Zrozumienie amortyzatorów folii ściskanej
Definicja: Czym jest tłumik drgań z folią ściskaną?
A amortyzator folii dociskowej (SFD) jest pasywny tłumienie urządzenie stosowane w maszynach obrotowych do rozpraszania energii drgań i kontroli wibracja amplitudy, szczególnie w prędkości krytyczne. Amortyzator składa się z cienkiej warstwy oleju umieszczonej w przestrzeni luzu pierścieniowego otaczającej obudowę łożyska. Gdy łożysko (i zamocowane wirnik) wibruje, obudowa łożyska oscyluje w luzie tłumika, ściskając film olejowy. Lepki opór stawiany temu ściskającemu ruchowi rozprasza energię, zapewniając tłumienie układu wirnika bez znaczącego zwiększenia sztywności.
Tłumiki drgań z folii ściskanej są powszechnie stosowane w silnikach samolotów, przemysłowych turbinach gazowych i innych maszynach szybkobieżnych, w których wymagane jest lepsze tłumienie w celu kontrolowania drgań i zapobiegania niestabilności wirnika.
Zasada działania fizycznego
Akcja ściskania
Inaczej łożyska ślizgowe gdzie film olejowy przenosi stałe obciążenie promieniowe, amortyzatory z filmem ściskanym działają poprzez cykliczne ściskanie:
- Wibracje wirnika: Niewyważony wirnik powoduje drgania działające na łożysko
- Wniosek o zamieszkanie: Obudowa łożyska oscyluje promieniowo w obrębie luzu amortyzatora
- Wyciskanie filmu olejowego: W miarę przesuwania się obudowy do wewnątrz, film olejowy ulega ściśnięciu, a w miarę przesuwania się na zewnątrz, film rozszerza się
- Odporność na lepkość: Olej stawia opór wyciśnięciu, co powoduje powstanie siły tłumiącej
- Rozpraszanie energii: Energia wibracyjna zamieniana w oleju na ciepło
Kluczowa różnica w porównaniu z łożyskami ślizgowymi
- Łożysko ślizgowe: Przenosi obciążenia statyczne i dynamiczne poprzez ciśnienie filmu olejowego, zapewniając sztywność i tłumienie
- Tłumik folii ściskanej: Zapewnia jedynie amortyzację, minimalną sztywność; nie przenosi stałych obciążeń
- Połączenie: Łożysko toczne (przenosi obciążenie) + SFD (zapewnia tłumienie) = optymalny system do niektórych zastosowań
Budownictwo i projektowanie
Podstawowe komponenty
- Pierścień wewnętrzny (obudowa łożyska): Zewnętrzna powierzchnia obudowy łożyska tocznego, swobodnie poruszająca się promieniowo
- Pierścień zewnętrzny (obudowa amortyzatora): Obudowa stacjonarna z precyzyjnym otworem cylindrycznym
- Luz pierścieniowy: Szczelina promieniowa między bieżnią wewnętrzną i zewnętrzną (zwykle 0,1–0,5 mm)
- Dostawa ropy naftowej: Olej pod ciśnieniem wprowadzany do przestrzeni luzu
- Uszczelnienia końcowe: Pierścienie uszczelniające lub inne uszczelki służące do zatrzymania oleju w kierunku osiowym
- Elementy centrujące: Sprężyny lub elementy mocujące zapobiegające nadmiernym ruchom
Parametry projektu
- Luz promieniowy (c): Określa współczynnik tłumienia (mniejszy = większe tłumienie)
- Długość (Dł.): Długość osiowa amortyzatora (dłuższa = większe tłumienie)
- Średnica (D): Średnica amortyzatora (większa = większe tłumienie)
- Lepkość oleju (µ): Wyższa lepkość = większe tłumienie
- Typ uszczelnienia końcowego: Wpływa na wyciek oleju i skuteczne tłumienie
Zalety tłumików drgań z folii ściskanej
- Dodaje tłumienie bez sztywności: Zwiększa rozpraszanie energii bez znaczącego podnoszenia prędkości krytycznych
