Forstå klemfilmdempere
Definisjon: Hva er en klemfilmdemper?
A klemfilmspjeld (SFD) er en passiv demping enhet som brukes i roterende maskiner for å spre vibrasjonsenergi og kontrollere den vibrasjon amplituder, spesielt ved kritiske hastigheter. Demperen består av en tynn oljefilm som befinner seg i et ringformet klaringsområde som omgir et lagerhus. Når lageret (og det festede Rotor) vibrerer, oscillerer lagerhuset innenfor demperklaringen og klemmer oljefilmen. Den viskøse motstanden mot denne klembevegelsen sprer energi og gir demping til rotorsystemet uten å øke stivheten betydelig.
Klemfilmdempere er mye brukt i flymotorer, industrielle gassturbiner og andre høyhastighetsmaskiner der forbedret demping er nødvendig for å kontrollere vibrasjoner og forhindre rotorinstabiliteter.
Fysisk driftsprinsipp
Klemaksjonen
Lik ikke journallager Der oljefilmen bærer jevn radial belastning, fungerer klemfilmdempere gjennom syklisk klemning:
- Rotorvibrasjon: Ubalansert rotor skaper vibrerende krefter på lageret
- Boligforslag: Lagerhuset oscillerer radialt innenfor demperklaringen
- Klemming av oljefilm: Når huset beveger seg innover, komprimeres oljefilmen; når den beveger seg utover, utvider filmen seg
- Viskøs motstand: Olje motstår å bli presset ut, noe som skaper en dempende kraft
- Energispredning: Vibrasjonsenergi omdannes til varme i oljen
Viktig forskjell fra journallager
- Journallager: Bærer statiske og dynamiske belastninger gjennom oljefilmtrykk; både stivhet og demping
- Klemfilmdemper: Gir kun demping, minimal stivhet; bærer ikke konstante belastninger
- Kombinasjon: Rullelager (bærer last) + SFD (gir demping) = optimalt system for noen bruksområder
Konstruksjon og design
Grunnleggende komponenter
- Indre bane (lagerhus): Ytre overflate av rullelagerhuset, fritt bevegelig radialt
- Ytre lager (demperhus): Stasjonært hus med presis sylindrisk boring
- Ringformet klaring: Radialavstand mellom indre og ytre lager (typisk 0,1–0,5 mm)
- Oljeforsyning: Trykksatt olje matet inn i klaringsrommet
- Endeforseglinger: O-ringer eller andre tetninger for å holde oljen aksialt
- Sentreringselementer: Fjærer eller fastholdelsesfunksjoner for å forhindre overdreven bevegelse
Designparametere
- Radialklaring (c): Bestemmer dempningskoeffisienten (mindre = mer demping)
- Lengde (L): Aksial lengde på demperen (lengre = mer demping)
- Diameter (D): Demperdiameter (større = mer demping)
- Oljeviskositet (µ): Høyere viskositet = mer demping
- Endeforseglingstype: Påvirker oljelekkasje og effektiv demping
Fordeler med klemfilmdempere
- Legger til demping uten stivhet: Øker energitapet uten å øke kritiske hastigheter betydelig
- Reduserer vibrasjon ved kritisk hastighet: Begrenser resonansamplituder til trygge nivåer
- Forhindrer ustabilitet: Bidrar til å forhindre oljevirvel, skaftpisk, og andre selveksiterte vibrasjoner
- Isolerer overførte krefter: Reduserer vibrasjoner som overføres til fundamentet
- Tillater transienter: Bidrar til å kontrollere vibrasjoner under oppstart, avstengning og lastendringer
- Ettermonteringsmulighet: Kan legges til eksisterende maskiner uten større ombygging
- Passiv drift: Ingen kontrollsystem eller strøm kreves
Bruksområder
Flygassturbiner
- Nesten universell i moderne flymotorer
- Viktig for å kontrollere vibrasjoner under kritiske hastighetspassasjer
- Tillater bruk av rullelager i høyhastighetsapplikasjoner
- Kompakt og lett design, avgjørende for luftfart
Industrielle gassturbiner
- Brukes i kombinasjon med rulleelement- eller vippelager
- Kontrollerer vibrasjoner under oppstart og nedstengning
- Reduserer overført vibrasjon til støttestrukturen
Høyhastighetskompressorer
- Gir ekstra demping utover lagerdemping
- Forhindrer ustabilitet under lett belastning
- Tillater bredere driftsområde
Ettermonteringsapplikasjoner
- Lagt til eksisterende maskineri med for høy kritisk hastighetsvibrasjon
- Løsning når balansering og justering ikke reduserer vibrasjoner tilstrekkelig
- Alternativ til større ombygging av rotor eller lager
Designhensyn
Beregning av dempningskoeffisient
Dempingskraften som en klemfilmdemper gir er omtrent:
- Fdemping = C × hastighet
- Der dempningskoeffisienten C ∝ (µ × D × L³) / c³
- Svært følsom for klaring (c): halvering av klaring øker dempingen med 8 ganger
- Utforming av optimal demping krever nøye parametervalg
Sentreringsfjærer
- Hensikt: Forhindre at spjeldet "botner ut" (metall-mot-metall-kontakt)
- Valg av stivhet: Må være myk nok til å tillate demperbevegelse, men stiv nok til å sentrere
- Vanlige typer: Ekornbur (flere omkretstråder), spiralfjærer, elastomere elementer
Oljeforsyning og drenering
- Trykksatt oljetilførsel for å opprettholde filmen (typisk 1–5 bar)
- Tilstrekkelig strømningshastighet for å fjerne generert varme
- Riktig drenering for å forhindre oljeflom
- Luftventilasjon for å forhindre kavitasjon i filmen
Utfordringer og begrensninger
Designutfordringer
- Kavitasjon: Oljefilmen kan kavitere (danne dampbobler), noe som reduserer effektiv demping.
