スクイーズフィルムダンパーの理解
定義: スクイーズフィルムダンパーとは何ですか?
A スクイーズフィルムダンパー （SFD）は受動的な 減衰 回転機械において振動エネルギーを消散させ制御するために使用される装置 振動 振幅、特に 臨界速度. ダンパーは、ベアリングハウジングを囲む環状の隙間に封入された薄い油膜で構成されています。ベアリング（および付属の ローター）が振動すると、ベアリングハウジングはダンパークリアランス内で振動し、油膜を圧迫します。この圧迫運動に対する粘性抵抗によってエネルギーが消散し、ローターシステムに大きな剛性を与えることなく減衰効果が得られます。.
スクイーズフィルムダンパーは、振動を制御し、振動を防止するために強化された減衰が必要とされる航空機エンジン、産業用ガスタービン、その他の高速機械に広く使用されています。 ローターの不安定性.
物理的な動作原理
圧迫動作
とは異なり ジャーナルベアリング 油膜が一定のラジアル荷重を支える場合、スクイーズフィルムダンパーは周期的な圧縮によって機能します。
- ローター振動: 不均衡なローターはベアリングに振動力を発生させる
- 住宅動議: ベアリングハウジングはダンパークリアランス内で放射状に振動する
- 油膜絞り： ハウジングが内側に移動するにつれて油膜は圧縮され、外側に移動するにつれて油膜は拡張されます。
- 粘性抵抗: オイルが押し出されるのを防ぎ、減衰力を生み出す
- エネルギー消散: 振動エネルギーが油の中で熱に変換される
ジャーナルベアリングとの主な違い
- ジャーナルベアリング: 油膜圧力によって静的および動的荷重を伝達し、剛性と減衰の両方を実現します。
- スクイーズフィルムダンパー： 減衰のみを提供し、剛性は最小限で、安定した荷重を支えない
- 組み合わせ： 転がり軸受（荷重を支える）+SFD（減衰を提供する）=いくつかの用途に最適なシステム
建設と設計
基本コンポーネント
- インナーレース（ベアリングハウジング）： 転がり軸受ハウジングの外面、半径方向に自由に動く
- アウターレース（ダンパーハウジング）： 精密な円筒形の穴を備えた固定ハウジング
- 環状クリアランス: 内輪と外輪間の半径方向の隙間（通常0.1～0.5 mm）
- 石油供給: クリアランススペースに供給される加圧オイル
- エンドシール: 軸方向にオイルを封じ込めるOリングまたはその他のシール
- 中心となる要素: 過度の動きを防ぐためのバネや保持機能
設計パラメータ
- ラジアルクリアランス（c）： 減衰係数を決定します（小さいほど減衰が大きくなります）
- 長さ（L）： ダンパーの軸方向の長さ（長いほど減衰が大きい）
- 直径（D）： ダンパー直径（大きいほど減衰が大きい）
- オイル粘度（µ）: 粘度が高いほど減衰が大きい
- エンドシールタイプ: オイル漏れと効果的な減衰に影響します
スクイーズフィルムダンパーの利点
- 剛性なしで減衰を追加: 臨界速度を大幅に上昇させることなくエネルギー散逸を増大させる
- 臨界速度振動を低減: 共振振幅を安全なレベルに制限する
- 不安定さを防止: 予防に役立ちます オイルワール, シャフトホイップ, 、およびその他の自励振動
- 伝達される力を分離します: 基礎に伝わる振動を軽減
- 過渡現象に対応: 起動、停止、負荷変化時の振動を抑制します
- 改造能力: 大幅な再設計なしで既存のマシンに追加できます
- パッシブ操作: 制御システムや電源は不要
アプリケーション
航空機用ガスタービン
- 現代の航空機エンジンではほぼ普遍的
- 危険速度通過時の振動制御に不可欠
- 高速アプリケーションで転がり軸受の使用が可能
- 航空宇宙産業に不可欠なコンパクトで軽量な設計
産業用ガスタービン
- 転がり要素または傾斜パッドベアリングと組み合わせて使用
- 起動時およびシャットダウン時の振動を制御
- 支持構造への伝達振動を低減
高速コンプレッサー
- ベアリング減衰を超える追加の減衰を提供
- 軽負荷状態での不安定さを防止
- より広い動作範囲を実現
改造アプリケーション
- 過度の危険速度振動のある既存の機械に追加
- バランス調整やアライメント調整で振動が十分に低減されない場合の解決策
- 主要なローターまたはベアリングの再設計の代替
設計上の考慮事項
減衰係数の計算
スクイーズフィルムダンパーによって提供される減衰力は、おおよそ次のとおりです。
