Puristuskalvovaimentimien ymmärtäminen
Määritelmä: Mikä on puristuskalvovaimennin?
A puristuskalvon vaimennin (SFD) on passiivinen vaimennus laite, jota käytetään pyörivissä koneissa värähtelyenergian haihduttamiseen ja hallintaan tärinä amplitudit, erityisesti kriittiset nopeudet. Vaimennin koostuu ohuesta öljykalvosta, joka sijaitsee laakeripesää ympäröivässä rengasmaisessa välyksessä. Kun laakeri (ja siihen kiinnitetty roottori) värähtelee, laakeripesä värähtelee vaimentajan välyksessä puristaen öljykalvoa. Tälle puristusliikkeelle aiheutuva viskoosi vastus haihduttaa energiaa, mikä vaimentaa roottorijärjestelmää lisäämättä merkittävästi jäykkyyttä.
Puristuskalvovaimentimia käytetään laajalti lentokoneiden moottoreissa, teollisuuden kaasuturbiineissa ja muissa nopeissa koneissa, joissa tarvitaan tehostettua vaimennusta tärinän hallitsemiseksi ja estämiseksi. roottorin epävakaudet.
Fyysinen toimintaperiaate
Puristava toiminta
Toisin kuin liukulaakerit Kun öljykalvo kantaa tasaista säteittäistä kuormitusta, puristuskalvonvaimentimet toimivat syklisen puristuksen kautta:
- Roottorin tärinä: Epätasapainoinen roottori luo laakeriin värähteleviä voimia
- Asuntoliike: Laakeripesä värähtelee säteittäisesti vaimentimen välyksen sisällä
- Öljykalvon puristuminen: Kotelon liikkuessa sisäänpäin öljykalvo puristuu kokoon; ulospäin liikkuessa kalvo laajenee
- Viskoosinen vastus: Öljy vastustaa puristumista ulos, mikä luo vaimennusvoiman
- Energian häviö: Värähtelyenergia muunnetaan lämmöksi öljyssä
Keskeinen ero liukulaakereihin verrattuna
- Akselilaakeri: Kantaa staattisia ja dynaamisia kuormia öljykalvon paineen kautta; sekä jäykkyys että vaimennus
- Purista kalvopeltiä: Tarjoaa vain vaimennusta, minimaalinen jäykkyys; ei kanna tasaisia kuormia
- Yhdistelmä: Vierintälaakeri (kannattaa kuormaa) + SFD (vaimentaa) = optimaalinen järjestelmä joihinkin sovelluksiin
Rakentaminen ja suunnittelu
Peruskomponentit
- Sisärengas (laakeripesä): Vierintälaakeripesän ulkopinta, vapaasti liikkuva säteittäisesti
- Ulkokehä (vaimentimen kotelo): Kiinteä kotelo, jossa on tarkka sylinterimäinen reikä
- Rengasmainen välys: Sisä- ja ulkokehän välinen säteittäinen rako (tyypillisesti 0,1–0,5 mm)
- Öljyn toimitus: Paineistettua öljyä syötetään vapaaseen tilaan
- Päätytiivisteet: O-renkaat tai muut tiivisteet öljyn aksiaaliseen pidättämiseen
- Keskittävät elementit: Jouset tai pidätinominaisuudet liiallisen liikkeen estämiseksi
Suunnitteluparametrit
- Radiaalinen välys (c): Määrittää vaimennuskertoimen (pienempi = enemmän vaimennusta)
- Pituus (P): Vaimentimen aksiaalipituus (pidempi = enemmän vaimennusta)
- Halkaisija (D): Pellin halkaisija (suurempi = enemmän vaimennusta)
- Öljyn viskositeetti (µ): Korkeampi viskositeetti = enemmän vaimennusta
- Päätytiivisteen tyyppi: Vaikuttaa öljynvuotoon ja tehokkaaseen vaimennukseen
Puristuskalvovaimentimien edut
- Lisää vaimennusta ilman jäykkyyttä: Lisää energian häviötä nostamatta kriittisiä nopeuksia merkittävästi
