Zrozumienie analizy skrętnej
Definicja: Czym jest analiza skrętna?
Analiza skrętna jest pomiarem, oceną i modelowaniem drgania skrętne—oscylacje skręcające wokół osi wału — w układach napędowych maszyn obrotowych. W przeciwieństwie do drgania boczne (zginanie), które można łatwo zmierzyć za pomocą standardu akcelerometry, Drgania skrętne wymagają specjalistycznych technik pomiarowych (tensometrów, podwójnych tachometrów, wibrometrii laserowej) i analiz w celu wykrycia drgań kątowych, określenia częstotliwości drgań własnych skrętnych i oceny ryzyka zmęczenia wałów, sprzęgieł i przekładni.
Analiza skrętna ma kluczowe znaczenie w przypadku napędów silników tłokowych, długich wałów napędowych, przekładni dużej mocy i silników VFD, gdzie drgania skrętne mogą spowodować katastrofalne uszkodzenia wału lub sprzęgła pomimo akceptowalnego poziomu drgań poprzecznych. Jest to specjalistyczna, ale niezbędna funkcja diagnostyczna, zapobiegająca nagłym, nieoczekiwanym awariom w układach przeniesienia napędu.
Dlaczego analiza skrętna jest potrzebna
Drgania skrętne i boczne
- Boczny: Zginanie, ruch na boki, mierzony standardowymi akcelerometrami
- Skrętny: Obrót wokół osi, brak przemieszczenia bocznego, niewidoczny dla standardowych czujników
- Niezależność: Może mieć poważne skręcenie z niskim bocznym (i odwrotnie)
- Uszkodzenia: Skręt może spowodować awarię wału/sprzęgła bez ostrzeżenia wynikającego z pomiarów bocznych
Tryby awarii
- Pęknięcia zmęczeniowe wału (zwykle pod kątem 45° do osi)
- Uszkodzenie elementu sprzęgającego (zęby przekładni, elementy elastyczne)
- Złamanie zębów przekładni spowodowane obciążeniami oscylacyjnymi
- Uszkodzenia klucza i rowka wpustowego spowodowane tarciem ciernym
Techniki pomiarowe
1. Metoda tensometryczna
Bezpośredni pomiar naprężeń skręcających:
- Tensometry przytwierdzone pod kątem 45° do osi wału (maksymalna orientacja naprężenia ścinającego)
- Pomiar odkształcenia ścinającego przy skręcaniu
- Wymaga pierścieni ślizgowych lub telemetrii bezprzewodowej do obracających się wałów
- Najbardziej dokładny, ale skomplikowany i drogi
- Badania i rozwój – podstawowe zastosowanie
2. Metoda podwójnego tachometru
- Dwa czujniki optyczne w różnych miejscach wału
- Zmierz różnicę faz między lokalizacjami
- Różnica faz = skręt kątowy = drgania skrętne
- Bezkontaktowy i praktyczny
- Ograniczone do skrętnych o niskiej częstotliwości (< 100 Hz (typowo)
3. Wibrometr skrętny laserowy
- Specjalistyczny system laserowy Dopplera
- Pomiary wahań prędkości kątowej
- Bezkontaktowy
- Szeroki zakres częstotliwości
- Drogi, ale mocny
4. Analiza prądu silnika
- Wibracje skrętne powodują wahania prądu
- Analiza widma prądu silnika
- Pośrednie, ale nieinwazyjne
- Przydatne narzędzie do przesiewu
Analityczna analiza skrętna
Modelowanie matematyczne
- Model układu napędowego o masie skupionej i skrętnej
- Oblicz częstotliwości drgań własnych torsyjnych
- Przewidywanie reakcji na źródła wzbudzenia
- Określ krytyczne prędkości i rezonanse
Źródła wzbudzenia
- Silniki tłokowe: Impulsy wyzwalające powodują wzbudzenie skrętne
- Siatka przekładni: Zazębienie zębów tworzy oscylujący moment obrotowy
- Napędy VFD: Harmoniczne częstotliwości przełączania PWM
- Elektryczny: Częstotliwości mijania się biegunów silnika i poślizgu
Diagram Campbella dla skrętu
- Narysuj wykres częstotliwości drgań własnych torsyjnych w funkcji prędkości
- Nakładanie linii kolejności wzbudzeń
- Określ krytyczne prędkości skrętne (punkty interferencji)
- Przewodnik wyboru prędkości roboczej
Krytyczne aplikacje
Napędy silników tłokowych
- Generatory diesla
- Sprężarki silników gazowych
- Napęd morski
- Duże pulsacje momentu obrotowego wymagają analizy
Długie wały napędowe
- Napędy walcowni
- Wały śrubowe okrętowe
- Napędy maszyn papierniczych
- Długość zapewnia niską sztywność skrętną
Skrzynie biegów dużej mocy
- Przekładnie turbin wiatrowych
- Przekładnie przemysłowe > 1000 KM
- Wzbudzenie zazębienia trybów skrętnych
Systemy silników VFD
- Napędy o zmiennej częstotliwości wytwarzają wzbudzenie skrętne
- Harmoniczne PWM mogą wzbudzać rezonanse torsyjne
- Rosnące obawy dotyczące proliferacji VFD
Wyniki analizy
Częstotliwości własne skrętne
- Identyfikuj na podstawie pomiaru lub obliczenia
- Porównaj z częstotliwościami wzbudzenia
- Sprawdź odpowiednią separację
Poziomy stresu
- Oblicz zmienne naprężenie ścinające na podstawie zmierzonych drgań
- Porównaj z ograniczeniami wytrzymałości materiału
- Ocena zużycia zmęczeniowego
- Określ, czy naprężenia są akceptowalne
Tłumienie
- Pomiar z odpowiedzi w rezonansach skrętnych
- Zwykle bardzo niski (< 1% krytycznego)
- Niskie tłumienie oznacza ostre rezonanse
Strategie łagodzenia
Separacja częstotliwości
- Upewnij się, że naturalne częstotliwości skrętne są oddzielone od częstotliwości wzbudzenia
- Zmiana średnicy wału, długości lub sztywności sprzęgła
- Modyfikuj bezwładności (dodaj koło zamachowe)
Dodatek tłumienia
- Tłumiki skrętne (lepkie lub cierne)
- Sprzęgła o wysokim tłumieniu
- Zmniejsza wzmocnienie rezonansu
Zmiany prędkości roboczej
- Unikaj ciągłej pracy przy prędkościach krytycznych dla skręcania
- Ogranicz zakresy prędkości
- Strojenie VFD w celu minimalizacji wzbudzenia
Analiza drgań skrętnych to specjalistyczna dziedzina zajmująca się drganiami skręcającymi, które mogą powodować katastrofalne awarie niewidoczne dla standardowego monitorowania drgań poprzecznych. Chociaż analiza drgań skrętnych wymaga specjalistycznych technik pomiarowych i analitycznych, jest ona niezbędna w przypadku napędów silników tłokowych, długich wałów, przekładni dużej mocy i układów VFD, gdzie drgania skrętne stanowią poważne zagrożenie dla niezawodności i bezpieczeństwa.
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 