Memahami Titik Nodal dalam Getaran Rotor
Definisi: Apa itu Titik Nodal?
A titik nodal (juga disebut simpul atau garis nodal ketika mempertimbangkan gerakan tiga dimensi) adalah lokasi tertentu di sepanjang bidang bergetar. rotor dimana pemindahan atau defleksi tetap nol selama getaran pada titik tertentu frekuensi alami. Bahkan ketika sisa poros bergetar dan membelok, titik nodal tetap diam relatif terhadap posisi netral poros.
Titik nodal adalah fitur fundamental dari bentuk mode, dan lokasinya memberikan informasi penting untuk dinamika rotor analisa, menyeimbangkan prosedur, dan strategi penempatan sensor.
Titik Nodal dalam Mode Getaran Berbeda
Mode Pembengkokan Pertama
Mode pembengkokan pertama (fundamental) biasanya memiliki:
- Nol Node Internal: Tidak ada titik defleksi nol sepanjang panjang poros
- Lokasi Bearing sebagai Perkiraan Node: Dalam konfigurasi yang didukung secara sederhana, bantalan bertindak sebagai titik dekat-nodal
- Defleksi Maksimum: Biasanya di dekat pertengahan rentang antara bantalan
- Bentuk Busur Sederhana: Poros melengkung dalam kurva halus tunggal
Mode Pembengkokan Kedua
Mode kedua memiliki pola yang lebih kompleks:
- Satu Node Internal: Titik tunggal sepanjang poros (biasanya dekat pertengahan bentang) di mana lendutannya nol
- Bentuk Kurva S: Poros membengkok ke arah berlawanan di kedua sisi simpul
- Dua Antinode: Defleksi maksimum terjadi di kedua sisi titik nodal
- Frekuensi Lebih Tinggi: Frekuensi alami secara signifikan lebih tinggi daripada mode pertama
Mode Ketiga dan Lebih Tinggi
- Mode Ketiga: Dua titik nodal internal, tiga antinode
- Mode Keempat: Tiga titik nodal, empat titik antinode
- Aturan Umum: Mode N memiliki (N-1) titik nodal internal
- Meningkatnya Kompleksitas: Mode yang lebih tinggi menunjukkan pola gelombang yang semakin kompleks
Arti Fisik Titik Nodal
Defleksi Nol
Pada titik nodal selama getaran pada frekuensi alami mode tersebut:
- Perpindahan lateral adalah nol
- Poros melewati sumbu netralnya
- Namun, tegangan lentur biasanya maksimum (kemiringan kurva defleksi maksimum)
- Gaya geser maksimum terjadi pada titik simpul
Sensitivitas Nol
Gaya atau massa yang diterapkan pada titik nodal memiliki efek minimal pada mode tertentu:
- Menambahkan bobot koreksi pada node tidak secara efektif menyeimbangkan mode itu
- Sensor yang ditempatkan di node mendeteksi getaran minimal untuk mode tersebut
- Dukungan atau kendala pada node minimal mempengaruhi frekuensi alami mode
Implikasi Praktis untuk Penyeimbangan
Pemilihan Bidang Koreksi
Memahami lokasi titik nodal memandu strategi penyeimbangan:
Untuk Rotor Kaku
- Beroperasi di bawah kecepatan kritis pertama
- Mode pertama tidak terlalu bersemangat
- Standar penyeimbangan dua bidang dekat ujung rotor efektif
- Titik nodal bukan perhatian utama
Untuk Rotor Fleksibel
- Beroperasi melalui atau di atas kecepatan kritis
- Harus mempertimbangkan bentuk mode dan titik nodal
- Bidang Koreksi Efektif: Harus berada di atau dekat lokasi antinode (titik defleksi maksimum)
- Lokasi yang Tidak Efektif: Bidang koreksi pada atau dekat simpul memiliki efek minimal pada mode tersebut
- Penyeimbangan Modal: Secara eksplisit memperhitungkan lokasi titik nodal saat mendistribusikan bobot koreksi
Contoh: Penyeimbangan Mode Kedua
Pertimbangkan poros fleksibel panjang yang beroperasi di atas kecepatan kritis pertama, membangkitkan mode kedua:
- Mode kedua memiliki satu titik nodal di dekat pertengahan bentang
- Menempatkan semua bobot koreksi di dekat pertengahan rentang (simpul) tidak akan efektif
- Strategi optimal: Tempatkan koreksi di dua lokasi antinode (di kedua sisi node)
- Pola distribusi berat harus sesuai dengan bentuk mode kedua untuk keseimbangan yang efektif
Pertimbangan Penempatan Sensor
Strategi Pengukuran Getaran
Titik-titik simpul secara kritis mempengaruhi pemantauan getaran:
Hindari Lokasi Nodal
- Sensor pada node mendeteksi getaran minimal untuk mode tersebut
- Mungkin melewatkan masalah getaran yang signifikan jika hanya mengukur pada node
