Шта је центрифугална сила у ротирајућим машинама? • Преносни балансер, анализатор вибрација "Balanset" за динамичко балансирање дробилица, вентилатора, малчера, пужева на комбајнима, вратила, центрифуга, турбина и многих других ротора Шта је центрифугална сила у ротирајућим машинама? • Преносни балансер, анализатор вибрација "Balanset" за динамичко балансирање дробилица, вентилатора, малчера, пужева на комбајнима, вратила, центрифуга, турбина и многих других ротора

Шта је центрифугална сила у ротирајућим машинама?

Објавио admin на

Разумевање центрифугалне силе у ротирајућим машинама

Дефиниција: Шта је центрифугална сила?

Центрифугална сила је привидна спољашња сила коју осећа маса која се креће по кружној путањи. Код ротирајућих машина, када ротор има неравнотежа— што значи да је њен центар масе померен у односу на осу ротације — ексцентрична маса ствара ротирајућу центрифугалну силу док се вратило окреће. Ова сила је усмерена радијално ка споља од центра ротације и ротира се истом брзином као и вратило.

Центрифугална сила из неравнотеже је главни узрок вибрација у ротирајућим машинама и то је сила која балансирање процедуре имају за циљ да минимизирају. Разумевање његове величине и понашања је фундаментално за динамику ротора и анализу вибрација.

Математички израз

Основна формула

Величина центрифугалне силе дата је са:

  • F = m × r × ω²
  • Где:
  • Ф = центрифугална сила (Њутн)
  • m = маса неуравнотежености (килограми)
  • r = полупречник ексцентричности масе (метри)
  • ω = угаона брзина (радијани у секунди) = 2π × RPM / 60

Алтернативна формулација коришћењем RPM-а

За практичне прорачуне користећи RPM:

  • F (N) = U × (о/мин/9549)²
  • Где је U = неуравнотеженост (грам-милиметри) = m × r
  • Овај образац директно користи јединице за неуравнотеженост уобичајене у спецификацијама балансирања

Кључни увид: Однос брзине на квадрат

Најважнија карактеристика центрифугалне силе је њена зависност од квадрата брзине ротације:

  • Удвостручавање брзине повећава силу за 4× (2² = 4)
  • Утростручавање брзине повећава силу за 9× (3² = 9)
  • Ова квадратна веза објашњава зашто неравнотежа која је прихватљива при малим брзинама постаје критична при великим брзинама

Утицај на вибрације

Однос силе и вибрације

Центрифугална сила из неравнотеже изазива вибрације путем следећег механизма:

  1. Ротациона центрифугална сила која се примењује на ротор
  2. Сила се преноси кроз вратило на лежајеве и носаче
  3. Еластични систем (ротор-лежај-темељ) реагује скретањем
  4. Деформација ствара измерене вибрације на лежајевима
  5. Однос између силе и вибрација зависи од крутости и пригушења система

У резонанцији

Приликом рада на критична брзина:

  • Чак и мале центрифугалне силе од преостале неравнотеже стварају велике вибрације
  • Фактор појачања може бити 10-50× у зависности од пригушење
  • Ово резонантно појачање је разлог зашто је рад на критичној брзини опасан

Испод резонанције (рад са крутим ротором)

  • Вибрација приближно пропорционална сили
  • Стога вибрација ∝ брзина² (пошто је сила ∝ брзина²)
  • Удвостручена брзина учетворостручује амплитуду вибрација

Практични примери

Пример 1: Мали импелер вентилатора

  • Неравнотежа: 10 грама на радијусу од 100 мм = 1000 г·мм
  • Speed: 1500 обртаја у минути
  • Израчунавање: Ф = 1000 × (1500/9549)² ≈ 24,7 Н (2,5 кгф)

Пример 2: Исти импелер при већој брзини

  • Неравнотежа: Истих 1000 г·мм
  • Speed: 3000 обртаја у минути (удвостручено)
  • Израчунавање: Ф = 1000 × (3000/9549)² ≈ 98,7 Н (10,1 кгф)
  • Резултат: Сила повећана за 4× са 2× повећањем брзине

Пример 3: Велики ротор турбине

  • Маса ротора: 5000 кг
  • Дозвољена неуравнотеженост (G 2.5): 400.000 г·мм
  • Speed: 3600 обртаја у минути
  • Центрифугална сила: F = 400.000 × (3600/9549)² ≈ 56.800 N (сила од 5,8 тона)
  • Импликација: Чак и “добро избалансирани” ротори генеришу значајне силе при великим брзинама

Центрифугална сила у балансирању

Вектор силе неравнотеже

Центрифугална сила из неравнотеже је векторска величина:

