Розуміння вузлових точок вібрації ротора

Пристрої

Портативний балансир та віброаналізатор Balanset-1A.

$2,358.31

Деталі

Датчик вібрації</trp-post-container

$107.47

Деталі

Оптичний датчик (лазерний тахометр)</trp-post-container

$148.07

Пристрої

Balanset-4</trp-post-container

$8,123.32

Деталі

Магнітна підставка Insize-60-kgf</trp-post-container

$54.93

Деталі

Світловідбиваюча стрічка</trp-post-container

$11.94

Пристрої

Динамічні ваги "Балансет-1А" OEM</trp-post-container

$2,071.73

Визначення: Що таке вузлова точка?

A вузлова точка (також називається вузлом або вузловою лінією при розгляді тривимірного руху) — це певне місце вздовж вібруючої ротор де зміщення або прогин залишається нульовим під час вібрації на певній власна частота. Навіть коли решта валу вібрує та відхиляється, вузлова точка залишається нерухомою відносно нейтрального положення валу.

Вузлові точки є фундаментальними характеристиками форми режиму, а їхнє розташування надає важливу інформацію для динаміка ротора аналіз, балансування процедури та стратегії розміщення датчиків.

Вузлові точки в різних режимах вібрації

Перший режим згинання

Перший (фундаментальний) режим згинання зазвичай має:

• Нульові внутрішні вузли: Відсутність точок нульового прогину вздовж довжини вала
• Розташування підшипників як приблизні вузли: У конфігураціях з простими опорами підшипники діють як майже вузлові точки
• Максимальний прогин: Зазвичай близько середини прольоту між підшипниками
• Проста форма дуги: Вал згинається по одній плавній кривій

Другий режим згинання

Другий режим має складнішу схему:

• Один внутрішній вузол: Одна точка вздовж вала (зазвичай поблизу середини прольоту), де прогин дорівнює нулю
• S-подібна форма вигину: Вал згинається в протилежні боки з обох боків вузла
• Два пучності: Максимальні прогини відбуваються по обидва боки від вузлової точки
• Вища частота: Власна частота значно вища, ніж у першої моди

Третій режим і вище

• Третій режим: Дві внутрішні вузлові точки, три пучності
• Четвертий режим: Три вузлові точки, чотири пучності
• Загальне правило: Режим N має (N-1) внутрішніх вузлових точок
• Зростання складності: Вищі моди демонструють поступово складніші хвильові візерунки

Фізичне значення вузлових точок

Нульовий прогин

У вузловій точці під час вібрації на власній частоті цієї моди:

• Бічне зміщення дорівнює нулю
• Вал проходить через його нейтральну вісь
• Однак, напруга згину зазвичай максимальна (нахил кривої прогину максимальний)
• Зсувні сили максимальні у вузлах

Нульова чутливість

Сили або маси, що прикладаються у вузлових точках, мають мінімальний вплив на цей конкретний режим:

• Додавання коригувальні ваги у вузлах не ефективно збалансовує цей режим
• Датчики, розміщені у вузлах, виявляють мінімальну вібрацію для цього режиму
• Опори або обмеження у вузлах мінімально впливають на власну частоту моди

Практичні наслідки для балансування

Вибір площини корекції

Розуміння розташування вузлових точок визначає стратегію балансування:

Для жорстких роторів

• Робота нижче першої критичної швидкості
• Перший режим суттєво не збуджений
• Стандартний балансування у двох площинах поблизу кінців ротора є ефективним
• Вузлові точки не є першочерговою проблемою

Для гнучких роторів

• Робота на критичних швидкостях або вище них
• Необхідно враховувати форми мод та вузлові точки
• Ефективні площини корекції: Повинно бути в точках пучності (точок максимального відхилення) або поблизу них
• Неефективні місця розташування: Площини корекції у вузлах або поблизу них мають мінімальний вплив на цей режим
• Модальне балансування: Чітко враховує розташування вузлових точок під час розподілу коригувальних ваг

Приклад: Балансування другого режиму

Розглянемо довгий гнучкий вал, що працює на швидкості вище першої критичної, збуджуючи другий режим:

• Другий режим має одну вузлову точку поблизу середини прольоту
• Розміщення всієї коригувальної ваги поблизу середини прольоту (вузла) буде неефективним
• Оптимальна стратегія: Розмістити корекції у двох місцях пучності (по обидва боки від вузла)
• Для ефективного балансування схема розподілу ваги повинна відповідати формі другої моди

Міркування щодо розміщення датчиків

Стратегія вимірювання вібрації

Вузлові точки критично впливають на моніторинг вібрації:

