Technologia / Poradnik techniczny
Niewyważenie statyczne i momentowe wirnika: siła i moment
Rozkład masy wirnika może powodować wirujące wymuszenie, nawet gdy jego widoczna geometria wydaje się symetryczna. Niewyważenie statyczne i niewyważenie momentowe opisują różne właściwości tego rozkładu. Powodowane przez nie siły i momenty stanowią dane wejściowe do wyznaczania odpowiedzi konstrukcji, a nie bezpośredni pomiar amplitudy drgań.
Rozpatruj oddzielnie sumę sił i sumę momentów wynikających z osiowego rozstawu płaszczyzn.
Przesunięcie masy można przedstawić za pomocą wektorów w płaszczyznach prostopadłych do osi. Sumowanie tych wektorów i ich momentów wynikających z położeń wzdłuż osi wyjaśnia, dlaczego wirnik może nie mieć wypadkowego niewyważenia statycznego, a mimo to wytwarzać parę sił niewyważenia.
01 / Przesunięcie masy
Wektor niewyważenia ma jednostkę będącą iloczynem jednostek masy i długości.
Dla sztywnego rozkładu masy względem wskazanej osi obrotu wkład niewyważenia w danej płaszczyźnie można zapisać jako U = m r, gdzie r jest wektorem poprzecznego przesunięcia.
Dla sztywnego rozkładu masy względem wskazanej osi obrotu wkład niewyważenia w danej płaszczyźnie można zapisać jako U = m r, gdzie r jest wektorem poprzecznego przesunięcia. Jednostką U jest kg m. Suma wektorowa opisuje odpowiadającą składową niewyważenia statycznego.
Środek geometryczny nie jest automatycznie środkiem masy, a oś obrotu stanowi część definicji. Łopaty wyglądające jednakowo nie dowodzą jednakowego rozkładu masy. Stwierdzenia te opisują ogólną mechanikę sztywnego wirnika, a nie zmierzony stan wykonania jakiejkolwiek rzeczywistej turbiny.
02 / Wirująca siła
Amplituda wymuszenia jest proporcjonalna do kwadratu prędkości.
Przy ustalonym obrocie ciała sztywnego składowa niewyważenia w danej płaszczyźnie wytwarza wirującą siłę o wartości |U|ω² w odpowiednim bilansie sił podporowych.
Przy ustalonym obrocie ciała sztywnego składowa niewyważenia w danej płaszczyźnie wytwarza wirującą siłę o wartości |U|ω² w odpowiednim bilansie sił podporowych. Kierunek poprzeczny zmienia się wraz z obrotem. Jest to zależność dotycząca siły, a nie amplitudy prędkości lub przemieszczenia.
Dla fikcyjnych danych |U| = 0.02 kg m i ω = 10 rad/s wartość siły wynosi 2 N. Podwojenie ω daje 8 N przy niezmienionych warunkach. Są to fikcyjne dane wejściowe; rzeczywisty ruch zależy również od masy, sztywności, tłumienia, podparcia oraz przestrzennego rozkładu wymuszenia.
03 / Czysta para sił
Przeciwnie skierowane mimośrody mogą powodować znoszenie się sił, lecz pozostawiać moment.
Rozważ wektory niewyważenia o równych wartościach i przeciwnych zwrotach, leżące w płaszczyznach oddalonych od siebie wzdłuż osi o ℓ.
Rozważ wektory niewyważenia o równych wartościach i przeciwnych zwrotach, leżące w płaszczyznach oddalonych osiowo o ℓ. W idealnym przypadku sztywnego wirnika ich wypadkowa siła niewyważenia znosi się, ale rozdzielone wirujące siły tworzą parę sił. Wartość jej momentu dla tej prostej pary wynosi |U|ℓω².
Użycie tych samych fikcyjnych wartości U i ω przy ℓ = 0.10 m daje 0.20 N m. Znoszenie się sił statycznych nie dowodzi zatem braku wymuszenia dynamicznego na podporach. Objaśnienie niewyważenia momentowego firmy Schenck rozróżnia te efekty występujące w oddalonych od siebie płaszczyznach.
04 / Ogólny rozkład
Składowa niewyważenia statycznego i składowa niewyważenia momentowego mogą występować jednocześnie.
Rozkład może mieć zarówno niezerową sumę wektorów poprzecznych, jak i niezerowy wkład do momentu osiowego.
Rozkład może mieć zarówno niezerową sumę wektorów poprzecznych, jak i niezerowy wkład momentu osiowego. Niewyważenie dynamiczne nie jest jedynie innym określeniem pojedynczego ciężkiego punktu. Ogólny opis Schenck rozróżnia skutki przesunięcia środka masy i orientacji osi.
Wybrane odniesienie wzdłuż osi wpływa na sposób określenia momentu, gdy występuje również siła wypadkowa. Przy przesunięciu odniesienia równoważną siłę i moment należy rozpatrywać łącznie. Czysta para sił o zerowej sile wypadkowej zachowuje swój moment niezależnie od takiej zmiany odniesienia wzdłuż osi.
