Шта су торзионе вибрације? Узроци и последице • Преносни балансер, анализатор вибрација "Balanset" за динамичко балансирање дробилица, вентилатора, малчера, пужева на комбајнима, вратила, центрифуга, турбина и многих других ротора Шта су торзионе вибрације? Узроци и последице • Преносни балансер, анализатор вибрација "Balanset" за динамичко балансирање дробилица, вентилатора, малчера, пужева на комбајнима, вратила, центрифуга, турбина и многих других ротора

Шта је торзиона вибрација? Узроци и последице

Објавио admin на

Разумевање торзионих вибрација у ротирајућим машинама

Дефиниција: Шта је торзиона вибрација?

Торзионе вибрације је угаоно осциловање ротирајућег вратила око своје осе ротације – у суштини кретање увијања и одвијања где се различити делови вратила ротирају мало различитим брзинама у било ком датом тренутку. За разлику од бочне вибрације (кретање са стране на страну) или аксијалне вибрације (кретање напред-назад), торзионе вибрације не укључују линеарно померање; уместо тога, вратило доживљава наизменично позитивно и негативно угаоно убрзање.

Иако торзионе вибрације обично имају много мање амплитуде од бочних вибрација и често их је тешко открити, оне могу створити огромна наизменична напрезања у вратилима, спојницама и зупчаницима, што потенцијално може довести до катастрофалних кварова услед замора материјала без упозорења.

Физички механизам

Како настају торзионе вибрације

Торзионе вибрације се могу визуализовати на следећи начин:

  • Замислите дугачко вратило које повезује мотор са погоњеним оптерећењем
  • Осовина делује као торзиона опруга, складиштећи и ослобађајући енергију док се увија
  • Када је поремећена различитим обртним моментима, вратило осцилује, при чему се делови ротирају брже и спорије од просечне брзине
  • Ове осцилације се могу повећати ако се фреквенција побуде поклапа са природном фреквенцијом торзије

Торзионе природне фреквенције

Сваки систем вратила има торзионе природне фреквенције одређене са:

  • Торзиона крутост вратила: Зависи од пречника вратила, дужине и модула смицања материјала
  • Инерција система: Моменти инерције повезаних ротирајућих компоненти (ротор мотора, спојнице, зупчаници, оптерећења)
  • Вишеструки режими: Сложени системи имају неколико торзионих природних фреквенција
  • Ефекти спрезања: Флексибилне спојнице додају торзиону попустљивост, смањујући природне фреквенције

Примарни узроци торзионих вибрација

1. Променљиви обртни момент из клипних мотора

Најчешћи извор у многим апликацијама:

  • Дизел и бензински мотори: Догађаји сагоревања стварају пулсирајући обртни момент
  • Редослед паљбе: Ствара хармонике брзине мотора
  • Број цилиндара: Мањи број цилиндара производи већу варијацију обртног момента
  • Ризик од резонанције: Радна брзина мотора може се поклопити са критичним брзинама торзије

2. Силе мреже зупчаника

Системи зупчаника генеришу торзионо побуђивање:

  • Фреквенција захвата зупчаника (број зубаца × обртаји у минути) ствара осцилирајући обртни момент
  • Грешке у размаку зубаца и нетачности профила доприносе
  • Зазор зупчаника може изазвати ударно оптерећење
  • Вишеструки степен преноса ствара сложене торзионе системе

3. Проблеми са електричним мотором

Електромотори могу произвести торзионе сметње:

  • Фреквенција проласка преко стуба: Интеракција између ротора и статора ствара пулсирајући обртни момент
  • Сломљене шипке ротора: Ствара импулсе обртног момента на фреквенцији клизања
  • Фреквентни погони (VFD): ПВМ пребацивање може побудити торзионе модове
  • Покретање транзијената: Велике осцилације обртног момента током покретања мотора

4. Варијације оптерећења процеса

Променљиво оптерећење на погоњеној опреми:

  • Догађаји пренапона компресора
  • Кавитација пумпе ствара скокове обртног момента
  • Циклична оптерећења у дробилицама, млиновима и пресама
  • Силе проласка лопатица у вентилаторима и турбинама

5. Проблеми са спојницом и погонским склопом

  • Истрошене или оштећене спојнице са зазором или леђним ходом
  • Универзални зглобови који раде под угловима стварајући 2× торзионо побуђивање
  • Клизање и вибрање каишног погона
  • Акција полигона ланчаног погона

Изазови детекције и мерења

Зашто је торзионе вибрације тешко открити

За разлику од бочних вибрација, торзионе вибрације представљају јединствене изазове мерења:

  • Без радијалног померања: Стандардни акцелерометри на кућиштима лежајева не детектују чисто торзионо кретање
  • Мале угаоне амплитуде: Типичне амплитуде су делови степена
  • Потребна специјализована опрема: Захтева сензоре торзионих вибрација или софистицирану анализу
  • Често занемарено: Није укључено у рутинске програме праћења вибрација

Методе мерења

1. Мерни мерачи напрезања

  • Монтира се под углом од 45° у односу на осу вратила ради мерења смицајног напрезања
  • Потребан је телеметријски систем за пренос сигнала са ротирајућег вратила
  • Директно мерење торзионог напрезања
  • Најтачнија метода, али сложена и скупа

2. Сензори торзионих вибрација са двоструком сондом

  • Два оптичка или магнетна сензора мере брзину на различитим локацијама вратила
  • Фазна разлика између сигнала указује на торзионе вибрације
  • Бесконтактно мерење
  • Може се инсталирати привремено или трајно

