Razumijevanje sustava rotor-ležaj

Devices

Portable balancer & Vibration analyzer Balanset-1A

$2,358.31

Parts

Vibration sensor

$107.47

Parts

Optical Sensor (Laser Tachometer)

$148.07

Devices

Balanset-4

$8,123.32

Parts

Magnetic Stand Insize-60-kgf

$54.93

Parts

Reflective tape

$11.94

Devices

Dynamic balancer “Balanset-1A” OEM

$2,071.73

Definicija: Što je sustav rotor-ležaj?

A sustav ležajeva rotora je potpuni integrirani mehanički sklop koji se sastoji od rotirajućeg rotor (osovina s pričvršćenim komponentama), potporni ležajevi koji ograničavaju njezino kretanje i nose opterećenja te stacionarna potporna konstrukcija (kućišta ležajeva, postolja, okvir i temelj) koja spaja ležajeve s tlom. Ovaj sustav se analizira kao integrirana cjelina u dinamika rotora jer dinamičko ponašanje svake komponente utječe na sve ostale.

Umjesto izolirane analize rotora, pravilna dinamička analiza rotora tretira sustav rotor-ležaj kao povezani mehanički sustav u kojem svojstva rotora (masa, krutost, prigušenje), karakteristike ležaja (krutost, prigušenje, zračnosti) i svojstva noseće strukture (fleksibilnost, prigušenje) međusobno djeluju kako bi odredili kritične brzine, vibracija odziv i stabilnost.

Komponente sustava rotor-ležaj

1. Sklop rotora

Rotirajuće komponente, uključujući:

• Vratilo: Glavni rotirajući element koji osigurava krutost
• Diskovi i kotači: Impeleri, turbinski kotači, spojnice, remenice koje dodaju masu i inerciju
• Raspoređena masa: Bubnjasti rotori ili sama masa osovine
• Spojnice: Spajanje rotora na pogonsku ili pogonjenu opremu

Karakteristike rotora:

• Raspodjela mase duž osi
• Krutost osovine na savijanje (funkcija promjera, duljine, materijala)
• Polarni i dijametralni momenti inercije (koji utječu na žiroskopske efekte)
• Unutarnje prigušenje (obično malo)

2. Ležajevi

Elementi sučelja koji podupiru rotor i omogućuju rotaciju:

Vrste ležajeva

• Kotrljajući ležajevi: Kuglični ležajevi, valjkasti ležajevi
• Ležajevi s fluidnim filmom: Klizni ležajevi, nagibni ležajevi, aksijalni ležajevi
• Magnetski ležajevi: Aktivni elektromagnetski ovjes

Karakteristike ležaja

• Ukočenost: Otpornost na otklon pod opterećenjem (N/m ili lbf/in)
• Prigušenje: Disipacija energije u ležaju (N·s/m)
• Masa: Pokretne komponente ležaja (obično male)
• Razmaci: Radijalni i aksijalni zazor koji utječe na krutost i nelinearnost
• Ovisnost o brzini: Svojstva ležaja fluidnog filma značajno se mijenjaju s brzinom

3. Potporna struktura

Stacionarni elementi temelja:

• Kućišta ležajeva: Neposredna struktura koja okružuje ležajeve
• Postolja: Vertikalni nosači podiznih ležajeva
• Osnovna ploča/Okvir: Horizontalna struktura koja spaja postolja
• Temelj: Betonska ili čelična konstrukcija prenosi opterećenja na tlo
• Elementi izolacije: Opruge, jastučići ili nosači ako se koristi izolacija vibracija

Potporna struktura doprinosi:

• Dodatna krutost (može biti usporediva s krutošću rotora ili manja)
• Prigušenje kroz svojstva materijala i spojeve
• Masa koja utječe na prirodne frekvencije cijelog sustava

Zašto je analiza na razini sustava bitna

Povezano ponašanje

Svaka komponenta utječe na ostale:

• Otklon rotora stvara sile na ležajevima
• Otklon ležaja mijenja uvjete oslonca rotora
• Fleksibilnost potporne strukture omogućuje kretanje ležaja, što utječe na prividnu krutost ležaja
• Vibracije temelja vraća se rotoru kroz ležajeve

Prirodne frekvencije sustava

Prirodne frekvencije su svojstva cijelog sustava, a ne pojedinačnih komponenti:

