Roottorin ja laakerijärjestelmän ymmärtäminen
Määritelmä: Mikä on roottori-laakerijärjestelmä?
A roottorin laakerijärjestelmä on täydellinen integroitu mekaaninen kokoonpano, joka koostuu pyörivästä roottori (akseli kiinnitettyine komponentteineen), sen liikettä rajoittavat ja kuormia kantavat tukilaakerit sekä kiinteä tukirakenne (laakeripesät, jalustat, runko ja perustus), joka yhdistää laakerit maahan. Tätä järjestelmää analysoidaan yhtenä kokonaisuutena roottorin dynamiikka koska jokaisen komponentin dynaaminen käyttäytyminen vaikuttaa kaikkiin muihin.
Roottorin erillisen analysoinnin sijaan asianmukaisessa roottorin dynaamisessa analyysissä roottorin ja laakerin järjestelmää käsitellään kytkettynä mekaanisena järjestelmänä, jossa roottorin ominaisuudet (massa, jäykkyys, vaimennus), laakerin ominaisuudet (jäykkyys, vaimennus, välykset) ja tukirakenteen ominaisuudet (joustavuus, vaimennus) kaikki vaikuttavat toisiinsa ja määrittävät kriittiset nopeudet, tärinä vaste ja vakaus.
Roottorin laakerijärjestelmän komponentit
1. Roottorikokoonpano
Pyörivät komponentit, mukaan lukien:
- Akseli: Pääasiallinen pyörivä elementti, joka tarjoaa jäykkyyttä
- Levyt ja pyörät: Juoksupyörät, turbiinipyörät, kytkimet, hihnapyörät lisäävät massaa ja inertiaa
- Hajautettu massa: Rumputyyppiset roottorit tai itse akselimassa
- Kytkimet: Roottorin kytkeminen käyttölaitteeseen tai käytettävään laitteeseen
Roottorin ominaisuudet:
- Massan jakautuminen akselin suuntaisesti
- Akselin taivutusjäykkyys (halkaisijan, pituuden ja materiaalin funktiona)
- Polaariset ja halkaisijan suuntaiset hitausmomentit (vaikuttavat gyroskooppisiin vaikutuksiin)
- Sisäinen vaimennus (yleensä pieni)
2. Laakerit
Roottoria tukevat ja pyörimistä mahdollistavat liitäntäelementit:
Laakerityypit
- Vierintälaakerit: Kuulalaakerit, rullalaakerit
- Fluidikalvolaakerit: Lieriölaakerit, kallistuslaakerit, työntölaakerit
- Magneettiset laakerit: Aktiivinen sähkömagneettinen jousitus
Laakerin ominaisuudet
- Jäykkyys: Taipuman kestävyys kuormituksen alaisena (N/m tai lbf/in)
- Vaimennus: Energian häviö laakerissa (N·s/m)
- Massa: Liikkuvat laakerikomponentit (yleensä pienet)
- Välykset: Jäykkyyteen ja epälineaarisuuteen vaikuttavat säteittäiset ja aksiaaliset välykset
- Nopeusriippuvuus: Nestekalvolaakerin ominaisuudet muuttuvat merkittävästi nopeuden mukana
3. Tukirakenne
Kiinteät perustuselementit:
- Laakeripesät: Laakereita ympäröivä välitön rakenne
- Jalustat: Pystysuorat tuet nostavat laakerit
- Pohjalevy/Runko: Vaakasuora rakenne, joka yhdistää jalustat
- Säätiö: Betoni- tai teräsrakenne, joka siirtää kuormia maahan
- Eristyselementit: Jouset, tyynyt tai kiinnikkeet, jos käytetään tärinänvaimennusta
Tukirakenne edistää:
- Lisäjäykkyys (voi olla verrattavissa roottorin jäykkyyteen tai pienempi)
- Vaimennus materiaalien ominaisuuksien ja liitosten kautta
- Massa, joka vaikuttaa järjestelmän kokonaisominaistaajuuksiin
Miksi järjestelmätason analyysi on olennaista
Yhdistetty käyttäytyminen
Jokainen komponentti vaikuttaa muihin:
- Roottorin taipuma luo laakereihin voimia
- Laakerin taipuma muuttaa roottorin tukiolosuhteita
- Tukirakenteen joustavuus sallii laakerin liikkeen, mikä vaikuttaa laakerin näennäiseen jäykkyyteen
- Perustuksen tärinä syöttää takaisin roottoriin laakereiden kautta
Järjestelmän luonnolliset taajuudet
Luonnolliset taajuudet ovat koko järjestelmän ominaisuuksia, eivät yksittäisten komponenttien:
- Pehmeät laakerit + jäykkä roottori = alhaisemmat kriittiset nopeudet
- Jäykät laakerit + joustava roottori = suuremmat kriittiset nopeudet
- Joustava perusta voi alentaa kriittisiä nopeuksia jopa jäykillä laakereilla
- Järjestelmän ominaistaajuus ≠ roottorin ominaistaajuus yksinään
Analyysimenetelmät
Yksinkertaistetut mallit
Alustavaa analyysia varten:
