Pöörlevate masinate väändvibratsiooni mõistmine
Definitsioon: Mis on väändvibratsioon?
Väändvibratsioon on pöörleva võlli nurkvõnkumine ümber oma pöörlemistelje – sisuliselt keerduv ja lahtikeerduv liikumine, kus võlli erinevad osad pöörlevad igal ajahetkel veidi erineva kiirusega. Erinevalt külgmine vibratsioon (küljelt küljele liikumine) või aksiaalne vibratsioon (edasi-tagasi liikumine) puhul ei kaasne väändvõnkumisega lineaarset nihet; selle asemel kogeb võll vahelduvat positiivset ja negatiivset nurkkiirendust.
Kuigi väändvibratsioonil on tavaliselt palju väiksemad amplituudid kui külgvibratsioonil ja seda on sageli raske tuvastada, võib see tekitada võllides, sidurites ja hammasratastes tohutuid vahelduvaid pingeid, mis võivad potentsiaalselt viia katastroofiliste väsimusrikete tekkeni ilma hoiatuseta.
Füüsiline mehhanism
Kuidas tekib väändvibratsioon
Väändvibratsiooni saab visualiseerida järgmiselt:
- Kujutage ette pikka võlli, mis ühendab mootorit käitatava koormusega
- Võll toimib nagu väändvedru, salvestades ja vabastades energiat keerdudes
- Muutuvate pöördemomentide häirimisel võnkub võnkumine, kusjuures sektsioonid pöörlevad keskmisest kiirusest kiiremini ja aeglasemalt.
- Need võnkumised võivad kuhjuda, kui ergastussagedus langeb kokku väände loomuliku sagedusega.
Väändelised loomulikud sagedused
Igal võllisüsteemil on väändemomendi loomulikud sagedused, mis on määratud järgmise valemiga:
- Võlli väändejäikus: Sõltub võlli läbimõõdust, pikkusest ja materjali nihkemoodulist
- Süsteemi inerts: Ühendatud pöörlevate komponentide (mootori rootor, sidurid, hammasrattad, koormused) inertsimomendid
- Mitu režiimi: Komplekssetel süsteemidel on mitu torsiooni loomulikku sagedust
- Sidestusefektid: Paindlikud ühendused suurendavad väändejärgivust, vähendades loomulikke sagedusi
Väändvibratsiooni peamised põhjused
1. Kolbmootorite muutuv pöördemoment
Kõige levinum allikas paljudes rakendustes:
- Diisel- ja bensiinimootorid: Põlemissündmused tekitavad pulseerivat pöördemomenti
- Tulistamisjärjekord: Loob mootori pöörlemiskiiruse harmoonilised
- Silindrite arv: Vähem silindreid tekitab suurema pöördemomendi varieeruvuse
- Resonantsi oht: Mootori töökiirus võib kokku langeda kriitiliste väändekiirustega
2. Hammasratta võrgusilma jõud
Käigukastisüsteemid tekitavad väändeergutust:
- Hammasratta hambumissagedus (hammaste arv × p/min) tekitab võnkuva pöördemomendi
- Hammaste vahekauguse vead ja profiili ebatäpsused aitavad kaasa
- Hammasratta lõtk võib põhjustada löökkoormust
- Mitmed käiguastmed loovad keerulisi väändesüsteeme
3. Elektrimootori probleemid
Elektrimootorid võivad tekitada väändehäireid:
- Posti möödasõidu sagedus: Rootori ja staatori vastastikmõju tekitab pulseeriva pöördemomendi
- Katkised rootorivardad: Loob libisemissagedusel pöördemomendi impulsse
- Muutuva sagedusega ajamid (VFD-d): PWM-lülitus võib ergutada väändrežiime
- Käivitavad siirded: Suured pöördemomendi võnkumised mootori käivitamisel
4. Protsessi koormuse variatsioonid
Muutuv koormus juhitavatele seadmetele:
- Kompressori tõusulaine sündmused
- Pumba kavitatsioon tekitab pöördemomendi hüppeid
