Սահքի առանցքակալների ընկալումը
A սահքի առանցքակալ — հայտնի է նաև որպես սահքի առանցքակալ, խողովակաձև առանցքակալ կամ հեղուկ շերտի առանցքակալ — պտտվող լիսեռը հենվում է քսանյութի բարակ, ճնշման տակ գտնվող շերտի վրա՝ ոչ թե գլորվող տարրերի վրա։ Լիսեռի պտտվող մասը առանցքակալի ներսում լիսեռի վզիկ է. Այն պահպանվում է անշարժ առանցքակալի մակերեսից հեռու՝ հիդրոդինամիկ յուղային շերտի շնորհիվ, որը լիսեռն ինքն է ստեղծում՝ քսանյութը ձգելով նեղացող, սեղանաձև բացակի մեջ։ Այդ ճնշման տակ գտնվող սեղանը կրում է ամբողջ ռոտոր բեռնվածությունը՝ առանց մետաղի մետաղին շփման։ Քանի որ յուղային շերտը նաև ապահովում է զգալի մարում, լիսեռի առանցքակալները բնական ընտրությունն են բարձր պտտաթվով և բարձր բեռնվածությամբ մեքենաների համար — տուրբիններ, գեներատորներ, մեծ կոմպրեսորներ — որտեղ կարևորագույնը տատանում ընկալելը և ռոտորի կայունացումն է։
1. Սահմանում. Ի՞նչ է լիսեռի առանցքակալը
Լիսեռի առանցքակալում լիսեռը աշխատանքային պտտաթվի դեպքում չի շփվում առանցքակալի հետ։ Փոխարենը այն լողում է, մի փոքր կենտրոնից շեղված, քսանյութի սեղանի վրա, որի հաստությունը ընդամենը մի քանի տասնյակ միկրոմետր է։ Այս մեկ փաստը տարբերակում է այն գլորման առանցքակալից, որը բեռնվածությունը կրում է գնդակների կամ բլիթների միջոցով՝ Հերցի շփման պայմաններում։ Լիսեռի առանցքակալի ուժեղ կողմերը ուղղակիորեն բխում են յուղային շերտից. շատ բարձր բեռնվածքային հզորություն, շերտի ձևավորումից հետր չափազանց ցածր շփում, ցածր աղմուկ և մարում, որը հնարավորություն է տալիս մեծ ռոտորները հարթորեն անցկացնել և գերազանցել նրանց կրիտիկական արագություններ։ Լիսեռի և նրա առանցքակալների վարքագիծը միասին ուսումնասիրվում է որպես ռոտոր-առանցքակալային համակարգ, քանի որ երկուսն էլ անհնար է հասկանալ մեկուսացված վիճակում։
2. Աշխատանքային սկզբունք. Հիդրոդինամիկ քսում
Ինչպես է ձևավորվում յուղային շերտը
Լիսեռի առանցքակալը հիմնված է հիդրոդինամիկ քսման վրա, որը զարգանում է կանխատեսելի հաջորդականությամբ, երբ լիսեռը հասնում է պտտաթվին.
- Սկզբնական շփում. հանգստի վիճակում լիսեռը գտնվում է անցքի հատակին՝ իր սեփական քաշի տակ, մետաղը շփվում է մետաղի հետ։
- Սկսվում է պտույտը. երբ լիսեռը սկսում է պտտվել, կպչունությունը ձգում է քսանյութը բացակի մեջ։
- Սեղանի ձևավորում. լիսեռի և անցքի միջև նեղացող երկրաչափությունը սեղմում է այդ յուղը սեղանաձև տարածության մեջ։
- Ճնշման առաջացում. նեղացող սեղանի մեջ սեղմվող յուղը զարգացնում է հիդրոդինամիկ ճնշում։
- Բարձրացում. երբ այդ ճնշման ուժը գերազանցում է լիսեռի քաշը, լիսեռի վզիկը բարձրանում է և լողում ամբողջական շերտի վրա։
- Ստացիոնար վիճակ. լիսեռը լողում է ճնշման տակ գտնվող շերտի վրա՝ գտնելով հավասարակշռության դիրք, որը շեղված է անցքի կենտրոնից, առանց մետաղի շփման։
Դիրքը, որում հաստատվում է լիսեռի վզիկը — նրա էքսցենտրիսիտետը բացակի ներսում — ֆիքսված չէ։ Այն փոխվում է բեռնվածքի և պտտաթվի հետ, և այդ փոփոխվող հավասարակշռությունը առանցքակալի բարդ դինամիկ վարքագծի արմատն է, որը նկարագրված է ներքևում։
Յուղային շերտի հաստությունը
- Տիպիկ նվազագույն շերտի հաստությունը 10–100 միկրոմետր է (0.0004–0.004 դյույմ) — չափազանց բարակ, բայց բավարար մակերեսները միմյանցից հեռու պահելու համար։
- Շերտը համասեռ չէ. այն փոփոխվում է շրջանագծի շուրջ՝ հասնելով նվազագույնի լիսեռի վզիկի և անցքի ամենամոտ մոտեցման կետում։
