ทำความเข้าใจเกี่ยวกับตัวหน่วงฟิล์มบีบ

อุปกรณ์

Portable balancer & Vibration analyzer Balanset-1A

$2,358.31

อะไหล่

Vibration sensor

$107.47

อะไหล่

Optical Sensor (Laser Tachometer)

$148.07

อุปกรณ์

Balanset-4

$8,123.32

อะไหล่

Magnetic Stand Insize-60-kgf

$54.93

อะไหล่

Reflective tape

$11.94

อุปกรณ์

Dynamic balancer “Balanset-1A” OEM

$2,071.73

คำจำกัดความ: Squeeze Film Damper คืออะไร?

ก แผ่นกันกระแทกแบบบีบฟิล์ม (SFD) เป็น passive การลดแรงสั่นสะเทือน อุปกรณ์ที่ใช้ในเครื่องจักรหมุนเพื่อกระจายพลังงานการสั่นสะเทือนและควบคุม การสั่นสะเทือน แอมพลิจูด โดยเฉพาะที่ ความเร็ววิกฤต. แดมเปอร์ประกอบด้วยฟิล์มน้ำมันบางๆ ที่อยู่ในช่องว่างรูปวงแหวนที่ล้อมรอบตัวเรือนตลับลูกปืน เมื่อตลับลูกปืน (และติด โรเตอร์) สั่นสะเทือน ตัวเรือนตลับลูกปืนจะสั่นภายในระยะห่างของโช้คอัพ บีบฟิล์มน้ำมัน ความต้านทานความหนืดของการเคลื่อนไหวบีบนี้จะกระจายพลังงาน ทำให้เกิดการหน่วงให้กับระบบโรเตอร์โดยไม่เพิ่มความแข็งมากนัก.

แผ่นลดแรงสั่นสะเทือนแบบฟิล์มบีบใช้กันอย่างแพร่หลายในเครื่องยนต์เครื่องบิน กังหันก๊าซอุตสาหกรรม และเครื่องจักรความเร็วสูงอื่นๆ ที่จำเป็นต้องมีการลดแรงสั่นสะเทือนที่ปรับปรุงแล้วเพื่อควบคุมการสั่นสะเทือนและป้องกัน ความไม่เสถียรของโรเตอร์.

หลักการทำงานทางกายภาพ

การกระทำการบีบ

ไม่เหมือน ตลับลูกปืนแบบวารสาร โดยที่ฟิล์มน้ำมันรับน้ำหนักในแนวรัศมีคงที่ ตัวหน่วงฟิล์มบีบจะทำงานโดยการบีบแบบวนซ้ำ

1. การสั่นสะเทือนของโรเตอร์: โรเตอร์ที่ไม่สมดุลทำให้เกิดแรงสั่นสะเทือนต่อตลับลูกปืน
2. การเคลื่อนไหวด้านที่อยู่อาศัย: ตัวเรือนตลับลูกปืนแกว่งในแนวรัศมีภายในระยะห่างของโช้คอัพ
3. การบีบฟิล์มน้ำมัน: เมื่อตัวเรือนเคลื่อนเข้าด้านใน ฟิล์มน้ำมันจะถูกบีบอัด เมื่อเคลื่อนออกด้านนอก ฟิล์มจะขยายตัว
4. ความต้านทานความหนืด: น้ำมันต้านทานการถูกบีบออก ทำให้เกิดแรงหน่วง
5. การสูญเสียพลังงาน: พลังงานสั่นสะเทือนที่แปลงเป็นความร้อนในน้ำมัน

ความแตกต่างที่สำคัญจากตลับลูกปืนแบบเจอร์นัล

• ตลับลูกปืน: รับน้ำหนักคงที่และแบบไดนามิกผ่านแรงดันฟิล์มน้ำมัน ทั้งความแข็งและการหน่วง
• ตัวลดแรงบีบฟิล์ม: ให้การหน่วงเพียงเล็กน้อย ความแข็งขั้นต่ำ ไม่สามารถรับน้ำหนักคงที่ได้
• การผสมผสาน: ตลับลูกปืนแบบลูกกลิ้ง (รับน้ำหนัก) + SFD (ให้การหน่วง) = ระบบที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการใช้งานบางประเภท