- Luftinntak: Innblandet luft reduserer dempingseffektiviteten
- Frekvensavhengighet: Dempingseffektiviteten varierer med vibrasjonsfrekvensen
- Ikke-lineær oppførsel: Ytelsesendringer med amplitude (store bevegelser kan overskride klaringen)
Operasjonelle utfordringer
- Temperaturfølsomhet: Oljeviskositetsendringer med temperatur påvirker demping
- Krav til renslighet: Forurensning kan blokkere tilførsel eller skade overflater
- Avhengighet av oljeforsyning: Tap av oljetrykk eliminerer demping
- Tetningsslitasje: Endeforseglingene svekkes over tid, noe som reduserer effektiviteten
Vedlikeholdskrav
- Overvåk oljetrykk og temperatur
- Inspiser endetetningene med jevne mellomrom
- Kontroller riktig klaring under overhalinger
- Sjekk tilstanden til sentreringsfjæren
- Rengjør oljekanaler og filtre
Avanserte design
Stempelringdempere
- Bruk stempelringer i stedet for O-ringtetninger
- Tillat litt oljelekkasje for bedre trykkfordeling
- Reduser kavitasjonstendensen
Åpne dempere
- Ingen endetetninger, oljen flyter aksialt
- Enklere design, ingen problemer med tetningsslitasje
- Krever høyere oljestrømningshastigheter
- Mer konsistente dempingsegenskaper
Integrerte dempere
- Dempingsfilm dannet mellom lagerbak og hus
- Ingen separat demperkomponent
- Kompakt, men begrenset dempningskapasitet
Effektivitet og ytelse
Vibrasjonsreduksjon
- Kan redusere vibrasjon ved kritisk hastighet med 50-80%
- Spesielt effektiv for å kontrollere resonans
- Utvider kritiske hastighetstopper (gjør dem mindre skarpe)
- Tillater tryggere passasje gjennom kritiske hastigheter
Stabilitetsforbedring
- Øker terskelhastigheten for ustabiliteter
- Kan forhindre oljevirvel ved bruk med rullelager
- Legger til positiv demping for å motvirke destabiliserende krefter
Design- og analyseverktøy
Riktig design av klemfilmdemper krever:
- Rotordynamisk analyse: Integrert modellering av rotor-lager-dempersystem
- Analyse av væskefilm: Reynolds-ligningsløsninger for trykkfordeling
- Ikke-lineær analyse: Ta hensyn til kavitasjon, amplitudeavhengig oppførsel
- Termisk analyse: Oljetemperatur og varmeavledning
- Spesialisert programvare: Verktøy som DyRoBeS og XLTRC inkluderer SFD-modeller
Når du skal bruke klemfilmdempere
Anbefalte applikasjoner
- Høyhastighetsmaskineri: Drift nær eller over kritiske hastigheter
- Rullende elementlagersystemer: Legger til demping der lagrene gir minimal demping
- Fleksible rotorer: Drift over første kritiske hastighet
- Stabilitetsproblemer: Når rotorinstabilitet er en risiko
- Kontroll av forbigående vibrasjoner: Redusere vibrasjoner ved oppstart/avstengning
Anbefales ikke når
- Lavhastighetsdrift der demping ikke er kritisk
- Plassbegrensninger hindrer installasjon
- Oljeforsyningssystem er ikke tilgjengelig eller pålitelig
- Begrensede vedlikeholdsressurser (spjeld krever vedlikehold av oljesystemet)
- Enklere løsninger (balansering, justering) er tilstrekkelige
Klemfilmdempere representerer en elegant løsning for vibrasjonskontroll i høyhastighets roterende maskiner. Ved å gi betydelig demping uten å øke stivheten, muliggjør de drift gjennom kritiske hastigheter, forhindrer destruktiv ustabilitet og utvider driftsområdet til roterende utstyr samtidig som de opprettholder kompakte, passive design.
Kategorier:
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 