- Vähentää kriittisen nopeuden aiheuttamaa tärinää: Rajoittaa resonanssiamplitudit turvallisille tasoille
- Estää epävakauksia: Auttaa ehkäisemään öljypyörre, akselipiiska, ja muut itsevirittyneet värähtelyt
- Eristää välittyneet voimat: Vähentää perustuksiin välittyvää tärinää
- Kestää transientit: Auttaa hallitsemaan tärinää käynnistyksen, sammutuksen ja kuormituksen muutosten aikana
- Jälkiasennusmahdollisuus: Voidaan lisätä olemassa oleviin koneisiin ilman suuria uudelleensuunnitteluja
- Passiivinen toiminta: Ei vaadi ohjausjärjestelmää tai virtaa
Sovellukset
Lentokoneiden kaasuturbiinit
- Lähes universaali nykyaikaisissa lentokoneiden moottoreissa
- Olennaista tärinän hallitsemiseksi kriittisten nopeuskatkosten aikana
- Mahdollistaa vierintälaakereiden käytön suurnopeussovelluksissa
- Kompakti ja kevyt muotoilu on kriittinen ilmailu- ja avaruusalalla
Teollisuuden kaasuturbiinit
- Käytetään yhdessä vierintäelementin tai kallistuvien laakerien kanssa
- Hallitsee tärinää käynnistysten ja sammutusten aikana
- Vähentää tukirakenteeseen siirtyvää tärinää
Suurnopeuskompressorit
- Tarjoaa lisävaimennusta laakerin vaimennuksen lisäksi
- Estää epävakauksia kevyesti kuormitetuissa olosuhteissa
- Mahdollistaa laajemman toiminta-alueen
Jälkiasennussovellukset
- Lisätty olemassa oleviin koneisiin, joissa on liiallinen kriittisen nopeuden tärinä
- Ratkaisu, kun tasapainotus ja linjaus eivät vähennä tärinää riittävästi
- Vaihtoehto roottorin tai laakerin merkittävälle uudelleensuunnittelulle
Suunnittelunäkökohdat
Vaimennuskertoimen laskeminen
Puristuskalvovaimentimen aikaansaama vaimennusvoima on suunnilleen:
- Fvaimennus = C × nopeus
- Missä vaimennuskerroin C ∝ (µ × D × L³) / c³
- Erittäin herkkä välykselle (c): välyksen puolittaminen lisää vaimennusta 8×
- Optimaalisen vaimennuksen suunnittelu vaatii huolellista parametrien valintaa
Keskitysjouset
- Tarkoitus: Estä pellin "pohjaan meneminen" (metalli-metalli-kosketus)
- Jäykkyyden valinta: Täytyy olla riittävän pehmeä, jotta iskunvaimennin liikkuu, mutta riittävän jäykkä keskittääkseen
- Yleisiä tyyppejä: Oravahäkki (useita ympärysmittaisia lankoja), kierrejouset, elastomeerielementit
Öljyn toimitus ja tyhjennys
- Paineistettu öljynsyöttö kalvon ylläpitämiseksi (tyypillisesti 1–5 bar)
- Riittävä virtausnopeus syntyneen lämmön poistamiseksi
- Asianmukainen salaojitus öljytulvien estämiseksi
- Ilmanvaihto estää kavitaation kalvossa
Haasteet ja rajoitukset
Suunnitteluhaasteet
- Kavitaatio: Öljykalvo voi kavitoida (muodostaa höyrykuplia), mikä heikentää tehokasta vaimennusta
- Ilman nieleminen: Sisään kulkeutuva ilma heikentää vaimennustehoa
- Taajuusriippuvuus: Vaimennustehokkuus vaihtelee värähtelytaajuuden mukaan
- Epälineaarinen käyttäytyminen: Suorituskyky muuttuu amplitudin mukaan (suuret liikkeet voivat ylittää välyksen)
Operatiiviset haasteet
- Lämpötilaherkkyys: Öljyn viskositeetin muutokset lämpötilan mukaan vaikuttavat vaimennukseen
- Puhtausvaatimukset: Kontaminaatio voi tukkia syöttöjärjestelmän tai vahingoittaa pintoja
- Öljyn toimitusriippuvuus: Öljynpaineen lasku poistaa vaimennuksen
