Modalinio balansavimo supratimas
Apibrėžimas: Kas yra modalinis balansavimas?
Modalinis balansavimas yra pažangus balansavimas specialiai sukurta technika lankstūs rotoriai kuris veikia nukreipdamas ir koreguodamas atskirus virpesių režimus, o ne balansuodamas esant konkretiems sukimosi greičiams. Šis metodas atpažįsta, kad lankstūs rotoriai skirtingais greičiais pasižymi skirtingomis režimų formomis (nukrypimo modeliais), ir paskirsto korekciniai svoriai tokiu būdu, kuris atitinka ir neutralizuoja kiekvieno režimo disbalanso pasiskirstymą.
Šis požiūris iš esmės skiriasi nuo įprasto daugiaplanis balansavimas, kuris balansuoja esant tam tikriems veikimo greičiams. Modalinis balansavimas suteikia geresnių rezultatų rotoriams, kurie turi sklandžiai veikti plačiame greičio diapazone, ypač kai jie praeina per kelis kritiniai greičiai.
Teorinis pagrindas: režimų formų supratimas
Norint suprasti modalinį balansavimą, pirmiausia reikia suprasti vibracijos režimus:
Kas yra režimo forma?
Režimo forma yra būdingas rotoriaus deformacijos modelis, kai jis vibruoja vienoje iš savo verčių. natūralieji dažniai. Kiekvienas rotorius turi begalinį teorinių režimų skaičių, tačiau praktiškai svarbūs tik keli pirmieji:
- Pirmasis režimas: Rotorius lenkiasi paprasto lanko arba lanko forma, kaip šokdynė su viena kupra.
- Antrasis režimas: Rotorius lenkiasi S formos kreive, kurios vienas mazgo taškas (nulinės deformacijos taškas) yra netoli vidurio.
- Trečias režimas: Rotorius rodo sudėtingesnį bangų modelį su dviem mazgo taškais.
Kiekvienas režimas turi atitinkamą natūralų dažnį (taigi ir atitinkamą kritinį greitį). Kai rotorius veikia arti vieno iš šių kritinių greičių, atitinkamą režimo formą stipriai sužadina bet koks esamas disbalansas.
Režimui būdingas disbalansas
Svarbiausia modalinio balansavimo įžvalga yra ta, kad disbalansą galima suskaidyti į modalinius komponentus. Kiekvienas režimas reaguoja tik į tą disbalanso komponentą, kuris atitinka jo formą. Pavyzdžiui:
- Pirmojo režimo disbalansas: Paprastas lanko formos masės asimetrijos pasiskirstymas.
- Antrojo režimo disbalansas: Pasiskirstymas, kuris rotoriui vibruojant sukuria S formos kreivę.
Koreguojant kiekvieną modalinį komponentą atskirai, rotorių galima subalansuoti visame jo veikimo greičio diapazone.
Kaip veikia modalinis balansavimas
Modalinio balansavimo procedūra apima kelis sudėtingus veiksmus:
1 veiksmas: nustatykite kritinius greičius ir režimų formas
Prieš pradedant balansavimą, rotoriaus kritiniai greičiai turi būti nustatyti atliekant įsibėgėjimo arba lėtėjimo bandymą, sukuriant Bode'o sklypas kuris rodo amplitudę ir fazė priklausomai nuo greičio. Režimų formas galima nustatyti eksperimentiškai naudojant kelis vibracijos jutiklius išilgai rotoriaus ilgio arba teoriškai numatyti naudojant baigtinių elementų analizę.
2 veiksmas: modalinė transformacija
Vibracijos matavimai iš kelių vietų matematiškai transformuojami iš “fizinių koordinačių” (vibracijos kiekviename guolyje) į “modalines koordinates” (kiekvieno režimo sužadinimo amplitudę). Ši transformacija naudoja žinomas režimo formas kaip matematinį pagrindą.
3 veiksmas: apskaičiuokite modalinius korekcijos svorius
Kiekvienam reikšmingam režimui rinkinys bandomieji svoriai išdėstyta pagal tos modos formą atitinkantį modelį, naudojama įtakos koeficientams nustatyti. Tada apskaičiuojami korekcijos svoriai, reikalingi modos disbalansui panaikinti.
4 veiksmas: grąžinkite fizinius svorius
Apskaičiuotos modalinės korekcijos vėl transformuojamos į faktinius fizinius svorius, kurie bus dedami į prieinamas rotoriaus korekcijos plokštumas. Ši atvirkštinė transformacija lemia, kaip paskirstyti modalines korekcijas tarp prieinamų korekcijos plokštumų.
5 veiksmas: įdiekite ir patikrinkite
Visi korekciniai svareliai yra sumontuoti, o rotorius paleidžiamas visu darbinio greičio diapazonu, siekiant patikrinti, ar vibracija sumažėjo visais kritiniais greičiais.
Modalinio balansavimo privalumai
Modalinis balansavimas suteikia keletą reikšmingų pranašumų, palyginti su įprastu daugiaplokštuminiu balansavimu lanksčiams rotoriams:
- Efektyvus visame greičio diapazone: Vienas korekcinių svarelių rinkinys sumažina vibraciją esant visiems veikimo greičiams, o ne tik vienam balansavimo greičiui. Tai labai svarbu mašinoms, kurios turi įsibėgėti keliais kritiniais greičiais.
