Roottorin värähtelyn solmupisteiden ymmärtäminen
A solmukohta - jota kutsutaan myös solmuksi tai solmuviivaksi, kun liikettä tarkastellaan kolmiulotteisesti - on tietty sijainti värähtelevän värähtelyn varrella. roottori missä siirtymä pysyy nollassa, kun roottori värähtelee tietyllä nopeudella. ominaistaajuus. Vaikka akselin muu osa taipuu ja pyyhkäisee liikkeensä läpi, solmupiste pysyy paikallaan suhteessa akselin neutraaliasentoon. Solmupisteet ovat perusominaisuuksia moodimuodot, ja sen tietäminen, mihin ne kuuluvat, on ratkaisevaa, kun on kyse roottorin dynamiikka analyysi tasapainottaminen strategiaa ja päätöstä siitä, mihin tärinäanturit asennetaan. Jos arvioit ne väärin, tasapainotustyö epäonnistuu tai valvontajärjestelmä sokeutuu todelliselle värähtelylle; jos ymmärrät ne, molemmista tulee yksinkertaisia.
1. Solmupisteet eri värähtelymoodeissa
Jokaisella akselin moodilla on oma solmujen ja antisolmujen kuvionsa, joka muuttuu monimutkaisemmaksi moodin lukumäärän kasvaessa.
Ensimmäinen taivutustila
Ensimmäisellä (perus)taivutusmoodilla on tyypillisesti:
- nolla sisäistä solmua - akselin jännevälillä ei ole nollataipumaa;
- laakeripaikat likimääräisinä solmuina - yksinkertaisesti tuetussa asettelussa laakerit toimivat lähellä solmupisteitä;
- suurin taipuma lähellä laakereiden välistä jänneväliä; ja
- yksinkertainen kaaren muoto - akseli taipuu yhtenä tasaisena kaarena.
Toinen taivutustila
Toisella moodilla on monimutkaisempi kuvio:
- yksi sisäinen solmu - yksi piste, yleensä lähellä jännevälien puoliväliä, jossa taipuma on nolla;
- S-käyrän muotoinen - akseli taipuu vastakkaisiin suuntiin solmun molemmin puolin;
- kaksi antisolmua - suurin taipuma solmupisteen kummallakin puolella; ja
- korkeampi taajuus - sen ominaistaajuus on selvästi ensimmäisen moodin yläpuolella.
Kolmas tila ja korkeampi
- kolmas tila: kaksi sisäistä solmupistettä ja kolme antisolmupistettä;
- neljäs tila: kolme solmupistettä ja neljä antisolmupistettä;
- yleinen sääntö: moodilla N on (N-1) sisäistä solmupistettä; ja
- lisääntyvä monimutkaisuus: korkeammissa moodeissa on asteittain monimutkaisempia aaltokuvioita.
2. Solmupisteiden fyysinen merkitys
Nolla taipumaa - mutta suurin jännitys
Solmupisteessä kyseisen moodin ominaistaajuudella tapahtuvan värähtelyn aikana:
- sivusiirtymä on nolla ja akseli kulkee neutraaliakselinsa kautta;
- kuitenkin taivutusjännitys on tyypillisesti suurimmillaan, koska taipumakäyrän kaltevuus on siellä jyrkimmillään; ja
- myös leikkausvoimat ovat suurimmat solmukohdassa.
Tämän intuitiivisen vastakkaisen yhdistelmän - vähiten liikettä, eniten rasitusta - vuoksi solmu voi olla erinomainen tukipiste, mutta huono paikka arvioida roottorin kuntoa pelkän liikkeen perusteella.
Nollaherkkyys
Solmupisteeseen kohdistetulla voimalla tai massalla on minimaalinen vaikutus kyseiseen moodiin:
- lisäämällä korjauspainot solmupisteessä ei juurikaan auta tasapainottamaan tätä tilaa;
- solmupisteeseen sijoitetut anturit havaitsevat kyseisen moodin minimaalisen tärinän; ja
- tuki tai rajoitus solmupisteessä juuri ja juuri siirtää moodin ominaistaajuutta.
3. Tasapainottamisen käytännön seuraukset
Korjaustason valinta
Solmupisteiden sijainnin tunteminen ohjaa koko tasapainotusmenetelmää, ja se eroaa jyrkästi jäykän ja joustavan roottorin välillä.
