Forstå rotorlagersystemet

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 rotorlagersystem?

A rotorlagersystem er den komplette integrerte mekaniske enheten som består av en roterende Rotor (aksel med tilkoblede komponenter), støttelagrene som begrenser bevegelsen og bærer last, og den stasjonære støttestrukturen (lagerhus, pidestaller, ramme og fundament) som forbinder lagrene til bakken. Dette systemet analyseres som en integrert helhet i rotordynamikk fordi den dynamiske oppførselen til hver komponent påvirker alle de andre.

I stedet for å analysere rotoren isolert, behandler riktig rotordynamisk analyse rotorlagersystemet som et koblet mekanisk system der rotoregenskaper (masse, stivhet, demping), lageregenskaper (stivhet, demping, klaringer) og støttestrukturegenskaper (fleksibilitet, demping) alle samhandler for å bestemme kritiske hastigheter, vibrasjon respons og stabilitet.

Komponenter i rotorlagersystemet

1. Rotoraggregatet

De roterende komponentene inkluderer:

• Aksel: Hovedroterende element som gir stivhet
• Skiver og hjul: Impeller, turbinhjul, koblinger, trinser som legger til masse og treghet
• Distribuert masse: Trommeltyperotorer eller selve akselmassen
• Koplinger: Koble rotoren til driveren eller drevet utstyr

Rotoregenskaper:

• Massefordeling langs aksen
• Bøyestivhet i akselen (funksjon av diameter, lengde, materiale)
• Polare og diametrale treghetsmomenter (som påvirker gyroskopiske effekter)
• Intern demping (vanligvis liten)

2. Lagre

Grensesnittelementene som støtter rotoren og tillater rotasjon:

Lagertyper

• Rullende elementlagre: Kulelager, rullelager
• Væskefilmlagre: Lagerblad, vippelager, aksiallager
• Magnetiske lagre: Aktiv elektromagnetisk suspensjon

Lageregenskaper

• Stivhet: Motstand mot nedbøyning under belastning (N/m eller lbf/in)
• Demping: Energitap i lageret (N·s/m)
• Masse: Bevegelige lagerkomponenter (vanligvis små)
• Klaringer: Radial og aksial slark som påvirker stivhet og ikke-linearitet
• Hastighetsavhengighet: Egenskapene til væskefilmlager endres betydelig med hastighet

3. Støttestruktur

De stasjonære fundamentelementene:

• Lagerhus: Umiddelbar struktur rundt lagrene
• Sokler: Vertikale støtter løftelager
• Bunnplate/ramme: Horisontal struktur som forbinder pidestaller
• Fundament: Betong- eller stålkonstruksjon som overfører last til bakken
• Isolasjonselementer: Fjærer, klosser eller fester hvis vibrasjonsisolering brukes

Støttestrukturen bidrar til:

• Ekstra stivhet (kan være sammenlignbar med eller mindre enn rotorstivhet)
• Demping gjennom materialegenskaper og skjøter
• Masse som påvirker systemets naturlige frekvenser

Hvorfor systemnivåanalyse er viktig

Koblet atferd

Hver komponent påvirker de andre:

• Rotoravbøyning skaper krefter på lagrene
• Lageravbøyning endrer rotorstøtteforholdene
• Fleksibilitet i støttestrukturen tillater lagerbevegelse, noe som påvirker tilsynelatende lagerstivhet
• Fundamentvibrasjon mates tilbake til rotoren gjennom lagrene

Systemets naturlige frekvenser

Naturfrekvenser er egenskaper ved hele systemet, ikke individuelle komponenter:

• Myke lagre + stiv rotor = lavere kritiske hastigheter
• Stive lagre + fleksibel rotor = høyere kritiske hastigheter
• Fleksibelt fundament kan senke kritiske hastigheter selv med stive lagre
• Systemets egenfrekvens ≠ rotorens egenfrekvens alene