3. Ласерски торзиони виброметри

  • Оптичко мерење варијација угаоне брзине вратила
  • Бесконтактно, није потребна припрема вратила
  • Скуп, али моћан за решавање проблема

4. Индиректни индикатори

  • Анализа струјног потписа мотора (MCSA) може открити проблеме са торзијом
  • Обрасци хабања спојница и зубаца зупчаника
  • Локације и оријентације заморних пукотина на вратилу
  • Необични бочни обрасци вибрација који могу бити повезани са торзионим модовима

Последице и механизми штете

Кварови услед замора

Главна опасност од торзионих вибрација:

  • Кварови вратила: Заморне пукотине обично под углом од 45° у односу на осу вратила (равни максималних смицајних напона)
  • Кварови у спајању: Трошење зубаца зупчасте спојнице, замор флексибилних елемената
  • Лом зуба зупчаника: Убрзано торзионим осцилацијама
  • Оштећење кључа и жлеба за кључ: Трење и хабање услед осцилаторног обртног момента

Карактеристике торзионих кварова

  • Често изненадно и катастрофално без упозорења
  • Површине прелома под углом од приближно 45° у односу на осу вратила
  • Трагови плаже на површини прелома указују на напредовање замора
  • Може се јавити чак и када су нивои бочних вибрација прихватљиви

Проблеми са перформансама

  • Проблеми са контролом брзине у прецизним погонима
  • Прекомерно хабање мењача и спојница
  • Бука од звецкања зупчаника и удараца спојнице
  • Неефикасност преноса снаге

Анализа и моделирање

Торзиона анализа током пројектовања

Правилан дизајн захтева торзиону анализу:

  • Израчунавање природне фреквенције: Одредити све критичне брзине торзије
  • Анализа присилног одговора: Предвидети торзионе амплитуде у радним условима
  • Кембелов дијаграм: Прикажите торзионе природне фреквенције у односу на радну брзину
  • Анализа стреса: Израчунајте наизменичне смицајне напоне у критичним компонентама
  • Предвиђање животног века од замора: Процените век трајања компоненте под торзионим оптерећењем

Софтверски алати

Специјализовани софтвер врши торзиону анализу:

  • Модели са вишеструком инерцијом и концентрисаном масом
  • Торзиона анализа методом коначних елемената
  • Симулација пролазних догађаја у временском домену
  • Хармоничка анализа у фреквентном домену

Методе ублажавања и контроле

Дизајнерска решења

  • Маргине раздвајања: Уверите се да су торзионе природне фреквенције удаљене ±20% од фреквенција побуде
  • Пригушење: Уградите торзионе амортизере (вискозне амортизере, фрикционе амортизере)
  • Флексибилне спојнице: Додајте торзиону попустљивост да бисте смањили природне фреквенције испод опсега побуде
  • Масовно подешавање: Додајте замајце или модификујте инерције да бисте померили природне фреквенције
  • Промене крутости: Измените пречнике вратила или крутост спојнице

Оперативна решења

  • Ограничења брзине: Избегавајте континуирани рад при критичним брзинама торзије
  • Брзо убрзање: Брзо прођите кроз критичне брзине током покретања
  • Управљање оптерећењем: Избегавајте услове који побуђују торзионе модове
  • Подешавање VFD-а: Подесите параметре погона да бисте минимизирали торзионо побуђивање

Избор компоненти

  • Спојнице са високим пригушењем: Еластомерне или хидрауличне спојнице које расипају торзиону енергију
  • Торзиони амортизери: Специјализовани уређаји за погоне клипних мотора
  • Квалитет опреме: Прецизни зупчаници са уским толеранцијама смањују побуђивање
  • Материјал вратила: Материјали високе чврстоће на замор за торзионо критична вратила

Примене у индустрији и стандарди

Критичне апликације

Торзиона анализа је посебно важна за:

  • Погони клипних мотора: Дизел генератори, компресори на гас
  • Дугачке погонске осовине: Бродски погон, ваљаонице
  • Мењачи велике снаге: Ветротурбине, индустријски зупчасти погони
  • Погони са променљивом брзином: Примене VFD мотора, серво системи
  • Вишеструки системи: Сложени погонски склопови са више повезаних машина

Релевантни стандарди

  • АПИ 684: Динамика ротора, укључујући поступке торзионе анализе
  • АПИ 617: Захтеви за торзију центрифугалног компресора
  • АПИ 672: Торзиона анализа пакетног клипног компресора
  • ИСО 22266: Торзионе вибрације ротирајућих машина
  • ВДИ 2060: Торзионе вибрације у погонским системима

Однос према другим врстама вибрација

Иако се разликују од бочних и аксијалних вибрација, торзионе вибрације могу бити повезане са њима:

  • Латерално-торзиона спрега: У одређеним геометријама, торзиони и бочни модови интерагују
  • Мрежа зупчаника: Торзионе вибрације стварају различита оптерећења зубаца која могу побудити бочне вибрације
  • Универзални зглобови: Угаона неусклађеност повезује торзиони улаз са бочним излазом
  • Дијагностички изазов: Сложени вибрациони потписи могу имати доприносе од више врста вибрација

Разумевање и управљање торзионим вибрацијама је неопходно за поуздан рад система за пренос снаге. Иако им се у рутинском праћењу посвећује мање пажње него бочним вибрацијама, анализа торзионих вибрација је кључна током пројектовања и решавања проблема система погона велике снаге или прецизних погона где торзиони кварови могу имати катастрофалне последице.

← Назад на главни индекс

Categories:
WhatsApp