Jäykille roottoreille
- ne toimivat alle ensimmäisen kriittisen nopeuden;
- ensimmäinen moodi ei ole merkittävästi innostunut;
- standardi kahden tason tasapainotus lähellä roottorin päitä on tehokas; ja
- solmupisteet eivät ole ensisijainen huolenaihe.
Joustaville roottoreille
- ne toimivat kriittisillä nopeuksilla tai niiden yläpuolella;
- on otettava huomioon moodimuodot ja solmupisteet;
- tehokas korjaustasot istuvat antinoodeissa tai niiden läheisyydessä - pisteissä, joissa taipuma on suurin;
- tehottomat paikat ovat solmupisteessä tai sen lähellä olevia korjaustasoja, jotka tuskin vaikuttavat kyseiseen moodiin, ja
- modaalinen tasapainotus Huomioi eksplisiittisesti solmupisteiden sijainnit korjauspainotuksia jaettaessa
Esimerkki: Toisen moodin tasapainotus
Tarkastellaan pitkää taipuisaa akselia, joka kulkee ensimmäisen kriittisen nopeuden yläpuolella, jolloin toinen moodi käynnistyy:
- toisessa moodissa on yksi solmupiste lähellä jänneväliä;
- korjauspainon sijoittaminen lähelle jänneväliä - solmun päälle - olisi tehotonta;
- optimaalinen strategia on sijoittaa korjaukset kahteen antisolmuun, yksi solmun kummallekin puolelle, ja
- painonjakokuvion on vastattava toisen moodin muotoa, jotta tasapainotus toimisi.
4. Anturien sijoittelua koskevat näkökohdat
Tärinän mittausstrategia
Solmukohdilla on ratkaiseva vaikutus seuraaviin seikkoihin tärinänvalvonta.
Vältä solmukohtia
- solmupisteen anturi havaitsee kyseisen moodin minimaalisen tärinän;
- se voi jättää huomiotta vakavan tärinäongelman, jos se on ainoa mittauspiste; ja
- Voi antaa väärän kuvan hyväksyttävistä tärinätasoista
Kohde-antinodien sijainnit
- antisolmut osoittavat suurimman värähtelyamplitudin;
- he ovat herkimpiä kehittyvälle ongelmalle;
- ensimmäisessä moodissa nämä ovat tyypillisesti laakeripaikoissa; ja
- korkeammissa moodeissa saatetaan tarvita välimittauspisteitä.
Useita mittauspisteitä
- Joustavien roottorien tapauksessa mittaa useista aksiaalisista kohdista
- Näin varmistetaan, ettei mitään tilaa jätetä käyttämättä sen vuoksi, että anturi sattui istumaan solmun päällä;
- sen avulla moodien muodot voidaan määrittää kokeellisesti; ja
- kriittiset laitteet on usein antureita jokaisessa laakerissa ja jännevälien puolivälissä.
5. Solmupisteiden sijaintien määrittäminen
Analyyttinen ennustus
- Finite-elementtianalyysi: laskee moodimuodot ja määrittää solmut.
- Palkkiteoria: yksinkertaisten kokoonpanojen osalta suljetun muodon ratkaisut ennustavat solmujen sijainnit.
- Suunnittelutyökalut: rotordynamics-ohjelmisto näyttää jokaisen moodin muodon visuaalisesti, ja solmut on merkitty.
Kokeellinen tunnistaminen
1. Törmäystestaus (bump) - lyö akselia useisiin kohtiin instrumentoidulla vasaralla ja mittaa vaste useista pisteistä; paikka, jossa ei ole vastetta tietyllä taajuudella, on kyseisen moodin solmupiste. Tekniikkaa kuvataan yksityiskohtaisesti kohdassa törmäystestaus ja iskunkestävyystestaus.
2. Käyttömuodon taipuman ja muodon mittaus - mittaa värähtely monista aksiaalipisteistä, piirrä taipuma-amplitudi aseman funktiona ja lue nollakohdat solmupisteiksi. Tämä on keskeinen osa toiminnan taipuman muodon analyysi.
3. Läheisyysanturijärjestelmät - asentaa useita kosketuksettomia läheisyysanturit akselia pitkin ja mitata taipuma suoraan käynnistyksen tai käynnistyksen aikana. rannikolla alas; tämä on tarkin kokeellinen menetelmä solmujen löytämiseksi.
