NOWOCZESNE METODY POMIARU DRGAŃ W IDENTYFIKACJI B ŁĘDÓW TECHNOLOGICZNYCH MASZYN WIRUJĄ CYCH



Podobne dokumenty
Instrukcja do ćwiczenia jednopłaszczyznowe wyważanie wirników

ANALIZA PRZYSPIESZEŃ DRGAŃ PODPÓR W RÓŻ NYCH STANACH PRACY SILNIKA LM 2500

WYKRYWANIE USZKODZEŃ W LITYCH ELEMENTACH ŁĄCZĄCYCH WAŁY

INSTRUKCJA do ćwiczenia Wyważanie wirnika maszyny w łożyskach własnych

OKREŚLENIE WPŁYWU WYŁĄCZANIA CYLINDRÓW SILNIKA ZI NA ZMIANY SYGNAŁU WIBROAKUSTYCZNEGO SILNIKA

MONITOROWANIE NIEWYWAŻENIA WIRNIKÓW PRZY WYKORZYSTANIU SYGNAŁÓW PRĄDU STOJANA I DRGAŃ W NAPĘDACH Z SILNIKAMI INDUKCYJNYMI

POLITECHNIKA ŁÓDZKA INSTYTUT OBRABIAREK I TECHNOLOGII BUDOWY MASZYN. Ćwiczenie D-3

WERYFIKACJA MODELU DYNAMICZNEGO PRZEKŁADNI ZĘBATEJ W RÓŻNYCH WARUNKACH EKSPLOATACYJNYCH

Diagnostyka stanu wibracyjnego fundamentu zespołu pomp diagonalnych.

Ćwiczenie 6 IZOLACJA DRGAŃ MASZYNY. 1. Cel ćwiczenia

WIBROIZOLACJA określanie właściwości wibroizolacyjnych materiałów

DRGANIA ELEMENTÓW KONSTRUKCJI

POLITECHNIKA ŁÓDZKA INSTYTUT OBRABIAREK I TECHNOLOGII BUDOWY MASZYN. Ćwiczenie D - 4. Zastosowanie teoretycznej analizy modalnej w dynamice maszyn

Zasady i kryteria zaliczenia: Zaliczenie pisemne w formie pytań opisowych, testowych i rachunkowych.

Spis treści. Wstęp Część I STATYKA

TEORIA MASZYN I MECHANIZMÓW ĆWICZENIA LABORATORYJNE

Tabela 3.2 Składowe widmowe drgań związane z występowaniem defektów w elementach maszyn w porównaniu z częstotliwością obrotów [7],

Nazwisko i imię: Zespół: Data: Ćwiczenie nr 1: Wahadło fizyczne. opis ruchu drgającego a w szczególności drgań wahadła fizycznego

Drgania poprzeczne belki numeryczna analiza modalna za pomocą Metody Elementów Skończonych dr inż. Piotr Lichota mgr inż.

Ćwiczenie M-2 Pomiar przyśpieszenia ziemskiego za pomocą wahadła rewersyjnego Cel ćwiczenia: II. Przyrządy: III. Literatura: IV. Wstęp. l Rys.

Analiza możliwości ograniczenia drgań w podłożu od pojazdów szynowych na przykładzie wybranego tunelu

wiczenie 15 ZGINANIE UKO Wprowadzenie Zginanie płaskie Zginanie uko nie Cel wiczenia Okre lenia podstawowe

Ć w i c z e n i e K 4

Wyważanie wirników sztywnych w łożyskach własnych. Dopuszczalne niewyważenie resztkowe

Struktura układu pomiarowego drgań mechanicznych

Modelowanie utraty stabilności układu wirnik łożyska przy stochastycznej zmienności danych wejściowych