Analysemetoder

Forenklede modeller

For foreløpig analyse:

• Enkel støttet bjelke: Rotor som bjelke med stive støtter (forsømmer lager- og fundamentfleksibilitet)
• Jeffcott-rotoren: Konsentrert masse på fleksibel aksel med fjærstøtter (inkluderer lagerstivhet)
• Overføringsmatrisemetode: Klassisk tilnærming for flerskivede rotorer

Avanserte modeller

For nøyaktig analyse av ekte maskiner:

• Finite Element Analysis (FEA): Detaljert modell av rotor med fjærelementer for lagre
• Lagermodeller: Ikke-lineær lagerstivhet og demping vs. hastighet, belastning, temperatur
• Fundamentfleksibilitet: FEA eller modal modell av støttestruktur
• Koblet analyse: Komplett system inkludert alle interaktive effekter

Viktige systemparametere

Stivhetsbidrag

Total systemstivhet er seriekombinasjon:

• 1/k_total = 1/k_Rotor + 1/k_peiling + 1/k_fundament
• Det mykeste elementet dominerer den generelle stivheten
• Vanlig tilfelle: fundamentfleksibilitet reduserer systemstivheten til under rotorstivheten alene

Dempende bidrag

• Lagerdemping: Vanligvis dominerende kilde (spesielt væskefilmlagre)
• Fundamentdemping: Strukturell og materialdemping i støtter
• Rotor intern demping: Vanligvis veldig liten, vanligvis neglisjert
• Total demping: Summen av parallelle dempningselementer

Praktiske implikasjoner

For maskindesign

• Kan ikke designe rotor isolert fra lagre og fundament
• Valg av lager påvirker oppnåelige kritiske hastigheter
• Fundamentsstivheten må være tilstrekkelig for rotorstøtte
• Systemoptimalisering krever samtidig vurdering av alle elementer

For balansering

• Påvirkningskoeffisienter representerer komplett systemrespons
• Balansering av felt tar automatisk hensyn til systemegenskaper som installert
• Verkstedbalansering på forskjellige lagre/støtter overføres kanskje ikke perfekt til installert tilstand
• Systemendringer (lagerslitasje, fundamentsetninger) endrer balanserespons

For feilsøking

• Vibrasjonsproblemer kan oppstå i rotor, lagre eller fundament
• Må vurdere hele systemet ved diagnostisering av problemer
• Endringer i én komponent påvirker den generelle atferden
• Eksempel: Fundamentforringelse kan senke kritiske hastigheter

Vanlige systemkonfigurasjoner

Enkel konfigurasjon mellom lagrene

• Rotor støttet av to lagre i endene
• Vanligste industrielle konfigurasjon
• Enkleste system for analyse
• Standard toplansbalansering nærme

Konfigurasjon av overhengende rotor

• Rotoren strekker seg ut utover bærende støtte
• Høyere lagerbelastninger fra momentarmen
• Mer følsom for ubalanse
• Vanlig i vifter, pumper, noen motorer

Flerlagersystemer

• Tre eller flere lagre som støtter én rotor
• Mer kompleks lastfordeling
• Justering mellom lagrene er kritisk
• Vanlig i store turbiner, generatorer og papirruller

Koblede flerrotorsystemer

• Flere rotorer koblet sammen med koblinger (motor-pumpesett, turbin-generatorsett)
• Hver rotor har egne lagre, men systemer som er dynamisk koblet
• Den mest komplekse konfigurasjonen for analyse
• Feiljustering ved kobling skaper interaksjonskrefter

Å forstå roterende maskiner som integrerte rotorlagersystemer snarere enn isolerte komponenter er grunnleggende for effektiv design, analyse og feilsøking. Systemnivåperspektivet forklarer mange vibrasjonsfenomener og veileder riktige korrigerende tiltak for pålitelig og effektiv drift.

---

← Tilbake til hovedindeksen