- F減衰 = C × 速度
- ここで、減衰係数C∝（µ × D × L³）/ c³
- クリアランスに非常に敏感（c）：クリアランスを半分にすると減衰が8倍に増加
- 最適な減衰を設計するには、慎重なパラメータ選択が必要です。
センタリングスプリング
- 目的： ダンパーが「底付き」（金属同士の接触）するのを防ぐ
- 剛性の選択: ダンパーの動きを許容するほど柔らかく、かつ中心に据えるのに十分な硬さでなければならない
- 一般的なタイプ: かご形（複数の円周ワイヤ）、コイルスプリング、エラストマー要素
オイル供給と排出
- フィルムを維持するための加圧オイル供給（通常1～5バール）
- 発生した熱を除去するのに十分な流量
- 油の浸水を防ぐための適切な排水
- フィルム内のキャビテーションを防ぐための通気孔
課題と限界
設計上の課題
- キャビテーション： 油膜がキャビテーション（蒸気泡の形成）を起こし、効果的な減衰を低下させる可能性がある。
- 空気摂取: 混入した空気は減衰効果を低下させる
- 周波数依存性: 減衰効果は振動周波数によって変化する
- 非線形動作: 振幅に応じて性能が変化（大きな動きはクリアランスを超える可能性があります）
運用上の課題
- 温度感度: オイル粘度は温度によって変化し、減衰力に影響する
- 清潔さの要件: 汚染は供給を妨げたり、表面を損傷したりする可能性がある
- 石油供給依存度: 油圧の損失によりダンピングがなくなる
- シール摩耗: エンドシールは時間の経過とともに劣化し、効果が低下します
メンテナンス要件
- オイル供給圧力と温度を監視する
- エンドシールを定期的に点検する
- オーバーホール中に適切なクリアランスを確認する
- センタリングスプリングの状態を確認する
- オイル通路とフィルターを清掃する
高度なデザイン
ピストンリングダンパー
- Oリングシールの代わりにピストンリングを使用する
- 圧力分散を良くするために、ある程度のオイル漏れを許容する
- キャビテーション傾向を軽減
オープンエンドダンパー
- エンドシールなし、オイルは軸方向に流れる
- よりシンプルな設計、シール摩耗の問題なし
- より高いオイル流量が必要
- より一貫した減衰特性
インテグラルダンパー
- ベアリングバックとハウジングの間に形成される減衰膜
- 別個のダンパー部品なし
- コンパクトだが減衰能力が限られている
効果とパフォーマンス
振動低減
- 危険速度振動を50-80%低減可能
- 共鳴の制御に特に効果的
- 臨界速度ピークを広げる（鋭くならないようにする）
- 危険速度での安全な通行を可能にする
安定性の向上
設計および解析ツール
スクイーズフィルムダンパーの適切な設計には次の要件があります。
- ローターダイナミック解析: ローター・ベアリング・ダンパーシステムの統合モデリング
- 流体膜分析: 圧力分布のレイノルズ方程式の解
- 非線形解析: キャビテーション、振幅依存挙動を考慮する
- 熱分析: 油温と放熱
- 専用ソフトウェア: DyRoBeS、XLTRCなどのツールにはSFDモデルが含まれています
スクイーズフィルムダンパーを使用する場合
推奨アプリケーション
- 高速機械： 危険速度付近またはそれ以上の速度で運転
- 転がり軸受システム: ベアリングが最小限の減衰しか提供しない場所に減衰を追加する
- フレキシブルローター: 第一危険速度以上で運転
- 安定性の問題: ローターの不安定性が危険となる場合
- 過渡振動制御: 起動/シャットダウン時の振動の低減
推奨されない場合
- ダンピングが重要でない低速運転
- スペースの制約により設置できない
- 石油供給システムが利用できない、または信頼できない
- メンテナンスリソースが限られている（ダンパーにはオイルシステムのメンテナンスが必要）
- よりシンプルな解決策（バランス、アライメント）が適切
スクイーズフィルムダンパーは、高速回転機械の振動制御における優れたソリューションです。剛性を増大させることなく大きな減衰力を提供することで、臨界速度域での運転を可能にし、破壊的不安定性を防ぎ、コンパクトなパッシブ設計を維持しながら回転機器の動作範囲を拡大します。.
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