- Tsüklilised koormused purustites, veskites ja pressides
- Ventilaatorite ja turbiinide labade läbimisjõud
5. Haakeseadise ja jõuülekande probleemid
- Kulunud või kahjustatud sidurid lõtku või tagasilöögiga
- Nurkade all töötavad universaalsed liigendid, mis tekitavad 2× väändergastuse
- Rihmaülekande libisemine ja loksumine
- Ketiajamiga polügoon
Tuvastamise ja mõõtmise väljakutsed
Miks on väändvibratsiooni raske tuvastada
Erinevalt külgvibratsioonist tekitab torsioonvibratsioon ainulaadseid mõõtmisprobleeme:
- Radiaalne nihe puudub: Laagrikorpustel olevad standardsed kiirendusmõõturid ei tuvasta ainult väändliikumist
- Väikesed nurkamplituudid: Tüüpilised amplituudid on kraadi murdosad
- Vajalik erivarustus: Nõuab väändvibratsiooniandureid või keerukat analüüsi
- Sageli tähelepanuta jäetud: Ei kuulu tavapäraste vibratsiooni jälgimise programmide hulka
Mõõtmismeetodid
1. Pingemõõturid
- Nihkepinge mõõtmiseks paigaldatud võlli telje suhtes 45° nurga all
- Pöörleva võlli signaali edastamiseks on vaja telemeetriasüsteemi
- Väändpinge otsene mõõtmine
- Kõige täpsem meetod, kuid keeruline ja kallis
2. Kahe sondiga väändevibratsiooniandurid
- Kaks optilist või magnetilist andurit mõõdavad kiirust võlli erinevates kohtades
- Signaalide faaside erinevus näitab väändvibratsiooni
- Kontaktivaba mõõtmine
- Saab paigaldada ajutiselt või püsivalt
3. Lasertorsioonvibromeetrid
- Võlli nurkkiiruse muutuste optiline mõõtmine
- Kontaktivaba, võlli ettevalmistust pole vaja
- Kallis, aga võimas tõrkeotsinguks
4. Kaudsed näitajad
- Mootori voolu signatuuri analüüs (MCSA) võib paljastada väändeprobleeme
- Siduri ja hammasratta hammaste kulumismustrid
- Võlli väsimuspragude asukohad ja suunad
- Ebatavalised külgmised vibratsioonimustrid, mis võivad olla seotud väänderežiimidega
Tagajärjed ja kahjumehhanismid
Väsimusvead
Väändvibratsiooni peamine oht:
- Võlli rikked: Väsimuspraod, mis on tavaliselt võlli telje suhtes 45° nurga all (maksimaalse nihkepinge tasapinnad)
- Siduritõrked: Hammasratta siduri hammaste kulumine, painduva elemendi väsimus
- Hammasratta hamba purunemine: Kiirendatud väändvõnkumiste abil
- Kiilu ja kiilusoone kahjustused: Võnkuva pöördemomendi tekitatud hõõrdumine ja kulumine
Väändumistõrgete omadused
- Sageli äkiline ja katastroofiline ilma hoiatuseta
- Murdepinnad võlli telje suhtes ligikaudu 45° nurga all
- Murdepinnal olevad rannajäljed, mis viitavad väsimuse progresseerumisele
- Võib esineda isegi siis, kui külgvibratsiooni tase on vastuvõetav
Jõudlusprobleemid
- Kiiruse reguleerimise probleemid täppisajamites
- Käigukastide ja sidurite liigne kulumine
- Hammasratta ragina ja haakeseadise löökide müra
- Jõuülekande ebaefektiivsus
Analüüs ja modelleerimine
Väändeanalüüs projekteerimise ajal
Nõuetekohane disain nõuab väändeanalüüsi:
- Omavõrra sageduse arvutamine: Määrake kõik kriitilised väändekiirused
- Sundvastuse analüüs: Ennustage väändeamplituude töötingimustes
- Campbelli diagramm: Näita väändeomaduste sagedusi töökiiruse suhtes
- Stressianalüüs: Arvutage kriitiliste komponentide vahelduvaid nihkepingeid
- Väsimuselu ennustus: Hinnake komponendi eluiga väändekoormuse all
