Bộ giảm chấn màng ép là gì? Thiết bị kiểm soát rung động • Máy cân bằng di động, máy phân tích rung động "Balanset" dùng để cân bằng động máy nghiền, quạt, máy nghiền, máy khoan trên máy gặt đập liên hợp, trục, máy ly tâm, tua bin và nhiều loại rôto khác Bộ giảm chấn màng ép là gì? Thiết bị kiểm soát rung động • Máy cân bằng di động, máy phân tích rung động "Balanset" dùng để cân bằng động máy nghiền, quạt, máy nghiền, máy khoan trên máy gặt đập liên hợp, trục, máy ly tâm, tua bin và nhiều loại rôto khác

Bộ giảm chấn màng ép là gì? Thiết bị kiểm soát rung động

Được xuất bản bởi admin trên

Hiểu về bộ giảm chấn màng ép

Định nghĩa: Bộ giảm chấn màng ép là gì?

A bộ giảm chấn màng ép (SFD) là thụ động giảm chấn thiết bị được sử dụng trong máy móc quay để tiêu tán năng lượng rung động và kiểm soát rung động biên độ, đặc biệt là ở tốc độ tới hạn. Bộ giảm chấn bao gồm một màng dầu mỏng chứa trong một khoảng hở hình khuyên bao quanh vỏ ổ trục. Khi ổ trục (và được gắn vào cánh quạt) rung, vỏ ổ trục dao động trong khe hở giảm chấn, ép chặt màng dầu. Lực cản nhớt đối với chuyển động ép này sẽ tiêu tán năng lượng, cung cấp lực giảm chấn cho hệ thống rô-to mà không làm tăng đáng kể độ cứng.

Bộ giảm chấn màng ép được sử dụng rộng rãi trong động cơ máy bay, tua bin khí công nghiệp và các máy móc tốc độ cao khác, nơi cần tăng cường giảm chấn để kiểm soát độ rung và ngăn ngừa sự bất ổn của rôto.

Nguyên lý hoạt động vật lý

Hành động bóp

Không giống như ổ trục nơi màng dầu mang tải trọng hướng tâm ổn định, bộ giảm chấn màng ép hoạt động thông qua quá trình ép tuần hoàn:

  1. Độ rung của rotor: Rotor không cân bằng tạo ra lực rung trên ổ trục
  2. Động thái về nhà ở: Vỏ ổ trục dao động theo hướng xuyên tâm trong khoảng hở giảm chấn
  3. Ép màng dầu: Khi vỏ bọc di chuyển vào bên trong, màng dầu bị nén lại; khi di chuyển ra ngoài, màng dầu giãn nở
  4. Sức cản nhớt: Dầu chống lại việc bị ép ra, tạo ra lực giảm chấn
  5. Sự tiêu tán năng lượng: Năng lượng rung động được chuyển đổi thành nhiệt trong dầu

Sự khác biệt chính so với ổ trục trượt

  • Ổ trục: Chịu tải trọng tĩnh và động thông qua áp suất màng dầu; cả độ cứng và giảm chấn
  • Bộ giảm chấn màng ép: Chỉ cung cấp khả năng giảm chấn, độ cứng tối thiểu; không chịu được tải trọng ổn định
  • Sự kết hợp: Vòng bi lăn (chịu tải) + SFD (giảm chấn) = hệ thống tối ưu cho một số ứng dụng

Xây dựng và Thiết kế

Các thành phần cơ bản

  • Vòng bi bên trong (Vỏ ổ trục): Bề mặt ngoài của vỏ ổ trục lăn, có thể di chuyển tự do theo hướng xuyên tâm
  • Vòng ngoài (Vỏ giảm chấn): Vỏ cố định có lỗ hình trụ chính xác
  • Khoảng hở hình khuyên: Khoảng cách xuyên tâm giữa các vòng trong và ngoài (thường là 0,1-0,5 mm)
  • Nguồn cung cấp dầu: Dầu được đưa vào khoảng trống có áp suất
  • Phớt cuối: Vòng đệm chữ O hoặc các phớt khác để chứa dầu theo trục
  • Các yếu tố định tâm: Lò xo hoặc các tính năng giữ để ngăn chặn chuyển động quá mức

Thông số thiết kế

  • Khoảng sáng xuyên tâm (c): Xác định hệ số giảm chấn (nhỏ hơn = giảm chấn nhiều hơn)
  • Chiều dài (L): Chiều dài trục của bộ giảm chấn (dài hơn = giảm chấn nhiều hơn)
  • Đường kính (D): Đường kính bộ giảm chấn (lớn hơn = giảm chấn nhiều hơn)
  • Độ nhớt của dầu (µ): Độ nhớt cao hơn = giảm chấn nhiều hơn
  • Loại phớt cuối: Ảnh hưởng đến rò rỉ dầu và giảm chấn hiệu quả

