Phim chất lỏng trong vòng bi và dự đoán rotordocate

Rotordoperics là gì ?

Đơn giản nhất, đó là nghiên cứu về đặc tính rung của trục quay được hỗ trợ trên vòng bi. Trong hầu hết các trường hợp, đối tượng của phân tích rotordocate là dự đoán và sau đó giảm hoặc loại bỏ các rung động rôto thực tế. Một rôto quay không ma sát trên một trục quay hoàn hảo với các dao động bên và trục bằng không sẽ là lý tưởng hình học. Điều kiện này cũng được ưa thích để giảm độ thanh thải của đầu và tăng hiệu quả.

Về mặt triết học hơn, rotordoperics cũng có thể được coi là một nỗ lực trong chủ nghĩa quyết định. Chủ nghĩa quyết đoán là ý tưởng rằng mọi thứ xảy ra đều có lý do, và những lý do này có thể được hiểu. Người ta nhận ra rằng các hệ thống ổ trục có thể rất phức tạp, đến mức phản ứng của chúng xuất hiện ngẫu nhiên. Nhưng không có gì là ngẫu nhiên và rotordoperics là công cụ của chúng tôi để đơn giản hóa sự phức tạp và hiểu sâu hơn.

Câu hỏi được khám phá trong công trình này là làm thế nào bôi trơn màng chất lỏng trong vòng bi ảnh hưởng đến khả năng của chúng tôi để đưa ra dự đoán rotordocate.

Hãy bắt đầu với đặc tính của độ cứng, đôi khi được gọi là tốc độ lò xo. Đây là lực cần thiết để nén một lò xo mặc dù một đơn vị khoảng cách (lực / khoảng cách) ở đây tính bằng pound trên mỗi inch.

Độ cứng của các cánh quạt hỗ trợ là rất quan trọng, cũng như độ cứng của chính cánh quạt. Nó được công nhận rằng được thực hiện cùng với cơ sở, chúng bao gồm một vòng cấu trúc cần được coi là một hệ thống. Tuy nhiên, trong trường hợp này, chúng tôi sẽ tập trung vào các tính chất màng mang, coi cả dầu và khí là chất lỏng được sử dụng trong cả công nghệ ổ trục động và tĩnh.

Vòng bi, bạc đạn dầu thủy động lực phổ biến trong tuabin lớn và vòng bi khí động học được sử dụng làm phần tử bịt kín trong phớt khí khô không có độ cứng tĩnh, vì vòng bi động đòi hỏi phải có chuyển động để tạo màng bôi trơn. Sau khi quay, tốc độ quay sẽ là yếu tố chính quyết định độ dày màng. Sự thay đổi nhiệt độ sẽ ảnh hưởng đến độ nhớt của dầu và do đó độ cứng của màng đáng kể. Cắt nhiệt của màng dựa trên một khối lập phương có độ dày màng, do đó quá trình sinh nhiệt có thể tăng nhanh, một lần nữa có hiệu ứng phản hồi không ổn định về độ nhớt.

Khi chúng ta nhìn vào tỷ lệ lệch tâm của vòng bi thủy động lực dầu, có thể thấy rằng cả độ cứng và giảm xóc của màng đều tăng theo cấp số nhân khi rôto tiếp cận bề mặt ổ trục. Độ nhớt của dầu cũng thay đổi theo hướng phi tuyến tính với sự tăng nhiệt độ từ dầu cắt. Một trong những thách thức chính trong rotordoperics là vòng bi được sử dụng thông thường (vòng bi dầu thủy lực) có nhiều tính chất thay đổi theo kiểu phi tuyến tính liên quan đến tốc độ và nhiệt độ.

Điều này có thể làm cho họ một thách thức để mô hình. Vòng bi dầu thủy lực phổ biến trong các máy công cụ lớn và vòng bi khí tĩnh trong máy đo, có nguồn cung cấp chất lỏng điều áp bên ngoài và do đó có thể hỗ trợ tải tĩnh, không có chuyển động tương đối của các mặt vòng bi.

