آشنایی با میراگرهای فیلم فشرده
تعریف: میراگر فیلم فشرده چیست؟
آ دمپر فیلم فشرده (SFD) یک تابع غیرفعال است میرایی وسیله‌ای که در ماشین‌آلات دوار برای اتلاف انرژی ارتعاشی و کنترل ... مورد استفاده قرار می‌گیرد. لرزش دامنه‌ها، به ویژه در سرعت‌های بحرانی. میراگر از یک لایه نازک روغن تشکیل شده است که در یک فضای حلقوی شکل اطراف محفظه یاتاقان قرار دارد. هنگامی که یاتاقان (و متصل) روتور) می‌لرزد، محفظه یاتاقان در فضای خالی میراگر نوسان می‌کند و فیلم روغن را فشرده می‌کند. مقاومت ویسکوز در برابر این حرکت فشرده، انرژی را مستهلک می‌کند و بدون افزایش قابل توجه سختی، میرایی را برای سیستم روتور فراهم می‌کند.
میراگرهای فیلم فشرده به طور گسترده در موتورهای هواپیما، توربین‌های گازی صنعتی و سایر ماشین‌آلات پرسرعت که در آنها میرایی پیشرفته برای کنترل ارتعاش و جلوگیری از آن مورد نیاز است، استفاده می‌شوند. ناپایداری‌های روتور.
اصل عملکرد فیزیکی
عمل فشردن
برخلاف یاتاقان‌های ژورنال در جایی که لایه روغن بار شعاعی ثابتی را تحمل می‌کند، میراگرهای لایه فشاری از طریق فشار چرخه‌ای کار می‌کنند:
- لرزش روتور: روتور نامتعادل باعث ایجاد نیروهای ارتعاشی روی یاتاقان می‌شود
- طرح مسکن: محفظه یاتاقان به صورت شعاعی در فضای بین دمپر نوسان می‌کند
- فشرده سازی لایه روغن: با حرکت محفظه به سمت داخل، لایه روغن فشرده می‌شود؛ با حرکت به سمت خارج، لایه روغن منبسط می‌شود.
- مقاومت ویسکوز: روغن در برابر فشرده شدن مقاومت می‌کند و نیروی میرایی ایجاد می‌کند.
- اتلاف انرژی: انرژی ارتعاشی که در روغن به گرما تبدیل می‌شود
تفاوت کلیدی با یاتاقان‌های ژورنال
- یاتاقان ژورنال: بارهای استاتیک و دینامیک را از طریق فشار لایه روغن تحمل می‌کند؛ هم سختی و هم میرایی
- دمپر فیلم فشرده: فقط میرایی و حداقل سختی را فراهم می‌کند؛ بارهای ثابت را تحمل نمی‌کند
- ترکیب: یاتاقان غلتشی (بار را تحمل می‌کند) + SFD (میراسازی را فراهم می‌کند) = سیستم بهینه برای برخی کاربردها
ساخت و طراحی
اجزای اساسی
- محفظه داخلی (محفظه یاتاقان): سطح بیرونی محفظه یاتاقان غلتشی، آزادانه در جهت شعاعی حرکت می‌کند
- محفظه بیرونی (محفظه دمپر): محفظه ثابت با سوراخ استوانه‌ای دقیق
- ترخیص حلقوی: فاصله شعاعی بین حلقه‌های داخلی و خارجی (معمولاً 0.1-0.5 میلی‌متر)
- تامین نفت: روغن تحت فشار به فضای خالی تزریق می‌شود
- مهر و موم های پایان: حلقه‌های اورینگ یا سایر آب‌بندها برای مهار محوری روغن
- عناصر مرکزی: فنرها یا اجزای نگهدارنده برای جلوگیری از حرکت بیش از حد
پارامترهای طراحی
- فاصله شعاعی (c): ضریب میرایی را تعیین می‌کند (ضریب میرایی کوچکتر = میرایی بیشتر)
- طول (L): طول محوری میراگر (طولانی‌تر = میرایی بیشتر)
- قطر (D): قطر میراگر (بزرگتر = میرایی بیشتر)
- ویسکوزیته روغن (µ): ویسکوزیته بالاتر = میرایی بیشتر
- نوع مهر و موم پایان: بر نشت روغن و میرایی مؤثر تأثیر می‌گذارد
مزایای میراگرهای فیلم فشرده
- میرایی را بدون سختی اضافه می‌کند: افزایش اتلاف انرژی بدون افزایش قابل توجه سرعت‌های بحرانی
- کاهش ارتعاشات سرعت بحرانی: دامنه‌های رزونانس را به سطوح ایمن محدود می‌کند
- جلوگیری از بی‌ثباتی: به پیشگیری کمک می‌کند چرخش روغن, شلاق شفت, و سایر ارتعاشات خود برانگیخته
- نیروهای منتقل شده را ایزوله می‌کند: کاهش لرزش منتقل شده به فونداسیون
- گذراها را در خود جای می‌دهد: به کنترل لرزش در هنگام راه‌اندازی، خاموش شدن و تغییر بار کمک می‌کند
- قابلیت مقاوم سازی: می‌توان بدون طراحی مجدد اساسی به دستگاه‌های موجود اضافه کرد
- عملیات غیرفعال: بدون نیاز به سیستم کنترل یا برق
کاربردها
توربین‌های گازی هواپیما
- تقریباً در موتورهای هواپیماهای مدرن جهانی است
- برای کنترل ارتعاش در طول عبور از سرعت‌های بحرانی ضروری است
- امکان استفاده از یاتاقان‌های غلتشی در کاربردهای پرسرعت را فراهم می‌کند.
