Pochopenie tlmičov stlačiteľnej fólie
Definícia: Čo je to tlmič stlačiteľnej fólie?
A stláčacia fólia (SFD) je pasívny tlmenie zariadenie používané v rotačných strojoch na rozptyľovanie vibračnej energie a riadenie vibrácie amplitúdy, najmä pri kritické rýchlosti. Tlmič pozostáva z tenkej vrstvy oleja nachádzajúcej sa v prstencovej vôli okolo ložiskového telesa. Keď je ložisko (a pripevnené rotor) vibruje, teleso ložiska osciluje v medzere tlmiča a stláča olejový film. Viskózny odpor voči tomuto stláčaciemu pohybu rozptyľuje energiu, čím poskytuje tlmenie rotorovému systému bez výrazného zvýšenia tuhosti.
Tlmiče s stláčacou fóliou sa široko používajú v leteckých motoroch, priemyselných plynových turbínach a iných vysokorýchlostných strojoch, kde je potrebné vylepšené tlmenie na kontrolu vibrácií a zabránenie... nestability rotora.
Fyzikálny princíp fungovania
Stláčanie
Na rozdiel od klzné ložiská kde olejový film nesie stále radiálne zaťaženie, tlmiče stlačiteľného filmu fungujú prostredníctvom cyklického stláčania:
- Vibrácie rotora: Nevyvážený rotor vytvára vibračné sily na ložisko
- Návrh na bývanie: Ložiskové teleso radiálne osciluje v rámci vôle tlmiča
- Stláčanie olejového filmu: Keď sa kryt pohybuje dovnútra, olejový film sa stlačí; keď sa pohybuje smerom von, film sa rozťahuje
- Viskózna odolnosť: Olej odoláva vytlačeniu, čím vytvára tlmiacu silu
- Rozptyl energie: Vibračná energia premenená na teplo v oleji
Kľúčový rozdiel od ložísk radiálnych ložísk
- Ložisko valca: Prenáša statické a dynamické zaťaženie prostredníctvom tlaku olejového filmu; zabezpečuje tuhosť aj tlmenie
- Tlmič fólie: Poskytuje iba tlmenie, minimálnu tuhosť; nenesie stabilné zaťaženie
- Kombinácia: Valivé ložisko (nesie zaťaženie) + SFD (zabezpečuje tlmenie) = optimálny systém pre niektoré aplikácie
Konštrukcia a dizajn
Základné komponenty
- Vnútorný krúžok (ložiskové teleso): Vonkajší povrch telesa valivého ložiska, voľný radiálny pohyb
- Vonkajší krúžok (teleso tlmiča): Stacionárne puzdro s presným valcovým otvorom
- Prstencová vôľa: Radiálna medzera medzi vnútorným a vonkajším krúžkom (typicky 0,1 – 0,5 mm)
- Dodávka oleja: Tlakový olej privádzaný do voľného priestoru
- Koncové tesnenia: O-krúžky alebo iné tesnenia na axiálne zadržiavanie oleja
- Centrovacie prvky: Pružiny alebo zadržiavacie prvky na zabránenie nadmernému pohybu
Parametre návrhu
- Radiálna vôľa (c): Určuje koeficient tlmenia (menší = väčšie tlmenie)
- Dĺžka (L): Axiálna dĺžka tlmiča (dlhší = väčšie tlmenie)
- Priemer (D): Priemer tlmiča (väčší = väčšie tlmenie)
- Viskozita oleja (µ): Vyššia viskozita = väčšie tlmenie
- Typ koncového tesnenia: Ovplyvňuje únik oleja a účinné tlmenie
Výhody tlmičov stlačiteľnej fólie
- Pridáva tlmenie bez tuhosti: Zvyšuje rozptyl energie bez výrazného zvýšenia kritických rýchlostí
- Znižuje vibrácie kritickej rýchlosti: Obmedzuje amplitúdy rezonancie na bezpečné úrovne
- Zabraňuje nestabilite: Pomáha predchádzať olejový vír, hriadeľový bič, a iné samobudiace vibrácie
- Izoluje prenášané sily: Znižuje vibrácie prenášané na základy
- Zvláda prechodové javy: Pomáha kontrolovať vibrácie počas spúšťania, vypínania a zmien zaťaženia
- Možnosť dodatočnej montáže: Možno pridať k existujúcim strojom bez rozsiahlejšej prestavby
- Pasívna prevádzka: Nie je potrebný žiadny riadiaci systém ani napájanie
Aplikácie
Plynové turbíny lietadiel
- Takmer univerzálny v moderných leteckých motoroch
- Nevyhnutné na kontrolu vibrácií počas kritických rýchlostných úsekov
- Umožňuje použitie valivých ložísk vo vysokorýchlostných aplikáciách
- Kompaktný a ľahký dizajn, ktorý je kľúčový pre letecký priemysel
Priemyselné plynové turbíny
- Používa sa v kombinácii s valivými alebo naklápacími ložiskami
- Kontroluje vibrácie počas spúšťania a vypínania
- Znižuje prenos vibrácií na nosnú konštrukciu
Vysokorýchlostné kompresory
- Poskytuje dodatočné tlmenie nad rámec tlmenia ložiska
- Zabraňuje nestabilite pri miernom zaťažení
- Umožňuje širší prevádzkový rozsah
Aplikácie pre dodatočnú montáž
- Pridané k existujúcim strojom s nadmernými vibráciami pri kritickej rýchlosti
- Riešenie, keď vyváženie a zarovnanie dostatočne neznižujú vibrácie
- Alternatíva k prepracovaniu hlavného rotora alebo ložiska
Úvahy o dizajne
Výpočet koeficientu tlmenia
Tlmiaca sila zabezpečená stláčacím filmovým tlmičom je približne:
- Ftlmenie = C × rýchlosť
- Kde koeficient tlmenia C ∝ (µ × D × L³) / c³
- Vysoká citlivosť na vôľu (c): zníženie vôle na polovicu zvyšuje tlmenie 8-krát
- Navrhovanie optimálneho tlmenia si vyžaduje starostlivý výber parametrov
Centrovacie pružiny
- Účel: Zabráňte “dopadnutiu na dno” tlmiča (kontakt kovu s kovom)
- Výber tuhosti: Musí byť dostatočne mäkký, aby umožňoval tlmený pohyb, ale zároveň dostatočne tuhý, aby sa dal vycentrovať.
