A rotor rezgésének csomópontjainak megértése
Definíció: Mi a csomópont?
A csomópont (más néven csomópontnak vagy csomópontvonalnak nevezik, ha háromdimenziós mozgást vizsgálunk) egy adott hely egy rezgő rotor ahol a elmozdulás vagy az elhajlás nulla marad rezgés közben egy adott természetes frekvencia. Még akkor is, ha a tengely többi része rezeg és elhajlik, a csomópont a tengely semleges helyzetéhez képest mozdulatlan marad.
A csomópontok alapvető jellemzői mód alakzatok, és elhelyezkedésük kritikus információkat nyújt a rotordinamika elemzés, kiegyensúlyozás eljárások és érzékelőelhelyezési stratégiák.
Csomópontok különböző rezgési módokban
Első hajlítási mód
Az első (alapvető) hajlítási mód jellemzően a következő:
- Nulla belső csomópont: Nincsenek nulla elhajlási pontok a tengelyhossz mentén
- Csapágypozíciók hozzávetőleges csomópontként: Egyszerűen alátámasztott konfigurációkban a csapágyak közel csomópontként működnek
- Maximális elhajlás: Általában a csapágyak közötti fesztávolság közepén
- Egyszerű ív alak: A tengely egyetlen sima ívben hajlik
Második hajlítási mód
A második mód összetettebb mintázattal rendelkezik:
- Egy belső csomópont: Egyetlen pont a tengely mentén (jellemzően a fesztávolság közepén), ahol az elhajlás nulla
- S-görbe alakja: A tengely a csomópont mindkét oldalán ellentétes irányban hajlik
- Két antinód: A maximális elhajlások a csomópont mindkét oldalán jelentkeznek.
- Magasabb frekvencia: A természetes frekvencia jelentősen magasabb, mint az első módusban
Harmadik és magasabb mód
- Harmadik mód: Két belső csomópont, három antinód
- Negyedik mód: Három csomópont, négy antinód
- Általános szabály: Az N mód (N-1) belső csomóponttal rendelkezik
- Növekvő komplexitás: A magasabb módok fokozatosan összetettebb hullámmintákat mutatnak
A csomópontok fizikai jelentősége
Nulla elhajlás
Egy csomópontban, rezgés közben, az adott módus természetes frekvenciáján:
- Az oldalirányú elmozdulás nulla
- A tengely áthalad a semleges tengelyén
- A hajlítófeszültség azonban jellemzően maximális (az elhajlási görbe meredeksége maximális).
- A nyíróerők a csomópontokban maximálisak
Nulla érzékenység
A csomópontokban alkalmazott erők vagy tömegek minimális hatással vannak az adott módra:
- Hozzáadás korrekciós súlyok a csomópontoknál nem egyensúlyozza ki hatékonyan ezt a módot
- A csomópontokon elhelyezett érzékelők minimális rezgést érzékelnek ebben az üzemmódban
- A csomópontoknál lévő támaszok vagy korlátozások minimálisan befolyásolják a módus sajátfrekvenciáját
Gyakorlati következmények a kiegyensúlyozásra
Korrekciós sík kiválasztása
A csomópontok elhelyezkedésének megértése segít a kiegyensúlyozási stratégiában:
Merev rotorokhoz
- Az első kritikus sebesség alatt működik
- Az első mód nem jelentősen gerjesztett
- Standard kétsíkú kiegyensúlyozás a rotorvégek közelében hatékony
- A csomópontok nem elsődleges szempont
Rugalmas rotorokhoz
- Kritikus sebességen vagy afelett működve
- Figyelembe kell venni a módusok alakját és a csomópontokat
- Hatékony korrekciós síkok: Az antinodák helyén vagy azok közelében kell lennie (maximális eltérítési pontok)
- Nem hatékony helyek: A csomópontoknál vagy azok közelében lévő korrekciós síkoknak minimális hatásuk van erre a módra
- Modális kiegyensúlyozás: A korrekciós súlyok elosztásakor explicit módon figyelembe veszi a csomópontok helyét
Példa: Másodlagos módú kiegyensúlyozás
Vegyünk egy hosszú, hajlékony tengelyt, amely az első kritikus sebesség felett működik, és gerjesztő második üzemmódot mutat:
- A második módban egy csomópont van a fesztávolság közepén
- Ha minden korrekciós súlyt a középpont (a csomópont) közelébe helyezünk, az hatástalan lenne.
- Optimális stratégia: Korrekciókat kell elhelyezni a két antinode pozícióban (a csomópont mindkét oldalán).