- طراحی جمع و جور و سبک وزن، حیاتی برای هوافضا
توربین‌های گازی صنعتی
- در ترکیب با یاتاقان‌های غلتشی یا یاتاقان‌های صفحه‌ای کج‌شونده استفاده می‌شود
- کنترل لرزش در هنگام روشن و خاموش شدن دستگاه
- کاهش ارتعاش منتقل شده به سازه نگهدارنده
کمپرسورهای پرسرعت
- میرایی اضافی فراتر از میرایی یاتاقان فراهم می‌کند
- از ناپایداری در شرایط کم بار جلوگیری می‌کند
- محدوده عملیاتی وسیع‌تری را فراهم می‌کند
برنامه‌های مقاوم‌سازی
- به ماشین آلات موجود با ارتعاش سرعت بحرانی بیش از حد اضافه شده است
- راهکار زمانی که بالانس و هم‌ترازی به اندازه کافی لرزش را کاهش نمی‌دهند
- جایگزینی برای طراحی مجدد اساسی روتور یا یاتاقان
ملاحظات طراحی
محاسبه ضریب میرایی
نیروی میرایی که توسط یک میراگر فیلم فشاری ایجاد می‌شود تقریباً برابر است با:
- فمیرایی = C × سرعت
- که در آن ضریب میرایی C ∝ (µ × D × L³) / c³
- حساسیت بالا به فاصله (c): نصف کردن فاصله، میرایی را 8 برابر افزایش می‌دهد.
- طراحی میرایی بهینه نیازمند انتخاب دقیق پارامترها است
چشمه‌های مرکزی
- هدف: جلوگیری از "خروج دمپر از پایین" (تماس فلز با فلز)
- انتخاب سختی: باید به اندازه کافی نرم باشد تا امکان حرکت دمپر را فراهم کند، اما به اندازه کافی سفت باشد تا در مرکز قرار گیرد.
- انواع رایج: قفس سنجابی (سیم‌های محیطی متعدد)، فنرهای مارپیچی، عناصر الاستومری
تامین و تخلیه نفت
- منبع تغذیه روغن تحت فشار برای حفظ فیلم (معمولاً ۱-۵ بار)
- دبی کافی برای دفع گرمای تولید شده
- زهکشی مناسب برای جلوگیری از نشت نفت
- تهویه هوا برای جلوگیری از کاویتاسیون در فیلم
چالش‌ها و محدودیت‌ها
چالش‌های طراحی
- کاویتاسیون: لایه روغن می‌تواند کاویتاسیون کند (حباب‌های بخار تشکیل دهد) و میرایی مؤثر را کاهش دهد.
- بلعیدن هوا: هوای ورودی، اثربخشی میرایی را کاهش می‌دهد
- وابستگی فرکانسی: اثربخشی میرایی با فرکانس ارتعاش تغییر می‌کند
- رفتار غیرخطی: تغییرات عملکرد با دامنه (حرکات بزرگ ممکن است از حد مجاز تجاوز کنند)
چالش‌های عملیاتی
- حساسیت دما: تغییرات ویسکوزیته روغن با دما، بر میرایی تأثیر می‌گذارد
- الزامات نظافت: آلودگی می‌تواند مسیر جریان آب را مسدود کند یا به سطوح آسیب برساند.
- وابستگی به عرضه نفت: افت فشار روغن، میرایی را از بین می‌برد.
