См. также: Динамическая модель вибрации двигателя
Dynamic balancing of
super-critical rotating structures using slow-speed data via parametric
excitation
Динамическая балансировка гибких вращающихся структур с использованием
низкоскоростных данных с помощью параметрического возбуждения
Shachar Tresser, Amit Dolev and Izhak Bucher
2017
ABSTRACT
ПРЕДИСЛОВИЕ
High-speed machinery is often designed to pass several
“critical speeds”, where vibration levels can be very high. To reduce
vibrations, rotors usually undergo a mass balancing process, where the machine
is rotated at its full speed range, during which the dynamic response near
critical speeds can be measured. High sensitivity, which is required for a
successful balancing process, is achieved near the critical speeds, where a
single deflection mode shape becomes dominant, and is
excited by the projection of the imbalance on it. The requirement to rotate the
machine at high speeds is an obstacle in many cases, where it is impossible to
perform measurements at high speeds, due to harsh conditions such as high
temperatures and inaccessibility (e.g., jet engines).
Высокоскоростные агрегаты часто
проектируются с расчетом на прохождение через некоторые «критические скорости»,
на которых уровень вибрации достигает высоких значений. В целях снижения уровня
вибрации роторы подвергают процессу балансировки, при котором изделие гоняют во
всем диапазоне скоростей, с таким приближением к
критическим, при котором можно измерить динамическую реакцию на возмущение.
Высокая чувствительность, необходимая для успешной балансировки, появляется
близко к критическим скоростям, где одиночный прогиб вала становится
доминирующей формой и вызывается появлением дисбалансирующего выступа.
Раскрутка машины на больших скоростях невозможна во многих случаях, когда такие
скорости делают измерения невозможными по причине жестких условий: высоких
температур и недоступности для установки датчиков (например, в случае
реактивных двигателей).
This paper proposes a novel balancing method of
flexible rotors, which does not require the machine to be rotated at high speeds.
With this method, the rotor is spun at low speeds, while subjecting it to a set
of externally controlled forces. The external forces comprise a set of tuned,
response dependent, parametric excitations, and nonlinear stiffness terms. The
parametric excitation can isolate any desired mode, while keeping the response
directly linked to the imbalance. A software controlled nonlinear stiffness
term limits the response, hence preventing the rotor to become unstable. These
forces warrant sufficient sensitivity required to detect the projection of the
imbalance on any desired mode without rotating the machine at high speeds.
Analytical, numerical and experimental results are shown to validate and
demonstrate the method.
В данной статье предложен новый
метод балансировки гибких роторов, не требующий прокрутки машины на высоких
скоростях. Наш метод позволяет изгибать ротор на малых скоростях, приводя его в
состояние, в котором он находится при экстремальных нагрузках. Внешние нагрузки
создаются совокупностью настроенных параметрических возбуждений с хорошей
реакцией, с нелинейным членом, характеризующим жесткость. С помощью таких
возбуждений можно добиться нужной формы колебаний, так как устойчивая реакция
позволяет оценивать дисбаланс. Компьютерная программа, контролирующая
нелинейный член жесткости, ограничивает реакцию, предотвращая
таким образом нестабильность состояния ротора. Такие нагрузки обеспечивают
достаточную чувствительность, необходимую для обнаружения дисбалансирующего
выступа при какой-либо форме волны без прокрутки машины на больших скоростях.
Приведены аналитические, численные и экспериментальные результаты,
демонстрирующие и подтверждающие эффективность метода.