Hiểu về các điểm nút trong rung động của rôto
Định nghĩa: Điểm Nodal là gì?
A điểm nút (còn được gọi là nút hoặc đường nút khi xét đến chuyển động ba chiều) là một vị trí cụ thể dọc theo một dao động cánh quạt nơi mà sự dịch chuyển hoặc độ lệch vẫn giữ nguyên bằng không trong quá trình rung động ở một giá trị cụ thể tần số tự nhiên. Ngay cả khi phần còn lại của trục rung và lệch, điểm nút vẫn đứng yên so với vị trí trung tính của trục.
Điểm nút là những đặc điểm cơ bản của hình dạng chế độ, và vị trí của chúng cung cấp thông tin quan trọng cho động lực học rôto Phân tích, cân bằng quy trình và chiến lược đặt cảm biến.
Các điểm nút ở các chế độ rung động khác nhau
Chế độ uốn đầu tiên
Chế độ uốn cong (cơ bản) đầu tiên thường có:
- Không có nút nội bộ: Không có điểm lệch bằng không dọc theo chiều dài trục
- Vị trí ổ trục như các nút gần đúng: Trong các cấu hình được hỗ trợ đơn giản, ổ trục hoạt động như các điểm gần nút
- Độ lệch tối đa: Thông thường gần giữa nhịp giữa các ổ trục
- Hình cung đơn giản: Trục uốn cong theo đường cong trơn tru duy nhất
Chế độ uốn thứ hai
Chế độ thứ hai có mô hình phức tạp hơn:
- Một nút nội bộ: Một điểm duy nhất dọc theo trục (thường gần giữa nhịp) nơi độ võng bằng không
- Hình dạng đường cong chữ S: Trục uốn cong theo hướng ngược nhau ở cả hai bên của nút
- Hai bụng: Độ lệch cực đại xảy ra ở cả hai bên của điểm nút
- Tần số cao hơn: Tần số tự nhiên cao hơn đáng kể so với chế độ đầu tiên
Chế độ thứ ba và cao hơn
- Chế độ thứ ba: Hai điểm nút bên trong, ba bụng
- Chế độ thứ tư: Ba điểm nút, bốn điểm bụng
- Quy tắc chung: Chế độ N có (N-1) điểm nút bên trong
- Độ phức tạp ngày càng tăng: Các chế độ cao hơn cho thấy các mẫu sóng phức tạp hơn dần dần
Ý nghĩa vật lý của các điểm nút
Độ lệch bằng không
Tại một điểm nút trong quá trình rung động ở tần số tự nhiên của chế độ đó:
- Độ dịch chuyển ngang bằng không
- Trục đi qua trục trung hòa của nó
- Tuy nhiên, ứng suất uốn thường là lớn nhất (độ dốc của đường cong độ võng là lớn nhất)
- Lực cắt là lớn nhất tại các nút
Độ nhạy bằng không
Lực hoặc khối lượng tác dụng tại các điểm nút có tác dụng tối thiểu đến chế độ cụ thể đó:
- Thêm trọng số hiệu chỉnh tại các nút không cân bằng hiệu quả chế độ đó
- Các cảm biến đặt tại các nút phát hiện độ rung tối thiểu cho chế độ đó
- Hỗ trợ hoặc ràng buộc tại các nút ảnh hưởng tối thiểu đến tần số tự nhiên của chế độ
Ý nghĩa thực tế cho việc cân bằng
Lựa chọn mặt phẳng hiệu chỉnh
Hiểu được vị trí các điểm nút sẽ hướng dẫn chiến lược cân bằng:
Dành cho rotor cứng
- Hoạt động dưới tốc độ tới hạn đầu tiên
- Chế độ đầu tiên không được kích thích đáng kể
- Tiêu chuẩn cân bằng hai mặt phẳng gần đầu rôto có hiệu quả
- Điểm nút không phải là mối quan tâm chính
Dành cho Rotor linh hoạt
- Hoạt động qua hoặc trên tốc độ tới hạn
- Phải xem xét hình dạng chế độ và điểm nút
- Các mặt phẳng hiệu chỉnh hiệu quả: Phải ở hoặc gần vị trí bụng sóng (điểm lệch cực đại)
- Vị trí không hiệu quả: Các mặt phẳng hiệu chỉnh tại hoặc gần các nút có tác động tối thiểu đến chế độ đó
- Cân bằng phương thức: Tính toán rõ ràng các vị trí điểm nút khi phân phối trọng số hiệu chỉnh
Ví dụ: Cân bằng chế độ thứ hai
Hãy xem xét một trục linh hoạt dài hoạt động ở tốc độ tới hạn đầu tiên, chế độ thứ hai kích thích:
- Chế độ thứ hai có một điểm nút gần giữa nhịp
- Đặt toàn bộ trọng số hiệu chỉnh gần giữa nhịp (nút) sẽ không hiệu quả
- Chiến lược tối ưu: Đặt các sửa đổi tại hai vị trí bụng (ở hai bên của nút)
- Mẫu phân bổ trọng lượng phải phù hợp với hình dạng chế độ thứ hai để cân bằng hiệu quả
Những cân nhắc về vị trí đặt cảm biến
Chiến lược đo độ rung
Các điểm nút ảnh hưởng quan trọng đến việc theo dõi độ rung:
Tránh các vị trí nút
- Các cảm biến tại các nút phát hiện độ rung tối thiểu cho chế độ đó
- Có thể bỏ sót các vấn đề rung động đáng kể nếu chỉ đo tại các nút
- Có thể đưa ra ấn tượng sai lệch về mức độ rung động chấp nhận được