  • Величина: Одређује се количином неуравнотежености и брзином (F = m × r × ω²)
  • Смер: Усмерен радијално ка тешкој тачки
  • Ротација: Вектор се окреће брзином осовине (1× фреквенција)
  • Фаза: Угаони положај силе у било ком тренутку

Принцип балансирања

Balancing функционише тако што ствара супротну центрифугалну силу:

  • Корекциона тежина постављено 180° од тешког места
  • Ствара једнаку и супротну центрифугалну силу
  • Векторски збир оригиналних и корекционих сила се приближава нули
  • Нето центрифугална сила минимизирана, вибрације смањене

Балансирање више равни

За балансирање у две равни:

  • Центрифугалне силе у свакој равни стварају и силе и моменте
  • Корекциони тегови морају да пониште и неравнотежу силе и неравнотежу спрега
  • Сабирање вектора сила из обе равни одређује нето силу

Импликације оптерећења лежаја

Статичко наспрам динамичког оптерећења

  • Статичко оптерећење: Константно оптерећење лежаја од тежине ротора (гравитације)
  • Динамичко оптерећење: Ротирајући терет од центрифугалне силе (неуравнотеженост)
  • Укупно оптерећење: Векторска сума се мења по обиму како се ротор ротира
  • Максимално оптерећење: Јавља се тамо где се статичка и динамичка оптерећења поклапају

Утицај века трајања лежаја

  • Век трајања лежаја обрнуто пропорционалан кубном оптерећењу (L10 ∝ 1/P³)
  • Мала повећања динамичког оптерећења значајно смањују век трајања лежаја
  • Центрифугална сила од неравнотеже повећава оптерећење лежаја
  • Добар квалитет балансирања је неопходан за дуготрајност лежаја

Центрифугална сила у различитим типовима машина

Опрема за малу брзину (< 1000 обртаја у минути)

  • Центрифугалне силе релативно ниске
  • Статичка оптерећења од гравитације често доминантна
  • Прихватљиве су толеранције лабавијег баланса
  • Велике апсолутне неравнотеже могу се толерисати

Опрема средње брзине (1000-5000 о/мин)

  • Центрифугалне силе су значајне и морају се контролисати
  • Већина индустријских машина у овом асортиману
  • Оцене квалитета баланса од G 2,5 до G 16 типичне
  • Балансирање је важно за век трајања лежајева и контролу вибрација

Опрема велике брзине (> 5000 обртаја у минути)

  • Центрифугалне силе доминирају над статичким оптерећењима
  • Потребне су веома уске толеранције баланса (G 0,4 до G 2,5)
  • Мале неравнотеже стварају огромне силе
  • Прецизно балансирање је апсолутно кључно

Центрифугална сила и критичне брзине

Појачавање силе на резонанцији

У критичне брзине:

  • Исти улаз центрифугалне силе
  • Одзив система појачан Q-фактором (обично 10-50)
  • Амплитуда вибрација далеко превазилази исподкритични рад
  • Показује зашто се критичне брзине морају избегавати

Флексибилно понашање ротора

За флексибилни ротори изнад критичних брзина:

  • Вратило се савија под дејством центрифугалне силе
  • Деформација ствара додатну ексцентричност
  • Ефекат самоцентрирања изнад критичне брзине смањује оптерећења лежајева
  • Контраинтуитивно: вибрације се могу смањити изнад критичне брзине

Однос према стандардима балансирања

Дозвољена неравнотежа и сила

Уравнотежене оцене квалитета у ISO 21940-11 заснивају се на ограничавајућој центрифугалној сили:

  • Нижи G-бројеви омогућавају мању неравнотежу
  • Ограничава пропорционалну силу при било којој брзини
  • Обезбеђује да центрифугалне силе остану унутар безбедних граница пројектовања
  • Различити типови опреме имају различите толеранције силе

Мерење и израчунавање

Од вибрације до силе

Иако се сила не мери директно у балансирању поља, може се проценити:

  • Мерење амплитуде вибрација при радној брзини
  • Процените крутост система из коефицијенти утицаја
  • Израчунај силу: F ≈ k × деформација
  • Корисно за процену доприноса оптерећења лежајева од неравнотеже

Од неравнотеже до силе

Директан прорачун ако је позната неравнотежа:

  • Користите формулу F = m × r × ω²
  • Или F = U × (RPM/9549)² где је U у g·mm
  • Обезбеђује очекивану силу за било коју количину неравнотеже и брзину
  • Користи се у прорачунима дизајна и верификацији толеранције

Центрифугална сила је основни механизам којим неуравнотеженост изазива вибрације у ротирајућим машинама. Њен квадратни однос са брзином објашњава зашто квалитет равнотеже постаје све критичнији како се брзине ротације повећавају и зашто чак и мале неуравнотежености могу генерисати огромне силе и деструктивне вибрације у опреми велике брзине.

← Назад на главни индекс

Categories:
WhatsApp