Înțelegerea sistemului rotor-rulment
Definiție: Ce este un sistem rotor-rulment?
A sistem rotor-rulment este ansamblul mecanic integrat complet, constând dintr-o unitate rotativă rotor (arbore cu componente atașate), lagărele de susținere care îi constrâng mișcarea și suportă sarcini și structura de susținere staționară (carcasele lagărelor, piedestalurile, cadrul și fundația) care conectează lagărele la sol. Acest sistem este analizat ca un întreg integrat în dinamica rotorului deoarece comportamentul dinamic al fiecărei componente le influențează pe toate celelalte.
În loc să analizeze rotorul în mod izolat, o analiză dinamică adecvată a rotorului tratează sistemul rotor-lagăr ca un sistem mecanic cuplat în care proprietățile rotorului (masă, rigiditate, amortizare), caracteristicile lagărului (rigiditate, amortizare, jocuri) și proprietățile structurii de susținere (flexibilitate, amortizare) interacționează pentru a determina viteze critice, vibrații răspuns și stabilitate.
Componentele sistemului rotor-rulment
1. Ansamblul rotorului
Componentele rotative includ:
- Arbore: Elementul principal rotativ care asigură rigiditatea
- Discuri și roți: Rotoare, roți de turbină, cuplaje, scripeți care adaugă masă și inerție
- Masă distribuită: Rotoare de tip tambur sau masa arborelui în sine
- Cuplaje: Conectarea rotorului la echipamentul acționat sau la cel acționat
Caracteristicile rotorului:
- Distribuția masei de-a lungul axei
- Rigiditatea la încovoiere a arborelui (în funcție de diametru, lungime, material)
- Momente de inerție polare și diametrale (care afectează efectele giroscopice)
- Amortizare internă (de obicei mică)
2. Rulmenți
Elementele de interfață care susțin rotorul și permit rotația:
Tipuri de rulmenți
- Rulmenți cu elemente de rostogolire: Rulmenți cu bile, rulmenți cu role
- Rulmenți cu film fluid: Lagăre de jgheab, lagăre cu platformă basculantă, lagăre axiale
- Rulmenți magnetici: Suspensie electromagnetică activă
Caracteristicile rulmentului
- Rigiditate: Rezistența la deformare sub sarcină (N/m sau lbf/in)
- Amortizare: Disiparea energiei în rulment (N·s/m)
- Masa: Componente mobile ale rulmenților (de obicei mici)
- Autorizații de circulație: Jocul radial și axial care afectează rigiditatea și neliniaritatea
- Dependența de viteză: Proprietățile rulmenților cu peliculă fluidă se schimbă semnificativ odată cu viteza
3. Structura de susținere
Elementele de fundație staționare:
- Carcase de rulmenți: Structura imediată din jurul rulmenților
- Piedestale: Suporturi verticale pentru ridicarea rulmenților
- Placă de bază/cadru: Piedestaluri de conectare a structurii orizontale
- Fundaţie: Structură din beton sau oțel care transferă încărcături la sol
- Elemente de izolare: Arcuri, plăcuțe sau suporturi dacă se utilizează izolare la vibrații
Structura de susținere contribuie la:
- Rigiditate suplimentară (poate fi comparabilă sau mai mică decât rigiditatea rotorului)
- Amortizare prin proprietățile materialelor și îmbinări
- Masa care afectează frecvențele naturale ale sistemului general
De ce este esențială analiza la nivel de sistem
Comportament cuplat
Fiecare componentă le influențează pe celelalte:
- Deformarea rotorului creează forțe asupra rulmenților
- Deformarea rulmentului modifică condițiile de susținere a rotorului
- Flexibilitatea structurii de susținere permite mișcarea rulmentului, afectând rigiditatea aparentă a rulmentului
- Vibrațiile fundației se alimentează înapoi la rotor prin rulmenți
Frecvențe naturale ale sistemului
Frecvențele naturale sunt proprietăți ale sistemului complet, nu ale componentelor individuale:
- Rulmenți moi + rotor rigid = turații critice mai mici
- Rulmenți rigizi + rotor flexibil = viteze critice mai mari
- Fundația flexibilă poate reduce vitezele critice chiar și cu rulmenți rigizi
- Frecvența naturală a sistemului ≠ frecvența naturală a rotorului
