Forstå nodepunkter i rotorvibrasjon

Enheter

Bærbart balanse- og vibrasjonsanalyseapparat Balanset-1A

$2,358.31

Deler

Vibrasjonssensor.

$107.47

Deler

Optisk sensor (lasertakometer)

$148.07

Enheter

Balanset-4.

$8,123.32

Deler

Magnetisk stativ Insize-60-kgf.

$54.93

Deler

Reflekterende tape.

$11.94

Enheter

Dynamisk balanseringsenhet "Balanset-1A" OEM

$2,071.73

Definisjon: Hva er et nodalpunkt?

A nodalpunkt (også kalt en node eller nodallinje når man vurderer tredimensjonal bevegelse) er et spesifikt sted langs en vibrerende Rotor hvor forskyvning eller nedbøyningen forblir null under vibrasjon ved en bestemt naturlig frekvens. Selv om resten av akselen vibrerer og avbøyes, forblir nodepunktet stasjonært i forhold til akselens nøytrale posisjon.

Knutepunkter er grunnleggende trekk ved modusformer, og plasseringene deres gir viktig informasjon for rotordynamikk analyse, balansering prosedyrer og strategier for plassering av sensorer.

Knutepunkter i forskjellige vibrasjonsmoduser

Første bøyningsmodus

Den første (grunnleggende) bøyemodusen har vanligvis:

• Null interne noder: Ingen punkter med null nedbøyning langs aksellengden
• Peilingsplasseringer som omtrentlige noder: I enkelt støttede konfigurasjoner fungerer lagrene som nesten nodale punkter
• Maksimal nedbøyning: Vanligvis nær midtspennet mellom lagrene
• Enkel bueform: Akselen bøyer seg i en enkelt jevn kurve

Andre bøyningsmodus

Den andre modusen har et mer komplekst mønster:

• Én intern node: Et enkelt punkt langs skaftet (vanligvis nær midten av spennet) hvor nedbøyningen er null
• S-kurveform: Akselen bøyer seg i motsatte retninger på hver side av noden
• To antinoder: Maksimale avbøyninger forekommer på hver side av nodalpunktet
• Høyere frekvens: Naturfrekvens betydelig høyere enn første modus

Tredje modus og høyere

• Tredje modus: To interne nodalpunkter, tre antinoder
• Fjerde modus: Tre nodalpunkter, fire antinoder
• Generell regel: Modus N har (N-1) interne nodalpunkter
• Økende kompleksitet: Høyere moduser viser gradvis mer komplekse bølgemønstre

Fysisk betydning av nodalpunkter

Null nedbøyning

Ved et nodalpunkt under vibrasjon ved den modusens naturlige frekvens:

• Lateral forskyvning er null
• Akselen går gjennom sin nøytrale akse
• Bøyespenningen er imidlertid vanligvis maksimal (helningen på avbøyningskurven er maksimal)
• Skjærkreftene er maksimale ved noder

Null følsomhet

Krefter eller masser som påføres ved nodepunkter har minimal effekt på den aktuelle modusen:

• Legger til korreksjonsvekter på noder balanserer ikke den modusen effektivt
• Sensorer plassert ved noder registrerer minimal vibrasjon for den modusen
• Støtter eller begrensninger ved noder påvirker minimalt modusens naturlige frekvens

Praktiske implikasjoner for balansering

Valg av korreksjonsplan

Forståelse av nodepunktplasseringer veileder balanseringsstrategi:

For stive rotorer

• Drift under første kritiske hastighet
• Første modus ikke nevneverdig opphisset
• Standard toplansbalansering nær rotorendene er effektiv
• Knutepunkter er ikke en primær bekymring

For fleksible rotorer

• Kjører gjennom eller over kritiske hastigheter
• Må vurdere modusformer og nodepunkter
• Effektive korreksjonsplaner: Bør være på eller i nærheten av antinode-posisjoner (maksimale avbøyningspunkter)
• Ineffektive steder: Korreksjonsplan ved eller i nærheten av noder har minimal effekt på den modusen
• Modal balansering: Tar eksplisitt hensyn til nodalpunktplasseringer ved distribusjon av korreksjonsvekter

Eksempel: Balansering av andre modus

Tenk deg en lang fleksibel aksel som opererer over første kritiske hastighet, eksiterende andre modus:

• Den andre modusen har ett nodalpunkt nær midten av spennet
• Å plassere alle korreksjonsvektene nær midten av spennet (noden) ville være ineffektivt
• Optimal strategi: Plasser korreksjoner på de to antinode-lokasjonene (på hver side av noden)
• Vektfordelingsmønsteret må samsvare med den andre modusformen for effektiv balansering

