Razumevanje sistema rotorskih ležajev

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 sistem rotorskih ležajev?

A sistem rotorskih ležajev je celoten integriran mehanski sklop, sestavljen iz vrtečega se rotor (gred s pritrjenimi komponentami), nosilni ležaji, ki omejujejo njeno gibanje in prenašajo obremenitve, ter stacionarna nosilna konstrukcija (ohišja ležajev, podstavki, okvir in temelj), ki ležaje povezuje s tlemi. Ta sistem se analizira kot integrirana celota v dinamika rotorja ker dinamično obnašanje vsake komponente vpliva na vse ostale.

Namesto da bi rotor analizirali ločeno, pravilna dinamična analiza rotorja obravnava sistem rotor-ležaj kot sklopljen mehanski sistem, kjer lastnosti rotorja (masa, togost, dušenje), značilnosti ležajev (togost, dušenje, zračnosti) in lastnosti nosilne konstrukcije (fleksibilnost, dušenje) medsebojno vplivajo na določitev ... kritične hitrosti, vibracije odziv in stabilnost.

Komponente sistema rotor-ležaj

1. Sklop rotorja

Vrtljive komponente, vključno z:

• Gred: Glavni vrtljivi element, ki zagotavlja togost
• Diski in kolesa: Rotorji, turbinska kolesa, sklopke, jermenice, ki dodajajo maso in vztrajnost
• Porazdeljena masa: Bobnasti rotorji ali sama masa gredi
• Spojke: Priključitev rotorja na pogonsko ali gnano opremo

Značilnosti rotorja:

• Porazdelitev mase vzdolž osi
• Upogibna togost gredi (funkcija premera, dolžine, materiala)
• Polarni in diametralni vztrajnostni momenti (ki vplivajo na giroskopske učinke)
• Notranje dušenje (običajno majhno)

2. Ležaji

Vmesniški elementi, ki podpirajo rotor in omogočajo vrtenje:

Vrste ležajev

• Kotalni ležaji: Kroglični ležaji, valjčni ležaji
• Ležaji s fluidnim filmom: Tesni ležaji, nagibni ležaji, aksialni ležaji
• Magnetni ležaji: Aktivno elektromagnetno vzmetenje

Značilnosti ležaja

• Togost: Odpornost proti deformaciji pod obremenitvijo (N/m ali lbf/in)
• Dušenje: Disipacija energije v ležaju (N·s/m)
• Masa: Premične komponente ležajev (običajno majhne)
• Dovoljenja: Radialna in aksialna zračnost, ki vplivata na togost in nelinearnost
• Odvisnost od hitrosti: Lastnosti ležajev fluidnega filma se bistveno spreminjajo s hitrostjo

3. Podporna struktura

Stacionarni temeljni elementi:

• Ohišja ležajev: Neposredna konstrukcija, ki obdaja ležaje
• Podstavki: Vertikalni nosilci dvižnih ležajev
• Osnovna plošča/okvir: Horizontalna konstrukcija, ki povezuje podstavke
• Fundacija: Betonska ali jeklena konstrukcija, ki prenaša obremenitve na tla
• Izolacijski elementi: Vzmeti, blazinice ali nosilci, če se uporablja izolacija vibracij

Podporna struktura prispeva:

• Dodatna togost (lahko je primerljiva s togostjo rotorja ali manjša)
• Dušenje zaradi lastnosti materialov in spojev
• Masa, ki vpliva na naravne frekvence celotnega sistema

Zakaj je analiza na ravni sistema bistvena

Sklopljeno vedenje

Vsaka komponenta vpliva na druge:

• Odklon rotorja ustvarja sile na ležajih
• Odklon ležaja spreminja pogoje podpore rotorja
• Fleksibilnost podporne strukture omogoča gibanje ležaja, kar vpliva na navidezno togost ležaja
• Vibracije temeljev dovaja nazaj do rotorja skozi ležaje

Naravne frekvence sistema

Naravne frekvence so lastnosti celotnega sistema, ne posameznih komponent:

• Mehki ležaji + tog rotor = nižje kritične hitrosti
• Togi ležaji + fleksibilen rotor = višje kritične hitrosti
• Fleksibilen temelj lahko zniža kritične hitrosti tudi pri togih ležajih
• Naravna frekvenca sistema ≠ samo naravna frekvenca rotorja