- Redukuje wibracje przy prędkości krytycznej: Ogranicza amplitudy rezonansu do bezpiecznych poziomów
- Zapobiega niestabilnościom: Pomaga zapobiegać wir olejowy, bicz wałowy, i inne samowzbudne wibracje
- Izoluje przenoszone siły: Redukuje drgania przenoszone na fundament
- Dostosowuje się do osób przejściowych: Pomaga kontrolować wibracje podczas uruchamiania, wyłączania i zmian obciążenia
- Możliwość modernizacji: Można dodać do istniejących maszyn bez konieczności gruntownego przeprojektowywania
- Działanie pasywne: Nie jest wymagany żaden system sterowania ani zasilanie
Aplikacje
Turbiny gazowe do samolotów
- Prawie powszechne w nowoczesnych silnikach lotniczych
- Niezbędne do kontrolowania wibracji podczas przejazdów o krytycznej prędkości
- Umożliwia stosowanie łożysk tocznych w zastosowaniach wymagających dużej prędkości
- Kompaktowa, lekka konstrukcja o kluczowym znaczeniu dla lotnictwa i kosmonautyki
Turbiny gazowe przemysłowe
- Stosowane w połączeniu z łożyskami tocznymi lub łożyskami płytkowymi z wahliwymi płytkami
- Kontroluje wibracje podczas uruchamiania i wyłączania
- Zmniejsza przenoszenie drgań na konstrukcję nośną
Sprężarki szybkoobrotowe
- Zapewnia dodatkowe tłumienie wykraczające poza tłumienie łożyskowe
- Zapobiega niestabilnościom w warunkach lekkiego obciążenia
- Umożliwia szerszy zakres działania
Aplikacje modernizacyjne
- Dodano do istniejących maszyn z nadmiernymi krytycznymi wibracjami prędkościowymi
- Rozwiązanie w przypadku, gdy wyważanie i ustawianie nie redukują odpowiednio wibracji
- Alternatywa dla gruntownej przebudowy wirnika lub łożyska
Rozważania projektowe
Obliczanie współczynnika tłumienia
Siła tłumienia zapewniana przez amortyzator z folią ściskaną wynosi w przybliżeniu:
- Ftłumienie = C × prędkość
- Gdzie współczynnik tłumienia C ∝ (µ × D × L³) / c³
- Wysoka wrażliwość na luz (c): zmniejszenie luzu o połowę zwiększa tłumienie o 8×
- Zaprojektowanie optymalnego tłumienia wymaga starannego doboru parametrów
Sprężyny centrujące
- Zamiar: Zapobiegaj “dobijaniu” amortyzatora (kontaktowi metal-metal)
- Wybór sztywności: Musi być wystarczająco miękki, aby umożliwić ruch amortyzatora, ale jednocześnie wystarczająco sztywny, aby go wyśrodkować
- Typowe typy: Klatka wiewiórcza (wiele drutów obwodowych), sprężyny śrubowe, elementy elastomerowe
Dostawa i odprowadzanie oleju
- Dopływ oleju pod ciśnieniem w celu utrzymania filmu (zwykle 1-5 barów)
- Odpowiednia szybkość przepływu w celu usunięcia wytworzonego ciepła
- Prawidłowy drenaż zapobiegający zalaniu olejem
- Otwory wentylacyjne zapobiegające kawitacji w folii
Wyzwania i ograniczenia
Wyzwania projektowe
- Kawitacja: Film olejowy może ulegać kawitacji (tworzyć pęcherzyki pary), co zmniejsza skuteczność tłumienia
- Połknięcie powietrza: Wciągnięte powietrze zmniejsza skuteczność tłumienia
- Zależność częstotliwościowa: Skuteczność tłumienia zmienia się w zależności od częstotliwości drgań
- Zachowanie nieliniowe: Wydajność zmienia się wraz z amplitudą (duże ruchy mogą przekraczać prześwit)
Wyzwania operacyjne
- Czułość temperaturowa: Zmiany lepkości oleju wraz z temperaturą wpływają na tłumienie
- Wymagania dotyczące czystości: Zanieczyszczenie może zablokować dopływ lub uszkodzić powierzchnie
- Zależność od dostaw ropy naftowej: Utrata ciśnienia oleju eliminuje tłumienie