Vòng bi thủy tĩnh dầu sẽ chịu nhiệt do cắt trong màng ở tốc độ cao hơn như trường hợp chịu lực thủy động dầu, nhưng do áp suất bên ngoài, độ dày màng có thể được giữ nguyên, về cơ bản là độ lệch tâm bằng 0 và độ cứng đủ thấp để có chuyển động cho giảm xóc. So với ổ bi thủy động lực nơi dầu có độ nhớt thấp hơn sẽ dẫn đến độ dày màng thấp hơn. Độ dày màng thấp hơn dẫn đến độ cứng và giảm xóc cao hơn như thể hiện trong các ô tỷ lệ lệch tâm, nhưng sự gia tăng có thể không hữu ích.

Vòng bi tĩnh có độ cắt rất thấp so với dầu, vì vậy chúng sẽ không tạo ra nhiệt đáng kể và hầu hết các loại khí không thay đổi tính chất của chúng nhiều với sự thay đổi nhiệt độ. Vì vậy, vòng bi khí điều áp bên ngoài có đặc tính độ cứng tương tự bất kể tốc độ quay hoặc nhiệt độ. Cần phải chỉ ra rằng điều này làm cho chúng dễ dàng hơn để mô hình hóa và dự đoán sau đó là vòng bi thủy động lực học. Bởi vì độ cứng có thể được điều chỉnh bằng áp suất đầu vào, chúng có tính linh hoạt và khả năng điều chỉnh có thể được sử dụng làm phản hồi để kiểm tra mô hình. Và bởi vì chúng có độ cứng tĩnh có thể đo được dễ dàng, chất lượng chức năng thay vì chỉ kiểm tra kích thước có thể được thực hiện trước khi lắp ráp.

Thật khó để một số người có thể tưởng tượng làm thế nào một bộ phim không khí có thể quá cứng trong một vòng cấu trúc làm bằng kim loại nhưng điều này có thể dễ dàng xảy ra. Độ cứng của vòng bi khí điều áp bên ngoài, như chúng ta đã thấy, là một chức năng của độ dày màng, là kết quả của áp suất đầu vào và điều kiện tải. Một mang khí với diện tích 0,5 feet vuông (6 x 12 inch diện tích mặt), được nạp khí nén 60psi và được nạp 2.500lbs sẽ có độ dày màng là 0,0002 inch và độ cứng gần 10 triệu lb.in với lưu lượng nhỏ hơn 1 SCFM . Cùng một ổ trục với cùng áp suất đầu vào nhưng chỉ với 10% tải (250lbs), sẽ có lưu lượng cao hơn và độ cứng dưới 1000 lb./in. Đây là một sự thay đổi của bốn bậc độ lớn trong độ cứng cho một thay đổi một thứ tự trong tải. Hiệu ứng này cũng có thể được nhìn thấy trong sơ đồ tải trọng nâng trong Hình 4. Tại các khoảng trống lớn, trên 0,0005in, đường cong gần ngang, sẽ là độ cứng bằng không; tại các khoảng trống nhỏ, đường cong gần thẳng đứng, đó sẽ là độ cứng vô hạn.

Don Bently tập trung vào đặc tính độ cứng có thể điều chỉnh này như một liều thuốc chữa trị cho nhiều vấn đề xoay vòng mà ông đã dành cả đời để xác định. Sau khi bán Bently Nevada cho GE vào năm 2002, ông đã thành lập Công ty Vòng bi điều áp Bently để thương mại hóa vòng bi chịu áp lực bên ngoài. Thêm về điều này sau.

Chủ đề tiếp theo của chúng tôi, giảm xóc chắc chắn bị ảnh hưởng bởi độ cứng. Giảm xóc, tính chất của năng lượng tiêu tán là lực / vận tốc, ở đây tính theo đơn vị lb-s / in.

