Inzicht in squeezefilmdempers
Definitie: Wat is een squeezefilmdemper?
A knijpfilmdemper (SFD) is een passief demping apparaat dat in roterende machines wordt gebruikt om trillingsenergie af te voeren en te regelen trillingen amplitudes, vooral bij kritische snelheden. De demper bestaat uit een dunne oliefilm die zich bevindt in een ringvormige speling rond een lagerhuis. Wanneer het lager (en de daaraan bevestigde rotor) trilt, oscilleert de lagerbehuizing binnen de demperspeling, waardoor de oliefilm wordt samengedrukt. De viskeuze weerstand tegen deze samendrukkende beweging verspreidt energie en zorgt voor demping van het rotorsysteem zonder significante stijfheid toe te voegen.
Knijpfilmdempers worden veel gebruikt in vliegtuigmotoren, industriële gasturbines en andere hogesnelheidsmachines waar een verbeterde demping nodig is om trillingen te beheersen en te voorkomen rotorinstabiliteiten.
Fysiek werkingsprincipe
De knijpactie
Anders dan glijlagers waar de oliefilm een constante radiale belasting draagt, werken squeezefilmdempers door middel van cyclisch knijpen:
- Rotorvibratie: Een ongebalanceerde rotor veroorzaakt trillende krachten op het lager
- Motie voor huisvesting: Lagerhuis oscilleert radiaal binnen de demperspeling
- Oliefilm uitpersen: Als de behuizing naar binnen beweegt, wordt de oliefilm samengedrukt; als deze naar buiten beweegt, zet de film uit.
- Viskeuze weerstand: Olie verzet zich tegen uitpersen, waardoor er een dempende kracht ontstaat
- Energieverlies: Trillingsenergie omgezet in warmte in de olie
Belangrijkste verschil met glijlagers
- Glijlager: Draagt statische en dynamische belastingen door oliefilmdruk; zowel stijfheid als demping
- Knijpfilmdemper: Zorgt alleen voor demping, minimale stijfheid; draagt geen constante lasten
- Combinatie: Wentellager (draagt de last) + SFD (zorgt voor demping) = optimaal systeem voor sommige toepassingen
Bouw en ontwerp
Basiscomponenten
- Binnenring (Lagerhuis): Buitenoppervlak van de wentellagerbehuizing, vrij om radiaal te bewegen
- Buitenring (demperbehuizing): Stationaire behuizing met nauwkeurige cilindrische boring
- Ringvormige speling: Radiale opening tussen binnen- en buitenring (meestal 0,1-0,5 mm)
- Olievoorziening: Onder druk staande olie wordt in de vrije ruimte gevoerd
- Eindafdichtingen: O-ringen of andere afdichtingen om olie axiaal vast te houden
- Centrerende elementen: Veren of bevestigingselementen om overmatige beweging te voorkomen
Ontwerpparameters
- Radiale speling (c): Bepaalt de dempingscoëfficiënt (kleiner = meer demping)
- Lengte (L): Axiale lengte van de demper (langer = meer demping)
- Diameter (D): Demperdiameter (groter = meer demping)
- Olieviscositeit (µ): Hogere viscositeit = meer demping
- Type eindafdichting: Beïnvloedt olielekkage en effectieve demping
Voordelen van knijpfilmdempers
- Voegt demping toe zonder stijfheid: Verhoogt de energieverspilling zonder de kritische snelheden significant te verhogen
- Vermindert kritische snelheidsvibratie: Beperkt resonantieamplitudes tot veilige niveaus
- Voorkomt instabiliteit: Helpt voorkomen oliewerveling, schachtzweep, en andere zelfopgewekte trillingen
- Isoleert overgedragen krachten: Vermindert trillingen die worden doorgegeven aan de fundering
- Geschikt voor tijdelijke bewoners: Helpt trillingen te beheersen tijdens het opstarten, afsluiten en belastingveranderingen
- Retrofit-mogelijkheid: Kan aan bestaande machines worden toegevoegd zonder grote herinrichting
- Passieve werking: Geen controlesysteem of stroom nodig
Toepassingen
Vliegtuiggasturbines
- Vrijwel universeel in moderne vliegtuigmotoren
- Essentieel voor het beheersen van trillingen tijdens kritische snelheidspassages
- Maakt het gebruik van wentellagers in hogesnelheidstoepassingen mogelijk
- Compact, lichtgewicht ontwerp cruciaal voor de lucht- en ruimtevaart
Industriële gasturbines
- Wordt gebruikt in combinatie met wentelelement- of kantelbloklagers
- Controleert trillingen tijdens opstarten en afsluiten
- Vermindert de trillingen die naar de ondersteunende structuur worden overgedragen
Hogesnelheidscompressoren
- Biedt extra demping naast lagerdemping
- Voorkomt instabiliteiten bij licht belaste omstandigheden
- Maakt een breder werkingsbereik mogelijk
Retrofit-toepassingen
- Toegevoegd aan bestaande machines met overmatige kritische snelheidsvibratie
- Oplossing wanneer balanceren en uitlijnen de trillingen niet voldoende verminderen
- Alternatief voor een grootschalig rotor- of lagerontwerp
Ontwerpoverwegingen
Berekening van de dempingscoëfficiënt
De dempingskracht van een squeezefilmdemper bedraagt ongeveer:
- Fdemping = C × snelheid
- Waarbij dempingscoëfficiënt C ∝ (µ × D × L³) / c³
- Zeer gevoelig voor speling (c): halvering van de speling verhoogt de demping met 8×
- Het ontwerpen van optimale demping vereist een zorgvuldige parameterselectie
Centreerveren
- Doel: Voorkom dat de demper “bodemt” (metaal-op-metaal contact)
- Stijfheidselectie: Moet zacht genoeg zijn om de demperbeweging toe te staan, maar stijf genoeg om te centreren
- Veel voorkomende typen: Eekhoornkooi (meerdere omtrekdraden), schroefveren, elastomere elementen
Olietoevoer en -afvoer
- Olietoevoer onder druk om de film te behouden (meestal 1-5 bar)
- Voldoende stroomsnelheid om gegenereerde warmte af te voeren
- Goede drainage om olieoverstromingen te voorkomen
- Luchtventilatie om cavitatie in de film te voorkomen
Uitdagingen en beperkingen
Ontwerpuitdagingen
- Cavitatie: De oliefilm kan caviteren (dampbellen vormen), waardoor de effectieve demping afneemt.
