rotoren gennem lejer

Systemets naturlige frekvenser

Naturfrekvenser er egenskaber ved det samlede system, ikke individuelle komponenter:

• Bløde lejer + stiv rotor = lavere kritiske hastigheder
• Stive lejer + fleksibel rotor = højere kritiske hastigheder
• Fleksibelt fundament kan sænke kritiske hastigheder selv med stive lejer
• Systemets egenfrekvens ≠ rotorens egenfrekvens alene

Analysemetoder

Forenklede modeller

Til indledende analyse:

• Simpel understøttet bjælke: Rotor som bjælke med stive understøtninger (forsømmer lejer og fundamentfleksibilitet)
• Jeffcott-rotor: Koncentreret masse på fleksibel aksel med fjederstøtter (inklusive lejestivhed)
• Overførselsmatrixmetode: Klassisk tilgang til rotorer med flere skiver

Avancerede modeller

For nøjagtig analyse af virkelige maskiner:

• Finite Element Analysis (FEA): Detaljeret model af rotor med fjederelementer til lejer
• Lejemodeller: Ikke-lineær lejestivhed og dæmpning vs. hastighed, belastning, temperatur
• Fundamentets fleksibilitet: FEA eller modal model af støttestruktur
• Koblet analyse: Fuldt system inklusive alle interaktive effekter

Nøglesystemparametre

Stivhedsbidrag

Den samlede systemstivhed er seriekombination:

• 1/k_total = 1/k_Rotor + 1/k_leje + 1/k_fundament
• Det blødeste element dominerer den samlede stivhed
• Almindeligt tilfælde: Fundamentsfleksibilitet reducerer systemstivheden til under rotorstivhed alene

Dæmpningsbidrag

• Lejedæmpning: Normalt dominerende kilde (især væskefilmslejer)
• Fundamentdæmpning: Strukturel og materialedæmpning i understøtninger
• Rotor intern dæmpning: Typisk meget lille, normalt forsømt
• Total dæmpning: Sum af parallelle dæmpningselementer

Praktiske implikationer

Til maskindesign

• Kan ikke designe rotor isoleret fra lejer og fundament
• Valg af lejer påvirker opnåelige kritiske hastigheder
• Fundamentsstivheden skal være tilstrækkelig til rotorstøtte
• Systemoptimering kræver samtidig overvejelse af alle elementer

Til balancering

• Indflydelseskoefficienter repræsenterer det komplette systemrespons
• Afbalancering af marken tager automatisk højde for systemkarakteristika som installeret
• Værkstedsbalancering på forskellige lejer/understøtninger overføres muligvis ikke perfekt til installeret tilstand
• Systemændringer (lejeslid, fundamentsætning) ændrer balancerespons

Til fejlfinding

• Vibrationsproblemer kan opstå i rotor, lejer eller fundament
• Skal tage hele systemet i betragtning ved diagnosticering af problemer
• Ændringer i én komponent påvirker den samlede adfærd
• Eksempel: Fundamentsnedbrydning kan sænke kritiske hastigheder

Almindelige systemkonfigurationer

Simpel konfiguration mellem lejer

• Rotor understøttet af to lejer i enderne
• Den mest almindelige industrielle konfiguration
• Det enkleste system til analyse
• Standard toplansbalancering nærme sig

Konfiguration af overhængende rotor

• Rotoren forlænges ud over bærende støtte
• Højere lejebelastninger fra momentarmen
• Mere følsom over for ubalance
• Almindelig i ventilatorer, pumper, nogle motorer

Flerlagssystemer

• Tre eller flere lejer, der understøtter en enkelt rotor
• Mere kompleks lastfordeling
• Justering mellem lejer kritisk
• Almindelig i store turbiner, generatorer og papirruller

Koblede multirotorsystemer

• Flere rotorer forbundet med koblinger (motor-pumpesæt, turbine-generatorsæt)
• Hver rotor har egne lejer, men systemer er dynamisk koblet
• Den mest komplekse konfiguration til analyse
• Forskydning ved kobling skaber interaktionskræfter

At forstå roterende maskiner som integrerede rotorlejesystemer snarere end isolerede komponenter er fundamentalt for effektivt design, analyse og fejlfinding. Systemniveauperspektivet forklarer mange vibrationsfænomener og vejleder korrekte korrigerende handlinger for pålidelig og effektiv drift.

---

← Tilbage til hovedindekset