Razumevanje vozlišč pri vibracijah rotorja

Naprave

Prenosni balanser in analizator vibracij Balanset-1A

$2,358.31

Deli

Senzor vibracij

$107.47

Deli

Optični senzor (laserski tahometer)

$148.07

Naprave

Balanset-4

$8,123.32

Deli

Magnetno stojalo velikosti 60 kgf

$54.93

Deli

Reflektivni trak

$11.94

Naprave

Dinamični balanser "Balanset-1A" OEM

$2,071.73

Definicija: Kaj je vozlišče?

A vozlišče (imenovano tudi vozlišče ali vozlična črta pri tridimenzionalnem gibanju) je določena lokacija vzdolž vibrirajočega rotor kjer premik ali pa odklon med vibracijami pri določeni vrednosti ostane nič naravna frekvenca. Tudi ko preostali del gredi vibrira in se upogiba, vozlišče ostane mirujoče glede na nevtralni položaj gredi.

Nodalne točke so temeljne značilnosti oblike načinov, in njihove lokacije zagotavljajo ključne informacije za dinamika rotorja analiza, uravnoteženje postopki in strategije namestitve senzorjev.

Nodalne točke v različnih načinih vibracij

Prvi način upogibanja

Prvi (osnovni) način upogibanja ima običajno:

• Nič notranjih vozlišč: Brez točk ničelnega odklona vzdolž dolžine gredi
• Lokacije ležajev kot približne vozlišča: V preprosto podprtih konfiguracijah ležaji delujejo kot skoraj vozlične točke
• Največji odklon: Običajno blizu sredine razpona med ležaji
• Preprosta oblika loka: Gred se upogne v enojni gladki krivulji

Drugi način upogibanja

Drugi način ima bolj zapleten vzorec:

• Eno notranje vozlišče: Ena sama točka vzdolž gredi (običajno blizu sredine razpona), kjer je odklon nič
• Oblika S-krivulje: Gred se na obeh straneh vozlišča upogne v nasprotnih smereh
• Dva antinodija: Največji odkloni se pojavijo na obeh straneh vozlišča
• Višja frekvenca: Naravna frekvenca bistveno višja od prvega načina

Tretji način in višje

• Tretji način: Dve notranji vozlišči, trije antinodi
• Četrti način: Tri vozlišča, štiri antinodija
• Splošno pravilo: Način N ima (N-1) notranjih vozlišč
• Naraščajoča kompleksnost: Višji načini kažejo postopoma bolj kompleksne valovne vzorce

Fizični pomen vozlišč

Ničelna deformacija

Na vozlišču med vibracijo pri naravni frekvenci tega načina:

• Bočni premik je nič
• Gred poteka skozi svojo nevtralno os
• Vendar je upogibna napetost običajno največja (naklon krivulje upogiba je največji)
• Strižne sile so največje na vozliščih

Ničelna občutljivost

Sile ali mase, ki delujejo na vozliščih, imajo minimalen vpliv na ta določen način:

• Dodajanje korekcijske uteži na vozliščih tega načina ne uravnoteži učinkovito
• Senzorji, nameščeni na vozliščih, zaznavajo minimalne vibracije za ta način
• Podpore ali omejitve na vozliščih minimalno vplivajo na naravno frekvenco moda

Praktične posledice za uravnoteženje

Izbira korekcijske ravnine

Razumevanje lokacij vozlišč vodi strategijo uravnoteženja:

Za toge rotorje

• Delovanje pod prvo kritično hitrostjo
• Prvi način ni bistveno vzbujen
• Standardno uravnoteženje v dveh ravninah blizu koncev rotorja je učinkovito
• Nodalne točke niso primarna skrb

Za fleksibilne rotorje

• Delovanje pri kritičnih hitrostih ali nad njimi
• Upoštevati je treba oblike modov in vozlišča
• Učinkovite korekcijske ravnine: Mora biti na ali blizu antinodov (točke največjega odklona)
• Neučinkovite lokacije: Korekcijske ravnine na vozliščih ali blizu njih imajo minimalen vpliv na ta način
• Modalno uravnoteženje: Pri porazdelitvi korekcijskih uteži eksplicitno upošteva lokacije vozlišč

Primer: Uravnoteženje drugega načina

Predstavljajte si dolgo gibljivo gred, ki deluje nad prvo kritično hitrostjo in vzbuja drugi način:

• Drugi način ima eno vozlišče blizu sredine razpona
• Postavitev vse korekcijske uteži blizu sredine razpona (vozlišča) bi bila neučinkovita
• Optimalna strategija: Postavite popravke na obe antinodi (na obeh straneh vozlišča)
• Za učinkovito uravnoteženje se mora vzorec porazdelitve teže ujemati z obliko drugega načina delovanja.