- Luchtinname: Meegevoerde lucht vermindert de dempingseffectiviteit
- Frequentieafhankelijkheid: De dempingseffectiviteit varieert met de trillingsfrequentie
- Niet-lineair gedrag: Prestatieveranderingen met amplitude (grote bewegingen kunnen de speling overschrijden)
Operationele uitdagingen
- Temperatuurgevoeligheid: Veranderingen in de viscositeit van olie met de temperatuur hebben invloed op de demping
- Vereisten voor netheid: Verontreiniging kan de toevoer blokkeren of oppervlakken beschadigen
- Afhankelijkheid van de olievoorziening: Verlies van oliedruk elimineert demping
- Slijtage afdichting: Eindafdichtingen gaan na verloop van tijd achteruit, waardoor de effectiviteit afneemt
Onderhoudsvereisten
- Controleer de olietoevoerdruk en -temperatuur
- Controleer de eindafdichtingen regelmatig
- Controleer de juiste speling tijdens revisies
- Controleer de staat van de centreerveer
- Schone oliekanalen en filters
Geavanceerde ontwerpen
Zuigerveerdempers
- Gebruik zuigerveren in plaats van O-ringafdichtingen
- Laat wat olie lekken voor een betere drukverdeling
- Verminder de neiging tot cavitatie
Open-ended dempers
- Geen eindafdichtingen, olie stroomt axiaal
- Eenvoudiger ontwerp, geen problemen met slijtage van de afdichting
- Vereisen hogere oliestroomsnelheden
- Consistentere dempingseigenschappen
Integrale dempers
- Dempingsfilm gevormd tussen lagerrug en behuizing
- Geen apart dempercomponent
- Compact maar beperkt dempingsvermogen
Effectiviteit en prestaties
Trillingsdemping
- Kan kritische snelheidsvibratie verminderen met 50-80%
- Bijzonder effectief bij het beheersen van resonantie
- Verbreedt kritische snelheidspieken (maakt ze minder scherp)
- Zorgt voor een veiligere doorgang bij kritieke snelheden
Stabiliteitsverbetering
- Verhoogt de drempelsnelheid voor instabiliteiten
- Kan voorkomen oliewerveling bij gebruik met wentellagers
- Voegt positieve demping toe om destabiliserende krachten tegen te gaan
Ontwerp- en analysehulpmiddelen
Voor een goed ontwerp van de squeezefilmdemper is het volgende nodig:
- Rotordynamische analyse: Geïntegreerde modellering van rotor-lager-dempersysteem
- Vloeistoffilmanalyse: Oplossingen van de Reynolds-vergelijking voor drukverdeling
- Niet-lineaire analyse: Rekening houden met cavitatie, amplitude-afhankelijk gedrag
- Thermische analyse: Olietemperatuur en warmteafvoer
- Gespecialiseerde software: Hulpmiddelen zoals DyRoBeS en XLTRC omvatten SFD-modellen
Wanneer u knijpfilmdempers moet gebruiken
Aanbevolen toepassingen
- Hogesnelheidsmachines: Werken nabij of boven kritische snelheden
- Rollagersystemen: Demping toevoegen waar lagers minimale demping bieden
- Flexibele rotoren: Werken boven de eerste kritische snelheid
- Stabiliteitsproblemen: Wanneer rotorinstabiliteiten een risico vormen
- Tijdelijke trillingscontrole: Verminderen van trillingen bij het opstarten/uitschakelen
Niet aanbevolen wanneer
- Lage snelheidswerking waarbij demping niet kritisch is
- Ruimtebeperkingen verhinderen installatie
- Olietoevoersysteem niet beschikbaar of betrouwbaar
- Beperkte onderhoudsmogelijkheden (dempers vereisen onderhoud aan het oliesysteem)
- Eenvoudigere oplossingen (balanceren, uitlijnen) zijn voldoende
Knijpfilmdempers vormen een elegante oplossing voor trillingsbeheersing in snel roterende machines. Door aanzienlijke demping te bieden zonder extra stijfheid, maken ze werking bij kritische snelheden mogelijk, voorkomen ze destructieve instabiliteiten en vergroten ze het werkbereik van roterende apparatuur, met behoud van compacte, passieve ontwerpen.
Categorieën:
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 