- Tiivisteiden kuluminen: Päätytiivisteet hajoavat ajan myötä, mikä vähentää tehokkuutta
Huoltovaatimukset
- Öljyn syöttöpaineen ja -lämpötilan valvonta
- Tarkista päätytiivisteet säännöllisesti
- Tarkista oikeat välykset huoltojen aikana
- Tarkista keskitysjousen kunto
- Puhdista öljykanavat ja suodattimet
Edistyneet mallit
Männänrenkaan iskunvaimentimet
- Käytä männänrenkaita O-rengastiivisteiden sijaan
- Salli jonkin verran öljyvuotoa paremman paineen jakautumisen saavuttamiseksi
- Vähentää kavitaatioalttiutta
Avoimet pellit
- Ei päätytiivisteitä, öljy virtaa aksiaalisesti
- Yksinkertainen rakenne, ei tiivisteiden kulumisongelmia
- Vaatii suurempia öljyn virtausnopeuksia
- Tasaisemmat vaimennusominaisuudet
Integroidut vaimentimet
- Laakerin takaosan ja kotelon väliin muodostunut vaimennuskalvo
- Ei erillistä vaimennuskomponenttia
- Kompakti mutta rajoitettu vaimennuskyky
Tehokkuus ja suorituskyky
Tärinän vähentäminen
- Voi vähentää kriittisen nopeuden tärinää 50-80%:llä
- Erityisen tehokas resonanssin hallintaan
- Leventää kriittisiä nopeuspiikkejä (tekee niistä vähemmän teräviä)
- Mahdollistaa turvallisemman kulun kriittisillä nopeuksilla
Vakauden parannus
- Lisää kynnysnopeutta epävakaisuuksia
- Voi estää öljypyörre kun sitä käytetään vierintälaakereiden kanssa
- Lisää positiivista vaimennusta tasapainottaakseen epävakauttavia voimia
Suunnittelu- ja analyysityökalut
Oikea puristuskalvovaimentimen suunnittelu edellyttää:
- Roottorin dynaaminen analyysi: Roottori-laakeri-vaimenninjärjestelmän integroitu mallinnus
- Nestekalvoanalyysi: Reynoldsin yhtälön ratkaisut painejakaumalle
- Epälineaarinen analyysi: Kavitaation ja amplitudista riippuvan käyttäytymisen selittäminen
- Lämpöanalyysi: Öljyn lämpötila ja lämmönhukka
- Erikoisohjelmisto: Työkaluihin, kuten DyRoBeS ja XLTRC, kuuluvat SFD-mallit
Milloin käyttää puristuskalvovaimentimia
Suositellut sovellukset
- Suurnopeuskoneet: Toimii lähellä kriittisiä nopeuksia tai niitä suuremmilla nopeuksilla
- Vierintälaakerijärjestelmät: Vaimennuksen lisääminen laakerien vaimennukseen
- Joustavat roottorit: Toimii ensimmäisen kriittisen nopeuden yläpuolella
- Vakausongelmat: Kun roottorin epävakaudet ovat vaarassa
- Ohimenevän tärinän hallinta: Käynnistys-/sammutusvärähtelyn vähentäminen
Ei suositella, kun
- Hidas käyttö, jossa vaimennus ei ole kriittinen
- Tilarajoitteet estävät asennuksen
- Öljynsyöttöjärjestelmä ei ole käytettävissä tai on epäluotettava
- Huoltoresurssit rajalliset (vaimentimet vaativat öljyjärjestelmän huoltoa)
- Yksinkertaisemmat ratkaisut (tasapainotus, linjaus) riittävät
Puristuskalvovaimentimet ovat elegantti ratkaisu tärinänvaimennukseen nopeissa pyörivissä koneissa. Tarjoamalla merkittävää vaimennusta lisäämättä jäykkyyttä ne mahdollistavat toiminnan kriittisillä nopeuksilla, estävät tuhoisia epävakauksia ja laajentavat pyörivien laitteiden toiminta-aluetta säilyttäen samalla kompaktin ja passiivisen rakenteen.
Luokat:
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 