Ưu điểm của Bộ giảm chấn màng ép

  • Tăng cường giảm chấn mà không gây cứng: Tăng khả năng tiêu tán năng lượng mà không làm tăng đáng kể tốc độ tới hạn
  • Giảm rung động tốc độ tới hạn: Giới hạn biên độ cộng hưởng ở mức an toàn
  • Ngăn ngừa sự bất ổn: Giúp ngăn ngừa xoáy dầu, roi trục, và các rung động tự kích thích khác
  • Cô lập các lực truyền tải: Giảm rung động truyền đến nền móng
  • Phù hợp với người tạm trú: Giúp kiểm soát độ rung trong quá trình khởi động, tắt máy và thay đổi tải
  • Khả năng cải tạo: Có thể thêm vào các máy hiện có mà không cần thiết kế lại toàn bộ
  • Hoạt động thụ động: Không cần hệ thống điều khiển hoặc nguồn điện

Ứng dụng

Tua bin khí máy bay

  • Gần như phổ biến trong động cơ máy bay hiện đại
  • Cần thiết để kiểm soát độ rung trong các đoạn đường có tốc độ quan trọng
  • Cho phép sử dụng ổ trục lăn trong các ứng dụng tốc độ cao
  • Thiết kế nhỏ gọn, nhẹ rất quan trọng đối với ngành hàng không vũ trụ

Tua bin khí công nghiệp

  • Được sử dụng kết hợp với ổ trục lăn hoặc ổ trục nghiêng
  • Kiểm soát độ rung khi khởi động và tắt máy
  • Giảm rung động truyền đến cấu trúc hỗ trợ

Máy nén tốc độ cao

  • Cung cấp khả năng giảm chấn bổ sung ngoài khả năng giảm chấn ổ trục
  • Ngăn ngừa sự bất ổn trong điều kiện tải nhẹ
  • Cho phép phạm vi hoạt động rộng hơn

Ứng dụng cải tạo

  • Được thêm vào máy móc hiện có với độ rung tốc độ tới hạn quá mức
  • Giải pháp khi cân bằng và căn chỉnh không giảm rung động một cách hiệu quả
  • Giải pháp thay thế cho thiết kế lại rotor hoặc ổ trục chính

Những cân nhắc về thiết kế

Tính toán hệ số giảm chấn

Lực giảm chấn do bộ giảm chấn màng ép cung cấp xấp xỉ:

  • Fgiảm chấn = C × vận tốc
  • Trong đó hệ số giảm chấn C ∝ (µ × D × L³) / c³
  • Rất nhạy cảm với độ hở (c): giảm một nửa độ hở làm tăng độ giảm chấn lên 8 lần
  • Thiết kế giảm chấn tối ưu đòi hỏi phải lựa chọn thông số cẩn thận

Lò xo định tâm

  • Mục đích: Ngăn chặn bộ giảm chấn “chạm đáy” (tiếp xúc kim loại với kim loại)
  • Lựa chọn độ cứng: Phải đủ mềm để cho phép chuyển động của van điều tiết nhưng đủ cứng để tập trung
  • Các loại phổ biến: Lồng sóc (nhiều dây tròn), lò xo cuộn, các thành phần đàn hồi

Cung cấp và thoát nước dầu

  • Cung cấp dầu áp suất để duy trì màng (thường là 1-5 bar)
  • Lưu lượng đủ để loại bỏ nhiệt sinh ra
  • Thoát nước đúng cách để ngăn ngừa ngập dầu
  • Thông gió để ngăn ngừa hiện tượng rỗ khí trong màng phim

Thách thức và hạn chế

Thách thức thiết kế

  • Hiện tượng sủi bọt: Màng dầu có thể tạo ra bọt khí (tạo thành bong bóng hơi), làm giảm khả năng giảm chấn hiệu quả
  • Hít phải không khí: Không khí bị cuốn theo làm giảm hiệu quả giảm chấn
  • Sự phụ thuộc vào tần số: Hiệu quả giảm chấn thay đổi theo tần số rung động
  • Hành vi phi tuyến tính: Hiệu suất thay đổi theo biên độ (chuyển động lớn có thể vượt quá giới hạn cho phép)