6. Solmupisteet vs. antisolmut
Solmut ja antisolmut ovat saman kuvan toisiaan täydentäviä puoliskoja.
| Solmupisteet | Antinodit |
|---|---|
| Nolla taipuma | Suurin taipuma |
| Suurin taivutuskulma ja jännitys | Nolla taivutuskulma |
| Alhainen tehokkuus voiman kohdistamisessa tai mittauksessa | Korjauspainojen maksimaalinen tehokkuus |
| Ihanteellinen tukipaikoille (siirtyvän voiman minimointi) | Optimaaliset anturien sijoituspaikat |
| — | Korkein jännitys yhdistetyssä kuormituksessa |
7. Käytännön sovellukset ja tapaustutkimukset
Tapaus: Paperikoneen rulla
- Tilanne: pitkä (6 metrin) valssi, joka pyörii 1 200 kierrosta minuutissa ja jonka tärinä on suuri.
- Analyysi: se toimi ensimmäisen kriittisen nopeuden yläpuolella, jolloin toinen moodi kiihdytti keskikohdassa olevan solmun.
- Ensimmäinen yritys: Painoja lisättiin keskijännityspisteeseen - sopivaan pääsypaikkaan - huonoin tuloksin.
- Ratkaisu: Kun tunnustettiin, että keskijänneväli oli solmupiste, painot jaettiin uudelleen neljännespisteisiin (antisolmupisteisiin).
- Tulos: tärinä laski 85%:llä, mikä on onnistunut modaalinen tasapaino.
Tapaus: Höyryturbiinin valvonta
- Tilanne: uusi valvontajärjestelmä osoitti vähäistä tärinää tunnetusta epätasapainosta huolimatta.
- Tutkinta: anturi oli epähuomiossa sijoitettu lähelle hallitsevan moodin solmupistettä.
- Ratkaisu: lisäanturit antisolmupisteissä paljastivat todelliset tärinätasot.
- Oppitunti: Ota aina huomioon moodimuodot, kun suunnittelet valvontajärjestelmää.
8. Edistyneet näkökohdat
Liikkuvat solmut
Joissakin järjestelmissä solmupisteet siirtyvät käyttöolosuhteiden mukaan:
- nopeudesta riippuva laakerin jäykkyys siirtää solmukohtien sijainteja;
- lämpötila vaikuttaa akselin jäykkyyteen;
- vaste voi olla kuormituksesta riippuvainen; ja
- Epäsymmetrisissä järjestelmissä voi olla eri solmukohdat vaaka- ja pystysuuntaista liikettä varten.
Arvioidut vs. todelliset solmut
- Todelliset solmut: tarkat nollakallistumispisteet idealisoidussa järjestelmässä.
- Likimääräiset solmut: hyvin pienen - mutta ei aivan nollan - taipuman sijainnit todellisessa järjestelmässä, jossa esiintyy vaimennus ja muita epäideaalisia vaikutuksia.
- Käytännön seuraus: todellinen solmu on alue pienen taipuman eikä tarkkaa matemaattista pistettä.
9. Käyttöönotto kentällä
Useimpien teollisuuskoneiden - pumppujen, puhaltimien, moottoreiden ja vastaavien - jäykkien roottoreiden osalta toimintasääntö on rauhoittavan yksinkertainen: pysy ensimmäisen kriittisen nopeuden alapuolella, niin hankalat taivutussolmut eivät koskaan tule esiin, joten kaksi roottorin päiden lähellä olevaa korjaustasoa tekevät työnsä. Kannettava kaksikanavainen analysaattori, kuten esim. Balanset-1A suorittaa juuri tämän yhden tai kahden tason yhden tai kahden tason kenttätasapainotus koneen omissa laakereissa, mittaamalla amplitudia ja vaihe painojen laskemiseksi. Kun roottorin on kuljettava kriittisen nopeuden läpi tai sen yli, analyytikko voi useista akselipisteistä otettujen amplitudi- ja vaihetietojen avulla kartoittaa moodin muodon ja varmistaa, mikä taso on antisolmu, ennen kuin mitään painoja sidotaan - tämä on ero 85%:n parannuksen ja hukkaan heitetyn yrityksen välillä. Lyhyesti sanottuna solmupisteiden ymmärtäminen muuttaa värähtelytiedot oikeaksi tasapainotuspäätökseksi.
