O que é um amortecedor de película fina? Dispositivo de controle de vibração • Balanceador portátil e analisador de vibração "Balanset" para balanceamento dinâmico de britadores, ventiladores, trituradores, roscas transportadoras em colheitadeiras, eixos, centrífugas, turbinas e muitos outros rotores. O que é um amortecedor de película fina? Dispositivo de controle de vibração • Balanceador portátil e analisador de vibração "Balanset" para balanceamento dinâmico de britadores, ventiladores, trituradores, roscas transportadoras em colheitadeiras, eixos, centrífugas, turbinas e muitos outros rotores.

O que é um amortecedor de película fina? Dispositivo de controle de vibração

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Entendendo os amortecedores de película fina

Definição: O que é um amortecedor de película fina?

A umidificador de filme de compressão (SFD) é um passivo amortecimento Dispositivo usado em máquinas rotativas para dissipar energia vibracional e controlar o movimento. vibração amplitudes, particularmente em velocidades críticas. O amortecedor consiste em uma fina película de óleo contida em um espaço anular que envolve a caixa do rolamento. Quando o rolamento (e o componente anexado) rotorQuando o rotor vibra, a caixa do rolamento oscila dentro da folga do amortecedor, comprimindo a película de óleo. A resistência viscosa a esse movimento de compressão dissipa energia, proporcionando amortecimento ao sistema do rotor sem adicionar rigidez significativa.

Os amortecedores de película fina são amplamente utilizados em motores de aeronaves, turbinas a gás industriais e outras máquinas de alta velocidade onde é necessário um amortecimento reforçado para controlar a vibração e prevenir falhas. instabilidades do rotor.

Princípio de funcionamento físico

Ação de compressão

Diferente mancais de deslizamento Enquanto a película de óleo suporta uma carga radial constante, os amortecedores de película de compressão funcionam por meio de compressão cíclica:

  1. Vibração do rotor: Um rotor desbalanceado cria forças vibratórias no rolamento.
  2. Moção Habitacional: A caixa do rolamento oscila radialmente dentro da folga do amortecedor.
  3. Compressão da película de óleo: À medida que a carcaça se move para dentro, a película de óleo é comprimida; à medida que se move para fora, a película se expande.
  4. Resistência viscosa: O óleo resiste à expulsão, criando uma força de amortecimento.
  5. Dissipação de energia: Energia vibracional convertida em calor no óleo

Principal diferença em relação aos mancais de deslizamento

  • Mancal de deslizamento: Suporta cargas estáticas e dinâmicas através da pressão da película de óleo; oferece rigidez e amortecimento.
  • Umidificador de película de compressão: Oferece apenas amortecimento, com rigidez mínima; não suporta cargas constantes.
  • Combinação: Rolamento de esferas (suporta carga) + amortecedor de fluxo de ar (fornece amortecimento) = sistema ideal para algumas aplicações

Construção e Design

Componentes básicos

  • Pista interna (Alojamento do rolamento): Superfície externa da caixa do rolamento, livre para se mover radialmente.
  • Pista externa (carcaça do amortecedor): Carcaça fixa com furo cilíndrico preciso
  • Folga anular: Espaço radial entre as pistas interna e externa (tipicamente 0,1-0,5 mm)
  • Fornecimento de petróleo: Óleo pressurizado injetado no espaço livre
  • Vedações de extremidade: Anéis de vedação ou outras juntas para conter o óleo axialmente
  • Elementos de centralização: Molas ou dispositivos de retenção para evitar movimentos excessivos.

Parâmetros de projeto

  • Folga radial (c): Determina o coeficiente de amortecimento (quanto menor, maior o amortecimento).
  • Comprimento (L): Comprimento axial do amortecedor (quanto maior, maior o amortecimento)
  • Diâmetro (D): Diâmetro do amortecedor (quanto maior, maior o amortecimento)
  • Viscosidade do óleo (µ): Maior viscosidade = maior amortecimento
  • Tipo de vedação final: Afeta o vazamento de óleo e o amortecimento eficaz.

Vantagens dos amortecedores de película fina

  • Aumenta o amortecimento sem aumentar a rigidez: Aumenta a dissipação de energia sem elevar significativamente as velocidades críticas.
  • Reduz a vibração em velocidade crítica: Limita as amplitudes de ressonância a níveis seguros.
  • Previne instabilidades: Ajuda a prevenir redemoinho de óleo, chicote de eixo, e outras vibrações autoexcitadas
  • Isola as forças transmitidas: Reduz a vibração transmitida à fundação.
  • Acomoda hóspedes em trânsito: Ajuda a controlar a vibração durante a inicialização, desligamento e alterações de carga.
  • Capacidade de adaptação: Pode ser adicionado a máquinas existentes sem grandes alterações de projeto.
  • Operação passiva: Não requer sistema de controle nem energia.

Aplicações

Turbinas a gás para aeronaves

  • Quase universal em motores de aeronaves modernos.
  • Essencial para o controle de vibrações durante passagens em velocidades críticas.
  • Permite a utilização de rolamentos de esferas em aplicações de alta velocidade.
  • Design compacto e leve, essencial para o setor aeroespacial.

Turbinas a gás industriais

  • Utilizado em combinação com rolamentos de esferas ou rolamentos de pastilhas oscilantes.
  • Controla a vibração durante as partidas e paradas.
  • Reduz a vibração transmitida à estrutura de suporte.

Compressores de alta velocidade

  • Proporciona amortecimento adicional além do amortecimento do rolamento.
  • Previne instabilidades em condições de carga leve.
  • Permite uma faixa de operação mais ampla.

