Pochopenie torznej analýzy
Definícia: Čo je to torzná analýza?
Torzná analýza je meranie, hodnotenie a modelovanie torzné vibrácie—krútiace kmity okolo osi hriadeľa — v pohonných jednotkách rotujúcich strojov. Na rozdiel od bočné vibrácie (ohyb), ktorý sa dá ľahko merať pomocou štandardu akcelerometre, Torzné vibrácie si vyžadujú špecializované meracie techniky (tenzometre, duálne tachometre, laserová vibrometria) a analýzu na detekciu uhlových kmitov, určenie vlastných torzných frekvencií a posúdenie rizika únavy hriadeľov, spojok a ozubených kolies.
Torzná analýza je kľúčová pre pohony piestových motorov, dlhé hnacie hriadele, vysokovýkonné prevodovky a aplikácie s frekvenčnými meničmi (VFD), kde torzné vibrácie môžu spôsobiť katastrofické poruchy hriadeľa alebo spojky napriek prijateľným úrovniam bočných vibrácií. Je to špecializovaná, ale nevyhnutná diagnostická schopnosť na predchádzanie náhlym a neočakávaným poruchám v systémoch prenosu energie.
Prečo je potrebná torzná analýza
Torzné vs. bočné vibrácie
- Bočné: Ohýbanie, pohyb zo strany na stranu, merané štandardnými akcelerometrami
- Torzné: Otáčanie okolo osi, žiadne bočné posunutie, neviditeľné pre štandardné senzory
- Nezávislosť: Môže mať silné torzné napätie s nízkym bočným deformovaním (a naopak)
- Poškodenie: Torzné napätie môže spôsobiť poruchy hriadeľa/spojky bez varovania z bočných meraní
Režimy zlyhania
- Únavové lomy hriadeľa (zvyčajne 45° k osi)
- Porucha spojovacieho prvku (zuby ozubeného kolesa, ohybné prvky)
- Zlomenie zubov ozubeného kolesa v dôsledku oscilačného zaťaženia
- Poškodenie kľúča a drážky v dôsledku trenia
Techniky merania
1. Metóda tenzometra
Priame meranie torzného napätia:
- Tenzometre spojené pod uhlom 45° k osi hriadeľa (orientácia s maximálnym šmykovým napätím)
- Meria šmykové napätie z krútenia
- Vyžaduje zberné krúžky alebo bezdrôtovú telemetriu pre rotujúce hriadele
- Najpresnejšie, ale zložitejšie a drahšie
- Primárne využitie vo výskume a vývoji
2. Metóda duálneho tachometra
- Dva optické senzory na rôznych miestach šachty
- Meranie fázového rozdielu medzi lokalitami
- Fázový rozdiel = uhlové skrútenie = torzné vibrácie
- Bezkontaktné a praktické
- Obmedzené na nízkofrekvenčné torzné (< 100 Hz typicky)
3. Laserový torzný vibrometer
- Špecializovaný laserový Dopplerov systém
- Meria fluktuácie uhlovej rýchlosti
- Bezkontaktné
- Široký frekvenčný rozsah
- Drahé, ale výkonné
4. Analýza prúdu motora
- Torzné vibrácie vytvárajú prúdové fluktuácie
- Analyzujte spektrum prúdu motora
- Nepriame, ale neinvazívne
- Užitočný skríningový nástroj
Analytická torzná analýza
Matematické modelovanie
- Torzný model hnacieho ústrojenstva so sústredenou hmotnosťou
- Vypočítajte torzné vlastné frekvencie
- Predpovedať reakciu na zdroje budenia
- Identifikujte kritické rýchlosti a rezonancie
Zdroje excitácie
- Piestové motory: Vypaľovacie impulzy vytvárajú torzné budenie
- Ozubená sieť: Záber zubov vytvára oscilačný krútiaci moment
- Frekvenčné meniče (VFD): Harmonické frekvencie spínania PWM
- Elektrické: Frekvencie prechodu pólov motora a sklzové frekvencie
Campbellov diagram pre torzné napätie
- Vykreslite torzné vlastné frekvencie v závislosti od rýchlosti
- Prekrytie budenia riadkov poradia
- Identifikujte kritické torzné rýchlosti (body interferencie)
- Výber prevádzkovej rýchlosti sprievodcu
Kritické aplikácie
Pohony piestových motorov
- Dieselové generátory
- Kompresory s plynovým motorom
- Pohon lodí
- Veľké pulzácie krútiaceho momentu vyžadujú analýzu
Dlhé hnacie hriadele
- Pohony valcovní
- Lodné vrtuľové hriadele
- Pohony papierenských strojov
- Dĺžka vytvára nízku torznú tuhosť
Vysokovýkonné prevodovky
- Prevodovky veterných turbín
- Priemyselné reduktory > 1000 HP
- Budenie torzných módov v zábere ozubených kolies
Systémy motorov s frekvenčným meničom
- Pohony s premenlivou frekvenciou vytvárajú torzné budenie
- PWM harmonické môžu vyvolať torzné rezonancie
- Rastúce obavy z šírenia frekvenčných meničov
Výsledky analýzy
Torzné vlastné frekvencie
- Identifikujte z merania alebo výpočtu
- Porovnajte s budiacimi frekvenciami
- Overte dostatočnú vzdialenosť
Úrovne stresu
- Výpočet striedavého šmykového napätia z nameraných vibrácií
- Porovnajte s medzami odolnosti materiálu
- Posúdenie spotreby únavovej životnosti
- Určite, či sú napätia prijateľné
Tlmenie
- Meranie z odozvy pri torzných rezonanciách
- Typicky veľmi nízke (< 1% kritického)
- Nízke tlmenie znamená ostré rezonancie
Stratégie zmierňovania
Frekvenčné oddelenie
- Zabezpečte oddelenie torzných prirodzených frekvencií od budicích frekvencií
- Zmena priemeru hriadeľa, dĺžky alebo tuhosti spojky
- Úprava zotrvačnosti (pridanie zotrvačníka)
Pridanie tlmenia
- Torzné tlmiče (viskózne alebo trecie)
- Vysoko tlmiace spojky
- Znižuje zosilnenie rezonancie
Zmeny prevádzkovej rýchlosti
- Zabráňte nepretržitej prevádzke pri kritických torzných rýchlostiach
- Obmedziť rozsahy rýchlostí
- Ladenie VFD pre minimalizáciu budenia
Torzná analýza je špecializovaná vibračná disciplína zaoberajúca sa krútivými osciláciami, ktoré môžu spôsobiť katastrofické poruchy neviditeľné pri štandardnom monitorovaní bočných vibrácií. Hoci si torzná analýza vyžaduje špecializované techniky merania a analýzy, je nevyhnutná pre pohony piestových motorov, dlhé hriadele, vysokovýkonné prevodovky a systémy s frekvenčnými meničmi (VFD), kde torzné vibrácie predstavujú významné riziká pre spoľahlivosť a bezpečnosť.
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 