การก่อสร้างและการออกแบบ

ส่วนประกอบพื้นฐาน

• วงแหวนด้านใน (ตัวเรือนลูกปืน): พื้นผิวด้านนอกของตัวเรือนตลับลูกปืนแบบลูกกลิ้ง เคลื่อนที่ได้อย่างอิสระตามแนวรัศมี
• วงแหวนด้านนอก (ตัวเรือนแดมเปอร์): ตัวเรือนคงที่พร้อมรูทรงกระบอกที่แม่นยำ
• ระยะห่างวงแหวน: ช่องว่างรัศมีระหว่างวงแหวนด้านในและด้านนอก (โดยทั่วไป 0.1-0.5 มม.)
• การจัดหาน้ำมัน: น้ำมันอัดแรงดันถูกป้อนเข้าสู่ช่องว่าง
• ซีลปลาย: โอริงหรือซีลอื่น ๆ เพื่อบรรจุน้ำมันตามแนวแกน
• องค์ประกอบการจัดกึ่งกลาง: สปริงหรืออุปกรณ์ยึดเพื่อป้องกันการเคลื่อนไหวที่มากเกินไป

พารามิเตอร์การออกแบบ

• ระยะห่างรัศมี (c): กำหนดค่าสัมประสิทธิ์การหน่วง (ยิ่งน้อย = ยิ่งหน่วงมาก)
• ความยาว (ยาว): ความยาวแกนของโช้คอัพ (ยาวกว่า = โช้คอัพมากขึ้น)
• เส้นผ่านศูนย์กลาง (D): เส้นผ่านศูนย์กลางของโช้คอัพ (ใหญ่ขึ้น = โช้คอัพมากขึ้น)
• ความหนืดของน้ำมัน (µ): ความหนืดที่สูงขึ้น = การหน่วงที่มากขึ้น
• ประเภทซีลปลาย: ส่งผลต่อการรั่วไหลของน้ำมันและการหน่วงที่มีประสิทธิภาพ

ข้อดีของแผ่นกันกระแทกแบบฟิล์มบีบ

• เพิ่มการหน่วงโดยไม่ทำให้แข็ง: เพิ่มการกระจายพลังงานโดยไม่ต้องเพิ่มความเร็ววิกฤตอย่างมีนัยสำคัญ
• ลดการสั่นสะเทือนความเร็ววิกฤต: จำกัดแอมพลิจูดเรโซแนนซ์ให้อยู่ในระดับที่ปลอดภัย
• ป้องกันความไม่มั่นคง: ช่วยป้องกัน กระแสน้ำวนน้ำมัน, แส้เพลา, และการสั่นสะเทือนที่เกิดจากการกระตุ้นตนเองอื่นๆ
• แยกกำลังส่ง: ลดแรงสั่นสะเทือนที่ส่งไปยังรากฐาน
• รองรับการเปลี่ยนแปลงชั่วคราว: ช่วยควบคุมการสั่นสะเทือนในระหว่างการเริ่มต้น ปิดเครื่อง และการเปลี่ยนแปลงโหลด
• ความสามารถในการปรับปรุง: สามารถเพิ่มลงในเครื่องที่มีอยู่ได้โดยไม่ต้องออกแบบใหม่ครั้งใหญ่
• การทำงานแบบพาสซีฟ: ไม่ต้องใช้ระบบควบคุมหรือพลังงาน

แอปพลิเคชั่น

กังหันแก๊สสำหรับเครื่องบิน

• แทบจะเป็นสากลในเครื่องยนต์เครื่องบินสมัยใหม่
• จำเป็นสำหรับการควบคุมการสั่นสะเทือนระหว่างช่วงความเร็ววิกฤต
• ช่วยให้สามารถใช้ตลับลูกปืนแบบลูกกลิ้งในการใช้งานความเร็วสูงได้
• การออกแบบที่กะทัดรัดและน้ำหนักเบาเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการบินและอวกาศ

กังหันก๊าซอุตสาหกรรม

• ใช้ร่วมกับตลับลูกปืนแบบลูกกลิ้งหรือแบบแผ่นเอียง
• ควบคุมการสั่นสะเทือนระหว่างการสตาร์ทและการปิดเครื่อง
• ลดแรงสั่นสะเทือนที่ส่งผ่านเพื่อรองรับโครงสร้าง

คอมเพรสเซอร์ความเร็วสูง

• ให้การหน่วงเพิ่มเติมนอกเหนือจากการหน่วงการรับน้ำหนัก
• ป้องกันความไม่เสถียรในสภาวะที่มีภาระเบา
• ช่วยให้มีช่วงการทำงานที่กว้างขึ้น

การใช้งานแบบ retrofit

• เพิ่มเข้าไปในเครื่องจักรที่มีอยู่ซึ่งมีการสั่นสะเทือนความเร็ววิกฤตที่มากเกินไป
• วิธีแก้ไขเมื่อการปรับสมดุลและการจัดตำแหน่งไม่ช่วยลดการสั่นสะเทือนได้เพียงพอ
• ทางเลือกในการออกแบบโรเตอร์หรือตลับลูกปืนใหม่