DIAGNOZOWANIE Ł O Ż YSKA ROLKI NAPINACZA PASKA ROZRZĄ DU SILNIKA SPALINOWEGO PRZY WYKORZYSTANIU DRGAŃ

Teoria maszyn mechanizmów

Laboratorium POMIAR DRGAŃ MASZYN W ZASTOSOWANIU DO OCENY OGÓLNEGO STANU DYNAMICZNEGO

INSTRUKCJA DO ĆWICZENIA NR 7

Najwcześniejsze rozpoznanie

3 Podstawy teorii drgań układów o skupionych masach

MONITOROWANIE NIEWYWAŻENIA ORAZ WYWAŻANIE WIRNIKÓW SILNIKÓW INDUKCYJNYCH

Karta (sylabus) modułu/przedmiotu [Mechanika i Budowa Maszyn] Studia drugiego stopnia

OKREŚ LANIE CHARAKTERYSTYK DRGANIOWYCH SILNIKÓW TURBINOWYCH W STANACH NIEUSTALONYCH

Mechanika teoretyczna

Bąk wirujący wokół pionowej osi jest w równowadze. Momenty działających sił są równe zero (zarówno względem środka masy S jak i punktu podparcia O).

ALGORYTM OBLICZENIOWY DRGAŃ SWOBODNYCH Ł OPATKI WIRNIKOWEJ

BADANIE CHARAKTERYSTYK DYNAMICZNYCH DLA RÓŻNYCH KONFIGURACJI ROBOTA CHIRURGICZNEGO

Centrum Techniki Okrętowej S.A. Zespół Laboratoriów Badań Środowiskowych

MECHANIKA 2. Drgania punktu materialnego. Wykład Nr 8. Prowadzący: dr Krzysztof Polko

Opis ćwiczenia. Cel ćwiczenia Poznanie budowy i zrozumienie istoty pomiaru przyspieszenia ziemskiego za pomocą wahadła rewersyjnego Henry ego Katera.

SYMULACJA OBLICZENIOWA OPŁYWU I OBCIĄŻEŃ BEZPRZEGUBOWEGO WIRNIKA OGONOWEGO WRAZ Z OCENĄ ICH ODDZIAŁYWANIA NA PRACĘ WIRNIKA

WIBROIZOLACJA określanie właściwości wibroizolacyjnych materiałów

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

WYKORZYSTANIE MES DO WYZNACZANIA WPŁYWU PĘKNIĘCIA W STOPIE ZĘBA KOŁA NA ZMIANĘ SZTYWNOŚCI ZAZĘBIENIA

EFFICIENCY VIBROISOLATION IN GENERATOR ENERGY

WPŁYW WZROSTU DAWKI PALIWA NA ZMIANY AMPLITUD SKŁADOWYCH HARMONICZNYCH DRGAŃ SKRĘTNYCH WAŁU ZESPOŁU SPALINOWO-ELEKTRYCZNEGO

Ćw. nr 31. Wahadło fizyczne o regulowanej płaszczyźnie drgań - w.2

OCENA STOPNIA ZUŻYCIA ZESPOŁU WENTYLATORA NA PODSTAWIE POMIARU I ANALIZY DRGAŃ ŁOŻYSK

Opis ruchu obrotowego

W NACZYNIU WIRUJĄCYM WOKÓŁ OSI PIONOWEJ

Wyznaczanie przyspieszenia ziemskiego za pomocą wahadła rewersyjnego (Katera)

Ćwiczenie: "Silnik indukcyjny"

IDENTYFIKACJA WSPÓŁCZYNNIKÓW DYNAMICZNYCH ŁOŻYSK Z UWZGLĘDNIENIEM NIEWYWAŻENIA WAŁU

PRZESTRZENNY MODEL PRZENOŚNIKA TAŚMOWEGO MASY FORMIERSKIEJ

Ć w i c z e n i e K 3

BADANIE JEDNOFAZOWEGO SILNIKA ASYNCHRONICZNEGO Strona 1/5

RÓWNANIE DYNAMICZNE RUCHU KULISTEGO CIAŁA SZTYWNEGO W UKŁADZIE PARASOLA

Dobór silnika serwonapędu. (silnik krokowy)

Ćwiczenie: "Silnik prądu stałego"