- سایش مهر و موم: آب‌بندهای انتهایی به مرور زمان تخریب می‌شوند و اثربخشی آنها کاهش می‌یابد.
الزامات نگهداری
- نظارت بر فشار و دمای منبع تغذیه روغن
- آب‌بندهای انتهایی را به‌طور دوره‌ای بررسی کنید
- در طول تعمیرات اساسی، فواصل مناسب را بررسی کنید
- وضعیت فنر مرکزی را بررسی کنید
- تمیز کردن مجاری و فیلترهای روغن
طرح‌های پیشرفته
میراگرهای حلقه پیستونی
- به جای آب‌بندی‌های اورینگی از رینگ‌های پیستون استفاده کنید
- برای توزیع بهتر فشار، مقداری نشتی روغن در نظر بگیرید
- کاهش تمایل به کاویتاسیون
میراگرهای انتهای باز
- بدون آب‌بند انتهایی، روغن به صورت محوری جریان می‌یابد
- طراحی ساده‌تر، بدون مشکل ساییدگی آب‌بند
- نیاز به نرخ جریان روغن بالاتر
- ویژگی‌های میرایی پایدارتر
میراگرهای انتگرالی
- لایه میرایی تشکیل شده بین تکیه‌گاه و محفظه
- بدون قطعه دمپر جداگانه
- جمع و جور اما قابلیت میرایی محدود
اثربخشی و عملکرد
Vibration Reduction
- می‌تواند ارتعاش سرعت بحرانی را تا 50-80% کاهش دهد
- به ویژه برای کنترل رزونانس موثر است
- پیک‌های سرعت بحرانی را گسترش می‌دهد (از شدت آنها می‌کاهد)
- امکان عبور ایمن‌تر از سرعت‌های بحرانی را فراهم می‌کند
افزایش پایداری
- سرعت آستانه را افزایش می‌دهد ناپایداری‌ها
- می‌تواند جلوگیری کند چرخش روغن هنگام استفاده با یاتاقان‌های غلتشی
- میرایی مثبت را برای مقابله با نیروهای بی‌ثبات‌کننده اضافه می‌کند
ابزارهای طراحی و تحلیل
طراحی مناسب میراگر فیلم فشرده مستلزم موارد زیر است:
- تحلیل دینامیکی روتور: مدل‌سازی یکپارچه سیستم روتور-یاتاقان-دمپر
- تجزیه و تحلیل فیلم سیال: حل معادله رینولدز برای توزیع فشار
- تحلیل غیرخطی: در نظر گرفتن کاویتاسیون، رفتار وابسته به دامنه
- آنالیز حرارتی: دمای روغن و اتلاف گرما
- نرم‌افزارهای تخصصی: ابزارهایی مانند DyRoBeS و XLTRC شامل مدل‌های SFD هستند.
چه زمانی از میراگرهای فیلم فشرده استفاده کنیم؟
کاربردهای توصیه‌شده
- ماشین آلات پرسرعت: عملکرد نزدیک یا بالاتر از سرعت‌های بحرانی
- سیستم‌های یاتاقان غلتشی: اضافه کردن میرایی در جایی که یاتاقان‌ها حداقل میرایی را ارائه می‌دهند
- روتورهای انعطاف‌پذیر: عملکرد بالاتر از سرعت بحرانی اول
- مشکلات پایداری: وقتی ناپایداری روتور خطرناک است
- کنترل ارتعاش گذرا: کاهش لرزش هنگام روشن/خاموش شدن
توصیه نمی‌شود چه زمانی
- عملکرد با سرعت پایین که در آن میرایی حیاتی نیست
- محدودیت فضا مانع از نصب می‌شود
- سیستم تأمین نفت در دسترس یا قابل اعتماد نیست
- منابع نگهداری محدود است (دمپرها نیاز به نگهداری سیستم روغن دارند)
- راه‌حل‌های ساده‌تر (متعادل‌سازی، هم‌ترازی) کافی هستند
میراگرهای فیلم فشرده، راه‌حلی زیبا برای کنترل ارتعاش در ماشین‌آلات دوار با سرعت بالا ارائه می‌دهند. این میراگرها با فراهم کردن میرایی قابل توجه بدون افزایش سختی، امکان عملکرد در سرعت‌های بحرانی را فراهم می‌کنند، از ناپایداری‌های مخرب جلوگیری می‌کنند و محدوده عملیاتی تجهیزات دوار را افزایش می‌دهند و در عین حال طراحی‌های فشرده و غیرفعال را حفظ می‌کنند.
Categories:
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 