Chúng ta thấy trong các tỷ lệ lệch tâm, độ cứng và giảm xóc đều tăng cùng nhau khi rôto di chuyển về phía tường chịu lực. Như một cách để khái niệm hóa điều này, nó có thể giúp nghĩ đến việc giảm xóc trong các thái cực của độ cứng như đã lưu ý ở trên; nếu không có độ cứng bằng 0, không thể có giảm xóc vì rôto không có gì để tác dụng lực. Một độ dày màng lớn giống như reo một cánh quạt treo trên ống phẫu thuật để có được tần số tự nhiên không bị suy giảm. Nếu độ cứng là vô hạn, thì không có chuyển động, và một lần nữa giảm xóc (giảm xóc là lực trên vận tốc). Vì vậy, đối với một hệ thống và tần số nhất định, ở đâu đó giữa độ cứng bằng 0 và độ cứng vô hạn, sẽ đạt được điểm tối ưu để tối đa hóa giảm xóc, sau đó điểm tăng thêm độ cứng sẽ bắt đầu khóa chuyển động, giảm giảm chấn hiệu quả.

Vòng bi dầu thủy lực được coi là có đặc tính giảm xóc tốt. Chúng ta có thể thấy trong đồ thị lệch tâm tăng giảm độ cứng với độ cứng nhưng xin nhớ rằng giảm xóc sẽ thay đổi theo cách phi tuyến tính, dựa trên tốc độ và nhiệt độ vì những lý do tương tự như độ cứng.

Vòng bi dầu thủy tĩnh cung cấp một phương pháp để điều chỉnh giảm xóc của vòng bi dầu, một lần nữa bằng cách kiểm soát độ dày màng thông qua áp suất bên ngoài.

Liên quan đến vòng bi, bạc đạn Koyo khí động học, nó thường được ghi nhận trong các bài báo và giấy tờ liên quan đến turbo rằng vòng bi khí loại lá có độ cứng và giảm xóc nhỏ. Đây là phần lớn do

đến độ cứng thấp của da gà, lá và lá chống đỡ màng khí và hoặc khoảng hở tương đối lớn để màng phát triển và do đó thường không có đủ độ cứng để giảm xóc.

Tuy nhiên, dường như có sự thừa nhận phổ quát rằng vòng bi khí động học trong các ứng dụng con dấu khí khô có những khoảng trống rất nhỏ <0,0002in. và độ cứng rất cao, như đã thấ. Xem xét rằng DGS là cân bằng, đó là áp suất kín được cho phép phía sau mặt đứng yên, buộc nó đối diện với mặt quay với đơn vị tải áp suất được niêm phong, thường có thể là hàng ngàn của psi. Điều này cao hơn nhiều so với khả năng của vòng bi dầu, nhưng chỉ vì ổ trục động DGS được tích điện bởi áp suất kín cố gắng thoát ra ngoài qua khe hở. Bơm động của các lùm chỉ cung cấp chênh lệch áp suất nhỏ giữ khoảng cách. Vì vậy, nếu có 20.000 lbs lực đóng, (không bao gồm độ lệch lò xo bây giờ), giả sử 2000psi trên 10 inch vuông và các rãnh bơm tạo ra 4psi sẽ có 20, 040lbs lực tách các mặt. Một lần nữa, không có khả năng điều chỉnh độ dày màng; bạn chỉ cần lấy những gì bạn nhận được cho một bộ phim trong vòng bi động.

Vòng bi tĩnh cho phép điều chỉnh độ cứng để tối đa hóa giảm xóc được ghi chú ở trên. Có các phương trình để tính toán giảm xóc trong màng chất lỏng. Sử dụng một loại thường được trích dẫn trong ngành, chúng tôi đã tính toán giảm xóc từ một bộ giảm xóc màng lọc dầu ở 5 độ dày màng khác nhau từ 0,001 đến 0,005in. Một lần nữa, chúng ta lại thấy hiệu ứng tương tự khi giảm xóc tăng theo cấp số nhân ở độ dày màng nhỏ hơn. Sử dụng cùng một phương trình, chỉ thay đổi độ nhớt của dầu trong không khí và tính toán giảm xóc ở độ dày 5 màng nhỏ hơn chính xác 10 lần so với dầu (0,0001 đến 0,0005in.) Chúng tôi nhận thấy rằng các giá trị giảm xóc chỉ nhỏ hơn biên dầu, Hình 5.