05 / Obserwowany ruch
Jedno wymuszenie może wywołać różne odpowiedzi podpór.
Wirująca siła może powodować różne mierzone amplitudy w różnych miejscach, ponieważ konstrukcja ma własną dynamikę.
Wirująca siła może powodować różne zmierzone amplitudy w różnych miejscach, ponieważ konstrukcja ma własną dynamikę. Częstotliwość bliska częstotliwości postaci drgań silnie reagującej na wymuszenie może zmieniać amplitudę i fazę bez zmiany pierwotnej definicji U.
Cecha występująca raz na obrót nie stanowi zatem jednoznacznej diagnozy niewyważenia masowego. Inne mechanizmy okresowe mogą mieć ten sam rząd. przewodnik po rzędach harmonicznych oddziela czas występowania wymuszenia od odpowiedzi, natomiast istniejący przewodnik dotyczący dokumentacji wyważenia odnosi się do zapisów, a nie do działań korygujących.
06 / Zakres
Niewyważenie wirnika sztywnego to tylko jeden z mechanizmów występujących w wirniku.
Ruchy wynikające z odkształcalności, różnice aerodynamiczne i zmieniające się warunki pracy mogą wymagać opisu wykraczającego poza model rozkładu masy ciała sztywnego.
Ruchy wynikające z podatności, różnice aerodynamiczne i zmienne warunki pracy mogą wymagać opisu wykraczającego poza model rozkładu masy ciała sztywnego. Niezrównoważenie obciążenia aerodynamicznego nie jest automatycznie tą samą wielkością fizyczną co wektor przesunięcia masy.
Nie przypisano tu żadnej wartości niewyważenia, klasy wyważenia, płaszczyzny korekcji ani wyniku pomiaru drgań dla MARSTON. Przewodnik nie określa dodatkowej masy, usuwanego materiału, próby wyważania ani procedury zmiany prędkości. Wyjaśnia wielkości mechaniczne, nie przekształcając hipotetycznej siły w ocenę produktu.
Powiązane poradniki techniczne: Wykresy Campbella: gałęzie modalne, rzędy wirnika i przecięcia · Współczynniki sztywności i tłumienia łożysk · Drgania skrętne układu dwóch bezwładności w generatorach wiatrowych.
Informacje ogólne: Schenck: niewyważenie momentowe w rozdzielonych płaszczyznach · Schenck: połączone składowe siły i pary sił. Źródła wyjaśniają koncepcje branżowe; są odrębne od właściwych dokumentów produktów i projektów MARSTON.
Kluczowe pojęcia i warunki.
Odczytuj każdą wielkość wraz z odniesieniem, jednostkami i podanymi warunkami. Ogólna zależność nie ustala wartości właściwej modelowi.
| Pojęcie / wielkość | Znaczenie / zależność | Warunki / ograniczenia |
|---|---|---|
| Niewyważenie w płaszczyźnie | U = m r in kg m | Określone przesunięcie poprzeczne i oś obrotu. |
| Siła wirująca | |U|ω² w N | Wymuszenie przy ustalonym obrocie wirnika sztywnego. |
| Wkład pary sił | |U|ℓω² w N m | Równe, przeciwnie skierowane wkłady, rozdzielone wzdłuż osi. |
| Ogólny przypadek dynamiczny | Siła i moment łącznie | Obie składowe mogą współistnieć. |
| Reakcja na wibracje | Ruch podpartej konstrukcji | Nie można tego ustalić wyłącznie na podstawie amplitudy wymuszenia. |
Pytania techniczne.
Czy symetryczny wygląd dowodzi wyważenia masowego?
Nie. Geometria i rozkład masy to różne właściwości.
Czy |U|ω² bezpośrednio daje przemieszczenie drganiowe?
Nie. Daje to siłę wymuszającą w podanym modelu.
Czy zerowa wypadkowa statyczna może współistnieć z niewyważeniem momentowym?
Tak. Przeciwnie skierowane składowe w oddalonych od siebie płaszczyznach mogą pozostawiać niezerowy moment.
Czy podwojenie prędkości podwaja fikcyjną siłę?
Nie. Stałe niewyważenie w modelu idealnym daje czterokrotnie większą siłę.
Czy drgania 1x jednoznacznie dowodzą niewyważenia masowego?
Nie. Różne przyczyny okresowe i efekty odpowiedzi układu mogą występować przy tym samym rzędzie harmonicznym.
Czy określa to korektę wirnika?
Nie. Nie podano żadnej procedury wyważania ani zmiany materiału.
Zapytanie techniczne
Omów zagadnienie techniczne.
Rozkład masy wirnika może powodować wirujące wymuszenie, nawet gdy jego widoczna geometria wydaje się symetryczna. Udostępnij model oraz odpowiednie informacje eksploatacyjne lub projektowe do omówienia zagadnienia z inżynierami.