Premisleki glede namestitve senzorjev

Strategija merjenja vibracij

Vozlišča kritično vplivajo na spremljanje vibracij:

Izogibajte se nodalnim lokacijam

• Senzorji na vozliščih zaznavajo minimalne vibracije za ta način
• Če merimo le na vozliščih, lahko spregledamo večje težave z vibracijami.
• Lahko daje lažen vtis o sprejemljivih ravneh vibracij

Ciljne lokacije antinodov

• Največja amplituda vibracij na antinodih
• Najbolj občutljivi na razvoj težav
• Običajno na mestih ležajev za prvi način
• Za višje načine so lahko potrebne vmesne merilne točke

Več merilnih točk

• Pri fleksibilnih rotorjih merite na več aksialnih mestih
• Zagotavlja, da zaradi pozicioniranja vozlišč ni zamujen noben način
• Omogoča eksperimentalno določanje oblik modov
• Kritična oprema ima pogosto senzorje na vsakem ležaju in na sredini razpona.

Določanje lokacij vozlišč

Analitična napoved

• Analiza končnih elementov: Izračuna oblike modov in identificira vozlišča
• Teorija žarka: Za preproste konfiguracije analitične rešitve napovedujejo lokacije vozlišč
• Orodja za oblikovanje: Programska oprema za dinamiko rotorja omogoča vizualne prikaze oblik z označenimi vozlišči

Eksperimentalna identifikacija

1. Preizkus udarcev (bump)

• Z instrumentalnim kladivom udarite po gredi na več mestih
• Izmerite odziv na več točkah
• Lokacije, ki ne kažejo odziva pri določeni frekvenci, so vozlišča za ta način

2. Merjenje oblike deformacije med delovanjem

• Med delovanjem blizu kritične hitrosti izmerite vibracije na številnih aksialnih lokacijah
• Graf amplitude odklona glede na položaj
• Ničelne točke prehoda so vozlišča

3. Nizi bližinskih sond

• Več brezkontaktnih senzorjev vzdolž gredi
• Neposredno merjenje odklona gredi med zagonom/iztekanjem
• Najbolj natančna eksperimentalna metoda za identifikacijo vozlišč

Nodalne točke v primerjavi z antinodi

Nodalne točke in antinodi so komplementarni koncepti:

Nodalne točke

• Ničelni odklon
• Največji naklon upogibanja in napetost
• Nizka učinkovitost pri uporabi ali merjenju sile
• Idealno za podporna mesta (zmanjšajte preneseno silo)

Antinodi

• Največji odklon
• Ničelni upogibni naklon
• Največja učinkovitost korekcijskih uteži
• Optimalne lokacije namestitve senzorjev
• Lokacije z največjo obremenitvijo (pri kombinirani obremenitvi)

Praktične aplikacije in študije primerov

Primer: Zvitek papirnega stroja

• Situacija: Dolg (6 metrov) zvitek, ki deluje pri 1200 vrt/min, visoke vibracije
• Analiza: Delovanje nad prvim kritičnim, vzbuja drugi način z vozliščem na sredini razpona
• Začetni poskus uravnoteženja: Uteži, dodane na sredini razpona (priročen dostop), s slabimi rezultati
• Rešitev: Priznanje, da je bila sredina razpona vozlišče; uteži so bile prerazporejene na četrtinke (antinode)
• Rezultat: Vibracije zmanjšane z 85%, uspešno uravnoteženje modov

Primer: Spremljanje parnih turbin

• Situacija: Nov sistem za spremljanje vibracij kaže nizke vibracije kljub znani neuravnoteženosti
• Preiskava: Senzor nenamerno postavljen blizu vozlišča dominantnega načina
• Rešitev: Dodatni senzorji na antinodliščih so pokazali dejanske ravni vibracij
• Lekcija: Pri načrtovanju nadzornih sistemov vedno upoštevajte oblike modov

Napredni premisleki

Premikanje vozlišč

V nekaterih sistemih se vozlišča premikajo glede na obratovalne pogoje:

• Togost ležaja, odvisna od hitrosti, spreminja lokacije vozlišč
• Vpliv temperature na togost gredi
• Odziv, odvisen od obremenitve
• Asimetrični sistemi imajo lahko različna vozlišča za horizontalno in vertikalno gibanje

Približna v primerjavi s pravimi vozlišči

• Prava vozlišča: Natančne ničelne točke odklona v idealnih sistemih
• Približna vozlišča: Lokacije zelo nizkega (vendar ne ničelnega) odklona v realnih sistemih z dušenjem in drugimi neidealnimi učinki
• Praktični vidik: Prava vozlišča so območja z majhnim odklonom in ne natančne matematične točke

Razumevanje vozlišč zagotavlja ključni vpogled v vibracijsko obnašanje rotorja in je bistveno za učinkovito uravnoteženje fleksibilnih rotorjev, optimalno postavitev senzorjev in pravilno interpretacijo podatkov o vibracijah v vrtljivih strojih.

---

← Nazaj na glavno kazalo