- Հաստությունը կախված է պտտաթվից, բեռնվածքից, քսանյութի մածուցիկությունից և առանցքակալի բացակ — մեծացրեք պտտաթիվը կամ մածուցիկությունը, և շերտը հաստանում է. մեծացրեք բեռնվածքը, և այն բարականում է։
- Քանի որ մածուցիկությունը նվազում է, երբ յուղը տաքանում է, շերտի հաստությունը նաև զգայուն է աշխատանքային ջերմաստիճանի նկատմամբ, ինչի պատճառով յուղի մատակարարման ջերմաստիճանը մեծ մեքենաներում մոնիտորավորվող պարամետր է։
3. Լիսեռի առանցքակալի տեսակներ
Պարզ գլանաձև (ամբողջական լիսեռ)
- Ամենապարզ դիզայնը. պարզ գլանաձև անցք՝ յուղի մատակարարման ակոսով և 360° ամբողջական ծածկման անկյունով։
- Լավ բեռնվածքային հզորություն, բայց սիմետրիկ շերտը դարձնում է այն անկայունության միտում ունեցող — oil whirl (յուղային շրջապտույտ) — բարձր պտտաթվի և ցածր բեռնվածքի դեպքում։
- Տարածված է էլեկտրամոտորներում, պոմպերում և ընդհանուր արդյունաբերական սարքավորումներում, որտեղ պտտաթիվը միջին է։
Մասնակի աղեղի առանցքակալներ
- Առանցքակալի մակերեսը ծածկում է շրջանագծի միայն մի մասը, սովորաբար 120–180°։
- Ավելի թեթև և պահանջում է ավելի քիչ յուղի հոսք, բայց առաջարկում է ավելի ցածր կոշտություն, քան ամբողջական լիսեռը։
- Հարմար է թեթև բեռնվածքով կիրառությունների համար, որտեղ բեռնվածքի ուղղությունը լավ սահմանված է։
Թեքվող սալիկների առանցքակալներ
- Մակերեսը բաժանված է մի քանի անկախ սալիկների, որոնցից յուրաքանչյուրը կարող է ազատորեն պտտվել։
- Յուրաքանչյուր սալիկ ձևավորում է իր սեփական հիդրոդինամիկ թիթեղը, որը ճնշում է խաչաձև կապը, որը առաջացնում է oil whirl:
- Ինքնին կայուն լինելով whirl և whip նկատմամբ, դրանք արդյունաբերական ստանդարտ են բարձրարագ տուրբոմեքենայության համար:
- Ավելի թանկ և բարդ, բայց զգալիորեն գերազանց դինամիկ բնութագրերով:
Ճնշման խցանով և տեղաշարժված առանցքակալներ
- Փոփոխված գլանաձև առանցքակալներ երկրաչափական առանձնահատկություններով — ակոսներ, աստիճանաձև «խցան» կամ տեղաշարժված (լիմոնաձև) բաժանում — ավելացված կայունությունը բարելավելու համար:
- Այս առանձնահատկությունները միտումնավոր ծանրաբեռնում են թիթեղը՝ արդյունավետ մարումը բարձրացնելու համար:
- Դրանք գործնական համաձայնություն են պարզ գլանաձև առանցքակալի և թանկարժեք թեքվող սալիկների դիզայնի միջև:
Երբ նույնիսկ թեքվող սալիկների առանցքակալը չի կարող ապահովել բավարար մարում ճկուն ռոտորի համար, դիզայներները կարող են ավելացնել սեղմված շերտի մարիչ առանցքակալի հետ շարքում՝ լրացուցիչ էներգիան ցրելու համար:
4. Դինամիկ բնութագրեր
Կոշտություն
Սահքի առանցքակալի կոշտությունը մեկ թիվ չէ. այն արագությունից և բեռնվածքից կախված գործակիցների հավաքածու է.
- Ցածր արագություն. ցածր կոշտություն — լիսեռի վզիկի դիրքը զգալիորեն փոխվում է, երբ բեռնվածքը փոխվում է:
- Բարձր արագություն. ավելի բարձր կոշտություն, քանի որ հիդրոդինամիկ ճնշման դաշտը լիովին զարգանում է:
- Դիրեկցիոն տարբերակ. կոշտությունը տարբերվում է հորիզոնական և ուղղահայաց ուղղություններում, ուստի առանցքակալը արձագանքում է անիզոտրոպորեն:
- Խաչաձև կապված կոշտություն. մեկ ուղղությամբ շեղումը առաջացնում է ուժ, որը ուղղահայաց է դրան: Այս խաչաձև կապը ճիշտ այն մեխանիզմն է, որը կարող է էներգիա մղել պտտվող ուղեծիր և առաջացնել ռոտորի անկայունություն.