Vị trí Antinode mục tiêu
- Biên độ dao động cực đại tại các bụng sóng
- Nhạy cảm nhất với các vấn đề đang phát triển
- Thông thường tại các vị trí mang cho chế độ đầu tiên
- Đối với các chế độ cao hơn, có thể yêu cầu các điểm đo trung gian
Nhiều điểm đo
- Đối với rôto linh hoạt, hãy đo ở nhiều vị trí trục
- Đảm bảo không có chế độ nào bị bỏ sót do vị trí nút
- Cho phép xác định hình dạng chế độ bằng thực nghiệm
- Thiết bị quan trọng thường có cảm biến ở mọi ổ trục cộng với khoảng giữa
Xác định vị trí điểm nút
Dự đoán phân tích
- Phân tích phần tử hữu hạn: Tính toán hình dạng chế độ và xác định các điểm nút
- Lý thuyết chùm tia: Đối với các cấu hình đơn giản, các giải pháp phân tích dự đoán vị trí nút
- Công cụ thiết kế: Phần mềm động lực học rôto cung cấp chế độ hiển thị hình dạng trực quan với các nút được đánh dấu
Nhận dạng thử nghiệm
1. Kiểm tra va đập (va chạm)
- Đập trục ở nhiều vị trí bằng búa có dụng cụ
- Đo phản ứng tại nhiều điểm
- Các vị trí không có phản hồi ở tần số cụ thể là các điểm nút cho chế độ đó
2. Đo hình dạng độ lệch vận hành
- Trong quá trình vận hành gần tốc độ tới hạn, hãy đo độ rung tại nhiều vị trí trục
- Biểu đồ biên độ lệch so với vị trí
- Điểm giao nhau ở số 0 là vị trí nút
3. Mảng thăm dò tiệm cận
- Nhiều cảm biến không tiếp xúc dọc theo chiều dài trục
- Đo trực tiếp độ lệch trục trong quá trình khởi động/chạy thử
- Phương pháp thử nghiệm chính xác nhất để xác định các nút
Điểm nút so với điểm bụng
Điểm nút và bụng là những khái niệm bổ sung cho nhau:
Điểm nút
- Độ lệch bằng không
- Độ dốc uốn và ứng suất tối đa
- Hiệu quả thấp khi áp dụng lực hoặc đo lường
- Lý tưởng cho các vị trí hỗ trợ (giảm thiểu lực truyền đi)
Các nút thắt
- Độ lệch tối đa
- Độ dốc uốn bằng không
- Hiệu quả tối đa cho trọng lượng hiệu chỉnh
- Vị trí đặt cảm biến tối ưu
- Vị trí chịu ứng suất cao nhất (đối với tải trọng kết hợp)
Ứng dụng thực tế và nghiên cứu điển hình
Vỏ: Cuộn máy giấy
- Tình huống: Cuộn dài (6 mét) hoạt động ở tốc độ 1200 vòng/phút, độ rung cao
- Phân tích: Hoạt động trên chế độ quan trọng đầu tiên, chế độ thứ hai thú vị với nút ở giữa nhịp
- Nỗ lực cân bằng ban đầu: Trọng lượng được thêm vào ở giữa nhịp (truy cập thuận tiện) với kết quả kém
- Giải pháp: Nhận ra rằng nhịp giữa là điểm nút; trọng số được phân bổ lại thành các điểm một phần tư (điểm bụng)
- Kết quả: Độ rung giảm 85%, cân bằng mô hình thành công
Trường hợp: Giám sát Tua bin hơi nước
- Tình huống: Hệ thống giám sát rung động mới cho thấy độ rung thấp mặc dù đã biết là mất cân bằng
- Cuộc điều tra: Cảm biến vô tình được đặt gần điểm nút của chế độ ưu thế
- Giải pháp: Các cảm biến bổ sung tại các vị trí antinode đã tiết lộ mức độ rung động thực tế
- Bài học: Luôn luôn xem xét hình dạng chế độ khi thiết kế hệ thống giám sát
Những cân nhắc nâng cao
Di chuyển các nút
Trong một số hệ thống, các điểm nút thay đổi theo điều kiện vận hành:
- Độ cứng ổ trục phụ thuộc vào tốc độ thay đổi vị trí nút
- Nhiệt độ ảnh hưởng đến độ cứng của trục
- Phản ứng phụ thuộc vào tải
- Các hệ thống không đối xứng có thể có các nút khác nhau cho chuyển động theo chiều ngang và chiều dọc
Nút gần đúng so với nút thực
- Các nút thực: Điểm lệch chính xác bằng không trong các hệ thống lý tưởng
- Các nút gần đúng: Vị trí có độ lệch rất thấp (nhưng không phải bằng không) trong các hệ thống thực tế có giảm chấn và các hiệu ứng không lý tưởng khác
- Cân nhắc thực tế: Các nút thực là các vùng có độ lệch thấp chứ không phải là các điểm toán học chính xác
Hiểu được các điểm nút cung cấp cái nhìn sâu sắc quan trọng về hành vi rung của rôto và rất cần thiết để cân bằng hiệu quả các rôto linh hoạt, vị trí đặt cảm biến tối ưu và giải thích chính xác dữ liệu rung trong máy móc quay.
Categories:
EN 
AR 
AZ 
BG 
ZH 
HR 
CS 
DA 
NL 
ET 
FI 
FR 
DE 
KA 
EL 
HE 
HI 
HU 
ID 
IT 
JA 
KO 
LV 
LT 
MS 
NB 
FA 
PL 
PT_BR 
PT 
RO 
SR 
SK 
SL 
ES 
SV 
TH 
TR 
UR 
UK 
VI 