A rotor-csapágyrendszer megismerése
Definíció: Mi a rotor-csapágy rendszer?
A rotorcsapágy-rendszer egy teljes integrált mechanikus szerelvény, amely egy forgó rotor (tengely a hozzá tartozó alkatrészekkel), a mozgását korlátozó és terheket hordozó tartócsapágyak, valamint az álló tartószerkezet (csapágyházak, talapzatok, keret és alapozás), amely a csapágyakat a talajhoz köti. Ezt a rendszert integrált egészként elemezzük a rotordinamika mivel az egyes komponensek dinamikus viselkedése befolyásolja az összes többit.
A rotor elkülönített elemzése helyett a megfelelő rotordinamikai elemzés a rotor-csapágyrendszert összekapcsolt mechanikai rendszerként kezeli, ahol a rotor tulajdonságai (tömeg, merevség, csillapítás), a csapágy jellemzői (merevség, csillapítás, hézagok) és a tartószerkezet tulajdonságai (rugalmasság, csillapítás) mind kölcsönhatásban állnak egymással, hogy meghatározzák a... kritikus sebességek, rezgés válaszreakció és stabilitás.
A rotorcsapágy-rendszer alkatrészei
1. A rotor szerelvénye
A forgó alkatrészek, beleértve:
- Tengely: A merevséget biztosító fő forgóelem
- Tárcsák és kerekek: Járókerekek, turbina kerekek, tengelykapcsolók, szíjtárcsák, amelyek tömeget és tehetetlenséget adnak hozzá
- Elosztott tömeg: Dob típusú rotorok vagy maga a tengelytömeg
- Csatlakozók: Rotor csatlakoztatása a meghajtóhoz vagy a meghajtott berendezéshez
Rotor jellemzői:
- Tömegeloszlás a tengely mentén
- Tengelyhajlítási merevség (átmérő, hossz, anyag függvényében)
- Poláris és átmérőbeli tehetetlenségi nyomatékok (a giroszkópos hatásokat befolyásolják)
- Belső csillapítás (általában kicsi)
2. Csapágyak
A rotort tartó és forgást lehetővé tevő illesztőelemek:
Csapágytípusok
- Gördülőcsapágyak: Golyóscsapágyak, görgőscsapágyak
- Folyadékfilm csapágyak: Csúszócsapágyak, billenő csapágyak, axiális csapágyak
- Mágneses csapágyak: Aktív elektromágneses felfüggesztés
Csapágyjellemzők
- Merevség: Terhelés alatti alakváltozással szembeni ellenállás (N/m vagy lbf/in)
- Csillapítás: Energiaelvezetés a csapágyban (N·s/m)
- Tömeg: Mozgó csapágyalkatrészek (általában kicsik)
- Szabad távolságok: A merevséget és a nemlinearitást befolyásoló radiális és axiális játék
- Sebességfüggőség: A folyadékfilm csapágy tulajdonságai jelentősen változnak a sebességgel
3. Támogató szerkezet
Az álló alapozás elemei:
- Csapágyházak: Csapágyakat körülvevő közvetlen szerkezet
- Talapzatok: Függőleges támaszok, emelőcsapágyak
- Alaplap/Keret: Vízszintes szerkezet összekötő talapzatok
- Alapítvány: Beton- vagy acélszerkezet, amely a terheket a talajra továbbítja
- Izolációs elemek: Rugók, betétek vagy tartók, ha rezgésszigetelést használnak
A tartószerkezet hozzájárul:
- További merevség (lehet a rotor merevségéhez hasonló vagy annál kisebb)
- Csillapítás anyagtulajdonságokon és illesztéseken keresztül
- A teljes rendszer természetes frekvenciáit befolyásoló tömeg
Miért elengedhetetlen a rendszerszintű elemzés?