• Meki ležajevi + kruti rotor = niže kritične brzine
• Kruti ležajevi + fleksibilni rotor = veće kritične brzine
• Fleksibilni temelj može smanjiti kritične brzine čak i s krutim ležajevima
• Prirodna frekvencija sustava ≠ samo prirodna frekvencija rotora

Metode analize

Pojednostavljeni modeli

Za preliminarnu analizu:

• Jednostavna poduprta greda: Rotor kao greda s krutim nosačima (zanemaruje se fleksibilnost ležaja i temelja)
• Jeffcott Rotor: Koncentrirana masa na fleksibilnom vratilu s opružnim nosačima (uključuje krutost ležaja)
• Metoda matrice prijenosa: Klasični pristup za rotore s više diskova

Napredni modeli

Za točnu analizu stvarnih strojeva:

• Analiza konačnih elemenata (FEA): Detaljan model rotora s opružnim elementima za ležajeve
• Modeli ležajeva: Nelinearna krutost i prigušenje ležaja u odnosu na brzinu, opterećenje, temperaturu
• Fleksibilnost temelja: FEA ili modalni model potporne konstrukcije
• Vezana analiza: Potpuni sustav uključujući sve interaktivne efekte

Ključni parametri sustava

Doprinosi krutosti

Ukupna krutost sustava je serijska kombinacija:

• 1/k_ukupno = 1/k_rotor + 1/k_ležaj + 1/k_temelj
• Najmekši element dominira ukupnom krutošću
• Uobičajeni slučaj: fleksibilnost temelja smanjuje krutost sustava ispod krutosti samog rotora

Doprinosi prigušenja

• Prigušivanje ležaja: Obično dominantan izvor (posebno ležajevi s fluidnim filmom)
• Prigušivanje temelja: Strukturno i materijalno prigušenje u nosačima
• Unutarnje prigušenje rotora: Obično vrlo mali, obično zanemaren
• Ukupno prigušenje: Zbroj paralelnih elemenata prigušenja

Praktične implikacije

Za dizajn strojeva

• Ne može se dizajnirati rotor odvojeno od ležajeva i temelja
• Odabir ležaja utječe na ostvarive kritične brzine
• Čvrstoća temelja mora biti dovoljna za potporu rotora
• Optimizacija sustava zahtijeva istovremeno razmatranje svih elemenata

Za balansiranje

• Influence coefficients predstavljaju potpuni odgovor sustava
• Balansiranje polja automatski uzima u obzir karakteristike instaliranog sustava
• Balansiranje u radionici na različitim ležajevima/nosačima možda se neće savršeno prenijeti u instalirano stanje
• Promjene sustava (trošenje ležajeva, slijeganje temelja) mijenjaju ravnotežu

Za rješavanje problema

• Problemi s vibracijama mogu nastati u rotoru, ležajevima ili temeljima
• Prilikom dijagnosticiranja problema potrebno je uzeti u obzir cijeli sustav
• Promjene u jednoj komponenti utječu na cjelokupno ponašanje
• Primjer: Propadanje temelja može smanjiti kritične brzine

Uobičajene konfiguracije sustava

Jednostavna konfiguracija između ležajeva

• Rotor poduprt s dva ležaja na krajevima
• Najčešća industrijska konfiguracija
• Najjednostavniji sustav za analizu
• Standard balansiranje u dvije ravnine pristup

Konfiguracija nadvisenog rotora

• Rotor se izvlači izvan izdržljivosti
• Veća opterećenja ležaja od kraka momenta
• Osjetljiviji na neravnotežu
• Uobičajeno u ventilatorima, pumpama, nekim motorima

Višeležajni sustavi

• Tri ili više ležajeva koji podupiru jedan rotor
• Složenija raspodjela opterećenja
• Poravnanje između ležajeva je ključno
• Uobičajeno u velikim turbinama, generatorima, rolama strojeva za papir

Povezani višerotorni sustavi

• Više rotora povezanih spojnicama (motor-pumpa, turbina-generator)
• Svaki rotor ima vlastite ležajeve, ali sustavi su dinamički povezani
• Najsloženija konfiguracija za analizu
• Neusklađenost pri spajanju stvara sile interakcije

Razumijevanje rotirajućih strojeva kao integriranih sustava rotora i ležajeva, a ne kao izoliranih komponenti, temeljno je za učinkovito projektiranje, analizu i rješavanje problema. Perspektiva na razini sustava objašnjava mnoge vibracijske pojave i vodi odgovarajuće korektivne radnje za pouzdan i učinkovit rad.

---

← Natrag na glavni indeks