PL B1. AKADEMIA GÓRNICZO-HUTNICZA IM. STANISŁAWA STASZICA, Kraków, PL BUP 17/09

SYSTEMY MES W MECHANICE

INSTRUKCJA DO ĆWICZENIA NR 5

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

BADANIE ZJAWISK PRZEMIESZCZANIA WSTRZĄSOWEGO

Wyważanie wirników 1. Wprowadzenie

2. POMIAR WZGLĘDNEJ I BEZWZGLĘDNEJ FAZY DRGAŃ

Laboratorium Dynamiki Maszyn

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

ĆWICZENIE NR.6. Temat : Wyznaczanie drgań mechanicznych przekładni zębatych podczas badań odbiorczych

ANALiZA WPŁYWU PARAMETRÓW SAMOLOTU NA POZiOM HAŁASU MiERZONEGO WEDŁUG PRZEPiSÓW FAR 36 APPENDiX G

Mechanika ogólna Wydział Budownictwa Politechniki Wrocławskiej Strona 1. MECHANIKA OGÓLNA - lista zadań 2016/17

Drgania układu o wielu stopniach swobody

Mgr inż. Wojciech Chajec Pracownia Kompozytów, CNT Mgr inż. Adam Dziubiński Pracownia Aerodynamiki Numerycznej i Mechaniki Lotu, CNT SMIL

Wytrzymałość Materiałów

10. Wykrywanie doraźnych uszkodzeń łożysk tocznych metodami wibroakustycznymi

1. Obliczenia wytrzymałościowe elementów maszyn przy obciążeniu zmiennym PRZEDMOWA 11

NUMERYCZNO-DOŚWIADCZALNA ANALIZA DRGAŃ WYSIĘGNICY KOPARKI WIELOCZERPAKOWEJ KOŁOWEJ

Równa Równ n a i n e i ru r ch u u ch u po tor t ze (równanie drogi) Prędkoś ędkoś w ru r ch u u ch pros pr t os ol t i ol n i io i wym

WYBRANE METODY BADAŃ MASZYN ELEKTRYCZNYCH Z MAGNESAMI TRWAŁYMI

BADANIE WRAŻ LIWOŚ CI WIBROAKUSTYCZNEJ SYMPTOMÓW MECHANICZNYCH USZKODZEŃ SILNIKÓW SPALINOWYCH

O 2 O 1. Temat: Wyznaczenie przyspieszenia ziemskiego za pomocą wahadła rewersyjnego

Zadanie nr II-22: Opracowanie modelu aktywnego ustroju dźwiękochłonno-izolacyjnego o zmiennych tłumieniu i izolacyjności

POMIAR PRĘDKOŚCI DŹWIĘKU METODĄ REZONANSU I METODĄ SKŁADANIA DRGAŃ WZAJEMNIE PROSTOPADŁYCH

Mechanika ogólna. Kinematyka. Równania ruchu punktu materialnego. Podstawowe pojęcia. Równanie ruchu po torze (równanie drogi)

Ćwiczenie EA8 Prądnice tachometryczne

BADANIA GRUNTU W APARACIE RC/TS.

DYNAMIKA KONSTRUKCJI BUDOWLANYCH

DRGANIA SWOBODNE UKŁADU O DWÓCH STOPNIACH SWOBODY. Rys Model układu

Mechanika ogólna / Tadeusz Niezgodziński. - Wyd. 1, dodr. 5. Warszawa, Spis treści

WYBÓR PUNKTÓW POMIAROWYCH

Politechnika Poznańska Instytut Technologii Mechanicznej. Laboratorium MASZYN I URZĄDZEŃ TECHNOLOGICZNYCH. Nr 2

MODEL DYNAMICZNY STRUKTURY ŚMIGŁOWCA Z UWZGLĘDNIENIEM WARUNKÓW KONTAKTOWYCH PODWOZIE - PODŁOŻE

Politechnika Białostocka INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

DETEKCJA FAL UDERZENIOWYCH W UKŁADACH ŁOPATKOWYCH CZĘŚCI NISKOPRĘŻNYCH TURBIN PAROWYCH

Analiza drgań skrętnych wału śmigłowego silnika lotniczego PZL-200 podczas pracy z zapłonem awaryjnym