- Zużycie uszczelek: Z czasem uszczelnienia końcowe ulegają degradacji, co zmniejsza ich skuteczność
Wymagania konserwacyjne
- Monitoruj ciśnienie i temperaturę oleju
- Okresowo sprawdzaj uszczelnienia końcowe
- Sprawdź prawidłowe odstępy podczas remontów
- Sprawdź stan sprężyny centrującej
- Wyczyść kanały olejowe i filtry
Zaawansowane projekty
Tłumiki pierścieni tłokowych
- Zamiast uszczelek typu O-ring należy stosować pierścienie tłokowe
- Pozwól na pewien wyciek oleju, aby uzyskać lepszy rozkład ciśnienia
- Zmniejsza tendencję do kawitacji
Amortyzatory otwarte
- Brak uszczelnień końcowych, olej przepływa osiowo
- Prostsza konstrukcja, brak problemów ze zużyciem uszczelek
- Wymagają wyższych prędkości przepływu oleju
- Bardziej spójne właściwości tłumienia
Amortyzatory integralne
- Film tłumiący utworzony pomiędzy tylną częścią łożyska a obudową
- Brak oddzielnego elementu tłumiącego
- Kompaktowa, ale ograniczona zdolność tłumienia
Skuteczność i wydajność
Redukcja wibracji
- Może zmniejszyć wibracje przy prędkości krytycznej dzięki 50-80%
- Szczególnie skuteczny w kontrolowaniu rezonansu
- Poszerza krytyczne szczyty prędkości (czyni je mniej ostrymi)
- Umożliwia bezpieczniejsze przechodzenie przez krytyczne prędkości
Poprawa stabilności
- Zwiększa prędkość progową dla niestabilności
- Może zapobiec wir olejowy w przypadku stosowania z łożyskami tocznymi
- Dodaje tłumienie dodatnie, aby przeciwdziałać siłom destabilizującym
Narzędzia do projektowania i analizy
Prawidłowa konstrukcja amortyzatora z folią dociskową wymaga:
- Analiza dynamiki wirnika: Zintegrowane modelowanie układu wirnik-łożysko-tłumik
- Analiza filmu płynnego: Rozwiązania równania Reynoldsa dla rozkładu ciśnienia
- Analiza nieliniowa: Uwzględnij kawitację i zachowanie zależne od amplitudy
- Analiza termiczna: Temperatura oleju i rozpraszanie ciepła
- Oprogramowanie specjalistyczne: Narzędzia takie jak DyRoBeS i XLTRC obejmują modele SFD
Kiedy stosować tłumiki do folii ściskanej
Zalecane zastosowania
- Maszyny szybkobieżne: Praca z prędkościami bliskimi lub przekraczającymi prędkości krytyczne
- Systemy łożysk tocznych: Dodanie tłumienia tam, gdzie łożyska zapewniają minimalne tłumienie
- Elastyczne wirniki: Praca z prędkością powyżej pierwszej prędkości krytycznej
- Problemy ze stabilnością: Gdy niestabilność wirnika jest ryzykowna
- Kontrola drgań przejściowych: Redukcja wibracji podczas uruchamiania/wyłączania
Niezalecane, gdy
- Praca przy niskiej prędkości, w której tłumienie nie jest krytyczne
- Ograniczenia przestrzenne uniemożliwiają instalację
- Układ zasilania olejem niedostępny lub niesprawny
- Ograniczone zasoby konserwacyjne (amortyzatory wymagają konserwacji układu olejowego)
- Prostsze rozwiązania (równoważenie, wyrównywanie) są wystarczające
Tłumiki drgań z membraną ściskaną stanowią eleganckie rozwiązanie do kontroli drgań w maszynach obrotowych o dużej prędkości obrotowej. Zapewniając znaczną amortyzację bez zwiększania sztywności, umożliwiają pracę przy prędkościach krytycznych, zapobiegają destrukcyjnym niestabilnościom i wydłużają zakres roboczy urządzeń obrotowych, zachowując jednocześnie kompaktową, pasywną konstrukcję.
Kategorie:
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 