Մարում
Թիթեղի մեծ առավելությունը այն մարումն է, որը այն ապահովում է.
- Էներգիան ցրվում է յուղի լիզոլային սահքի միջոցով, երբ լիսեռի վզիկը շարժվում է բացակի ներսում:
- Մարումը աճում է արագության և յուղի լիզոլայնության հետ:
- Սա այն է, ինչ սահմանափակում է տատանումների ամպլիտուդը, երբ ռոտորը անցնում է կրիտիկական արագություն.
- Համապատասխան մարումը անհրաժեշտ է ինքնազգրգռվող անկայունությունները առանց սահման աճելուց պահպանելու համար:
Կախվածությունը արագությունից
Քանի որ և՛ կոշտությունը, և՛ մարումը փոխվում են արագության հետ, փոխվում է նաև այն ամենը, ինչը կախված է դրանցից.
- Կոշտությունը աճում է արագության հետ:
- Մարումը աճում է արագության հետ:
- Համակարգի սեփական հաճախություններ աճում են արագության հետ:
- Կրիտիկական արագությունները հետևաբար տեղաշարժվում են վերև, երբ մեքենան արագանում է — էֆեկտ, որը դառնում է տեսանելի Կեմպբելի դիագրամ.
5. Առավելություններ և սահմանափակումներ
Յուղի թիթեղը պատասխանատու է ինչպես սահքի առանցքակալի առանձնահատուկ ուժեղ կողմերի, այնպես էլ դրա հատուկ պահանջների համար:
- Բարձր բեռնվածքային հզորություն. կարող է աջակցել շատ ծանր ռոտորներ, որոնք կկոտրեին գլորման առանցքակալը:
- Բարձրարագ հնարավորություն. հարմար է 50,000 rpm և ավելի բարձր արագությունների համար:
- Ցածր շփում արագության դեպքում. երբ հիդրոդինամիկ թիթեղը ձևավորվում է, շփման գործակիցը շատ ցածր է (մոտ 0.001–0.003):
- Հիանալի մարում. կառավարում է տատանումները կրիտիկական արագությունների միջով և օգնում կայունացնել ռոտորը:
- Խաղաղ աշխատանք. գլորման տարրերի անցման բացակայությունը նշանակում է գլորման տարրերի աղմուկի բացակայություն:
- Կոշիկային դիմադրություն: յուղի թիթեղը մեղմում է անցումային և հարվածային բեռնվածքները:
- Երկար ծառայության ժամկետ. ծառայության ընթացքում մետաղական շփման բացակայության պատճառով մաշվածքը նվազագույն է, և հնարավոր է տասնամյակների ընթացքում աշխատել:
- Պարզ հիմնական դիզայն. պարզ գլանաձև տեսակը մեխանիկորեն պարզ և տնտեսական է:
Այս առավելությունների դիմաց կան գործնական մարտահրավերներ.
- Բարձր սկզբնական շփում. հանգստի վիճակում թիթեղ չկա, ուստի մեքենան պետք է հաղթահարի խզման մոմենտը և կարճատև սահմանային քսման մաշվածքը յուրաքանչյուր միացման ժամանակ:
- Քսման համակարգի անհրաժեշտություն. մաքուր, սառը, ճիշտ ճնշման տակ գտնվող յուղի անընդհատ մատակարարումը պարտադիր է; առանցքակալի քսում չի համարվում ընտրովի, այլ կենտրոնական դեր է խաղում նախագծման մեջ։
- Whirl and whip ռիսկ. սահքի գլանաձև առանցքակալները խոցելի են oil whirl-ի նկատմամբ և, կրիտիկական պտտաթվի մոտ երկու անգամ, oil whip-ի shaft whip (լիսեռի խփոց).
- Ցածր կոշտություն ցածր պտտաթվերի դեպքում. առաձգական շերտը առանցքակալին ավելի փափուկ է դարձնում, քան գլորման առանցքակալը ցածր պտտաթվերի դեպքում, դանդաղեցնելով արձագանքը։
- Ջերմաստիճանային զգայունություն. աշխատանքային բնութագրերը կախված են յուղի ջերմաստիճանից՝ միջոցով դրա ազդեցության վիսկոզիտետի վրա։
- Խառնուրդների նկատմամբ զգայունություն. կոշտ մասնիկները կարող են փորել փափուր բաբիտային մակերեսը կամ խցանել յուղի անցուղիները։
- Առանց առանցքային սահմանափակման. լիսեռի վզիկի առանցքակալը լիսեռը դիրքավորում է միայն շառավղային ուղղությամբ; առանցքային բեռնվածքների համար անհրաժեշտ է առանձին առանցքակալ (առանցքային).
