Rotoriaus guolių sistemos supratimas
A rotoriaus guolių sistema yra užbaigtas, integruotas mechaninis mazgas, sudarytas iš besisukančio rotorius (velenas su prie jo pritvirtintais komponentais), guoliai, ribojantys jo judėjimą ir perimantys apkrovas, bei stacionari konstrukcija – korpusai, atraminiai stovai, rėmas ir pamatai – kuri guolius sujungia su žeme. rotoriaus dinamika visa ši grandinė vertinama kaip vienas vientisas vienetas, nes kiekvienos dalies dinaminis elgesys lemia visų kitų dalių elgesį.
Vietoj to, kad rotorius būtų nagrinėjamas atskirai, išsami rotoriaus dinamikos analizė sistemą traktuoja kaip sąveikaujančių mechaninių elementų tinklą. Rotoriaus savybės (masė, standumas, slopinimas), guolių charakteristikos (standumas, slopinimas, tarpai) ir atraminės konstrukcijos savybės (lankstumas, slopinimas) tarpusavyje sąveikauja ir lemia mašinos kritiniai greičiai, jos vibracija atsakymas ir jo stabilumas. Pakeiskite bet kurį elementą, ir kiti reaguos.
1. Sistemos sudedamosios dalys
Rotoriaus mazgas
Sistemos besisukanti dalis, kurią sudaro:
- Velenas: pagrindinis besisukantis elementas, užtikrinantis didžiąją dalį lenkimo standumo.
- Diskai ir ratai: sraigtiniai rotoriai, turbinos ratas, movos ir skriemuliai, kurie didina masę ir inerciją.
- Išskirstyta masė: būgninio tipo rotoriai arba pats veleno svoris.
- Jungtys: jungtys su varančiuoju arba varomuoju įrenginiu.
Rotoriaus dinaminės savybės priklauso nuo jo masės pasiskirstymo išilgai ašies, veleno lenkimo standumo (kuris priklauso nuo skersmens, ilgio ir medžiagos), jo poliarinio ir diametralinio inercijos momentų (kurie lemia giroskopinis efektas), ir jo vidinį slopinimą, kuris paprastai yra nedidelis. Ar velenas elgiasi kaip standus rotorius arba lankstus rotorius jo veikimo diapazonas tiesiogiai išplaukia iš šių savybių.
Guoliai
Sąsajos elementai, kurie palaiko rotorių ir užtikrina jo sukimąsi, skirstomi į tris pagrindines grupes:
- Ritininiai guoliai: rutuliniai ir ritininiai guoliai.
- Skysčio plėvelės guoliai: slankiojantys guoliai, pakreipiamieji guoliai ir atraminiai guoliai.
- Magnetiniai guoliai: aktyvi elektromagnetinė pakaba.
Dinamiškai svarbus yra kiekvienos guolio standumas (atsparumas deformacijai esant apkrovai, matuojamas N/m arba lbf/in), jo slopinimas (energijos išsklaidymas, vienetais N·s/m), mažą judančių dalių masę, jo radialinį ir ašinį clearances (kurios lemia standumą ir sukelia netiesiškumą) ir – kas ypač svarbu skysčio plėvelės tipo guoliams – didelę priklausomybę nuo greičio: slydimo guolio standumas ir slopinimas smarkiai kinta priklausomai nuo sukimosi greičio.
Pagalbinė konstrukcija
Stacionarių pamatų elementai apima guolių korpusai ir pagrindo plokštės, juos jungiantis pagrindas arba rėmas, betoninis arba plieninis pamatas, perduodantis apkrovas į gruntą, bei bet kokie izoliacijos elementai – spyruoklės, pagalvėlės ar tvirtinimo elementai – naudojami vibracijai slopinti. Ši atrama suteikia papildomo standumo (kartais prilygstančio, kartais mažesnio už paties rotoriaus), slopinimo per medžiagą ir jungtis, taip pat masę, kuri keičia visos sistemos savituosius dažnius. Ten, kur pamatų standumas jei ji yra netinkama, ji gali lemti mašinos veikimą.