ข้อควรพิจารณาในการออกแบบ

การคำนวณค่าสัมประสิทธิ์การหน่วง

แรงหน่วงที่เกิดจากตัวหน่วงฟิล์มบีบมีค่าประมาณดังนี้:

• เอฟ_{การลดแรงสั่นสะเทือน} = C × ความเร็ว
• โดยที่ค่าสัมประสิทธิ์การหน่วง C ∝ (µ × D × L³) / c³
• มีความไวสูงต่อระยะห่าง (c): ระยะห่างที่ลดลงครึ่งหนึ่งจะเพิ่มการหน่วง 8 เท่า
• การออกแบบการหน่วงที่เหมาะสมที่สุดต้องเลือกพารามิเตอร์อย่างระมัดระวัง

สปริงกลาง

• วัตถุประสงค์: ป้องกันไม่ให้โช้คอัพ “ตกต่ำสุด” (การสัมผัสระหว่างโลหะกับโลหะ)
• การเลือกความแข็ง: ต้องมีความนุ่มนวลเพียงพอที่จะให้แดมเปอร์เคลื่อนไหวได้แต่ต้องแข็งพอที่จะอยู่ตรงกลาง
• ประเภททั่วไป: กรงกระรอก (ลวดเส้นรอบวงหลายเส้น) สปริงขด ชิ้นส่วนอีลาสโตเมอร์

การจ่ายและระบายน้ำมัน

• การจ่ายน้ำมันแรงดันเพื่อรักษาฟิล์ม (โดยทั่วไป 1-5 บาร์)
• อัตราการไหลที่เพียงพอเพื่อขจัดความร้อนที่เกิดขึ้น
• การระบายน้ำที่เหมาะสมเพื่อป้องกันน้ำท่วมน้ำมัน
• การระบายอากาศเพื่อป้องกันการเกิดโพรงอากาศในฟิล์ม

ความท้าทายและข้อจำกัด

ความท้าทายด้านการออกแบบ

• การเกิดโพรงอากาศ: ฟิล์มน้ำมันอาจเกิดโพรงอากาศ (เกิดฟองไอ) ทำให้การหน่วงที่มีประสิทธิภาพลดลง
• การกลืนอากาศ: อากาศที่ผสมเข้าไปจะลดประสิทธิภาพการหน่วง
• การพึ่งพาความถี่: ประสิทธิภาพการลดแรงสั่นสะเทือนจะแตกต่างกันไปตามความถี่ของการสั่นสะเทือน
• พฤติกรรมที่ไม่เป็นเชิงเส้น: การเปลี่ยนแปลงประสิทธิภาพตามแอมพลิจูด (การเคลื่อนไหวขนาดใหญ่สามารถเกินระยะห่างได้)

ความท้าทายในการดำเนินงาน

• ความไวต่ออุณหภูมิ: การเปลี่ยนแปลงความหนืดของน้ำมันตามอุณหภูมิส่งผลต่อการหน่วง
• ข้อกำหนดด้านความสะอาด: การปนเปื้อนสามารถปิดกั้นแหล่งจ่ายหรือทำลายพื้นผิวได้
• การพึ่งพาอุปทานน้ำมัน: การสูญเสียแรงดันน้ำมันช่วยขจัดปัญหาการหน่วง
• การสึกหรอของซีล: ซีลปลายจะเสื่อมสภาพลงตามกาลเวลา ทำให้ประสิทธิภาพลดลง

ข้อกำหนดการบำรุงรักษา

• ตรวจสอบแรงดันและอุณหภูมิของแหล่งจ่ายน้ำมัน
• ตรวจสอบซีลปลายเป็นระยะ
• ตรวจสอบระยะห่างที่เหมาะสมระหว่างการยกเครื่อง
• ตรวจสอบสภาพสปริงตั้งศูนย์
• ทำความสะอาดช่องน้ำมันและตัวกรอง

การออกแบบขั้นสูง

โช้คอัพแหวนลูกสูบ

• ใช้แหวนลูกสูบแทนซีลโอริง
• เผื่อน้ำมันรั่วไหลบ้างเพื่อกระจายแรงดันได้ดีขึ้น
• ลดแนวโน้มการเกิดโพรงอากาศ

โช้คอัพปลายเปิด

• ไม่มีซีลปลาย น้ำมันไหลตามแนวแกน
• การออกแบบที่เรียบง่ายกว่า ไม่มีปัญหาการสึกหรอของซีล
• ต้องใช้อัตราการไหลของน้ำมันที่สูงขึ้น
• ลักษณะการหน่วงที่สม่ำเสมอมากขึ้น