6. Որտեղ են կիրառվում լիսեռի վզիկի առանցքակալները
Լիսեռի վզիկի առանցքակալները ստանդարտ են այնտեղ, որտեղ ռոտորները մեծ են, արագ են, կամ երկուսն էլ միասին.
- Շոգետուրբիններ և գազատուրբիններ. մեգավատային էլեկտրաէներգիա արտադրող միավորներ։
- Մեծ գեներատորներ. սինխրոն գեներատորներ էլեկտրակայաններում։
- Կենտրոնախույս կոմպրեսորներ. բարձր պտտաթվերով և բարձր բեռնվածքով արդյունաբերական մեքենաներ։
- Մեծ էլեկտրական մոտորներ. մոտ 500 ձիաուժից բարձր հզորությամբ մոտորները հաճախ օգտագործում են դրանք։
- Ծովային շարժիչային համակարգեր. պրոպելերի լիսեռի և պոչային խողովակի առանցքակալներ։
- Թղթի մեքենաներ. մեծ փաթեթներ, որոնք կրում են թղթի շերտը։
- Ներքին այրման շարժիչներ. կոտրվածքի գլխավոր և կապող ձողի առանցքակալներ։
7. Կապը ռոտորային դինամիկայի և տեղում բալանսավորման հետ
Քանի որ դրանց կոշտությունը և մարումը որոշում են ռոտորի վարքագծի մեծ մասը, լիսեռի վզիկի առանցքակալները գտնվում են ռոտորի դինամիկա:
- Կրիտիկական պտտաթվերի դիրքավորում. առանցքակալի կոշտությունը և մարումը որոշում են, թե որտեղ են ընկնում կրիտիկական պտտաթվերը և ինչքան բարձր են տատանումների գագաթները այնտեղ։
- Կայունություն՝ առանցքակալի տեսակը մեծապես որոշում է խոցելիությունը oil whirl-ի և լիսեռի whip-ի նկատմամբ; բնութագրական ենթա-սինխրոն հաճախությունները, որոնք դրանք առաջացնում են, կարելի է գնահատել հատուկ լիսեռի վզիկի առանցքակալի դեֆեկտային հաճախությունների հաշվիչով.
- Հաճախությունների քարտեզագրում. Կեմպբելի դիագրամը ցույց է տալիս, թե ինչպես են սեփական հաճախությունները տեղաշարժվում պտտաթվի հետ՝ իբրև առանցքակալի կոշտության փոփոխության հետևանք։
- Բալանսավորման արձագանք. առանցքակալի բնութագրերը ձևավորում են ազդեցության գործակիցներ որոնք կարգավորում են, թե ինչպես է ռոտորը արձագանքում ուղղիչ կշռին։
Վերջին կետն է, որտեղ առանցքակալը հանդիպում է ամենօրյա սպասարկմանը: Երբ տուրբինը կամ կոմպրեսորը, որը աշխատում է լիսեռի վզիկի առանցքակալներում, ցուցաբերում է բարձրացած 1× անհավասարակշռություն արձագանք, այն բալանսավորվում է տեղում, իր սեփական առանցքակալներում, աշխատանքային պտտաթվով: Կրելի երկու ալիքանի վերլուծիչ, ինչպիսին է Balanset-1A չափում է սինխրոն ամպլիտուդը և փուլ յուրաքանչյուր առանցքակալում, հաշվարկում է ռոտորի ազդեցության գործակիցները փորձնական փուլից և հաշվարկում անհրաժեշտ ուղղիչ կշիռները՝ գրանցելով ժողովածու ռոտոր-առանցքակալ համակարգի իրական արձագանքը, ներառյալ շերտի կոշտությունը և մարումը, որոնք բալանսավորման մեքենան երբեք չի կարող վերարտադրել: Հաստատված համապատասխան ISO 21940-11 բալանսի դասի նկատմամբ, արդյունքը արտացոլում է, թե ինչպես է մեքենան իրականում վարվում ծառայության մեջ։
Լիսեռի վզիկի առանցքակալները հասուն, բարդ տեխնոլոգիա են, որը մնում է անփոխարինելի կրիտիկական բարձր արդյունավետության մեքենաներում: Բեռնվածքի տարողունակության, պտտաթվի հնարավորության և մարման միակատար համադրությունը արդարացնում է դրանց քսումի և դինամիկ վարքագծի բարդությունը, և այդ վարքագծի գործնական հասկացումը անհրաժեշտ է ցանկացածին, ով ախտորոշում կամ բալանսավորում է մեծ պտտվող սարքավորումներ։