2. Kodėl sistemos lygio analizė yra būtina
Sąveikaujantis elgesys
Pagrindinis sistemos bruožas yra tai, kad kiekviena sudedamoji dalis daro įtaką kitoms:
- Rotoriaus deformacija sukuria jėgas guoliuose.
- Guolio deformacija pakeičia rotoriaus atramos sąlygas.
- Lankstumas leidžia guoliams judėti, dėl to sumažėja guolio atrodomas standumas.
- Pamatų vibracija per guolius perduodama atgal į rotorių.
Sistemos natūralūs dažniai
Svetainė natūralieji dažniai priklauso visai sistemai, o ne kuriai nors vienai jos daliai:
- Minkštieji guoliai su standžiu rotoriumi užtikrina mažesnius kritinius greičius.
- Tvirti guoliai su lanksčiu rotoriumi užtikrina didesnį kritinį greitį.
- Lankstus pagrindas gali sumažinti kritinius greičius net ir tada, kai guoliai yra tvirti.
- Sistemos savasis dažnis niekada nėra vien tik rotoriaus savasis dažnis.
Būtent tai, kaip šie dažniai kinta priklausomai nuo greičio, ir yra tai, ką Campbello diagrama skirta, o kiekvienas perėjimas atitinka režimo forma surinktos sistemos.
3. Analizės metodai
Supaprastinti modeliai
Atliekant parengiamuosius darbus, inžinieriai naudoja sumažintus modelius:
- Paprastai atraminė sija: rotorių kaip siją, pritvirtintą prie standžių atramų, neatsižvelgiant į guolių ir pamatų lankstumą.
- Jeffcott rotorius: koncentruota masė ant lanksčiosios ašies su spyruokliniais atramais – klasikinis mokomasis modelis, atspindintis guolio standumą.
- Perkėlimo matricos metodas: tradicinis rankinis metodas, taikomas daugiadiskiams rotoriams.
Pažangūs modeliai
Tiksliai realių mašinų analizei:
- Baigtinių elementų analizė (FEA): išsamus rotoriaus modelis su spyruokliniais elementais, atvaizduojančiais guolius.
- Guolių modeliai: nelinijinis standumas ir slopinimas, kurie kinta priklausomai nuo greičio, apkrovos ir temperatūros.
- Fondo lankstumas: atraminės konstrukcijos FEA arba modalinis modelis.
- Kombinuota analizė: visa sistema, įskaitant visus interaktyvius efektus.
4. Pagrindiniai sistemos parametrai
Standumo įnašai
Bendras sistemos standumas yra rotoriaus, guolio ir pamatų standumų nuosekliosios sumos:
1 tūkst.iš viso = 1/krotorius + 1/kguolis + 1/kpamatas
- Bendrą standumą lemia silpniausia grandis – lygiai taip pat, kaip grandinę lemia silpniausia grandis.
- Dažnas praktinis atvejis – pamatų lankstumas sumažina sistemos standumą iki lygio, kuris yra mažesnis už vien tik rotoriaus standumą.
Slopinimo įnašai
- Guolių slopinimas: paprastai pagrindinis šaltinis, ypač skysčio plėvelės guoliuose.
- Pamatų drėgmės izoliacija: konstrukcinis ir medžiaginis slopinimas atramose.
- Rotoriaus vidinis slopinimas: paprastai labai mažos ir dažniausiai nepastebimos.
- Bendras slopinimas: lygiagrečių slopinimo elementų suma.
5. Praktinės pasekmės
Mašinų projektavimui
- Rotoriaus negalima projektuoti neatsižvelgiant į jo guolius ir pamatą.
- Pasirinkus guolius nustatomi pasiekiami kritiniai greičiai.