- Bežné typy: Klietka veveričky (viaceré obvodové drôty), vinuté pružiny, elastomérové prvky
Dodávka a odvodnenie oleja
- Prívod tlakového oleja na udržanie filmu (typicky 1 – 5 barov)
- Dostatočný prietok na odvod generovaného tepla
- Správna drenáž na zabránenie zaplavenia ropou
- Odvzdušnenie na zabránenie kavitácie vo fólii
Výzvy a obmedzenia
Dizajnérske výzvy
- Kavitácia: Olejový film môže kavitovať (tvoriť bubliny pary), čím sa znižuje účinné tlmenie
- Požitie vzduchu: Strhnutý vzduch znižuje účinnosť tlmenia
- Frekvenčná závislosť: Účinnosť tlmenia sa mení v závislosti od frekvencie vibrácií
- Nelineárne správanie: Výkon sa mení s amplitúdou (veľké pohyby môžu prekročiť vôľu)
Prevádzkové výzvy
- Teplotná citlivosť: Zmeny viskozity oleja s teplotou ovplyvňujú tlmenie
- Požiadavky na čistotu: Kontaminácia môže zablokovať prívod vody alebo poškodiť povrchy
- Závislosť od dodávok ropy: Strata tlaku oleja eliminuje tlmenie
- Opotrebovanie tesnenia: Koncové tesnenia sa časom zhoršujú, čím sa znižuje ich účinnosť
Požiadavky na údržbu
- Monitorovanie tlaku a teploty prívodného oleja
- Pravidelne kontrolujte koncové tesnenia
- Počas generálnych opráv overte správne medzery
- Skontrolujte stav centrovacej pružiny
- Vyčistite olejové kanály a filtre
Pokročilé návrhy
Tlmiče piestnych krúžkov
- Namiesto tesnení O-krúžkami použite piestne krúžky
- Pre lepšie rozloženie tlaku nechajte unikať určitý olej
- Znížte tendenciu k kavitácii
Otvorené tlmiče
- Žiadne koncové tesnenia, olej tečie axiálne
- Jednoduchší dizajn, žiadne problémy s opotrebovaním tesnenia
- Vyžadujú vyššie prietoky oleja
- Konzistentnejšie tlmiace charakteristiky
Integrované tlmiče
- Tlmiaci film vytvorený medzi ložiskovou zadnou časťou a telesom
- Žiadna samostatná tlmiaca súčasť
- Kompaktný, ale s obmedzenou tlmiacou schopnosťou
Efektívnosť a výkonnosť
Zníženie vibrácií
- Môže znížiť vibrácie kritickej rýchlosti o 50-80%
- Obzvlášť účinné na kontrolu rezonancie
- Rozširuje kritické rýchlostné špičky (znižuje ich ostrosť)
- Umožňuje bezpečnejší prechod kritickými rýchlosťami
Zlepšenie stability
- Zvyšuje prahovú rýchlosť pre nestability
- Môže zabrániť olejový vír pri použití s valivými ložiskami
- Pridáva pozitívne tlmenie na potlačenie destabilizujúcich síl
Nástroje na návrh a analýzu
Správny návrh tlmiča stlačiteľnej fólie vyžaduje:
- Dynamická analýza rotora: Integrované modelovanie systému rotor-ložisko-tlmič
- Analýza tekutého filmu: Riešenia Reynoldsovej rovnice pre rozloženie tlaku
- Nelineárna analýza: Zohľadnite kavitáciu a správanie závislé od amplitúdy
- Tepelná analýza: Teplota oleja a odvod tepla
- Špecializovaný softvér: Nástroje ako DyRoBeS, XLTRC zahŕňajú modely SFD
Kedy použiť tlmiče z stláčacej fólie
Odporúčané aplikácie
- Vysokorýchlostné stroje: Prevádzka v blízkosti alebo nad kritickými rýchlosťami
- Systémy valivých ložísk: Pridanie tlmenia tam, kde ložiská poskytujú minimálne tlmenie
- Flexibilné rotory: Prevádzka nad prvou kritickou rýchlosťou
- Problémy so stabilitou: Keď hrozí nestabilita rotora
- Kontrola prechodných vibrácií: Zníženie vibrácií pri spustení/vypnutí
Neodporúča sa, keď
- Nízkootáčková prevádzka, kde tlmenie nie je kritické
- Priestorové obmedzenia bránia inštalácii
- Systém prívodu oleja nie je k dispozícii alebo nie je spoľahlivý
- Obmedzené zdroje na údržbu (tlmiče vyžadujú údržbu olejového systému)
- Jednoduchšie riešenia (vyváženie, zarovnanie) sú postačujúce
Tlmiče vibrácií predstavujú elegantné riešenie pre kontrolu vibrácií vo vysokorýchlostných rotačných strojoch. Vďaka výraznému tlmeniu bez zvýšenia tuhosti umožňujú prevádzku v kritických rýchlostiach, zabraňujú deštruktívnym nestabilitám a rozširujú prevádzkový rozsah rotačných zariadení pri zachovaní kompaktných pasívnych konštrukcií.
Kategórie:
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 