Metode analize

Poenostavljeni modeli

Za predhodno analizo:

• Preprosta podprta greda: Rotor kot nosilec s togimi nosilci (zanemarja se prožnost ležajev in temeljev)
• Jeffcott Rotor: Koncentrirana masa na gibljivi gredi z vzmetnimi oporniki (vključno s togostjo ležaja)
• Metoda matrike prenosa: Klasični pristop za večdiskovne rotorje

Napredni modeli

Za natančno analizo dejanskih strojev:

• Analiza končnih elementov (FEA): Podroben model rotorja z vzmetnimi elementi za ležaje
• Modeli ležajev: Nelinearna togost in dušenje ležajev v odvisnosti od hitrosti, obremenitve in temperature
• Prilagodljivost temeljev: MKE ali modalni model podporne konstrukcije
• Sklopljena analiza: Celoten sistem, vključno z vsemi interaktivnimi učinki

Ključni sistemski parametri

Prispevki k togosti

Skupna togost sistema je serijska kombinacija:

• 1/k_skupaj = 1/k_rotor + 1/k_ležaj + 1/k_temelj
• Najmehkejši element prevladuje nad splošno togostjo
• Pogost primer: prožnost temeljev zmanjša togost sistema pod togost rotorja

Prispevki k dušenju

• Dušenje ležajev: Običajno prevladujoč vir (zlasti ležaji s fluidnim filmom)
• Dušenje temeljev: Strukturno in materialno dušenje v nosilcih
• Notranje dušenje rotorja: Običajno zelo majhen, običajno zanemarjen
• Skupno dušenje: Vsota vzporednih dušilnih elementov

Praktične posledice

Za načrtovanje strojev

• Rotorja ni mogoče zasnovati ločeno od ležajev in temeljev
• Izbira ležaja vpliva na dosegljive kritične hitrosti
• Togost temeljev mora biti zadostna za podporo rotorja
• Optimizacija sistema zahteva hkratno upoštevanje vseh elementov

Za uravnoteženje

• Koeficienti vpliva predstavljajo celoten odziv sistema
• Izravnava na terenu samodejno upošteva značilnosti nameščenega sistema
• Uravnoteženje v delavnici na različnih ležajih/podporah se morda ne bo popolnoma preneslo v nameščeno stanje
• Spremembe sistema (obraba ležajev, posedanje temeljev) spremenijo odziv ravnotežja

Za odpravljanje težav

• Težave z vibracijami lahko izvirajo iz rotorja, ležajev ali temeljev
• Pri diagnosticiranju težav je treba upoštevati celoten sistem
• Spremembe v eni komponenti vplivajo na celotno vedenje
• Primer: Propadanje temeljev lahko zniža kritične hitrosti

Pogoste sistemske konfiguracije

Preprosta konfiguracija med ležaji

• Rotor, ki ga na koncih podpirata dva ležaja
• Najpogostejša industrijska konfiguracija
• Najenostavnejši sistem za analizo
• Standardno uravnoteženje v dveh ravninah pristop

Konfiguracija previsnega rotorja

• Rotor se iztegne preko nosilne podpore
• Višje obremenitve ležajev zaradi momentne ročice
• Bolj občutljiv na neravnovesje
• Pogosto v ventilatorjih, črpalkah, nekaterih motorjih

Večležajni sistemi

• Trije ali več ležajev, ki podpirajo en sam rotor
• Bolj kompleksna porazdelitev obremenitve
• Poravnava med ležaji je ključnega pomena
• Pogosto v velikih turbinah, generatorjih, zvitkih papirnih strojev

Sklopljeni večrotorski sistemi

• Več rotorjev, povezanih s sklopkami (motorni črpalni agregati, turbinski generatorji)
• Vsak rotor ima lastne ležaje, vendar so sistemi dinamično povezani
• Najbolj zapletena konfiguracija za analizo
• Neusklajenost pri spajanju ustvarjajo interakcijske sile

Razumevanje rotacijskih strojev kot integriranih sistemov rotor-ležaj in ne kot izoliranih komponent je temeljnega pomena za učinkovito načrtovanje, analizo in odpravljanje težav. Sistemska perspektiva pojasnjuje številne vibracijske pojave in vodi ustrezne korektivne ukrepe za zanesljivo in učinkovito delovanje.

---

← Nazaj na glavno kazalo