- A hatékony kiegyensúlyozás érdekében a súlyeloszlás mintájának meg kell egyeznie a második mód alakjával
Érzékelő elhelyezésének szempontjai
Rezgésmérési stratégia
A csomópontok kritikusan befolyásolják a rezgésmonitorozást:
Csomópontok elkerülése
- A csomópontokban lévő érzékelők minimális rezgést érzékelnek ebben az üzemmódban
- Jelentős rezgési problémákat figyelmen kívül hagyhat, ha csak a csomópontokon mérünk
- Hamis benyomást kelthet az elfogadható rezgésszintekről
Célpont antinodák helyei
- Maximális rezgési amplitúdó az antinodákon
- A legérzékenyebb a kialakuló problémákra
- Jellemzően az első üzemmódú csapágyak helyén
- Magasabb üzemmódokhoz köztes mérési pontokra lehet szükség
Több mérési pont
- Rugalmas rotorok esetén több tengelyirányú helyen végezzen mérést
- Biztosítja, hogy a csomópontok elhelyezkedése miatt ne maradjon ki egyetlen üzemmód sem
- Lehetővé teszi a módusformák kísérleti meghatározását
- A kritikus berendezések gyakran minden csapágynál, sőt a feszítővas közepén is érzékelőkkel vannak felszerelve.
Csomópontok helyének meghatározása
Analitikai előrejelzés
- Végeselem-analízis: Kiszámítja a módus alakzatokat és azonosítja a csomópontokat
- Sugárelmélet: Egyszerű konfigurációk esetén az analitikus megoldások megjósolják a csomópontok helyét
- Tervezőeszközök: A rotordinamikai szoftver vizuális módforma-kijelzéseket biztosít a csomópontok megjelölésével
Kísérleti azonosítás
1. Ütésvizsgálat (lökésvizsgálat)
- Műszeres kalapáccsal ütögesse meg a tengelyt több helyen
- Mérje meg a választ több ponton
- Azok a helyek, amelyek egy adott frekvencián nem mutatnak választ, az adott mód csomópontjai.
2. Elhajlásalak-mérés működése
- Kritikus sebesség közelében történő működés közben mérje meg a rezgést számos tengelyirányú helyen
- Az elhajlás amplitúdójának ábrázolása a pozíció függvényében
- A nulla átmenetek csomópontok
3. Közelségérzékelő tömbök
- Több érintésmentes érzékelő a tengely mentén
- Tengelyelhajlás közvetlen mérése indítás/leállítás közben
- A legpontosabb kísérleti módszer a csomópontok azonosítására
Csomópontok vs. antinódok
A csomópontok és az antinódok egymást kiegészítő fogalmak:
Csomópontok
- Nulla elhajlás
- Maximális hajlítási meredekség és feszültség
- Alacsony hatékonyság az erő alkalmazásához vagy méréséhez
- Ideális támasztóhelyekhez (minimalizálja az átvitt erőt)
Antinódok
- Maximális elhajlás
- Nulla hajlítási lejtő
- Maximális hatékonyság a korrekciós súlyok esetében
- Optimális érzékelő elhelyezési helyek
- Legnagyobb feszültségű helyek (kombinált terhelés esetén)
Gyakorlati alkalmazások és esettanulmányok
Tok: Papírgép tekercs
- Helyzet: Hosszú (6 méteres) tekercs, 1200 fordulat/perc sebességgel, magas vibrációval
- Elemzés: Az első kritikus, gerjesztő második üzemmód felett működik, a csomópont a fesztávolság közepén van
- Kezdeti kiegyensúlyozási kísérlet: Súlyok hozzáadása a fesztávolság közepén (kényelmes hozzáférés) gyenge eredményekkel
- Megoldás: Felismerés, hogy a középső szakasz csomópontként működik; súlyok újraelosztása negyedpontokra (antinódákra)
- Eredmény: A 85% által csökkentett rezgés, sikeres modális kiegyensúlyozás
Esettanulmány: Gőzturbina-felügyelet
- Helyzet: Új rezgésfigyelő rendszer, amely alacsony rezgést mutat az ismert kiegyensúlyozatlanság ellenére is
- Vizsgálat: Az érzékelőt véletlenül a domináns mód csomópontja közelében helyezték el
- Megoldás: Az antinode-okon található további érzékelők a tényleges rezgésszinteket mutatták
- Lecke: A monitorozó rendszerek tervezésekor mindig vegye figyelembe a módusformákat
Speciális szempontok
Mozgó csomópontok
Egyes rendszerekben a csomópontok a működési körülményektől függően eltolódnak:
- A sebességtől függő csapágymerevség megváltoztatja a csomópontok helyét
- A hőmérséklet hatása a tengely merevségére
- Terhelésfüggő válasz
- Az aszimmetrikus rendszereknek különböző csomópontjaik lehetnek a vízszintes és függőleges mozgáshoz
Közelítő és valódi csomópontok
- Igazi csomópontok: Pontos nulla elhajlási pontok ideális rendszerekben
- Hozzávetőleges csomópontok: Nagyon alacsony (de nem nulla) elhajlás helyei valós rendszerekben csillapítással és egyéb nem ideális hatásokkal
- Gyakorlati szempontok: A valódi csomópontok alacsony elhajlású régiók, nem pedig egzakt matematikai pontok
A csomópontok megértése kulcsfontosságú betekintést nyújt a rotor rezgési viselkedésébe, és elengedhetetlen a rugalmas rotorok hatékony kiegyensúlyozásához, az érzékelők optimális elhelyezéséhez és a forgó gépek rezgési adatainak megfelelő értelmezéséhez.
Kategóriák:
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 