Aplicações de Retrofit

  • Adicionado a máquinas existentes com vibração excessiva na velocidade crítica.
  • Solução quando o balanceamento e o alinhamento não reduzem adequadamente a vibração.
  • Alternativa a uma grande reformulação do rotor ou do rolamento

Considerações de design

Cálculo do Coeficiente de Amortecimento

A força de amortecimento fornecida por um amortecedor de película fina é aproximadamente:

  • Famortecimento = C × velocidade
  • Onde o coeficiente de amortecimento C ∝ (µ × D × L³) / c³
  • Altamente sensível à folga (c): reduzir a folga pela metade aumenta o amortecimento em 8 vezes.
  • Projetar um amortecimento ideal requer uma seleção cuidadosa dos parâmetros.

Centrando as molas

  • Propósito: Impeça o amortecedor de chegar ao fundo do curso (contato metal com metal).
  • Seleção de rigidez: Deve ser suficientemente macio para permitir o movimento do amortecedor, mas suficientemente rígido para centralizar.
  • Tipos comuns: Gaiola de esquilo (múltiplos fios circunferenciais), molas helicoidais, elementos elastoméricos

Abastecimento e drenagem de petróleo

  • Fornecimento de óleo pressurizado para manter a película (normalmente de 1 a 5 bar).
  • Vazão adequada para remover o calor gerado.
  • Drenagem adequada para evitar inundações de óleo.
  • Ventilação com ar para evitar cavitação no filme

Desafios e Limitações

Desafios de Design

  • Cavitação: A película de óleo pode sofrer cavitação (formar bolhas de vapor), reduzindo o amortecimento efetivo.
  • Ingestão de ar: O ar arrastado reduz a eficácia do amortecimento.
  • Dependência da frequência: A eficácia do amortecimento varia com a frequência de vibração.
  • Comportamento não linear: O desempenho varia com a amplitude (movimentos amplos podem exceder a folga).

Desafios Operacionais

  • Sensibilidade à temperatura: A variação da viscosidade do óleo com a temperatura afeta o amortecimento.
  • Requisitos de limpeza: A contaminação pode bloquear o abastecimento ou danificar superfícies.
  • Dependência do fornecimento de petróleo: A perda de pressão do óleo elimina o amortecimento.
  • Desgaste da vedação: As vedações das extremidades se degradam com o tempo, reduzindo sua eficácia.

Requisitos de manutenção

  • Monitore a pressão e a temperatura do fornecimento de óleo.
  • Inspecione periodicamente as vedações das extremidades
  • Verificar folgas adequadas durante as revisões.
  • Verifique o estado da mola de centragem.
  • Limpe as passagens de óleo e os filtros.

Projetos Avançados

Amortecedores de anéis de pistão

  • Use anéis de pistão em vez de anéis de vedação tipo O.
  • Permitir um pequeno vazamento de óleo favorece uma melhor distribuição da pressão.
  • Reduzir a tendência à cavitação

Amortecedores de extremidade aberta

  • Sem vedações nas extremidades, o óleo flui axialmente.
  • Design mais simples, sem problemas de desgaste da vedação
  • Exigem taxas de fluxo de óleo mais elevadas.
  • Características de amortecimento mais consistentes

Amortecedores Integrais

  • Forma-se uma película de amortecimento entre o rolamento e a carcaça.
  • Sem componente amortecedor separado
  • Compacto, mas com capacidade de amortecimento limitada.

Eficácia e desempenho

Redução de vibração

  • Pode reduzir a vibração da velocidade crítica em 50-80%
  • Particularmente eficaz para controlar a ressonância.
  • Amplia os picos de velocidade crítica (tornando-os menos acentuados)
  • Permite uma passagem mais segura em velocidades críticas.

Aprimoramento da estabilidade

  • Aumenta a velocidade limite para instabilidades
  • Pode prevenir redemoinho de óleo quando usado com rolamentos de elementos rolantes
  • Adiciona amortecimento positivo para neutralizar forças desestabilizadoras.

Ferramentas de Design e Análise

O projeto adequado de um amortecedor de película fina requer:

  • Análise da dinâmica do rotor: Modelagem integrada de sistema rotor-mancal-amortecedor
  • Análise de Filme Fluido: Soluções da equação de Reynolds para distribuição de pressão
  • Análise não linear: Explicar o comportamento da cavitação e sua dependência da amplitude.
  • Análise térmica: Temperatura do óleo e dissipação de calor
  • Software especializado: Ferramentas como DyRoBeS e XLTRC incluem modelos SFD.

Quando usar amortecedores de película fina

Aplicações recomendadas

  • Máquinas de alta velocidade: Operando próximo ou acima de velocidades críticas
  • Sistemas de rolamentos de elementos rolantes: Adicionar amortecimento onde os rolamentos oferecem amortecimento mínimo.
  • Rotores flexíveis: Operando acima da primeira velocidade crítica.
  • Problemas de estabilidade: Quando há risco de instabilidades no rotor
  • Controle de vibração transitória: Redução da vibração na partida/parada

Não recomendado quando

  • Operação em baixa velocidade onde o amortecimento não é crítico
  • Restrições de espaço impedem a instalação.
  • Sistema de abastecimento de petróleo indisponível ou não confiável
  • Recursos de manutenção limitados (os amortecedores requerem manutenção do sistema de óleo)
  • Soluções mais simples (balanceamento, alinhamento) são adequadas.

Os amortecedores de película fina representam uma solução elegante para o controle de vibrações em máquinas rotativas de alta velocidade. Ao proporcionar um amortecimento significativo sem aumentar a rigidez, eles permitem a operação em velocidades críticas, previnem instabilidades destrutivas e ampliam a faixa de operação de equipamentos rotativos, mantendo um design compacto e passivo.

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