โช้คอัพแบบอินทิกรัล

• ฟิล์มหน่วงที่เกิดขึ้นระหว่างตลับลูกปืนด้านหลังและตัวเรือน
• ไม่มีชิ้นส่วนโช้คอัพแยก
• ขนาดกะทัดรัดแต่ความสามารถในการหน่วงจำกัด

ประสิทธิผลและประสิทธิผล

Vibration Reduction

• สามารถลดการสั่นสะเทือนความเร็ววิกฤตได้ 50-80%
• มีประสิทธิภาพโดยเฉพาะในการควบคุมการสั่นพ้อง
• ขยายช่วงความเร็ววิกฤตให้กว้างขึ้น (ทำให้ไม่คมชัด)
• ช่วยให้ผ่านความเร็วที่สำคัญได้อย่างปลอดภัยยิ่งขึ้น

การปรับปรุงเสถียรภาพ

• เพิ่มความเร็วขีดจำกัดสำหรับ ความไม่เสถียร
• สามารถป้องกันได้ กระแสน้ำวนน้ำมัน เมื่อใช้ร่วมกับตลับลูกปืนแบบลูกกลิ้ง
• เพิ่มการหน่วงเชิงบวกเพื่อต่อต้านแรงที่ทำให้ไม่เสถียร

เครื่องมือออกแบบและวิเคราะห์

การออกแบบตัวหน่วงฟิล์มบีบที่เหมาะสมต้องประกอบด้วย:

• การวิเคราะห์ไดนามิกของโรเตอร์: การสร้างแบบจำลองแบบบูรณาการของระบบโรเตอร์-ลูกปืน-แดมเปอร์
• การวิเคราะห์ฟิล์มของไหล: โซลูชันสมการเรย์โนลด์สสำหรับการกระจายความดัน
• การวิเคราะห์แบบไม่เชิงเส้น: บัญชีสำหรับการเกิดโพรงอากาศ พฤติกรรมที่ขึ้นอยู่กับแอมพลิจูด
• การวิเคราะห์ความร้อน: อุณหภูมิของน้ำมันและการกระจายความร้อน
• ซอฟต์แวร์เฉพาะทาง: เครื่องมือเช่น DyRoBeS, XLTRC รวมถึงโมเดล SFD

เมื่อใดจึงควรใช้แผ่นลดแรงสั่นสะเทือนแบบบีบฟิล์ม

แอปพลิเคชันที่แนะนำ

• เครื่องจักรความเร็วสูง: การทำงานใกล้หรือเหนือความเร็ววิกฤต
• ระบบตลับลูกปืนแบบลูกกลิ้ง: การเพิ่มการหน่วงในกรณีที่ลูกปืนให้การหน่วงน้อยที่สุด
• โรเตอร์แบบยืดหยุ่น: การทำงานเหนือความเร็ววิกฤตแรก
• ปัญหาเสถียรภาพ: เมื่อความไม่เสถียรของโรเตอร์มีความเสี่ยง
• การควบคุมการสั่นสะเทือนชั่วคราว: ลดการสั่นสะเทือนขณะสตาร์ท/ปิดเครื่อง

ไม่แนะนำเมื่อ

• การทำงานความเร็วต่ำซึ่งการหน่วงไม่สำคัญ
• ข้อจำกัดด้านพื้นที่ทำให้ไม่สามารถติดตั้งได้
• ระบบจ่ายน้ำมันไม่พร้อมใช้งานหรือไม่น่าเชื่อถือ
• ทรัพยากรการบำรุงรักษามีจำกัด (แดมเปอร์ต้องมีการบำรุงรักษาระบบน้ำมัน)
• วิธีแก้ปัญหาที่ง่ายกว่า (การปรับสมดุล การจัดตำแหน่ง) เพียงพอ

แผ่นกันกระแทกแบบฟิล์มบีบเป็นโซลูชันที่สง่างามสำหรับการควบคุมการสั่นสะเทือนในเครื่องจักรหมุนความเร็วสูง ด้วยการให้การกันกระแทกที่มีประสิทธิภาพสูงโดยไม่เพิ่มความแข็ง จึงทำให้สามารถทำงานได้ด้วยความเร็วที่สำคัญ ป้องกันความไม่เสถียรที่อาจก่อให้เกิดความเสียหาย และขยายช่วงการทำงานของอุปกรณ์หมุน ในขณะที่ยังคงรักษาการออกแบบแบบพาสซีฟที่กะทัดรัด.

---

← กลับสู่ดัชนีหลัก