- Dapat memberikan kesan yang salah tentang tingkat getaran yang dapat diterima
Lokasi Antinode Target
- Amplitudo getaran maksimum di antinode
- Paling sensitif terhadap masalah yang berkembang
- Biasanya di lokasi bantalan untuk mode pertama
- Untuk mode yang lebih tinggi, mungkin memerlukan titik pengukuran menengah
Beberapa Titik Pengukuran
- Untuk rotor fleksibel, ukur di beberapa lokasi aksial
- Memastikan tidak ada mode yang terlewat karena posisi nodal
- Memungkinkan penentuan bentuk mode secara eksperimental
- Peralatan penting sering kali memiliki sensor di setiap bantalan dan pertengahan bentang
Menentukan Lokasi Titik Nodal
Prediksi Analitis
- Analisis Elemen Hingga: Menghitung bentuk mode dan mengidentifikasi titik nodal
- Teori Balok: Untuk konfigurasi sederhana, solusi analitis memprediksi lokasi node
- Alat Desain: Perangkat lunak dinamika rotor menyediakan tampilan bentuk mode visual dengan node yang ditandai
Identifikasi Eksperimental
1. Pengujian Dampak (Benturan)
- Pukul poros di beberapa lokasi dengan palu yang dilengkapi instrumen
- Mengukur respons di beberapa titik
- Lokasi yang tidak menunjukkan respons pada frekuensi tertentu adalah titik nodal untuk mode tersebut
2. Pengukuran Bentuk Defleksi Operasional
- Selama pengoperasian mendekati kecepatan kritis, ukur getaran di banyak lokasi aksial
- Plot amplitudo defleksi vs. posisi
- Titik persimpangan nol adalah lokasi nodal
3. Rangkaian Probe Kedekatan
- Beberapa sensor non-kontak di sepanjang panjang poros
- Mengukur defleksi poros secara langsung selama startup/coastdown
- Metode eksperimen paling akurat untuk mengidentifikasi node
Titik Nodal vs. Antinode
Titik nodal dan titik antinode merupakan konsep yang saling melengkapi:
Titik Nodal
- Defleksi nol
- Kemiringan dan tegangan lentur maksimum
- Efektivitas rendah untuk penerapan atau pengukuran gaya
- Ideal untuk lokasi dukungan (meminimalkan gaya yang ditransmisikan)
Antinode
- Defleksi maksimum
- Kemiringan tekukan nol
- Efektivitas maksimum untuk bobot koreksi
- Lokasi penempatan sensor yang optimal
- Lokasi tegangan tertinggi (untuk pembebanan gabungan)
Aplikasi Praktis dan Studi Kasus
Kasus: Gulungan Mesin Kertas
- Situasi: Gulungan panjang (6 meter) yang beroperasi pada 1200 RPM, getaran tinggi
- Analisa: Beroperasi di atas kritis pertama, menggairahkan mode kedua dengan node di tengah rentang
- Upaya Penyeimbangan Awal: Beban yang ditambahkan di tengah rentang (akses mudah) dengan hasil yang buruk
- Solusi: Pengakuan bahwa titik tengah bentang adalah titik nodal; bobot didistribusikan ulang ke titik seperempat (antinode)
- Hasil: Getaran berkurang dengan 85%, penyeimbangan modal berhasil
Kasus: Pemantauan Turbin Uap
- Situasi: Sistem pemantauan getaran baru menunjukkan getaran rendah meskipun ketidakseimbangan diketahui
- Penyelidikan: Sensor secara tidak sengaja ditempatkan di dekat titik nodal mode dominan
- Solusi: Sensor tambahan di lokasi antinode mengungkapkan tingkat getaran sebenarnya
- Pelajaran: Selalu pertimbangkan bentuk mode saat merancang sistem pemantauan
Pertimbangan Lanjutan
Memindahkan Node
Pada beberapa sistem, titik nodal bergeser sesuai dengan kondisi operasi:
- Kekakuan bantalan yang bergantung pada kecepatan mengubah lokasi simpul
- Efek suhu pada kekakuan poros
- Respons bergantung beban
- Sistem asimetris mungkin memiliki node yang berbeda untuk gerakan horizontal dan vertikal
Node Perkiraan vs. Node Sebenarnya
- Node Sejati: Titik defleksi nol yang tepat dalam sistem ideal
- Node Perkiraan: Lokasi defleksi yang sangat rendah (tetapi tidak nol) dalam sistem nyata dengan redaman dan efek non-ideal lainnya
- Pertimbangan Praktis: Node nyata adalah daerah dengan defleksi rendah, bukan titik matematika yang tepat
Memahami titik nodal memberikan wawasan penting tentang perilaku getaran rotor dan penting untuk penyeimbangan rotor fleksibel yang efektif, penempatan sensor yang optimal, dan interpretasi data getaran yang tepat pada mesin berputar.
Kategori:
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 