Các hệ số độ cứng kết hợp chéo trong các tính toán rotordocate là một cách để tính đến các tác động gây mất ổn định của ma sát trong màng chất lỏng. Với vòng bi thủy lực dầu, và ở mức độ thấp hơn trong các miếng đệm nghiêng thủy động lực dầu, khi vòng quay của rôto kéo dầu bên dưới nó, có một lực bằng nhau trên rôto làm cho nó leo lên phía bên của thành ổ đỡ. Lúc đầu, có thể khó thấy làm thế nào điều này có thể có nhiều tác dụng, nhưng hãy xem xét nó theo cách này, một tuabin khí với các tạp chí đường kính 6 inch có thể tiêu thụ khoảng 1000hp để làm mát nhiệt được thêm vào dầu từ cắt. Hệ thống gia nhiệt cắt này là số đo lực kéo của động cơ trực tiếp. Hãy tưởng tượng một con rồng 1000hp đốt cao su và tăng tốc xuống đường đua. Khi xem xét rằng đây là cùng một sức mạnh và lực kéo của rôto trong vòng bi, dễ dàng hơn để khái niệm hóa các tác động gây mất ổn định của ma sát. Ma sát này có thể được nhìn thấy bằng đồ họa trong.

Tại các khoảng trống nhỏ hơn nơi vòng bi động hoạt động, nhiều thuộc tính rotordocate gần như không có triệu chứng, với cả sự sinh nhiệt và sự ghép chéo không ổn định thay đổi đáng kể với những thay đổi nhỏ trong các tính chất khác. Vòng bi thủy tĩnh dầu sẽ có tính quyết định cao hơn, một lần nữa ở chỗ có thể kiểm soát độ dày màng và do đó các thuộc tính rotordocate khác.

Vòng bi Koyo khí động học lưới kim loại tạo ra lực nâng từ cùng một nguyên tắc như vòng bi thủy động lực học dầu. Độ nhớt của không khí rất thấp, do đó, rất khó để rôto tạo ra độ cứng kết hợp chéo không ổn định. Đây cũng là lý do cơ bản khả năng tải đơn vị của vòng bi khí động học thấp.

Vòng bi khí điều áp bên ngoài, hoặc vòng bi tĩnh, cũng được biểu thị trong hình 6. Rõ ràng là do mất điện gần như bằng 0 mà phải có độ cứng cặp đôi gần bằng không. Tiến sĩ San Andres từ Texas A & M Turbo Lab đã điều tra điều này trong một bài báo năm 2015 STLE (Hiệp hội kỹ sư bôi trơn) về vòng bi tĩnh. Ông lưu ý rằng áp suất khí bên ngoài có ảnh hưởng lớn đến tỷ lệ giảm xóc của hệ thống, tăng lên khi áp suất cung cấp giảm, nhưng vẫn có độ cứng gần bằng nhau.

Lưu ý rằng những phát hiện của Tiến sĩ San Andres liên quan đến việc giảm dần với áp lực cung giảm có vẻ phản trực giác. Điều quan trọng là, bằng cách giảm áp lực cung cấp, độ dày màng chất lỏng được giảm xuống và do đó độ cứng của nó tăng lên để cho phép giảm xóc nhiều hơn, nhưng vẫn không có 100 W cắt. Đây là giấc mơ của Don Bently sau khi bán Bently Nevada cho GE; bằng cách tránh các tác động gây mất ổn định của dầu bôi trơn và cung cấp độ cứng và giảm xóc có thể điều chỉnh, Don sẽ cách mạng hóa vòng bi trong thiết bị quay. Ông muốn đơn giản hóa phân tích rotordocate bằng cách làm cho các tính chất mang mang tính quyết định hơn. Nếu anh ta không thể kiểm soát nó, anh ta đã không muốn nó.

 

 

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *

error: Content is protected !!