- Yksinkertainen tuettu palkki: Roottori palkkina jäykällä tuella (laakerin ja perustuksen joustavuuden huomiotta jättäminen)
- Jeffcott Roottori: Keskitetty massa joustavalle akselille jousituilla (sisältää laakerijäykkyyden)
- Siirtomatriisimenetelmä: Klassinen lähestymistapa monilevyroottoreille
Edistyneet mallit
Todellisten koneiden tarkkaa analyysia varten:
- Äärellisten elementtien analyysi (FEA): Yksityiskohtainen roottorin malli jousielementteineen laakereille
- Laakerimallit: Epälineaarinen laakerin jäykkyys ja vaimennus vs. nopeus, kuormitus, lämpötila
- Perustuksen joustavuus: FEA eli tukirakenteen modaalinen malli
- Kytketty analyysi: Täydellinen järjestelmä, mukaan lukien kaikki interaktiiviset tehosteet
Keskeiset järjestelmäparametrit
Jäykkyyden vaikutukset
Kokonaisjärjestelmän jäykkyys on sarjayhdistelmä:
- 1/kkokonais- = 1/kroottori + 1/klaakeri + 1/ksäätiö
- Pehmein elementti hallitsee kokonaisjäykkyyttä
- Yleinen tapaus: perustuksen joustavuus vähentää järjestelmän jäykkyyttä pelkän roottorin jäykkyyden alapuolella
Vaimennusvaikutukset
- Laakerin vaimennus: Yleensä hallitseva lähde (erityisesti nestekalvolaakerit)
- Perustuksen vaimennus: Rakenteellinen ja materiaalinen vaimennus tuissa
- Roottorin sisäinen vaimennus: Tyypillisesti hyvin pieni, yleensä laiminlyöty
- Kokonaisvaimennus: Rinnakkaisten vaimennuselementtien summa
Käytännön vaikutukset
Konesuunnitteluun
- Roottoria ei voida suunnitella erillään laakereista ja perustuksesta
- Laakerin valinta vaikuttaa saavutettaviin kriittisiin nopeuksiin
- Perustuksen jäykkyyden on oltava riittävä roottorin tukemiseksi
- Järjestelmän optimointi vaatii kaikkien elementtien samanaikaista huomioon ottamista
Tasapainottamiseen
- Vaikutuskertoimet edustavat täydellistä järjestelmän vastetta
- Kentän tasapainottaminen ottaa automaattisesti huomioon asennetun järjestelmän ominaisuudet
- Eri laakerien/tukien korjaamotasapainotus ei välttämättä sovi täydellisesti asennettuun tilaan.
- Järjestelmän muutokset (laakerien kuluminen, perustuksen painuminen) muuttavat tasapainoa
Vianmääritys
- Tärinäongelmat voivat johtua roottorista, laakereista tai perustuksesta
- Ongelmia diagnosoitaessa on otettava huomioon koko järjestelmä
- Yhden komponentin muutokset vaikuttavat kokonaiskäyttäytymiseen
- Esimerkki: Perustuksen heikkeneminen voi alentaa kriittisiä nopeuksia
Yleiset järjestelmäkokoonpanot
Yksinkertainen laakerien välinen konfiguraatio
- Roottori, jota tukevat kaksi laakeria päissä
- Yleisin teollinen kokoonpano
- Yksinkertaisin analyysijärjestelmä
- Standardi kahden tason tasapainotus lähestyä
Ylävarren roottorin kokoonpano
- Roottori ulottuu kantavan tuen ulkopuolella
- Suuremmat laakerikuormat momenttivivusta
- Herkempi epätasapainolle
- Yleinen tuulettimissa, pumpuissa ja joissakin moottoreissa
Monilaakerijärjestelmät
- Kolme tai useampia laakeria, jotka tukevat yhtä roottoria
- Monimutkaisempi kuormanjako
- Laakereiden välinen kohdistus on kriittinen
- Yleinen suurissa turbiineissa, generaattoreissa ja paperikoneiden teloissa
Kytketyt moniroottoriset järjestelmät
- Useita kytkimillä kytkettyjä roottoreita (moottori-pumppuyksiköt, turbiini-generaattoriyksiköt)
- Jokaisella roottorilla on omat laakerit, mutta järjestelmät on kytketty dynaamisesti toisiinsa
- Monimutkaisin analyysikonfiguraatio
- Väärin kohdistus kytkennässä syntyy vuorovaikutusvoimia
Pyörivien koneiden ymmärtäminen integroituina roottori-laakerijärjestelminä erillisten komponenttien sijaan on olennaista tehokkaan suunnittelun, analysoinnin ja vianmäärityksen kannalta. Järjestelmätason näkökulma selittää monia värähtelyilmiöitä ja ohjaa asianmukaisia korjaavia toimenpiteitä luotettavan ja tehokkaan toiminnan varmistamiseksi.
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 