Metode de analiză
Modele simplificate
Pentru analiză preliminară:
- Grindă simplă sprijinită: Rotor ca grindă cu suporturi rigide (neglijează flexibilitatea lagărului și a fundației)
- Rotorul Jeffcott: Masă concentrată pe arbore flexibil cu suporturi cu arc (include rigiditatea lagărului)
- Metoda Matricei de Transfer: Abordarea clasică pentru rotoarele multi-disc
Modele avansate
Pentru o analiză precisă a utilajelor reale:
- Analiza cu elemente finite (FEA): Model detaliat al rotorului cu elemente de arc pentru rulmenți
- Modele de rulmenți: Rigiditate și amortizare neliniară a rulmentului în funcție de viteză, sarcină, temperatură
- Flexibilitatea fundației: FEA sau model modal al structurii de susținere
- Analiză cuplată: Sistem complet, inclusiv toate efectele interactive
Parametrii cheie ai sistemului
Contribuții la rigiditate
Rigiditatea totală a sistemului este o combinație în serie:
- 1/ktotal = 1/krotor + 1/krulment + 1/kfundaţie
- Cel mai moale element domină rigiditatea generală
- Caz comun: flexibilitatea fundației reduce rigiditatea sistemului sub limita rigidității rotorului
Contribuții de amortizare
- Amortizarea rulmentului: De obicei, sursa dominantă (în special rulmenții cu peliculă fluidă)
- Amortizarea fundației: Amortizarea structurală și a materialelor în suporturi
- Amortizare internă a rotorului: De obicei foarte mic, de obicei neglijat
- Amortizare totală: Suma elementelor de amortizare paralele
Implicații practice
Pentru proiectarea mașinilor
- Nu se poate proiecta rotorul separat de lagăre și fundație
- Alegerea rulmentului afectează vitezele critice realizabile
- Rigiditatea fundației trebuie să fie adecvată pentru susținerea rotorului
- Optimizarea sistemului necesită luarea în considerare simultană a tuturor elementelor
Pentru echilibrare
- Coeficienți de influență reprezintă răspunsul complet al sistemului
- Echilibrarea câmpului ia în considerare automat caracteristicile sistemului așa cum este instalat
- Echilibrarea în atelier pe rulmenți/suporturi diferite poate să nu se transfere perfect în starea instalată
- Modificări ale sistemului (uzura rulmenților, tasarea fundației) - răspuns la modificarea echilibrului
Pentru depanare
- Problemele de vibrații pot proveni de la rotor, lagăre sau fundație
- Trebuie să se ia în considerare întregul sistem atunci când se diagnostichează problemele
- Modificările unei componente afectează comportamentul general
- Exemplu: Deteriorarea fundației poate reduce vitezele critice
Configurații comune de sistem
Configurație simplă între rulmenți
- Rotor susținut de doi rulmenți la capete
- Cea mai comună configurație industrială
- Cel mai simplu sistem de analiză
- Standard echilibrare pe două planuri abordare
Configurația rotorului suspendat
- Rotorul se extinde dincolo de suportul rulmentului
- Sarcini mai mari la rulmenți de la brațul de moment
- Mai sensibil la dezechilibru
- Comun în ventilatoare, pompe, unele motoare
Sisteme cu rulmenți multipli
- Trei sau mai mulți rulmenți care susțin un singur rotor
- Distribuție mai complexă a sarcinii
- Alinierea dintre rulmenți este critică
- Comun în turbinele mari, generatoare, rolele mașinilor de hârtie
Sisteme multi-rotor cuplate
- Rotoare multiple conectate prin cuplaje (seturi motor-pompă, seturi turbină-generator)
- Fiecare rotor are propriii rulmenți, dar sistemele sunt cuplate dinamic
- Cea mai complexă configurație pentru analiză
- Nealiniere la cuplare creează forțe de interacțiune
Înțelegerea mașinilor rotative ca sisteme integrate rotor-lagăr, mai degrabă decât ca componente izolate, este fundamentală pentru proiectarea, analiza și depanarea eficiente. Perspectiva la nivel de sistem explică multe fenomene de vibrații și ghidează acțiunile corective adecvate pentru o funcționare fiabilă și eficientă.
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 