Tecnologia / Guia técnico
Velocidade crítica e movimento de precessão do eixo do aerogerador
O eixo de um gerador pode girar enquanto sua posição lateral também se desloca. Esse movimento orbital lateral (whirl) e a rotação do eixo são grandezas diferentes. A velocidade crítica pertence à dinâmica definida do sistema rotor-mancais, e não a uma potência nominal ou a um único pico de vibração sem explicação.
Compare a excitação com os modos em um referencial compatível.
A velocidade de rotação cria uma possível frequência de excitação, enquanto o apoio dos mancais e a dinâmica do sistema rotativo moldam a resposta modal. A relação entre eles deve ser definida antes de interpretar um cruzamento.
01 / Rotação e movimento orbital lateral (whirl)
Uma seção transversal em rotação pode se mover lateralmente.
A rotação do eixo descreve o giro em torno do próprio eixo geométrico.
A rotação do eixo descreve o giro em torno de seu próprio eixo. O movimento orbital lateral (whirl) descreve o movimento lateral desse eixo ou de sua linha de centro em torno de uma posição de referência. Os movimentos orbitais direto e retrógrado comparam a direção da órbita com a direção de rotação declarada.
Um eixo pode, portanto, ter uma frequência de movimento diferente de sua frequência de rotação. Uma órbita representada em um gráfico ou um modo lateral não é simplesmente outra perspectiva do torque que impulsiona a rotação axial.
02 / Limite do sistema
As propriedades de suporte fazem parte do modelo dinâmico.
O modelo inclui o eixo, as massas montadas representadas e as propriedades dos mancais e suportes.
O modelo inclui o eixo, as massas montadas representadas e as propriedades dos mancais e apoios. A distribuição de massa, a rigidez e o amortecimento entram na descrição do movimento. Um eixo isolado e o mesmo eixo nos apoios de seu gerador são sistemas diferentes.
A COMSOL e a Ansys distinguem o comportamento do sistema rotor-mancais e o mapeamento de velocidades críticas. A capacidade de carga de um rolamento indicada em catálogo não é a mesma grandeza que os coeficientes dinâmicos de apoio usados nesse tipo de modelo.
03 / Velocidade crítica
A ressonância depende da excitação e do estado.
Uma excitação pode coincidir com uma frequência modal relevante em um estado de rotação particular.
Uma excitação pode coincidir com uma frequência modal relevante em um determinado estado de rotação. Para uma componente síncrona de uma vez por revolução, sua frequência é n/60 Hz. É necessário identificar o modo aplicável e o referencial usado para sua frequência.
Uma frequência modal constante hipotética de 5 Hz cruzaria essa linha ideal de uma vez por revolução a 300 rpm. Trata-se de um cálculo para uma ilustração simplificada, não de um valor nominal do gerador nem de uma velocidade de operação permitida.
04 / Ramos modais
O espectro no referencial estacionário não precisa permanecer inalterado.
A rotação e o acoplamento giroscópico podem alterar as frequências modais e desdobrar o comportamento conforme a direção.
A rotação e o acoplamento giroscópico podem alterar as frequências modais e desdobrar o comportamento direcional. Portanto, um cálculo de frequências naturais com o eixo parado não constitui automaticamente um mapa completo de velocidades críticas ao longo da variação da velocidade de rotação.
Um diagrama de Campbell representa modos e linhas de excitação ao longo de uma faixa especificada. Um cruzamento de linhas identifica uma condição modelada a ser interpretada; por si só, não especifica a amplitude resultante nem uma margem segura de separação.
05 / Resposta e estabilidade.
A ressonância forçada difere do movimento autoexcitado de amplitude crescente.
Uma resposta forçada ressonante depende da excitação, do amortecimento e do modo relevante.
Uma resposta forçada em ressonância depende da excitação, do amortecimento e do modo relevante. A instabilidade dinâmica é uma questão diferente: o sistema representado pode sustentar um movimento crescente por meio de suas interações internas. Os termos não devem ser usados de forma intercambiável.
A terminologia da Ansys distingue velocidade crítica de estabilidade. O guia de efeitos giroscópicos explica um princípio de acoplamento direcional, sem prescrever alterações nos mancais ou no eixo.
06 / Escopo
Um modelo simplificado não é um limite real da máquina.
As premissas sobre apoio, geometria, amortecimento e referencial de observação limitam o resultado previsto.
As hipóteses sobre apoio, geometria, amortecimento e referencial de observação limitam o resultado previsto. Um pico de frequência medido em outro ponto da turbina não identifica, por si só, uma velocidade crítica do eixo do gerador.
Nenhuma velocidade de rotação, modo ou limite real de um eixo MARSTON é informado aqui, e nenhum procedimento para atravessar uma ressonância, alterar um suporte ou testar um eixo em rotação é fornecido. Este tópico é distinto do guia de registro de vibrações.
Continue a análise com Efeitos giroscópicos do rotor eólico durante a orientação da nacele.
Continue a análise com Formas modais e frequências naturais das pás eólicas.
Continue a análise com Referenciais de montagem e acúmulo de tolerâncias de turbinas eólicas.
Consulte vibração torsional de duas inércias. como um tópico separado sobre a dinâmica de sistemas de eixos.
Contexto geral: COMSOL: conceitos de velocidade crítica do sistema rotor-mancais · Ansys: distinções entre movimento orbital (whirl), velocidade crítica e estabilidade. Essas referências explicam conceitos do setor; elas são distintas dos documentos aplicáveis de produto e projeto da MARSTON.
Conceitos-chave e condições.
Interprete cada grandeza com sua referência, unidades e condições declaradas. Uma relação geral não estabelece um valor específico de um modelo.
| Conceito / grandeza | Significado / relação | Condições / limites |
|---|---|---|
| Giro. | Rotação em torno do eixo. | Não é o mesmo que movimento orbital lateral (whirl). |
| Movimento orbital lateral (whirl) | Órbita lateral da linha de centro representada | O sentido é relativo à rotação definida do eixo. |
| Coeficientes de suporte | Representação de rigidez dinâmica/amortecimento | Diferente da capacidade de carga do catálogo. |
| Velocidade crítica | Coincidência entre excitação e modos no modelo definido | Não é automaticamente um limite de operação. |
| Estabilidade | Comportamento de crescimento/decaimento do movimento | Distinto de um único cruzamento de ressonância forçada. |
Questões de engenharia.
A frequência do movimento orbital lateral (whirl) é sempre igual à frequência de rotação do eixo?
Não. O movimento lateral e a rotação axial são grandezas diferentes.
Um modo do eixo em repouso pode identificar todas as velocidades críticas?
Geralmente não; a rotação pode alterar o comportamento modal.
A capacidade de carga do mancal determina a rigidez dinâmica?
Não. Essas grandezas pertencem a descrições diferentes.
O exemplo de 300 rpm é um limite real?
Não. Trata-se de uma interseção hipotética e simplificada de frequências.
Um cruzamento, por si só, determina a amplitude de vibração?
Não. A excitação, o amortecimento e o modo relevante também são necessários.
A velocidade crítica e a instabilidade são idênticas?
Não. A ressonância forçada e o crescimento do movimento autoexcitado são questões distintas.
Consulta técnica
Discuta a questão técnica.
Um eixo de gerador pode girar enquanto sua posição lateral também se desloca. Compartilhe o modelo e as informações aplicáveis de operação ou projeto para uma discussão de engenharia.