Уникайте вузлових розташувань

• Датчики у вузлах виявляють мінімальну вібрацію для цього режиму
• Може пропустити значні проблеми з вібрацією, якщо вимірювати лише у вузлах
• Може створювати хибне враження про прийнятний рівень вібрації

Цільові розташування пучностей

• Максимальна амплітуда коливань у пучностях
• Найбільш чутливі до розвитку проблем
• Зазвичай у місцях розташування підшипників для першого режиму
• Для вищих режимів можуть знадобитися проміжні точки вимірювання

Кілька точок вимірювання

• Для гнучких роторів виміряйте в кількох осьових точках
• Забезпечує відсутність пропусків режимів через вузлове розташування
• Дозволяє експериментально визначати форми мод
• Критично важливе обладнання часто має датчики на кожному підшипнику, а також посередині прольоту.

Визначення розташування вузлових точок

Аналітичне прогнозування

• Аналіз методом скінченних елементів: Обчислює форми мод та визначає вузлові точки
• Теорія променя: Для простих конфігурацій аналітичні рішення прогнозують розташування вузлів
• Інструменти дизайну: Програмне забезпечення для динаміки ротора забезпечує візуальне відображення форми з позначеними вузлами

Експериментальна ідентифікація

1. Випробування на ударну міцність (Bump)

• Ударте по валу в кількох місцях інструментальним молотком
• Вимірювання реакції в кількох точках
• Місця, що не показують відповіді на певній частоті, є вузловими точками для цього режиму

2. Вимірювання форми робочого прогину

• Під час роботи на швидкості, близькій до критичної, вимірюйте вібрацію в багатьох осьових точках
• Побудуйте залежність амплітуди відхилення від положення
• Точки нульового перетину є вузловими розташуваннями

3. Масиви зондів наближення

• Кілька безконтактних датчиків вздовж довжини вала
• Безпосереднє вимірювання прогину вала під час запуску/вибігу
• Найточніший експериментальний метод ідентифікації вузлів

Вузлові точки проти пучностей

Вузлові точки та пучності є взаємодоповнюючими поняттями:

Вузлові точки

• Нульовий прогин
• Максимальний кут вигину та напруження
• Низька ефективність для прикладання або вимірювання сили
• Ідеально підходить для місць опори (мінімізація переданої сили)

Пучності

• Максимальне прогинання
• Нульовий нахил вигину
• Максимальна ефективність для коригувальних ваг
• Оптимальні місця розміщення датчиків
• Місця з найвищими напруженнями (для комбінованого навантаження)

Практичне застосування та тематичні дослідження

Корпус: Рулон паперової машини

• Ситуація: Довгий (6 метрів) рулон, що працює на швидкості 1200 об/хв, висока вібрація
• Аналіз: Працює вище першого критичного рівня, збуджує другий режим з вузлом у середині прольоту
• Початкова спроба балансування: Вантажі, додані посередині прольоту (зручний доступ), призвели до поганих результатів
• Рішення: Визнання того, що середина прольоту була вузловою точкою; ваги перерозподілено на чверть точки (пучності)
• Результат: Зменшення вібрації завдяки 85%, успішне балансування мод

Кейс: Моніторинг парових турбін

• Ситуація: Нова система моніторингу вібрації показує низький рівень вібрації, незважаючи на відомий дисбаланс
• Розслідування: Датчик випадково розміщено поблизу вузлової точки домінантної моди
• Рішення: Додаткові датчики в місцях пучності вузлів показали фактичні рівні вібрації
• Урок: Завжди враховуйте форми мод під час проектування систем моніторингу

Додаткові міркування

Переміщення вузлів

У деяких системах вузлові точки зміщуються залежно від умов експлуатації:

• Залежна від швидкості жорсткість підшипника змінює розташування вузлів
• Вплив температури на жорсткість вала
• Залежна від навантаження реакція
• Асиметричні системи можуть мати різні вузли для горизонтального та вертикального руху

Приблизні та справжні вузли

• Справжні вузли: Точні нульові точки прогину в ідеальних системах
• Приблизні вузли: Місця дуже низького (але не нульового) прогину в реальних системах з демпфуванням та іншими неідеальними ефектами
• Практичне обмірковування: Реальні вузли – це області з низьким прогином, а не точні математичні точки.

Розуміння вузлових точок дає вирішальне уявлення про вібраційну поведінку ротора та є необхідним для ефективного балансування гнучких роторів, оптимального розміщення датчиків та правильної інтерпретації даних вібрації в обертових механізмах.

---

← Назад до головного індексу