Vääntöanalyysin ymmärtäminen
Määritelmä: Mikä on torsioanalyysi?
Vääntöanalyysi on mittaamista, arviointia ja mallintamista vääntövärähtely—kiertävät värähtelyt akselin akselin ympäri — pyörivien koneiden voimansiirroissa. Toisin kuin sivuttaisvärähtely (taivutus), joka on helposti mitattavissa standardilla kiihtyvyysmittarit, Vääntövärähtely vaatii erikoistuneita mittaustekniikoita (venymäanturit, kaksoistakometrit, laservibrometria) ja analyysiä kulmavärähtelyjen havaitsemiseksi, vääntöominaistaajuuksien määrittämiseksi ja akseleiden, kytkimien ja hammaspyörien väsymisriskin arvioimiseksi.
Vääntöanalyysi on kriittistä mäntämoottoreiden, pitkien vetoakseleiden, suurtehoisten vaihteistojen ja taajuusmuuttajamoottoreiden sovelluksissa, joissa vääntövärähtely voi aiheuttaa katastrofaalisia akseli- tai kytkinvikoja hyväksyttävistä sivuttaisvärähtelytasoista huolimatta. Se on erikoistunut mutta välttämätön diagnostiikkaominaisuus voimansiirtojärjestelmien äkillisten ja odottamattomien vikojen estämiseksi.
Miksi vääntöanalyysiä tarvitaan
Vääntö- vs. sivuttaisvärähtely
- Sivusuuntainen: Taivutus, sivuttaisliike, mitattuna standardikiihtyvyysantureilla
- Vääntövoima: Kiertyy akselin ympäri, ei sivuttaissiirtymää, näkymätön vakioantureille
- Itsenäisyys: Voi aiheuttaa voimakasta vääntömomenttia ja matalaa sivuttaisvoimaa (ja päinvastoin)
- Vahingot: Vääntö voi aiheuttaa akselin/kytkimen rikkoutumisia ilman varoitusta sivuttaismittauksista
Vikatilat
- Akselin väsymismurtumat (tyypillisesti 45° akseliin nähden)
- Kytkinelementin vika (hammaspyörän hampaat, joustavat elementit)
- Vaihteiston hampaan rikkoutuminen värähtelevistä kuormista
- Kiila- ja kiilauravauriot kiertymisen seurauksena
Mittaustekniikat
1. Venymäliuskamenetelmä
Suora vääntöjännityksen mittaus:
- Venymäanturit kiinnitettynä 45° kulmaan akselin akseliin nähden (suurin leikkausjännityksen suunta)
- Mittaa vääntymisestä johtuvaa leikkausjännitystä
- Vaatii liukurenkaita tai langattoman telemetrian pyöriville akseleille
- Tarkin, mutta monimutkainen ja kallis
- Tutkimus ja kehitys ensisijainen käyttö
2. Kaksoiskierroslukumittarimenetelmä
- Kaksi optista anturia eri akselipaikoilla
- Mittaa vaihe-ero sijaintien välillä
- Vaihe-ero = kulmakiertymä = vääntövärähtely
- Kosketukseton ja käytännöllinen
- Rajoitettu matalataajuiseen vääntöön (< 100 Hz tyypillisesti)
3. Lasertorsionaalinen vibrometri
- Erikoistunut laser-Doppler-järjestelmä
- Mittaa kulmanopeuden vaihteluita
- Kosketukseton
- Laaja taajuusalue
- Kallis mutta tehokas
4. Moottorin virran analyysi
- Vääntövärähtely aiheuttaa virranvaihteluita
- Analysoi moottorin virtaspektriä
- Epäsuora mutta ei-invasiivinen
- Hyödyllinen seulontatyökalu
Analyyttinen vääntöanalyysi
Matemaattinen mallinnus
- Voimansiirron kertamassavääntömalli
- Laske vääntöominaistaajuudet
- Ennusta vastetta herätelähteille
- Tunnista kriittiset nopeudet ja resonanssit
Herätelähteet
- Mäntämoottorit: Sytytyspulssit luovat vääntöherätteen
- Vaihdeverkko: Hampaan kosketus luo värähtelevää vääntömomenttia
- Taajuusmuuttajat: PWM-kytkentätaajuuden harmoniset yliaallot
- Sähkö: Moottorin napojen ohitus- ja luistotaajuudet
Campbellin kaavio vääntömomentille
- Piirrä vääntöluonnolliset taajuudet nopeuden funktiona
- Päällekkäiset herätejärjestysviivat
- Tunnista vääntökriittiset nopeudet (häiriöpisteet)
- Ohjaimen käyttönopeuden valinta
Kriittiset sovellukset
Mäntämoottorikäyttöiset
- Dieselgeneraattorit
- Kaasumoottorikompressorit
- Merivoimien propulsio
- Suuret vääntömomenttipulssit vaativat analyysia
Pitkät vetoakselit
- Valssaamon käyttölaitteet
- Meripotkuriakselit
- Paperikoneen käyttölaitteet
- Pituus luo pienen vääntöjäykkyyden
Suuritehoiset vaihteistot
- Tuuliturbiinien vaihteistot
- Teollisuusvaihteiden alennusvaihteet > 1000 hv
- Vääntömoodien hammaspyöräverkon heräte
VFD-moottorijärjestelmät
- Muuttuvataajuuskäytöt luovat vääntöherätteen
- PWM-harmonikot voivat herättää vääntöresonansseja
- Kasvava huoli VFD-leviämisestä
Analyysin tulokset
Vääntöluonnolliset taajuudet
- Tunnista mittauksen tai laskennan perusteella
- Vertaa viritystaajuuksiin
- Varmista riittävä etäisyys
Stressitasot
- Laske vaihteleva leikkausjännitys mitatusta värähtelystä
- Vertaa materiaalien kestävyysrajoihin
- Arvioi väsymysikäkulutusta
- Määritä, ovatko jännitykset hyväksyttäviä
Vaimennus
- Mittaa vääntöresonanssien vasteesta
- Tyypillisesti hyvin alhainen (< 1% kriittisestä)
- Alhainen vaimennus tarkoittaa teräviä resonansseja
Lieventämisstrategiat
Taajuuserottelu
- Varmista, että vääntöluonnolliset yliaallot on erotettu herätetaajuuksista
- Muuta akselin halkaisijaa, pituutta tai kytkimen jäykkyyttä
- Muokkaa inertiapyöriä (lisää vauhtipyörä)
Vaimennuslisäys
- Vääntövaimentimet (viskoosit tai kitkavaimentimet)
- Tehokkaasti vaimentavat kytkimet
- Vähentää resonanssin vahvistumista
Käyttönopeuden muutokset
- Vältä jatkuvaa käyttöä vääntökriittisillä nopeuksilla
- Rajoita nopeusalueita
- VFD-viritys herätteen minimoimiseksi
Vääntöanalyysi on erikoistunut värähtelytutkimus, joka käsittelee vääntövärähtelyjä, jotka voivat aiheuttaa katastrofaalisia vikoja, jotka eivät ole näkyvissä tavanomaisella sivuttaisvärähtelyn seurannalla. Vaikka vääntöanalyysi vaatii erikoistuneita mittaus- ja analyysitekniikoita, se on olennainen mäntämoottorikäytöissä, pitkissä akseleissa, suuritehoisissa vaihteistoissa ja taajuusmuuttajajärjestelmissä, joissa vääntövärähtely aiheuttaa merkittäviä luotettavuus- ja turvallisuusriskejä.
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 