Detekcja asymetrii szczeliny powietrznej w generatorze ze wzbudzeniem od magnesów trwałych, bazująca na analizie częstotliwościowej prądu

Transkrypt:

ZESZYTY NAUKOWE AKADEMII MARYNARKI WOJENNEJ ROK XLX NR 2 (177) 2009 Andrzej Grzą dziela Akademia Marynarki Wojennej NOWOCZESNE METODY POMIARU DRGAŃ W IDENTYFIKACJI B ŁĘDÓW TECHNOLOGICZNYCH MASZYN WIRUJĄ CYCH STRESZCZENIE Ocenę stanu dynamicznego maszyn wirujących przeprowadza się najczęściej za pomocą różnych metod pomiaru drgań. Stosowane dotychczas sposoby oceny stanu technicznego układów wirnikowych wiązały się z przeprowadzeniem badań w trybie off-line lub on-line, w stanach ustalonych obciążeń. Alternatywą są pomiary w stanach nieustalonych z wykorzystaniem sygnału synchronizującego lub analizy rzędów. Przedstawione w artykule metody pomiaru i analizy drgań są dedykowane dla maszyn wirujących, w których powstanie niewyrównoważenia, rezonansu lub przekroczenie tolerowanych odchyłek współosiowości wałów prowadzić może do ich gwałtownej destrukcji. Dodatkową zaletą jest możliwość oceny stanu dynamicznego wirników w stanach nieustalonych bez konieczności pozyskiwania sygnałów synchronizujących. Takie rozwiązanie jest szczególne przydane dla stacjonarnych turbozespołów oraz dla okrętowych turbinowych silników spalinowych. Słowa kluczowe: wirniki, drgania, niewyrównoważenie, modelowanie. WSTĘP Specyfika eksploatacji i przeznaczenie okrętów Marynarki Wojennej sprawiają, że okrętowe układy napędowe pracują w warunkach odmiennych i bardziej złożonych niż stacjonarne układy napędowe. Monitorowanie stanu technicznego wirników okrętowych turbinowych silników spalinowych poprzez pomiar drgań pozwala na rozpoznanie zmian stanu dynamicznego współpracujących elementów. 7

Andrzej Grządziela Przekroczenie, w trakcie eksploatacji, tolerowanego niewyrównoważenia wirników powoduje wzrost dyssypowanej energii drgań. Konsekwencją może być wzbudzanie drgań rezonansowych oraz wzrost obciążenia dynamicznego. W trakcie eksploatacji wirniki silników turbinowych narażone są na występowanie drgań giętych, skrętnych i wzdłużnych. Praca wirnika wytwornicy spalin lub turbiny napędowej powinna być zatem rozpatrywana jako układ drgający skrętno-giętno-wzdłużny. Pozwala to na wiarygodną ocenę stanu technicznego oraz trafną identyfikację uszkodzeń pierwotnych i wtórnych. Stosowane dotychczas sposoby oceny stanu technicznego układu wirnikowego wiązały się z przeprowadzeniem badań drganiowych w trybie off-line w stanach ustalonych obciążeń, często bez wykorzystywania synchronizmu sygnałów. Alternatywą są pomiary w stanach nieustalonych z wykorzystaniem sygnału synchronizującego lub analizy rzędów. Innym sposobem identyfikacji niewyrównoważenia jest możliwość wykorzystania procedury AUTOTRACKING, szczególnie przydatnej w sytuacji braku możliwości pozyskania bezpośrednio sygnału synchronizującego. Przydatność poszczególnych metod powinna być zweryfikowana na stanowiskach laboratoryjnych ze względu na potencjalną możliwość wykonania czynnego eksperymentu diagnostycznego oraz znaczącą redukcję kosztów. Uzyskane wyniki mogą również posłużyć do identyfikacji dynamicznych modeli numerycznych. NIEWYRÓWNOWAŻENIE WIRNIKA Obiekt wirujący, który wywołuje dynamiczne obciążenie łożysk, definiowany jest jako niewyrównoważony. Drgania łożyska są wytwarzane przez wzajemne oddziaływania części składowych masy niewyrównoważonej wraz z przyspieszeniem promieniowym, które wskutek obrotu są źródłem siły odśrodkowej. Podczas wirowania części składowych niewyrównoważonej masy zmienia się także kierunek siły odśrodkowej wokół osi obrotu, starając się przesunąć obiekt w jego łożyskach wzdłuż linii działania siły. Dowolny punkt łożyska doświadcza siły okresowej. Przy obracaniu się wirnika (wału) z prędkością kątową ω wartość siły odśrodkowej od niewyrównoważonej masy m n określa się wzorem (1) [4]. 2 F = mn r ω, (1) gdzie: r wektor wodzący określający położenie środka ciężkości masy m n. 8 Zeszyty Naukowe AMW

