Rotora gultņu sistēmas izpratne
Definīcija: Kas ir rotora gultņu sistēma?
A rotora gultņu sistēma ir pilnībā integrēta mehāniskā montāža, kas sastāv no rotējoša rotors (vārpsta ar pievienotajām detaļām), atbalsta gultņi, kas ierobežo tās kustību un nes slodzes, un stacionārā atbalsta konstrukcija (gultņu korpusi, pamatnes, rāmis un pamatne), kas savieno gultņus ar zemi. Šī sistēma tiek analizēta kā integrēts veselums rotora dinamika jo katras komponentes dinamiskā uzvedība ietekmē visas pārējās.
Tā vietā, lai analizētu rotoru atsevišķi, pareizā rotora dinamiskā analīze apstrādā rotora gultņu sistēmu kā savienotu mehānisku sistēmu, kurā rotora īpašības (masa, stingrība, slāpēšana), gultņu raksturlielumi (stingrība, slāpēšana, atstarpes) un atbalsta konstrukcijas īpašības (elastība, slāpēšana) mijiedarbojas, lai noteiktu kritiskie ātrumi, vibrācija reakcija un stabilitāte.
Rotora gultņu sistēmas sastāvdaļas
1. Rotora mezgls
Rotējošās sastāvdaļas, tostarp:
- Vārpsta: Galvenais rotējošais elements, kas nodrošina stingrību
- Diski un riteņi: Lāpstiņriteņi, turbīnu riteņi, savienojumi, skriemeļi, kas pievieno masu un inerci
- Izplatītā masa: Bungas tipa rotori vai pati vārpstas masa
- Savienojumi: Rotora pievienošana piedziņai vai piedziņas iekārtai
Rotora raksturlielumi:
- Masas sadalījums pa asi
- Vārpstas lieces stingrība (atkarībā no diametra, garuma, materiāla)
- Polārie un diametrālie inerces momenti (kas ietekmē žiroskopiskos efektus)
- Iekšējā slāpēšana (parasti maza)
2. Gultņi
Saskarnes elementi, kas atbalsta rotoru un nodrošina rotāciju:
Gultņu veidi
- Ritošie elementu gultņi: Lodīšu gultņi, rullīšu gultņi
- Šķidruma plēves gultņi: Šarnīrveida gultņi, slīpuma paliktņu gultņi, vilces gultņi
- Magnētiskie gultņi: Aktīva elektromagnētiskā piekare
Gultņu raksturojums
- Stīvums: Izturība pret deformāciju slodzes ietekmē (N/m vai lbf/in)
- Slāpēšana: Enerģijas izkliede gultnī (N·s/m)
- Masa: Kustīgās gultņu detaļas (parasti mazas)
- Attālumi: Radiālā un aksiālā brīvkustība, kas ietekmē stingrību un nelinearitāti
- Ātruma atkarība: Šķidruma plēves gultņu īpašības ievērojami mainās līdz ar ātrumu
3. Atbalsta struktūra
Stacionārie pamatu elementi:
- Gultņu korpusi: Tiešā konstrukcija ap gultņiem
- Pjedestāli: Vertikālie balsti, pacelšanas gultņi
- Pamatplāksne/rāmis: Horizontāla konstrukcija, kas savieno pjedestālus
- Fonds: Betona vai tērauda konstrukcija, kas pārnes slodzes uz zemi
- Izolācijas elementi: Atsperes, paliktņi vai stiprinājumi, ja tiek izmantota vibrācijas izolācija
Atbalsta struktūra veicina:
- Papildu stingrība (var būt salīdzināma ar rotora stingrību vai mazāka par to)
- Slāpēšana, izmantojot materiāla īpašības un savienojumus
- Masa, kas ietekmē kopējās sistēmas dabiskās frekvences
Kāpēc sistēmas līmeņa analīze ir būtiska
Saistītā uzvedība
Katra sastāvdaļa ietekmē citas:
- Rotora novirze rada spēkus uz gultņiem
- Gultņa novirze maina rotora atbalsta apstākļus
- Atbalsta struktūras elastība ļauj gultnim kustēties, ietekmējot šķietamo gultņa stingrību
- Pamatu vibrācija caur gultņiem padod atpakaļ uz rotoru
Sistēmas dabiskās frekvences
Dabiskās frekvences ir visas sistēmas īpašības, nevis atsevišķu komponentu īpašības:
- Mīksti gultņi + stingrs rotors = zemāki kritiskie ātrumi
- Stingri gultņi + elastīgs rotors = lielāki kritiskie ātrumi
- Elastīgs pamats var samazināt kritiskos ātrumus pat ar stingriem gultņiem
- Sistēmas dabiskā frekvence ≠ tikai rotora dabiskā frekvence
Analīzes metodes
