Rotující soustavy, měření kritických otáček, typické projevy dynamiky rotorů.

Transkript

1 Rotující soustavy, měření kritických otáček, typické projevy dynamiky rotorů 1

2 Obsah prezentace 1. Rotující soustavy 2. Základní model rotoru Lavalův rotor 3. Nevyváženost rotoru 4. Nesouosost 5. Rezonance 6. Vliv ložisek 7. Vliv ozubení 8. Ventilátory 9. Vibrace motoru 2

3 Rotující soustavy Aniž bychom si uvědomovali, rotující soustavy se staly nedílnou součástí našeho života od kuchyňských spotřebičů přes komponenty počítačů, dopravní techniku až po energetický průmysl (turbosoustrojí, čerpadla, ventilátory, ) 3

4 Rotující soustavy Shrňme, co může způsobit nejčastěji problém s kmitáním rotujících soustav. Kmitání všech strojů obecně je způsobeno - nepřesným návrhem - nepřesnou výrobou Přesně vyrobený a navržený stroj nebude vykazovat vibrace. Připomeňme, že s kmitáním stroje je spjato vyzařování hluku. 4

5 Lavalův rotor Hmotný kotouč nasazený uprostřed nehmotného hřídele. Hřídel je charakterizován ohybovou tuhostí k. G představuje polohu těžiště. S udává polohu středu hřídele v rovině xy. Pohyb zkoumáme v rovině xy. 5

6 Lavalův rotor x S, y S poloha středu S, e excentricita úhlová rychlost hřídele G představuje polohu těžiště. 6

7 Lavalův rotor Poloha těžiště je dána jako Pohybová rovnice má tvar 7

8 Lavalův rotor Vlastní frekvence modelu rotoru 8

9 Nevyváženost rotoru Statická nevyváženost (těžiště mimo osu rotace) Dynamická nevyváženost (nenulové deviační momenty) 9

10 Nevyváženost rotoru Statická nevyváženost (těžiště mimo osu rotace) - důsledkem je odstředivá síla, které se přenáší do základu, způsobuje nežádoucí deformace Dynamická nevyváženost (nenulové deviační momenty) - důsledkem jsou setrvačné momenty vyvolávající ohyb hřídele Důvody nevyváženosti - pórovitost odlitků - nerovnoměrné rozložení hustoty materiálu - výrobní tolerance - ztráta materiálu během provozu - údržba: výměna ložisek apod. - výměna šroubů - sériová výroba - spojky - cokoliv, co ovlivňuje rozložení hmoty 10

11 Nesouosost spojení dvou rotujících zařízení s nesouosými osami rotace Paralelní Vertikální Úhlová Horizontální 11

12 Rozlišení nesouososti a nevyváženosti projevy nesouososti - vibrace s otáčkovou frekvencí - teplotně nezávislé - vibrace rostou s rostoucími otáčkami hřídele (roste velikost odstředivé síly) nesouosost - vibrace s frekvencemi, které jsou násobky otáčkové - velké axiální projevy - teplotně závislé, vibrace se mění s ohříváním - málo citlivé vůči rychlosti, síly vzniklé nesouosostí zůstávají konstatní 12

13 Rezonance vzniká pokud je frekvence budicí síly je blízká vlastní frekvenci dochází k zesílení kmitání Rezonanční tvary oboustranně vetknutého nosníku První Druhý Třetí 13

14 Rezonance buzení impulsem dochází k vybuzení soustavy tak, že kmitá s vlastní frekvencí 14

15 Vliv ložisek k vibracím vyvolaným ložisky a k možnému selhání ložisek dochází kvůli - znečištění - přetížení - nedostatku maziva - vadám vzniklým po výrobě vadně usazené ložisko 15

16 Vliv ozubení ozubení přenáší výkon z jednoho rotujícího hřídele na druhý ozubení díky výrobním nepřesnostem vykazuje kinematickou úchylku, která se projevuje frekvencí otáčková frekvence x počet zubů defekty ozubení jako např. lomy vzniklé materiálovou únavou v patě zubů lze měřením detekovat 16

17 Ventilátory ventilátory vykazují řadu vibračních problémů díky jejich funkci a konstrukci ventilátory slouží k distribuci vzduchu (plynů obecně), v praxi se ale bohužel nejedná pouze a čisté plyny, často se jedná o případ, kdy jsou v plynu přítomny různé nečistoty, které mohou ulpívat na lopatkách ventilátoru sací část potrubí ventilátorů vykazuje vibrace nízkých frekvencí (100 Hz), které se přenášejí do konstrukcí stěn a podlah 17

18 Vibrace motoru elektromotory provozované v elektrické síti (50 Hz) vyzařují mechanické kmitání s frekvencí 100 Hz, tento jev se nazývá magnetostrikce změna rozměrů způsobená magnetickým polem. elektrické motory vykazují torzní kmitání s frekvencí závislou na počtu pólů motoru vibrace vyvolané elektrickými problémy mohou být snadno rozpoznány pouhým odpojením motoru od sítě v současnosti se instalují pohony s proměnnými otáčkami, kvůli snížení spotřeby energie 18

19 Použité zdroje Výukové a školicí materiály firmy Bruel&Kjaer V. Wowk: Machinery Vibration measurement and analysis. 19