- Pamatų tvirtumas turi būti pakankamas, kad išlaikytų rotorių.
- Tikroji optimizacija apima visus elementus iš karto.
Balansavimui
- Įtakos koeficientai reikia užfiksuoti visos sistemos reakciją, o ne vien tik rotoriaus.
- Lauko balansavimas automatiškai atsižvelgia į įdiegtos sistemos charakteristikas
- Gamyklinis balansavimas, atliktas naudojant kitą guolių ir atramų komplektą, gali ne visiškai atitikti įrengtą mašiną.
- Sistemos pokyčiai – guolių nusidėvėjimas, pamatų nusėdimas – laikui bėgant keičia balansavimo reakciją.
Būtent todėl matavimai vietoje yra tokie vertingi. Nešiojamas dviejų kanalų analizatorius, pavyzdžiui, Balanset-1A subalansuoja rotorių jo pačių guoliuose, esant darbinio greičio sąlygoms, ant tikrojo pagrindo — taigi amplitudė-ir-fazė jos surinkti duomenys ir apskaičiuoti įtakos koeficientai atspindi tikrąją rotoriaus ir guolio sistemą, kurioje mašina iš tiesų veikia, įskaitant atraminius ir terminius poveikius, kurių balansavimo staklės niekada nepatiria. likutinis disbalansas Taigi, tai, ką ji tikrina, yra likutinė apkrova, kurią rotorius patirs eksploatacijos metu.
Trikčių šalinimas
- Vibracijos problema gali kilti dėl rotoriaus, guolių arba pamatų.
- Diagnozuojant reikia atsižvelgti į visą sistemą, o ne tik į vieną įtariamą dalį.
- Vieno komponento pasikeitimas keičia visumos veikimą.
- Pavyzdžiui, pamatų nusidėvėjimas gali sumažinti mašinos kritinius greičius iki darbinio diapazono.
6. Dažniausiai pasitaikančios sistemos konfigūracijos
Paprasta tarpguolių konfigūracija
- Rotorių abiejuose galuose laiko du guoliai.
- Dažniausiai pasitaikantis pramoninis išdėstymas, kurį lengviausia analizuoti.
- Atitinka standartą dviejų plokštumų balansavimas approach.
Išsikišusio rotoriaus konfigūracija
- An išsikišęs rotorius ištęsia už savo atraminės dalies ribų.
- Sverto ilgis didina guolio apkrovą.
- Jis jautresnis disbalansui ir linkęs į didesnį poros disbalansas komponentas.
- Dažnai naudojami ventiliatoriuose, siurbliuose ir kai kuriuose varikliuose.
Daugiaguolės sistemos
- Vieną rotorių laiko trys ar daugiau guolių.
- Apkrovos pasiskirstymas yra sudėtingesnis.
- Labai svarbu, kad guoliai būtų tinkamai suderinti.
- Dažnai naudojami didelėse turbinose, generatoriuose ir popieriaus gamybos mašinų velenuose.
Sujungtos daugiarotorės sistemos
- Keletas rotorių, sujungtų movomis, kaip antai variklio-siurblio ir turbinos-generatoriaus agregatuose.
- Kiekvienas rotorius turi savo guolius, tačiau sistemos yra dinamiškai sujungtos.
- Tai yra sudėtingiausia analizuoti konfigūracija.
- Nesuderinimas sąvaros vietoje tarp rotorių susidaro sąveikos jėgos.
Svarbiausias veiksmingo projektavimo, analizės ir gedimų šalinimo aspektas – suvokti besisukančią įrangą kaip integruotą rotoriaus ir guolio sistemą, o ne kaip atskirų komponentų rinkinį. Žvelgiant iš sistemos perspektyvos, galima paaiškinti daugelį vibracijos reiškinių, kurie atskirai vertinami atrodo nesuprantami, ir nustatyti veiksmingas korekcines priemones, užtikrinančias patikimą bei efektyvų veikimą.