Párosított viselkedés
Minden összetevő hatással van a többire:
- Rotor elhajlása erőket hoz létre a csapágyakon
- Csapágyelhajlás megváltoztatja a rotor tartófeltételeit
- A tartószerkezet rugalmassága lehetővé teszi a csapágy mozgását, ami befolyásolja a csapágy látszólagos merevségét
- Alapozás rezgése csapágyakon keresztül táplálja vissza a rotort
Rendszer természetes frekvenciái
A természetes frekvenciák a teljes rendszer tulajdonságai, nem pedig az egyes komponenseké:
- Puha csapágyak + merev rotor = alacsonyabb kritikus sebességek
- Merev csapágyak + rugalmas rotor = magasabb kritikus sebességek
- A rugalmas alapozás még merev csapágyak esetén is csökkentheti a kritikus sebességet
- Rendszer sajátfrekvenciája ≠ rotor sajátfrekvenciája önmagában
Elemzési módszerek
Egyszerűsített modellek
Előzetes elemzéshez:
- Egyszerűen alátámasztott gerenda: Merev alátámasztású gerendaként működő forgórész (elhanyagolja a csapágy és az alapozás rugalmasságát)
- Jeffcott Rotor: Koncentrált tömeg a rugalmas tengelyen rugós tartókkal (beleértve a csapágymerevséget)
- Átviteli mátrix módszer: Klasszikus megközelítés többtárcsás rotorokhoz
Speciális modellek
A valós gépek pontos elemzéséhez:
- Végeselem-analízis (FEA): A rotor részletes modellje rugóelemekkel csapágyakhoz
- Csapágy modellek: Nemlineáris csapágymerevség és csillapítás a sebesség, terhelés és hőmérséklet függvényében
- Alapozás rugalmassága: FEA vagy modális modell a tartószerkezetről
- Kapcsolt elemzés: Teljes rendszer, beleértve az összes interaktív effektet
Főbb rendszerparaméterek
Merevségi hozzájárulások
A teljes rendszer merevsége sorozatkombináció:
- 1/kteljes = 1/krotor + 1/khordozó + 1/kalapítvány
- A legpuhább elem uralja az általános merevséget
- Gyakori eset: az alapozás rugalmassága csökkenti a rendszer merevségét a rotor merevsége önmagában alatt
Csillapítási hozzájárulások
- Csapágycsillapítás: Általában domináns forrás (különösen a folyadékfilm-csapágyak)
- Alapozási csillapítás: Szerkezeti és anyagbeli csillapítás a tartókban
- Rotor belső csillapítása: Általában nagyon kicsi, általában elhanyagolt
- Teljes csillapítás: Párhuzamos csillapítóelemek összege
Gyakorlati következmények
Géptervezéshez
- A rotor nem tervezhető a csapágyaktól és az alaptól elkülönítve
- A csapágyválasztás befolyásolja az elérhető kritikus sebességeket
- Az alapozás merevségének megfelelőnek kell lennie a rotor alátámasztásához
- A rendszer optimalizálása minden elem egyidejű figyelembevételét igényli
Kiegyensúlyozáshoz
- Befolyásolási együtthatók a teljes rendszerválaszt képviselik
- Kiegyenlítés terepen automatikusan figyelembe veszi a telepített rendszer jellemzőit
- A különböző csapágyakon/támaszokon történő műhelyi kiegyensúlyozás nem feltétlenül viszi át tökéletesen a beszerelt állapotot
- A rendszerváltozások (csapágykopás, alapozás süllyedése) megváltoztatják az egyensúlyt
Hibaelhárítás
- A rezgési problémák a rotorban, a csapágyakban vagy az alapozásban eredhetnek
- A problémák diagnosztizálásakor a teljes rendszert figyelembe kell venni
- Egyetlen komponens változása befolyásolja az általános viselkedést
- Példa: Az alapozás romlása csökkentheti a kritikus sebességet
Általános rendszerkonfigurációk
Egyszerű csapágyak közötti konfiguráció
- A rotor két végen csapágyazott
- Leggyakoribb ipari konfiguráció
- A legegyszerűbb elemzési rendszer
- Standard kétsíkú kiegyensúlyozás megközelítés
Túlnyúló rotor konfiguráció
- A rotor kinyúlik a csapágyazáson túl
- Nagyobb csapágyterhelések a nyomatékkarról
- Érzékenyebb az egyensúlyhiányra
- Gyakori ventilátorokban, szivattyúkban és egyes motorokban
Többcsapágyas rendszerek
- Három vagy több csapágy, amelyek egyetlen rotort támogatnak
- Összetettebb terheléselosztás
- A csapágyak közötti illesztés kritikus fontosságú
- Gyakori nagy turbinákban, generátorokban, papírgépek tekercseiben
Kapcsolt többrotoros rendszerek
- Több, tengelykapcsolókkal összekapcsolt rotor (motor-szivattyúegységek, turbina-generátor egységek)
- Minden rotornak saját csapágyai vannak, de a rendszerek dinamikusan kapcsolódnak egymáshoz
- A legösszetettebb konfiguráció az elemzéshez
- Eltérés a csatolásnál kölcsönhatási erők keletkeznek
A forgógépek integrált rotorcsapágy-rendszerként, és nem elszigetelt alkatrészekként való megértése alapvető fontosságú a hatékony tervezés, elemzés és hibaelhárítás szempontjából. A rendszerszintű perspektíva számos rezgési jelenséget megmagyaráz, és útmutatást ad a megfelelő korrekciós intézkedésekhez a megbízható és hatékony működés érdekében.
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 