Hensyn til plassering av sensorer

Strategi for vibrasjonsmåling

Knutepunkter påvirker vibrasjonsovervåking kritisk:

Unngå nodale steder

• Sensorer ved noder registrerer minimal vibrasjon for den modusen
• Kan overse betydelige vibrasjonsproblemer hvis man bare måler ved noder
• Kan gi et feilaktig inntrykk av akseptable vibrasjonsnivåer

Målrett antinode-plasseringer

• Maksimal vibrasjonsamplitude ved antinoder
• Mest følsom for utvikling av problemer
• Vanligvis på lagerplasseringer for første modus
• For høyere moduser kan det være nødvendig med mellomliggende målepunkter

Flere målepunkter

• For fleksible rotorer, mål på flere aksiale steder
• Sikrer at ingen modus går tapt på grunn av nodal plassering
• Tillater eksperimentell bestemmelse av modusformer
• Kritisk utstyr har ofte sensorer ved hvert lager pluss midtspennet

Bestemme plasseringen av nodalpunkter

Analytisk prediksjon

• Endelig elementanalyse: Beregner modusformer og identifiserer nodalpunkter
• Stråleteori: For enkle konfigurasjoner forutsier analytiske løsninger nodeplasseringer
• Designverktøy: Rotordynamikkprogramvare gir visuelle modusformvisninger med noder merket

Eksperimentell identifikasjon

1. Støttesting (støttesting)

• Slå på skaftet flere steder med instrumenthammer
• Mål respons på flere punkter
• Steder som ikke viser respons ved en bestemt frekvens er nodepunkter for den modusen

2. Måling av driftsavbøyningsform

• Mål vibrasjon på mange aksiale steder under drift nær kritisk hastighet
• Plott avbøyningsamplitude vs. posisjon
• Nullkryssingspunkter er nodalsteder

3. Nærhetsprobematriser

• Flere berøringsfrie sensorer langs aksellengden
• Mål akselavbøyningen direkte under oppstart/rulling
• Den mest nøyaktige eksperimentelle metoden for å identifisere noder

Nodepunkter vs. antinoder

Knutepunkter og antinoder er komplementære konsepter:

Knutepunkter

• Null avbøyning
• Maksimal bøyningshelling og spenning
• Lav effektivitet for kraftpåføring eller -måling
• Ideell for støtteområder (minimerer overført kraft)

Antinoder

• Maksimal avbøyning
• Null bøyningshelling
• Maksimal effektivitet for korreksjonsvekter
• Optimale plasseringer av sensorer
• Steder med høyest belastning (for kombinert belastning)

Praktiske anvendelser og casestudier

Kasse: Papirmaskinrull

• Situasjon: Lang (6 meter) rull som opererer ved 1200 o/min, høy vibrasjon
• Analyse: Opererer over første kritiske, eksiterende andre modus med node midt i spennet
• Første forsøk på balansering: Vekter lagt til midt i spennet (praktisk tilgang) med dårlige resultater
• Løsning: Anerkjennelse av at midtspennet var et nodalpunkt; vekter omfordelt til kvartpunkter (antinoder)
• Resultat: Vibrasjon redusert med 85%, vellykket modal balansering

Case: Overvåking av dampturbiner

• Situasjon: Nytt vibrasjonsovervåkingssystem viser lav vibrasjon til tross for kjent ubalanse
• Etterforskning: Sensor utilsiktet plassert nær nodepunktet til dominant modus
• Løsning: Ytterligere sensorer på antinode-steder avslørte faktiske vibrasjonsnivåer
• Lekse: Vurder alltid modusformer når du designer overvåkingssystemer

Avanserte hensyn

Flytte noder

I noen systemer endres nodepunkter med driftsforholdene:

• Hastighetsavhengig lagerstivhet endrer nodeplasseringer
• Temperatureffekter på akselstivhet
• Lastavhengig respons
• Asymmetriske systemer kan ha forskjellige noder for horisontal og vertikal bevegelse

Omtrentlige vs. sanne noder

• Sanne noder: Nøyaktige nullavbøyningspunkter i ideelle systemer
• Omtrentlige noder: Steder med svært lav (men ikke null) nedbøyning i reelle systemer med demping og andre ikke-ideelle effekter
• Praktisk vurdering: Ekte noder er regioner med lav avbøyning snarere enn eksakte matematiske punkter

Å forstå nodepunkter gir avgjørende innsikt i rotorens vibrasjonsatferd og er avgjørende for effektiv balansering av fleksible rotorer, optimal plassering av sensorer og riktig tolkning av vibrasjonsdata i roterende maskineri.

---

← Tilbake til hovedindeksen