Tarkvaratööriistad
Spetsiaalne tarkvara teostab väändanalüüsi:
- Mitme inertsiga ühekordse massi mudelid
- Lõplike elementide torsioonanalüüs
- Mööduvate sündmuste ajadomeeni simulatsioon
- Sagedusdomeeni harmooniline analüüs
Leevendamis- ja kontrollimeetodid
Disainilahendused
- Eraldusmarginaalid: Veenduge, et väändelised loomulikud sagedused oleksid ergastussagedustest ±20% kaugusel
- Summutus: Lisage väändesummutid (viskoossed summutid, hõõrdesummutid)
- Paindlikud sidurid: Lisage väändejärgivus madalamatele loomulikele sagedustele alla ergastusvahemiku
- Massi häälestamine: Lisage hoorattaid või muutke inertsiaale, et nihutada loomulikke sagedusi
- Jäikuse muutused: Võlli läbimõõtude või siduri jäikuse muutmine
Operatiivsed lahendused
- Kiirusepiirangud: Vältige pidevat töötamist kriitilistel väändekiirustel
- Kiire kiirendus: Käivitamisel kriitiliste kiiruste kiire ületamine
- Koormuse haldamine: Vältige tingimusi, mis ergastavad torsioonrežiime
- VFD häälestamine: Reguleerige ajami parameetreid, et minimeerida väände ergutust
Komponentide valik
- Suure summutusega sidurid: Elastomeersed või hüdraulilised sidurid, mis hajutavad väändeenergiat
- Väändsummutid: Kolbmootorite ajamite spetsiaalsed seadmed
- Käigukasti kvaliteet: Täppiskäigud kitsaste tolerantsidega vähendavad erutust
- Võlli materjal: Väändekriitiliste võllide jaoks mõeldud suure väsimustugevusega materjalid
Tööstuslikud rakendused ja standardid
Kriitilised rakendused
Väändeanalüüs on eriti oluline järgmistel juhtudel:
- Kolbmootori ajamid: Diiselgeneraatorid, gaasimootorite kompressorid
- Pikad veovõllid: Laeva jõuseadmed, valtsimistehased
- Suure võimsusega käigukastid: Tuuleturbiinid, tööstuslikud käigukastid
- Muutuva kiirusega ajamid: VFD mootorite rakendused, servosüsteemid
- Mitmekehalised süsteemid: Komplekssed jõuülekanded mitme ühendatud masinaga
Asjakohased standardid
- API 684: Rootori dünaamika, sealhulgas väändanalüüsi protseduurid
- API 617: Tsentrifugaalkompressori väändenõuded
- API 672: Pakendatud kolbkompressori väändeanalüüs
- ISO 22266: Pöörlevate masinate väändvibratsioon
- VDI 2060: Väändvibratsioonid ajamisüsteemides
Seos teiste vibratsioonitüüpidega
Kuigi see erineb külg- ja aksiaalvibratsioonist, võib väändvibratsioon nendega kaasneda:
- Külgmine-väändühendus: Teatud geomeetriates toimivad väände- ja külgmised režiimid vastastikmõjus
- Hammasratasvõrk: Väändvibratsioon tekitab hammastele erinevaid koormusi, mis võivad esile kutsuda külgvibratsiooni
- Universaalsed liigendid: Nurkne joondus seob väändejõu külgmise väljundiga
- Diagnostiline väljakutse: Komplekssetel vibratsiooni signatuuridel võib olla panus mitmest vibratsioonitüübist
Väändvibratsiooni mõistmine ja haldamine on jõuülekandesüsteemide usaldusväärse töö jaoks hädavajalik. Kuigi tavapärases jälgimises pööratakse sellele vähem tähelepanu kui külgvibratsioonile, on väändvibratsiooni analüüs kriitilise tähtsusega suure võimsusega või täppisülekandesüsteemide projekteerimisel ja tõrkeotsingul, kus väändvead võivad kaasa tuua katastroofilisi tagajärgi.
Kategooriad:
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 