- Mažiau bandomųjų važiavimų: Modalinis balansavimas dažnai reikalauja mažiau bandymų nei įprastas daugiaplokštis balansavimas, nes kiekvienas bandymas skirtas konkrečiam režimui, o ne konkrečiam greičiui.
- Geresnis fizinis supratimas: Šis metodas leidžia suprasti, kurie režimai yra problemiškiausi ir kaip pasiskirsto rotoriaus disbalansas.
- Optimalus didelės spartos mašinoms: Mašinos, veikiančios gerokai didesniu nei pirmasis kritinis greitis (pvz., turbinos), gauna didelę naudą, nes korekcija atsižvelgia į pagrindinę lanksčiojo rotoriaus elgesio fiziką.
- Sumažina pralaidumo vibraciją: Koreguojant modalinį disbalansą, vibracija greitėjimo ir lėtėjimo metu esant kritiniams greičiams yra sumažinama, taip sumažinant komponentų apkrovą.
Iššūkiai ir apribojimai
Nepaisant privalumų, modalinis balansavimas yra sudėtingesnis ir reikalaujantis daugiau pastangų nei įprasti metodai:
Reikalingos pažangios žinios
Technikai turi gerai išmanyti rotoriaus dinamiką, režimų formas ir virpesių teoriją. Tai nėra pradinio lygio balansavimo technika.
Reikalinga specializuota programinė įranga
Reikalingos matematinės transformacijos ir matricų operacijos yra ne rankinio skaičiavimo galimybės. Būtina specializuota balansavimo programinė įranga su modalinės analizės galimybėmis.
Reikia tikslių režimo formos duomenų
Modalinio balansavimo kokybė priklauso nuo tikslios informacijos apie modos formą. Tam paprastai reikia arba išsamaus baigtinių elementų modeliavimo, arba išsamios eksperimentinės modalinės analizės.
Reikalingi keli matavimo taškai
Norint tiksliai nustatyti modalinę amplitudę, vibracijos matavimai turi būti atliekami keliose rotoriaus ašinėse vietose, o tam reikia daugiau jutiklių ir prietaisų nei įprastiniam balansavimui.
Korekcinės plokštumos apribojimai
Galimos korekcijos plokštumų vietos idealiai gali neatitikti modų formų. Praktiškai tenka daryti kompromisus, o efektyvumas priklauso nuo to, kaip gerai turimos plokštumos gali aproksimuoti norimas modų korekcijas.
Kada naudoti modalinį balansavimą
Modalinis balansavimas rekomenduojamas konkrečiose situacijose:
- Didelės spartos lankstūs rotoriai: Tokios mašinos kaip didelės turbinos, greitaeigiai kompresoriai ir turboekspanderiai, kurios veikia gerokai didesniu nei pirmasis kritinis greitis.
- Platus veikimo greičio diapazonas: Įranga, kuri turi įsibėgėti keliais kritiniais greičiais ir sklandžiai veikti plačiame apsukų diapazone.
- Svarbios mašinos: Didelės vertės įranga, kai investicijos į pažangius balansavimo metodus pateisinamos dėl pagerėjusio patikimumo ir našumo.
- Kai įprasti metodai neveikia: Jei kelių plokštumų balansavimas vienu greičiu pasirodo esąs nepakankamas arba jei balansavimas vienu greičiu sukelia problemų kitais greičiais.
- Naujas mašinos dizainas: Paleidžiant naujas greitaeigius įrenginius, modalinis balansavimas gali padėti nustatyti optimalią bazinę balanso sąlygą.
Ryšys su kitais balansavimo metodais
Modalinį balansavimą galima laikyti balansavimo metodų evoliucija:
- Vienos plokštumos balansavimas: Tinka standiems, disko formos rotoriams.
- Dviejų plokštumų balansavimas: Standartas daugumai standžių rotorių, turinčių tam tikrą ilgį.
- Daugiaplokštis balansavimas: Reikalingas lankstiems rotoriams, bet balansuoja esant tam tikram greičiui.
- Modalinis balansavimas: Pažangiausia technika, orientuota į režimus, o ne greičius, siekiant maksimalaus lankstumo ir efektyvumo.
Pramonės programos
Modalinis balansavimas yra standartas keliose reikliose pramonės šakose:
- Elektros energijos gamyba: Didelės garo ir dujų turbinos elektrinėse
- Aviacija ir kosmosas: Orlaivių variklių rotoriai ir greitaeigiai turbomechaniniai įrenginiai
- Naftos chemijos: Didelės spartos išcentriniai kompresoriai ir turbokompresoriai
- Tyrimai: Didelės spartos bandymų stendai ir eksperimentinė įranga
- Popieriaus fabrikai: Ilgi, lankstūs popieriaus mašinos ritinėliai
Šiose srityse modalinio balansavimo sudėtingumą ir kainą atsveria sklandaus veikimo, ilgesnės mašinų eksploatavimo trukmės ir katastrofiškų gedimų išvengimo didelės energijos sistemose svarba.
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 