Zrozumienie punktów węzłowych w drganiach wirnika
Definicja: Czym jest punkt węzłowy?
A punkt węzłowy (nazywany także węzłem lub linią węzłową w kontekście ruchu trójwymiarowego) to określone miejsce wzdłuż wibrującego wirnik gdzie przemieszczenie lub ugięcie pozostaje zerowe podczas drgań przy określonym częstotliwość własna. Nawet gdy reszta wału wibruje i ugina się, punkt węzłowy pozostaje nieruchomy względem neutralnego położenia wału.
Punkty węzłowe są podstawowymi cechami kształty modów, a ich lokalizacja dostarcza kluczowych informacji dla dynamika wirnika analiza, równoważenie procedury i strategie rozmieszczenia czujników.
Punkty węzłowe w różnych trybach drgań
Pierwszy tryb gięcia
Pierwszy (podstawowy) tryb gięcia ma zazwyczaj:
- Zero węzłów wewnętrznych: Brak punktów zerowego ugięcia na całej długości wału
- Lokalizacje łożysk jako przybliżone węzły: W konfiguracjach z prostym podparciem łożyska pełnią funkcję punktów węzłowych
- Maksymalne ugięcie: Zwykle w połowie rozpiętości między łożyskami
- Prosty kształt łuku: Zgięcia wału w pojedynczej gładkiej krzywej
Drugi tryb gięcia
Drugi tryb ma bardziej złożony wzór:
- Jeden węzeł wewnętrzny: Pojedynczy punkt wzdłuż wału (zwykle w połowie rozpiętości), w którym ugięcie wynosi zero
- Kształt krzywej S: Wał wygina się w przeciwnych kierunkach po obu stronach węzła
- Dwa antywęzły: Maksymalne ugięcia występują po obu stronach punktu węzłowego
- Wyższa częstotliwość: Częstotliwość własna znacznie wyższa niż w pierwszym trybie
Trzeci tryb i wyższe
- Trzeci tryb: Dwa wewnętrzne punkty węzłowe, trzy antywęzły
- Czwarty tryb: Trzy punkty węzłowe, cztery antywęzły
- Zasada ogólna: Tryb N ma (N-1) wewnętrznych punktów węzłowych
- Rosnąca złożoność: Wyższe tryby pokazują stopniowo bardziej złożone wzorce fal
Znaczenie fizyczne punktów węzłowych
Zerowe ugięcie
W punkcie węzłowym podczas drgań o częstotliwości naturalnej tego trybu:
- Przesunięcie boczne wynosi zero
- Wał przechodzi przez swoją oś neutralną
- Jednakże naprężenie zginające jest zazwyczaj maksymalne (maksymalne nachylenie krzywej ugięcia)
- Siły ścinające są maksymalne w węzłach
Zerowa czułość
Siły lub masy przyłożone w punktach węzłowych mają minimalny wpływ na dany tryb:
- Dodawanie ciężarki korekcyjne w węzłach nie równoważy skutecznie tego trybu
- Czujniki umieszczone w węzłach wykrywają minimalne drgania dla tego trybu
- Podpory lub ograniczenia w węzłach mają minimalny wpływ na częstotliwość drgań własnych trybu
Praktyczne implikacje dla równoważenia
Wybór płaszczyzny korekcji
Zrozumienie lokalizacji punktów węzłowych pozwala na ustalenie strategii równoważenia:
Do wirników sztywnych
- Praca poniżej pierwszej prędkości krytycznej
- Pierwszy tryb nie jest znacząco pobudzony
- Standard wyważanie dwupłaszczyznowe w pobliżu końców wirnika jest skuteczny
- Punkty węzłowe nie są kwestią priorytetową
Do elastycznych wirników
- Praca z prędkościami krytycznymi lub wyższymi
- Należy wziąć pod uwagę kształty modów i punkty węzłowe
- Efektywne płaszczyzny korekcji: Powinny znajdować się w pobliżu lub w pobliżu lokalizacji węzłów antygonowych (punktów maksymalnego odchylenia)
- Nieskuteczne lokalizacje: Płaszczyzny korekcyjne w węzłach lub w ich pobliżu mają minimalny wpływ na ten tryb
- Równoważenie modalne: Wyraźnie uwzględnia położenie punktów węzłowych podczas rozprowadzania wag korekcyjnych
Przykład: równoważenie drugiego trybu
Rozważmy długi, giętki wał pracujący z prędkością powyżej pierwszej prędkości krytycznej, wzbudzający drugi tryb:
- Drugi tryb ma jeden punkt węzłowy w pobliżu środka rozpiętości
- Umieszczenie całego ciężaru korekcyjnego w pobliżu środka rozpiętości (węzła) byłoby nieskuteczne
- Optymalna strategia: Umieść poprawki w dwóch lokalizacjach antywęzłów (po obu stronach węzła)
- W celu efektywnego zrównoważenia rozkład masy musi odpowiadać kształtowi drugiego trybu
Rozważania dotyczące rozmieszczenia czujników
Strategia pomiaru drgań
Punkty węzłowe mają decydujący wpływ na monitorowanie drgań:
Unikaj lokalizacji węzłowych
- Czujniki w węzłach wykrywają minimalne drgania dla tego trybu
- Można pominąć istotne problemy z drganiami, jeśli dokonuje się pomiaru tylko w węzłach
- Może dawać fałszywe wrażenie akceptowalnego poziomu drgań