Thách thức hoạt động

  • Độ nhạy nhiệt độ: Độ nhớt của dầu thay đổi theo nhiệt độ ảnh hưởng đến khả năng giảm chấn
  • Yêu cầu về vệ sinh: Sự ô nhiễm có thể chặn nguồn cung cấp hoặc làm hỏng bề mặt
  • Sự phụ thuộc vào nguồn cung dầu: Việc mất áp suất dầu sẽ loại bỏ sự giảm chấn
  • Độ mòn của phớt: Các miếng đệm cuối bị xuống cấp theo thời gian, làm giảm hiệu quả

Yêu cầu bảo trì

  • Theo dõi áp suất và nhiệt độ cung cấp dầu
  • Kiểm tra các đầu bịt kín định kỳ
  • Xác minh khoảng cách thích hợp trong quá trình đại tu
  • Kiểm tra tình trạng lò xo định tâm
  • Làm sạch đường dẫn dầu và bộ lọc

Thiết kế tiên tiến

Bộ giảm chấn vòng piston

  • Sử dụng vòng piston thay vì phớt O-ring
  • Cho phép một số rò rỉ dầu để phân phối áp suất tốt hơn
  • Giảm xu hướng tạo bọt

Bộ giảm chấn mở

  • Không có phớt chặn, dầu chảy theo trục
  • Thiết kế đơn giản hơn, không có vấn đề về hao mòn phớt
  • Yêu cầu lưu lượng dầu cao hơn
  • Đặc tính giảm chấn nhất quán hơn

Bộ giảm chấn tích hợp

  • Lớp màng giảm chấn hình thành giữa ổ trục và vỏ ổ trục
  • Không có bộ phận giảm chấn riêng biệt
  • Nhỏ gọn nhưng khả năng giảm chấn hạn chế

Hiệu quả và Hiệu suất

Vibration Reduction

  • Có thể giảm độ rung tốc độ tới hạn xuống 50-80%
  • Đặc biệt hiệu quả trong việc kiểm soát cộng hưởng
  • Mở rộng các đỉnh tốc độ quan trọng (làm cho chúng ít sắc nét hơn)
  • Cho phép đi qua an toàn hơn ở tốc độ quan trọng

Tăng cường độ ổn định

  • Tăng tốc độ ngưỡng cho sự bất ổn
  • Có thể ngăn ngừa xoáy dầu khi sử dụng với ổ trục lăn
  • Thêm lực giảm chấn tích cực để chống lại các lực gây mất ổn định

Công cụ thiết kế và phân tích

Thiết kế bộ giảm chấn màng ép thích hợp đòi hỏi:

  • Phân tích động lực học của rotor: Mô hình hóa tích hợp hệ thống rotor-ổ trục-giảm chấn
  • Phân tích màng chất lỏng: Giải phương trình Reynolds cho phân phối áp suất
  • Phân tích phi tuyến tính: Giải thích cho hiện tượng sủi bọt, hành vi phụ thuộc vào biên độ
  • Phân tích nhiệt: Nhiệt độ dầu và tản nhiệt
  • Phần mềm chuyên dụng: Các công cụ như DyRoBeS, XLTRC bao gồm các mô hình SFD

Khi nào nên sử dụng bộ giảm chấn màng ép

Ứng dụng được đề xuất

  • Máy móc tốc độ cao: Hoạt động gần hoặc trên tốc độ tới hạn
  • Hệ thống ổ trục lăn: Thêm giảm chấn khi vòng bi cung cấp giảm chấn tối thiểu
  • Rotor linh hoạt: Hoạt động trên tốc độ tới hạn đầu tiên
  • Các vấn đề về độ ổn định: Khi sự bất ổn của rotor là nguy cơ
  • Kiểm soát rung động tạm thời: Giảm rung động khi khởi động/tắt máy

Không được khuyến khích khi

  • Hoạt động ở tốc độ thấp khi giảm chấn không quan trọng
  • Hạn chế về không gian ngăn cản việc lắp đặt
  • Hệ thống cung cấp dầu không khả dụng hoặc không đáng tin cậy
  • Nguồn lực bảo trì hạn chế (bộ giảm chấn cần bảo trì hệ thống dầu)
  • Các giải pháp đơn giản hơn (cân bằng, căn chỉnh) là đủ

Bộ giảm chấn màng ép là một giải pháp tinh tế để kiểm soát rung động trong máy móc quay tốc độ cao. Bằng cách cung cấp khả năng giảm chấn đáng kể mà không làm tăng độ cứng, chúng cho phép vận hành ở tốc độ tới hạn, ngăn ngừa mất ổn định phá hủy và mở rộng phạm vi hoạt động của thiết bị quay trong khi vẫn duy trì thiết kế nhỏ gọn, thụ động.

← Quay lại Mục lục chính

Categories:
WhatsApp