Nowoczesne metody pomiaru drgań w identyfikacji błędów technologicznych Rys. 1. Niewyrównoważona tarcza wirnika: S środek ciężkości, O oś obrotu, e mimośrodowość środka ciężkości [4] Moment statyczny niewyrównoważonej masy względem osi wirnika N = m nazywa się niewyrównoważeniem. Moduł wektora niewyrównoważenia N = mn r nazwa się wartością niewyrównoważenia, a kąt α (rys. 1.) kątem niewyrównoważenia. Wektor niewyrównoważenia nie zależy od prędkości kątowej ω wyłącznie w przypadku wirnika nieodkształcalnego, czyli wału, dla którego r = const. Zakładając, że dwa przeciwnie skierowane wektory niewyrównoważenia N i N działają na wirnik nieodkształcalny (rys. 2b), powstanie moment niewyrównoważenia M n określony zależnością (2). n r M n = N l, (2) gdzie: l ramię działania niewyrównoważenia [4]. W rzeczywistych maszynach wirnikowych siła działająca na łożysko składa się z siły wstępnej pochodzącej od części składowych masy niewyrównoważonej na płaszczyźnie łożyska lub w jej pobliżu i siły wtórnej wynikającej ze składowych mas niewyrównoważonych w innych płaszczyznach. Stan niewyrównoważenia wirnika jest jednoznacznie określony wektorem głównym niewyrównoważenia i momentem głównym niewyrównoważenia lub dwoma wektorami niewyrównoważenia, w ogólnym przypadku różnymi co do wartości i kierunku, leżącymi w dwóch dowolnie przyjętych płaszczyznach prostopadłych do wirnika. 2 (177) 2009 9

Andrzej Grządziela a) b) c) Rys. 2. Przykłady niewyrównoważenia [5] Ze względu na metody pomiarowe niewyrównoważenie dzieli się na: statyczne, gdy środek ciężkości wirnika znajduje się poza osią obrotu tegoż wirnika, a geometryczna i główna oś bezwładności układu są równoległe wartość mimośrodowości e > 0 (rys. 2a); momentowe, gdy oś obrotu i główna oś bezwładności układu przecinają się w środku ciężkości wirnika, a związane z masami niewyrównoważenia siły odśrodkowe tworzą wirującą parę sił (rys. 2b); quasi-statyczne, gdy na doskonale wyrównoważonym wirniku umieści się masę niewyrównoważoną w płaszczyźnie poprzecznej nieprzechodzącej przez środek ciężkości wirnika [2, 3]; dynamiczne, gdy środek ciężkości wirnika znajduje się poza osią obrotu tegoż wirnika, a oś obrotu i główna oś bezwładności układu są w stosunku do siebie skośne (rys. 2c). Każde niewyrównoważenie obiektów rzeczywistych jest w istocie niewyrównoważeniem dynamicznym, ponieważ objawia się ono wyłącznie w ruchu. Dlatego niewyrównoważenie statyczne, niewyrównoważenie momentowe i niewyrównoważenie quasi-statyczne są szczególnymi przypadkami niewyrównoważenia dynamicznego, które można rozpatrywać jedynie teoretycznie dla technologicznych procesów wyrównoważania. DRGANIA GIĘTNE I KRYTYCZNA PRĘDKOŚĆ OBROTOWA WAŁU W trakcie ruchu obrotowego wirnika silnika turbinowego w pewnych zakresach prędkości obrotowej obserwuje się zjawisko drgań giętnych wału. Występowanie drgań giętnych wału w ruchu obrotowym wynika z jego niewyrównoważenia, 10 Zeszyty Naukowe AMW