Lokalizacje docelowych antywęzłów
- Maksymalna amplituda drgań w antywęzłach
- Najbardziej wrażliwy na rozwijające się problemy
- Zwykle w miejscach łożysk dla pierwszego trybu
- W przypadku wyższych trybów mogą być wymagane pośrednie punkty pomiarowe
Wiele punktów pomiarowych
- W przypadku wirników elastycznych należy dokonać pomiaru w kilku miejscach osiowych
- Zapewnia, że żaden tryb nie zostanie pominięty z powodu pozycjonowania węzłów
- Umożliwia eksperymentalne określenie kształtów modów
- Krytyczny sprzęt często ma czujniki na każdym łożysku i w środku rozpiętości
Określanie lokalizacji punktów węzłowych
Analityczna prognoza
- Analiza elementów skończonych: Oblicza kształty modów i identyfikuje punkty węzłowe
- Teoria wiązki: W przypadku prostych konfiguracji rozwiązania analityczne przewidują lokalizacje węzłów
- Narzędzia projektowe: Oprogramowanie do dynamiki wirnika zapewnia wizualne wyświetlanie kształtu trybu z zaznaczonymi węzłami
Identyfikacja eksperymentalna
1. Badanie odporności na uderzenia (uderzenia)
- Uderz w wał w wielu miejscach za pomocą młotka z instrumentami
- Pomiar odpowiedzi w wielu punktach
- Miejsca, w których nie występuje żadna odpowiedź przy danej częstotliwości, są punktami węzłowymi dla danego trybu
2. Pomiar kształtu ugięcia roboczego
- Podczas pracy w pobliżu prędkości krytycznej należy zmierzyć drgania w wielu miejscach osiowych
- Wykres amplitudy ugięcia w funkcji położenia
- Punkty przejścia przez zero to miejsca węzłowe
3. Zestawy sond zbliżeniowych
- Wiele czujników bezkontaktowych wzdłuż długości wału
- Bezpośredni pomiar ugięcia wału podczas rozruchu/wybiegu
- Najdokładniejsza metoda eksperymentalna identyfikacji węzłów
Punkty węzłowe kontra antywęzły
Punkty węzłowe i antywęzły to pojęcia uzupełniające:
Punkty węzłowe
- Zerowe ugięcie
- Maksymalne nachylenie zginania i naprężenie
- Niska skuteczność w stosowaniu lub pomiarze siły
- Idealne do miejsc podparcia (minimalizacja przenoszonej siły)
Antywęzły
- Maksymalne ugięcie
- Zerowe nachylenie zgięcia
- Maksymalna skuteczność w przypadku ciężarków korekcyjnych
- Optymalne lokalizacje czujników
- Miejsca o największym naprężeniu (dla obciążenia łączonego)
Praktyczne zastosowania i studia przypadków
Przypadek: Rolka maszyny papierniczej
- Sytuacja: Długa rolka (6 metrów) pracująca z prędkością 1200 obr./min, wysokie wibracje
- Analiza: Praca powyżej pierwszego krytycznego trybu, wzbudzanie drugiego trybu z węzłem w połowie rozpiętości
- Początkowa próba wyważenia: Dodanie ciężarków w połowie rozpiętości (łatwy dostęp) dało słabe rezultaty
- Rozwiązanie: Uznanie, że środek rozpiętości był punktem węzłowym; wagi zostały redystrybuowane do punktów ćwiartkowych (antywęzłów)
- Wynik: Wibracje zredukowane dzięki 85%, udane wyważenie modalne
Przypadek: Monitorowanie turbiny parowej
- Sytuacja: Nowy system monitorowania drgań wykazuje niski poziom drgań pomimo znanego braku równowagi
- Dochodzenie: Czujnik przypadkowo umieszczony w pobliżu punktu węzłowego dominującego trybu
- Rozwiązanie: Dodatkowe czujniki w lokalizacjach antywęzłów ujawniły rzeczywiste poziomy drgań
- Lekcja: Projektując systemy monitorowania, zawsze należy brać pod uwagę kształty trybów
Zaawansowane rozważania
Przenoszenie węzłów
W niektórych systemach punkty węzłowe zmieniają się w zależności od warunków pracy:
- Zależna od prędkości sztywność łożyska zmienia położenie węzłów
- Wpływ temperatury na sztywność wału
- Odpowiedź zależna od obciążenia
- Układy asymetryczne mogą mieć różne węzły dla ruchu poziomego i pionowego
Węzły przybliżone i rzeczywiste
- Prawdziwe węzły: Dokładne punkty zerowego ugięcia w układach idealnych
- Przybliżona liczba węzłów: Miejsca bardzo małych (ale nie zerowych) ugięcia w rzeczywistych układach z tłumieniem i innymi nieidealnymi efektami
- Rozważania praktyczne: Rzeczywiste węzły to obszary o niskim ugięciu, a nie dokładne punkty matematyczne
Zrozumienie punktów węzłowych pozwala na uzyskanie kluczowych informacji na temat drgań wirnika i jest niezbędne do skutecznego wyważania elastycznych wirników, optymalnego rozmieszczenia czujników i właściwej interpretacji danych dotyczących drgań w maszynach obrotowych.
Kategorie: SłowniczekWyważanie wirnika
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 