Înțelegerea amortizoarelor cu film prin presare
Definiție: Ce este un amortizor cu film compresiv?
A amortizor cu film comprimat (SFD) este un pasiv amortizare dispozitiv utilizat în mașinile rotative pentru disiparea energiei vibraționale și controlul vibrații amplitudini, în special la viteze critice. Amortizorul constă dintr-o peliculă subțire de ulei conținută într-un spațiu inelar care înconjoară o carcasă de rulment. Când rulmentul (și atașat rotor) vibrează, carcasa rulmentului oscilează în interiorul jocului amortizorului, comprimând pelicula de ulei. Rezistența vâscoasă la această mișcare de comprimare disipează energia, oferind amortizare sistemului rotorului fără a adăuga o rigiditate semnificativă.
Amortizoarele cu peliculă compresibilă sunt utilizate pe scară largă în motoarele de aeronave, turbinele industriale cu gaz și alte utilaje de mare viteză unde este necesară o amortizare îmbunătățită pentru a controla vibrațiile și a preveni... instabilități ale rotorului.
Principiul de funcționare fizică
Acțiunea de stoarcere
Spre deosebire de lagăre de jgheab Acolo unde pelicula de ulei suportă o sarcină radială constantă, amortizoarele cu peliculă compresibilă funcționează prin comprimare ciclică:
- Vibrația rotorului: Rotorul dezechilibrat creează forțe vibratoare asupra rulmentului
- Moțiune privind locuințele: Carcasa rulmentului oscilează radial în interiorul jocului amortizorului
- Stoarcerea peliculei de ulei: Pe măsură ce carcasa se mișcă spre interior, pelicula de ulei este comprimată; pe măsură ce se mișcă spre exterior, pelicula se extinde
- Rezistență vâscoasă: Uleiul rezistă la stoarcere, creând o forță de amortizare
- Disiparea energiei: Energia vibrațională convertită în căldură în ulei
Diferența cheie față de rulmenții de jurnal
- Lagăr de jurnal: Preia sarcini statice și dinamice prin presiunea peliculei de ulei; atât rigiditate, cât și amortizare
- Amortizor de film prin presare: Oferă doar amortizare, rigiditate minimă; nu suportă sarcini constante
- Combinaţie: Rulment cu element de rostogolire (preia sarcina) + SFD (asigură amortizarea) = sistem optim pentru anumite aplicații
Construcții și proiectare
Componente de bază
- Calea de rulment interioară (carcasa rulmentului): Suprafața exterioară a carcasei rulmentului cu element de rostogolire, liberă de mișcare radială
- Calea de rulare exterioară (carcasa amortizorului): Carcasă staționară cu alezaj cilindric precis
- Distanță inelară: Distanța radială dintre inelele de rulare interioare și exterioare (de obicei 0,1-0,5 mm)
- Aprovizionare cu petrol: Ulei sub presiune introdus în spațiul liber
- Garnituri de capăt: Inele O sau alte etanșări pentru a conține ulei axial
- Elemente de centrare: Arcuri sau elemente de reținere pentru a preveni mișcarea excesivă
Parametri de proiectare
- Joc radial (c): Determină coeficientul de amortizare (mai mic = mai multă amortizare)
- Lungime (L): Lungimea axială a amortizorului (mai lung = mai multă amortizare)
- Diametru (D): Diametrul amortizorului (mai mare = mai multă amortizare)
- Vâscozitatea uleiului (µ): Vâscozitate mai mare = amortizare mai mare
- Tipul etanșării finale: Afectează scurgerile de ulei și amortizarea eficientă
Avantajele amortizoarelor cu peliculă compresibilă
- Adaugă amortizare fără rigiditate: Crește disiparea energiei fără a crește semnificativ vitezele critice
- Reduce vibrațiile vitezei critice: Limitează amplitudinile de rezonanță la niveluri sigure
- Previne instabilitățile: Ajută la prevenirea vârtej de ulei, biciul arborelui, și alte vibrații autoexcitate
- Forțe transmise izolate: Reduce vibrațiile transmise fundației
- Preia efecte tranzitorii: Ajută la controlul vibrațiilor în timpul pornirii, opririi și schimbărilor de sarcină
- Capacitate de modernizare: Poate fi adăugat la mașinile existente fără o reproiectare majoră
- Operațiune pasivă: Nu este nevoie de sistem de control sau de alimentare
Aplicații
Turbine cu gaz pentru aeronave
- Aproape universal în motoarele de aeronave moderne
- Esențial pentru controlul vibrațiilor în timpul trecerilor cu viteză critică
- Permite utilizarea rulmenților cu elemente de rostogolire în aplicații de mare viteză
- Design compact și ușor, esențial pentru industria aerospațială
Turbine industriale cu gaz
- Utilizat în combinație cu rulmenți cu element de rostogolire sau cu plăcuțe basculante
- Controlează vibrațiile în timpul pornirii și opririi
- Reduce vibrațiile transmise structurii de susținere
Compresoare de mare viteză
- Oferă amortizare suplimentară dincolo de amortizarea rulmentului
- Previne instabilitățile în condiții de încărcare ușoară
- Permite o gamă de operare mai largă
Aplicații de modernizare
- Adăugat la utilajele existente cu vibrații excesive la viteză critică
- Soluție atunci când echilibrarea și alinierea nu reduc în mod adecvat vibrațiile
- Alternativă la reproiectarea majoră a rotorului sau a rulmentului
Considerații de proiectare
Calculul coeficientului de amortizare