Nowoczesne metody pomiaru drgań w identyfikacji błędów technologicznych a także w przypadku bardziej skomplikowanych układów z ewentualnego przemieszczenia i załamania osi wałów. Wartość amplitudy drgań zależy od wartości mimośrodu e przemieszczenia środka ciężkości wirującego elementu w stosunku do teoretycznej osi obrotu oraz od wartości jego prędkości obrotowej. Dodatkowo na wirnik działa reakcja powstająca wskutek nierównomiernego pola strumienia powietrza i spalin w obszarze wytwornicy spalin i turbiny napędowej. Ze względu na zmęczeniowy charakter drgania giętne (podobnie jak skrętne), przy krytycznej prędkości obrotowej, są przyczyną powstania pęknięć zmęczeniowych, w konsekwencji uszkodzenia lub zniszczenia wału wirnika. Najbardziej narażony na tego typu obciążenia jest wał wytwornicy spalin, który pracuje w zakresie temperatur od t = 15 do t = 450 C, co znacząco wpływa na powstawanie korozji zmęczeniowej. W celu uniknięcia niebezpieczeństwa wystąpienia rezonansu wprowadza się przedział prędkości obrotowych (0,7 1,4) n kr, w którym zakazana jest eksploatacja urządzenia w sposób ciągły (rys. 3.), a jedynie podczas akceleracji i deceleracji urządzenia. Stąd też istotna jest identyfikacja prędkości krytycznych wałów wirnika silnika turbinowego. δ e Rys. 3. Wykres zmienności współczynnika y δ e = w zależności od stosunku prędkości e y ugięcie, e mimośrodowość [2] n n kr n : n kr Zadanie określenia krytycznej prędkości obrotowej od drgań giętnych wirnika, przy której następuje rezonans, sprowadza się do wyznaczenia częstotliwości giętnych drgań swobodnych. Ze wzoru (3) można obliczyć, z dokładnością 10 20%, przybliżoną wartość okresu T podstawowych drgań swobodnych wału wielopodporowego [1]. 2 (177) 2009 11

Andrzej Grządziela T f = 2π, (3) g gdzie: T okres drgań swobodnych [s]; f strzałka ugięcia od ciężarów własnych elementów wału dla najdłuższej odległości między podporami [m]; g przyspieszenie ziemskie 9,81 [m/s 2 ]. MODEL LABORATORYJNY WIRNIKA Badania miały na celu weryfikację przydatności wybranej techniki symulacyjnej w badaniu częstości własnych wirnika (rys. 4a) przy użyciu młotka modalnego. Następnie porównano otrzymane częstości z wynikami obliczeń przeprowadzonych z wykorzystaniem systemu CAE Ansys Workbench 11.0 na modelu przestrzennym (rys. 4b) i finalnie zidentyfikowano częstości drgań własnych w widmie amplitudowym drgań z uwzględnieniem zmian wartości niewyrównoważenia. a) b) Rys. 4. Urządzenie laboratoryjne firmy SCHENCK: a) obiekt rzeczywisty, b) model przestrzenny 12 Zeszyty Naukowe AMW