Vienkāršoti modeļi
Sākotnējai analīzei:
- Vienkārša atbalstīta sija: Rotors kā sija ar stingriem balstiem (neņem vērā gultņu un pamatu elastību)
- Džefkota rotors: Koncentrēta masa uz lokanas vārpstas ar atsperu balstiem (ietverot gultņa stingrību)
- Pārneses matricas metode: Klasiskā pieeja daudzdisku rotoriem
Uzlaboti modeļi
Lai precīzi analizētu reālas mašīnas:
- Galīgo elementu analīze (FEA): Detalizēts rotora modelis ar atsperu elementiem gultņiem
- Gultņu modeļi: Nelineāra gultņa stingrība un slāpēšana atkarībā no ātruma, slodzes, temperatūras
- Pamatnes elastība: FEA jeb atbalsta struktūras modālais modelis
- Saistītā analīze: Pilna sistēma, ieskaitot visus interaktīvos efektus
Galvenie sistēmas parametri
Stingrības ieguldījums
Kopējā sistēmas stingrība ir virknes kombinācija:
- 1/kkopā = 1/krotors + 1/kgultnis + 1/kpamats
- Mīkstākais elements dominē kopējā stingrībā
- Biežākais gadījums: pamatu elastība samazina sistēmas stingrību zem rotora stingrības vien
Slāpēšanas iemaksas
- Gultņu slāpēšana: Parasti dominējošais avots (īpaši šķidruma plēves gultņi)
- Pamatnes slāpēšana: Konstrukcijas un materiālu slāpēšana balstos
- Rotora iekšējā slāpēšana: Parasti ļoti mazs, parasti atstāts novārtā
- Kopējā slāpēšana: Paralēlo slāpēšanas elementu summa
Praktiskās sekas
Mašīnu projektēšanai
- Rotoru nevar konstruēt atsevišķi no gultņiem un pamatnes
- Gultņu izvēle ietekmē sasniedzamos kritiskos ātrumus
- Pamatnes stingrībai jābūt pietiekamai rotora atbalstam
- Sistēmas optimizācija prasa vienlaicīgu visu elementu apsvēršanu
Balansēšanai
- Ietekmes koeficienti pārstāv pilnīgu sistēmas reakciju
- Lauka līdzsvarošana automātiski ņem vērā uzstādītās sistēmas raksturlielumus
- Darbnīcas balansēšana uz dažādiem gultņiem/balstiem var netikt perfekti pārnesta uz uzstādīto stāvokli.
- Sistēmas izmaiņas (gultņu nodilums, pamatnes nosēšanās) maina līdzsvara reakciju
Problēmu novēršanai
- Vibrācijas problēmas var rasties rotorā, gultņos vai pamatnē
- Diagnosticējot problēmas, jāņem vērā visa sistēma
- Izmaiņas vienā komponentā ietekmē kopējo uzvedību
- Piemērs: Pamatnes bojājumi var samazināt kritisko ātrumu
Bieži sastopamās sistēmas konfigurācijas
Vienkārša starpgultņu konfigurācija
- Rotors, ko galos atbalsta divi gultņi
- Visizplatītākā rūpnieciskā konfigurācija
- Vienkāršākā analīzes sistēma
- Standarta divu plakņu balansēšana pieeja
Pārkarināta rotora konfigurācija
- Rotors izstiepjas ārpus atbalsta
- Lielākas gultņu slodzes no momenta sviras
- Jutīgāks pret nelīdzsvarotību
- Bieži sastopams ventilatoros, sūkņos, dažos motoros
Daudzgultņu sistēmas
- Trīs vai vairāk gultņu, kas atbalsta vienu rotoru
- Sarežģītāka slodzes sadale
- Gultņu izlīdzināšana ir kritiski svarīga
- Bieži sastopams lielās turbīnās, ģeneratoros, papīra mašīnu ruļļos
Savienotas daudzrotoru sistēmas
- Vairāki rotori, kas savienoti ar savienojumiem (motora-sūkņa komplekti, turbīnas-ģeneratora komplekti)
- Katram rotoram ir savi gultņi, bet sistēmas ir dinamiski savienotas
- Sarežģītākā konfigurācija analīzei
- Neatbilstība savienojumā rada mijiedarbības spēkus
Rotējošo mehānismu izpratne kā integrētas rotora gultņu sistēmas, nevis kā atsevišķas sastāvdaļas, ir būtiska efektīvai projektēšanai, analīzei un problēmu novēršanai. Sistēmas līmeņa perspektīva izskaidro daudzas vibrācijas parādības un vada atbilstošas korektīvās darbības, lai nodrošinātu uzticamu un efektīvu darbību.
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 