Forța de amortizare asigurată de un amortizor cu peliculă compresibilă este de aproximativ:
- Famortizare = C × viteză
- Unde coeficientul de amortizare C ∝ (µ × D × L³) / c³
- Foarte sensibil la joc (c): înjumătățirea jocului crește amortizarea cu 8×
- Proiectarea amortizării optime necesită o selecție atentă a parametrilor
Arcuri de centrare
- Scop: Preveniți “atingerea fundului” amortizorului (contact metal pe metal)
- Selecția rigidității: Trebuie să fie suficient de moale pentru a permite mișcarea amortizorului, dar suficient de rigid pentru a se centra
- Tipuri comune: Colivie de veveriță (fire circumferențiale multiple), arcuri elicoidale, elemente elastomerice
Alimentare și drenaj cu petrol
- Alimentare cu ulei sub presiune pentru menținerea peliculei (de obicei 1-5 bar)
- Debit adecvat pentru a elimina căldura generată
- Drenaj adecvat pentru a preveni inundarea cu ulei
- Ventilare pentru a preveni cavitația în peliculă
Provocări și limitări
Provocări de design
- Cavitație: Pelicula de ulei poate cavita (forma bule de vapori), reducând amortizarea eficientă
- Ingerare de aer: Aerul antrenat reduce eficiența amortizării
- Dependența de frecvență: Eficacitatea amortizării variază în funcție de frecvența vibrațiilor
- Comportament neliniar: Modificări de performanță în funcție de amplitudine (mișcările mari pot depăși spațiul liber)
Provocări operaționale
- Sensibilitate la temperatură: Modificările vâscozității uleiului odată cu temperatura afectează amortizarea
- Cerințe de curățenie: Contaminarea poate bloca alimentarea sau deteriora suprafețele
- Dependența de aprovizionare cu petrol: Pierderea presiunii uleiului elimină amortizarea
- Uzura etanșării: Garniturile de etanșare se degradează în timp, reducând eficiența
Cerințe de întreținere
- Monitorizați presiunea și temperatura alimentării cu ulei
- Inspectați periodic garniturile de etanșare
- Verificați distanța liberă corespunzătoare în timpul reviziilor generale
- Verificați starea arcului de centrare
- Curățați pasajele și filtrele de ulei
Designuri avansate
Amortizoare cu segmenți de piston
- Folosiți segmenți de piston în loc de garnituri cu inele O
- Permiteți o oarecare scurgere de ulei pentru o mai bună distribuție a presiunii
- Reduce tendința de cavitație
Amortizoare cu capăt deschis
- Fără etanșări la capăt, uleiul curge axial
- Design mai simplu, fără probleme de uzură a garniturilor
- Necesită debite de ulei mai mari
- Caracteristici de amortizare mai consistente
Amortizoare integrale
- Peliculă de amortizare formată între partea din spate a rulmentului și carcasă
- Fără componentă separată a amortizorului
- Capacitate de amortizare compactă, dar limitată
Eficacitate și performanță
Reducerea vibrațiilor
- Poate reduce vibrațiile la viteza critică cu 50-80%
- Deosebit de eficient pentru controlul rezonanței
- Lărgește vârfurile critice de viteză (le face mai puțin ascuțite)
- Permite trecerea mai sigură prin viteze critice
Îmbunătățirea stabilității
- Crește viteza prag pentru instabilități
- Poate preveni vârtej de ulei când este utilizat cu rulmenți cu elemente de rostogolire
- Adaugă amortizare pozitivă pentru a contracara forțele destabilizatoare
Instrumente de proiectare și analiză
Proiectarea corectă a amortizorului cu peliculă compresibilă necesită:
- Analiza dinamică a rotorului: Modelare integrată a sistemului rotor-rulment-amortizor
- Analiza peliculei fluide: Soluții ale ecuației Reynolds pentru distribuția presiunii
- Analiză neliniară: Luați în considerare cavitația, comportamentul dependent de amplitudine
- Analiză termică: Temperatura uleiului și disiparea căldurii
- Software specializat: Instrumente precum DyRoBeS, XLTRC includ modele SFD
Când se utilizează amortizoare cu peliculă compresibilă
Aplicații recomandate
- Mașini de mare viteză: Funcționarea aproape de sau peste vitezele critice
- Sisteme de rulmenți cu elemente de rostogolire: Adăugarea amortizării acolo unde rulmenții oferă o amortizare minimă
- Rotoare flexibile: Funcționare peste prima viteză critică
- Probleme de stabilitate: Când instabilitățile rotorului sunt riscante
- Controlul vibrațiilor tranzitorii: Reducerea vibrațiilor la pornire/oprire
Nu este recomandat când
- Funcționare la viteză redusă unde amortizarea nu este critică
- Restricțiile de spațiu împiedică instalarea
- Sistemul de alimentare cu petrol nu este disponibil sau nu este fiabil
- Resurse de întreținere limitate (amortizoarele necesită întreținerea sistemului de ulei)
- Soluții mai simple (echilibrare, aliniere) adecvate
Amortizoarele cu peliculă compresibilă reprezintă o soluție elegantă pentru controlul vibrațiilor în utilajele rotative de mare viteză. Prin asigurarea unei amortizări semnificative fără a adăuga rigiditate, acestea permit funcționarea la viteze critice, previn instabilitățile distructive și extind raza de funcționare a echipamentelor rotative, menținând în același timp designuri compacte și pasive.
Categorii:
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 