Nowoczesne metody pomiaru drgań w identyfikacji błędów technologicznych Przeprowadzone pomiary przy użyciu młotka modalnego miały na celu wyznaczenie częstości drgań własnych wirnika, które w dalszym etapie wykorzystano do oceny stanu dynamicznego maszyny. Badania wykonano przy użyciu analizatora sygnałów typu B&K 3560-B-120, przetwornika akcelerometrycznego typu B&K 4398 oraz młotka modalnego typu B&K 8206-003. W celu przeprowadzenia badań wirnik został wymontowany z pierwotnego posadowienia. Następnie wykonano pięć pomiarów dla różnych konfiguracji zamocowania czujnika akcelerometrycznego i miejsc przyłożenia wzbudnika udarowego. Miejsca zamontowania akcelerometru (strzałka szara) i punkt przyłożenia wzbudnika (strzałka czarna) na badanym obiekcie dla przykładowego pomiaru przedstawia rysunek 5. Rys. 5. Miejsce pomiarowe i punkt przyłożenia wzbudnika dla pomiaru nr 1 W wyniku przeprowadzonych badań uzyskano charakterystyki częstotliwościowe i wykresy koherencji (rys. 6. i 7.). Poddając analizie otrzymane charakterystyki, wytypowano częstotliwości, którym odpowiadał wzrost amplitudy drgań i wartość koherencji najbliższa jedności. Wartości tych częstotliwości odpowiadają częstościom drgań własnych wirnika (tabela 1.). Tabela 1. Częstości drgań własnych częstotliwość [Hz] częstość [rad/s] 1 2 4 5 6 7 8 9 10 16 410 414 710 804 1438 1494 1804 2798 100,53 2576,1 2601,2 4461 5051,6 9035,2 9387 11334 17580 2 (177) 2009 13

Andrzej Grządziela Rys. 6. Charakterystyka częstotliwościowa przykładowego pomiaru Rys. 7. Wykres koherencji dla przykładowego pomiaru WYNIKI BADAŃ Z WYKORZYSTANIEM PROGRAMU ANSYS WORKBENCH 11.0 Do przeprowadzenia badań z wykorzystaniem techniki CAE Ansys Workbench 11.0 wykorzystano wirnik stworzonego wcześniej modelu urządzenia laboratoryjnego przedstawionego na rysunku 4. Wirnik ten poddano analizie modalnej. Badania przeprowadzono dla dwóch sposobów utwierdzenia. W pierwszym przypadku (pomiar nr 1) wirnik został utwierdzony w dwóch miejscach odpowiadających zamocowaniu na łożyskach. W punkcie A utwierdzono wirnik promieniowo i osiowo, a w punkcie B wyłącznie promieniowo (rys. 8a). W drugim przypadku (pomiar nr 2) wirnik utwierdzono osiowo w punkcie C (rys. 8b), co odpowiadało warunkom badania młotkiem modalnym. W wyniku przeprowadzonych obliczeń otrzymano częstości drgań własnych dla dwóch sposobów utwierdzenia. Wyniki przedstawiono w tabeli 2. Rys. 8a. Miejsca utwierdzenia nr 1 Rys. 8b. Miejsca utwierdzenia nr 2 14 Zeszyty Naukowe AMW

Nowoczesne metody pomiaru drgań w identyfikacji błędów technologicznych częstość częstość drgań własnych Tabela 2. Częstości drgań własnych wirnika pomiar nr 1 pomiar nr 2 częstotliwość drgań własnych częstość drgań własnych częstotliwość drgań własnych nr ω [rad/s] f [Hz] ω [rad/s] f [Hz] 1 67,8051 10.797 67,80516 10,797 2 2603,1856 414,52 116,88964 18,613 3 3204,37 510,25 158,78352 25,284 4 5197,8304 827,68 3204,37 510,25 5 7604,452 1210,9 4271,7816 680,22 6 7591,892 1208,9 WYNIKI BADAŃ Z WYKORZYSTANIEM SYGNAŁÓW SYNCHRONIZUJĄCYCH Badania przeprowadzono na wirniku urządzenia laboratoryjnego firmy SCHENCK (rys. 4.). Zadaniem czynnego eksperymentu była identyfikacja częstości drgań własnych wirnika w widmie amplitudowym drgań i porównanie ich z wynikami symulacji w środowisku MES oraz wynikami badań młotkiem modalnym. Dla potrzeb identyfikacji dokonano pomiarów prędkości i przyśpieszeń drgań układu przy użyciu analizatora sygnałów typu B&K 3560-B-120, przetworników akcelerometrycznych oraz sondy tachometrycznej. Dla oceny wpływu niewyrównoważenia na wartości mierzonych parametrów drgań wykonano cztery pomiary dla czterech stanów dynamicznych wirnika: bez masy dodatkowej pomiar nr 1; z masą dodatkową m = 2g umieszczoną na 120 podziałki tarczy nr I pomiar nr 2; z dwoma masami dodatkowymi, każda o podziałki tarczy nr I pomiar nr 3; z trzema masami dodatkowymi, każda o i 60 podziałki tarczy nr I pomiar nr 4. m = 2g, umieszczonymi na 120 i 90 m = 2g, umieszczonymi na 120, 90 2 (177) 2009 15

