Hiểu về hệ thống ổ trục rotor
Định nghĩa: Hệ thống ổ trục rotor là gì?
A hệ thống ổ trục rôto là cụm cơ khí tích hợp hoàn chỉnh bao gồm một bộ phận quay cánh quạt (trục với các bộ phận gắn liền), các ổ trục hỗ trợ hạn chế chuyển động và chịu tải của nó, và cấu trúc hỗ trợ cố định (vỏ ổ trục, bệ đỡ, khung và móng) kết nối ổ trục với mặt đất. Hệ thống này được phân tích như một tổng thể tích hợp trong động lực học rôto vì hành vi động của mỗi thành phần ảnh hưởng đến tất cả các thành phần khác.
Thay vì phân tích rôto một cách riêng biệt, phân tích động lực học rôto đúng cách sẽ coi hệ thống ổ trục rôto như một hệ thống cơ học kết hợp, trong đó các đặc tính của rôto (khối lượng, độ cứng, giảm chấn), đặc tính ổ trục (độ cứng, giảm chấn, khe hở) và các đặc tính của cấu trúc hỗ trợ (độ linh hoạt, giảm chấn) đều tương tác với nhau để xác định tốc độ tới hạn, rung động phản ứng và sự ổn định.
Các thành phần của hệ thống ổ trục rotor
1. Cụm rotor
Các thành phần quay bao gồm:
- Trục: Phần tử quay chính cung cấp độ cứng
- Đĩa và Bánh xe: Cánh quạt, bánh tua bin, khớp nối, ròng rọc tăng thêm khối lượng và quán tính
- Khối lượng phân phối: Roto dạng trống hoặc khối lượng trục
- Các khớp nối: Kết nối rôto với bộ truyền động hoặc thiết bị được truyền động
Đặc điểm của rotor:
- Phân bố khối lượng dọc theo trục
- Độ cứng uốn trục (chức năng của đường kính, chiều dài, vật liệu)
- Mômen quán tính cực và hướng tâm (ảnh hưởng đến hiệu ứng con quay hồi chuyển)
- Giảm chấn bên trong (thường nhỏ)
2. Vòng bi
Các thành phần giao diện hỗ trợ rôto và cho phép quay:
Các loại vòng bi
- Vòng bi lăn: Vòng bi, vòng bi lăn
- Vòng bi màng chất lỏng: Vòng bi trượt, vòng bi đệm nghiêng, vòng bi đẩy
- Vòng bi từ tính: Hệ thống treo điện từ chủ động
Đặc điểm ổ trục
- Độ cứng: Khả năng chống biến dạng dưới tải trọng (N/m hoặc lbf/in)
- Giảm chấn: Tiêu tán năng lượng trong ổ trục (N·s/m)
- Khối: Các thành phần ổ trục chuyển động (thường nhỏ)
- Khoảng cách: Trò chơi xuyên tâm và trục ảnh hưởng đến độ cứng và tính phi tuyến tính
- Sự phụ thuộc vào tốc độ: Tính chất của ổ trục màng chất lỏng thay đổi đáng kể theo tốc độ
3. Cấu trúc hỗ trợ
Các yếu tố nền móng cố định:
- Vỏ ổ trục: Cấu trúc tức thời xung quanh ổ trục
- Bệ đỡ: Giá đỡ thẳng đứng nâng đỡ ổ trục
- Đế/Khung: Cấu trúc ngang kết nối bệ đỡ
- Sự thành lập: Kết cấu bê tông hoặc thép truyền tải tải trọng xuống đất
- Các yếu tố cô lập: Lò xo, miếng đệm hoặc giá đỡ nếu sử dụng cách ly rung động
Cấu trúc hỗ trợ góp phần:
- Độ cứng bổ sung (có thể tương đương hoặc thấp hơn độ cứng của rôto)
- Giảm chấn thông qua các đặc tính vật liệu và mối nối
- Khối lượng ảnh hưởng đến tần số tự nhiên của toàn bộ hệ thống
Tại sao Phân tích cấp hệ thống là cần thiết
Hành vi kết hợp
Mỗi thành phần đều ảnh hưởng đến các thành phần khác:
- Độ lệch của rotor tạo ra lực tác động lên ổ trục
- Độ lệch của ổ trục thay đổi điều kiện hỗ trợ rôto
- Cấu trúc hỗ trợ linh hoạt cho phép chuyển động ổ trục, ảnh hưởng đến độ cứng ổ trục rõ ràng
- Rung động nền móng phản hồi trở lại rôto thông qua ổ trục
Tần số tự nhiên của hệ thống
Tần số tự nhiên là đặc tính của toàn bộ hệ thống, không phải của từng thành phần riêng lẻ:
- Vòng bi mềm + rôto cứng = tốc độ tới hạn thấp hơn
- Vòng bi cứng + rôto linh hoạt = tốc độ tới hạn cao hơn
- Nền móng linh hoạt có thể giảm tốc độ tới hạn ngay cả với ổ trục cứng
- Tần số riêng của hệ thống ≠ tần số riêng của rotor
Phương pháp phân tích
Mô hình đơn giản hóa
Để phân tích sơ bộ:
- Dầm hỗ trợ đơn giản: Roto như một thanh dầm có giá đỡ cứng (bỏ qua độ linh hoạt của ổ trục và nền móng)
- Cánh quạt Jeffcott: Khối lượng tập trung trên trục linh hoạt với các giá đỡ lò xo (bao gồm độ cứng ổ trục)
- Phương pháp ma trận chuyển giao: Phương pháp tiếp cận cổ điển cho rôto nhiều đĩa
Các mô hình nâng cao
Để phân tích chính xác máy móc thực tế:
- Phân tích phần tử hữu hạn (FEA): Mô hình chi tiết của rotor với các bộ phận lò xo cho ổ trục
- Các mẫu vòng bi: Độ cứng và giảm chấn của ổ trục phi tuyến tính so với tốc độ, tải trọng, nhiệt độ
- Độ linh hoạt của nền móng: FEA hoặc mô hình cấu trúc hỗ trợ
- Phân tích kết hợp: Hệ thống đầy đủ bao gồm tất cả các hiệu ứng tương tác
Các thông số hệ thống chính
Đóng góp độ cứng
Độ cứng tổng thể của hệ thống là tổ hợp chuỗi:
- 1/ktổng cộng = 1/kcánh quạt + 1/kmang + 1/ksự thành lập
- Yếu tố mềm nhất chi phối độ cứng tổng thể
- Trường hợp phổ biến: tính linh hoạt của nền móng làm giảm độ cứng của hệ thống xuống dưới độ cứng của rôto
Đóng góp giảm chấn
- Giảm chấn ổ trục: Nguồn thường chiếm ưu thế (đặc biệt là ổ trục màng chất lỏng)
- Giảm chấn nền móng: Giảm chấn kết cấu và vật liệu trong các giá đỡ
- Giảm chấn bên trong rotor: Thông thường rất nhỏ, thường bị bỏ quên
- Tổng giảm chấn: Tổng các phần tử giảm chấn song song
Ý nghĩa thực tế
Dành cho thiết kế máy móc
- Không thể thiết kế rôto tách biệt với ổ trục và nền móng
- Lựa chọn ổ trục ảnh hưởng đến tốc độ quan trọng có thể đạt được
- Độ cứng của nền móng phải đủ để hỗ trợ rotor
- Tối ưu hóa hệ thống đòi hỏi phải xem xét đồng thời tất cả các yếu tố
Để cân bằng
- Influence coefficients đại diện cho phản ứng toàn bộ của hệ thống
- Field balancing tự động tính đến các đặc điểm của hệ thống khi cài đặt
- Việc cân bằng cửa hàng trên các ổ trục/giá đỡ khác nhau có thể không chuyển hoàn hảo sang điều kiện lắp đặt
- Thay đổi hệ thống (mài mòn ổ trục, lún nền móng) thay đổi phản ứng cân bằng
Để khắc phục sự cố
- Các vấn đề rung động có thể bắt nguồn từ rôto, ổ trục hoặc nền móng
- Phải xem xét toàn bộ hệ thống khi chẩn đoán sự cố
- Những thay đổi trong một thành phần ảnh hưởng đến hành vi tổng thể
- Ví dụ: Sự xuống cấp của nền móng có thể làm giảm tốc độ quan trọng
Cấu hình hệ thống phổ biến
Cấu hình giữa các ổ trục đơn giản
- Roto được hỗ trợ bởi hai ổ trục ở hai đầu
- Cấu hình công nghiệp phổ biến nhất
- Hệ thống phân tích đơn giản nhất
- Tiêu chuẩn cân bằng hai mặt phẳng tiếp cận
Cấu hình rotor nhô ra
- Rotor mở rộng vượt quá khả năng chịu lực
- Tải trọng chịu lực cao hơn từ cánh tay đòn
- Nhạy cảm hơn với sự mất cân bằng
- Phổ biến ở quạt, máy bơm, một số động cơ
Hệ thống đa ổ trục
- Ba hoặc nhiều ổ trục hỗ trợ rôto đơn
- Phân phối tải phức tạp hơn
- Sự liên kết giữa các ổ trục rất quan trọng
- Phổ biến trong các tua bin lớn, máy phát điện, cuộn máy giấy
Hệ thống đa rotor ghép nối
- Nhiều rôto được kết nối bằng khớp nối (bộ động cơ-bơm, bộ tua bin-máy phát điện)
- Mỗi rotor có ổ trục riêng nhưng hệ thống được ghép nối động
- Cấu hình phức tạp nhất để phân tích
- Sự không thẳng hàng tại khớp nối tạo ra lực tương tác
Việc hiểu máy móc quay như một hệ thống ổ trục rô-to tích hợp chứ không phải là các thành phần riêng lẻ là nền tảng cho việc thiết kế, phân tích và xử lý sự cố hiệu quả. Quan điểm cấp hệ thống giải thích nhiều hiện tượng rung động và hướng dẫn các hành động khắc phục phù hợp để vận hành đáng tin cậy và hiệu quả.
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 