Andrzej Grządziela Analizę widmową rozruchu i wybiegu wirnika przedstawiono na rysunku 9. Strzałką oznaczono amplitudę drgań wzdłużnych drugiej harmonicznej przyspieszeń drgań. Rys. 9. Widmo amplitudowo-częstotliwościowe przyspieszeń drgań dla pomiaru nr 1 Na podstawie wykonanych badań i pomiarów oraz analizy wartości amplitud drgań odpowiadających częstościom wymuszenia wyznaczono częstotliwości rezonansowe w widmach amplitudowych drgań. WNIOSKI W tabeli 3. zestawiono częstotliwości drgań własnych wirnika otrzymane w wyniku przeprowadzonych badań oraz dokonanej identyfikacji wymuszeń rezonansowych w widmie przyspieszeń drgań wirnika. Badany element współpracuje z silnikiem elektrycznym, którego maksymalna prędkość obrotowa wynosi n = 1480 obr/min (f 0 = 24,6 Hz). Analizując wyniki z tabeli 3., należy zauważyć, że częstotliwości drgań własnych przestrzennego modelu wirnika uzyskane w trakcie przeprowadzonych badań nie pokrywają się w pełni z wynikami otrzymanymi przy 16 Zeszyty Naukowe AMW

Nowoczesne metody pomiaru drgań w identyfikacji błędów technologicznych użyciu młotka modalnego oraz z wynikami analizy widmowej drgań. Na wartość otrzymanych wyników wpływ miały zastosowane formy uproszczeń w modelowaniu obiektu przestrzennego oraz niepełne odzwierciedlenie warunków rzeczywistych w trakcie prowadzonych badań symulacyjnych, obejmujące między innymi pominięcie wpływu sztywności łożysk. Z uwagi na zgodność rzędów wielkości otrzymanych częstości można jednak przyjąć poprawność zastosowanej metody wyznaczania częstości drgań własnych. Z powyższego powodu zaproponowano zastosowanie tej metody do określenia wartości częstości drgań rezonansowych wirnika okrętowego silnika turbinowego. BIBLIOGRAFIA [1] Cudny K., Linie wałów okrętowych, Wydawnictwo Morskie, Gdańsk 1976. [2] Czyż W., Mechanika ogólna, Akademia Marynarki Wojennej, Gdynia 1993. [3] Grządziela A., Wybrane problemy dynamiki okrętowych wałów napędowych, Polish Maritime Researches, 1999, No 3, pp. 29 30. [4] Łączkowski R., Wyważanie elementów wirujących, WNT, Warszawa 1979. [5] http://www.schenck-rotec.pl/seminars_/index.php MODERN METHODS USED TO MEASURE VIBRATIONS IN IDENTIFICATION OF TECHNOLOGICAL ERRORS IN ROTATING MACHINES ABSTRACT Evaluation of dynamic condition of rotating machines is carried out most often with different vibration measurement methods. The methods for evaluating technical condition of rotors used hitherto have been based on off-line or on-line inspections under fixed load conditions. Measurements under non-fixed conditions with use of synchronizing signal or order analysis constitute an alternative. The methods used to measure and analyze vibrations presented in the 2 (177) 2009 17

Andrzej Grządziela paper are dedicated for rotating machines in which occurrence of misbalancing, resonance or exceeding tolerable deviation in coaxial condition of shafts can lead to their sudden destruction. An additional advantage is ability to dynamically evaluate rotors in non-fixed conditions without necessity to obtain synchronizing signals. Such a solution is especially useful for stationary turbosets and shipboard turbine internal combustion engines. Keywords: rotors, vibrations, misbalancing, modeling. Recenzent prof. dr hab. inż. Jan Adamczyk 18 Zeszyty Naukowe AMW