מה ההבדל בין כרית הטיה למכלולי מיסבי דחף רפידים קבועים?

ההבדל בין ערכות מיסבי דחף של-רפידות-קבועות הוא לא שאתה אוהב יותר. המפתח הוא לראות אם ניתן להתאים את צורת המיסב בהתאם לתנאי ההפעלה בפועל. מיסב התותב הקבוע נושא עומס דרך זווית טריז אשר נחתכה לתוך משטח הרפידה בעת יצירת התותב. אם הטריז אינו תואם את המהירות הנוכחית, טמפרטורת השמן או חלוקת העומס, המיסב יעבוד גרוע או יישבר. אמכלול מיסב דחף של רפידת הטיה, מצד שני, מאפשר לכל כרית לסובב את הציר שלה. הוא מסתובב עד שהעובי והצורה של סרט השמן עומדים בתנאי ההפעלה הנוכחיים. הבדלים בין שני המכשירים שולטים בקיבולת העומס, ביציבות החום, בסובלנות לסטייה ומשך הנשיאה. קשה לראות אפקטים אלה בתמונות סטילס.

מאמר זה יסביר כיצד להפוך כל הגדרה לשונה בצורה פיזית, כיצד פועל קטע הכוונון העצמי-, היכן כל הגדרה עובדת היטב ומה מאלץ אותך לבחור סוג.

תצורת הפנקס-הקבועה: ערכת גיאומטריה בייצור

מיסבי דחף- קבועים של רפידות- בין אם מתחדדים, שטוחים עם חריצים או מדורגים-מעניקים לצווארון המסתובב צורת משטח סטטית. צורת עובי סרט השמן נקבעת על ידי צורת האטם בעת עזיבת הכלי. עבור עיצוב רצפה חרוטית, המשמעות היא זווית חרוטית פנימית לחיצונית יציבה (בדרך כלל 0.3 עד 1.2 אחוז מאורך הרפידה) בתוספת אזור שטוח בגב. קטעים צרים מייצרים לחץ הידרודינמי. אזורים שטוחים מפזרים את הלחץ על פני שטח רב יותר. ברגע שהרפידה נכנסת, לא ניתן לשנות את הזוויות.

התוצאה של צורות קבועות היא שצורת הסרט הטובה ביותר מתאימה רק לסט של מהירויות, עובי שמן ועומסים. במהירויות נמוכות יותר, אותו חרוט מייצר לחץ נמוך מדי מכיוון שמהירות הנוזל נמוכה מדי. במהירויות גבוהות יותר, אותם קונוסים יכולים להפעיל לחץ רב מדי ליד הקצה הקדמי. זה מעלה את הטמפרטורה המקומית ומוריד את עובי שכבת השמן שאתה הכי צריך. כתוצאה מכך, עיצוב הרפידה הקבועה מאלץ את המעצב לבחור צורה בינונית שתכסה את הטווח הצפוי של תנאי ההפעלה. המיסב יעבוד גרוע יותר בשני קצוות הטווח (Wilcock & Booser, 1957).

איך פועלים רפידות הטיה: מנגנון הציר

בכל מערך מיסב דחף מסתובב, כל רפידה יושבת בנקודת ציר. זה איפשהו בין אמצע הרפידה לקצה האחורי שלה. כשהצווארון מסתובב, משיכה דביקה שואבת שמן לתוך הרווח הצר. פער זה נגרם על ידי כריות המיקום המוטות. שדה לחץ השמן שנוצר יוצר כוחות סיבוב סביב הציר. האטם מסתובב עד שהכוח מאוזן על ידי הדחף הנתמך למטה. האיזון מתרחש כאשר הרפידה נוטה בזווית כדי לעצב את עובי סרט השמן, ומספקת מספיק לחץ כדי לשמור על העומס המופעל.

הישיבה של הציר ביחס לאמצע התותב משנה את אופן פעולת המיסב:

ציר מרכזי (50% מאורך האטם): בעומסים אחידים, עובי הסרט שווה בערך בין הקצוות הקדמיים והאחוריים. המיסב נוטה להיות ניטרלי ויציב.

ציר אקסצנטרי (55-65% מאורך החזית לריפוד): זה הופך את הסרט לעבה יותר בקצה האחורי מאשר בחזית. כושר הנשיאה של כל אזור שופר, והיכולת לעמוד בפני עיוות חום שופרה. אבל זה מקטין את שולי עובי הסרט המינימלי כאשר הוא מופעל. זוהי ההגדרה המשמשת ברוב הטורבינות של המפעל ובמיסבי המדחס (Khonsari & Booser, 2008).

ציר מושב כדורי: זה מטה את האטם בכיוון מעגלי ולאורך. זה גורם לציר הטיפול במסבים להתיישר ללא טעינת קצה. סוג זה של מיסב דחף נפוץ בהידרוגנרטור גדול.

המדע הבסיסי של פעולת הטיית-רפידה מתוארך לפטנט של אנתוני ג'ורג' מלדון מישל משנת 1905 ב-1905 והעבודה הנפרדת של אלברט קינגסברי שנעשתה באופן עצמאי בו-זמנית. שניהם הראו שכרית ציר יכולה למצוא את זווית ההטיה האופטימלית של כל מהירות ועומס נתונים בטווח תנועת הציר (Ettles, 1978).

חלוקת עומס: מדוע רפידות הטיה מטפלות בחוסר יישור

אחד ההבדלים הגדולים ביותר בין רפידות קבועות להטות הוא האופן שבו הם פועלים כאשר העומס אינו סביב מעגל הנושא.

במיסב אטם קבוע עם שישה או שמונה אטמים, אם הרוטור יחרוג ברוחב מיסב אפילו של 0.05-0.10 מ"מ, קבוצת אטמים תישא בעומס נוסף. לאטמים אחרים יש עומסים קטנים יותר או ללא עומסים. לאטמים בעומס יתר יש סרט דק יותר, חום גבוה יותר ובלאי מהיר יותר. אטמים עם עומס נמוך לא עוזרים בעומס, אבל הם עדיין יוצרים חום חיכוך על השמן החתוך. חוסר האיזון יכול להימשך מבלי לשים לב עד שהרפידה מתחממת מדי או שהצווארון נשרט.

במכלול מיסב הדחף של רפידת ההטיה, הנקע מטה את הרפידה הכבדה לכיוון סרט שמן נוסף. רפידות קלות משקל נוטות פחות. כל אטם משנה את הזווית שלו כדי לחלוק את העומס הכולל בצורה שווה יותר. איך לחלוק טוב יותר את העומס תלוי בכמה נקודת המשען זמינה. מגע חוטי קשיח עם הציר שולח הטרוגניות מסוימת של עומס לבית. כדור או מגע נקודתי עם הציר מאפשר לרפידה להסתובב בצורה חופשית יותר, כך שהיא מפזרת את העומס טוב יותר (Etsion & Fleming, 1977).

מבחינה מספרית, מחקרים המשתמשים בתאי עומס של חיישן מתח מראים שהטיה של פחות מ-20% מהגובה של שישה רפידות שומרת על הפרש העומס בין רפידות לכ-±15-25% מהעומס הממוצע. עם זאת, באותם תנאים, יחס העומס של רפידה קבועה הוא 3:1 בין הרפידה העמוסה ביותר לרפידה הפחות עמוסה (Mikula & Gregory, 1984, צוטט ב-Khonsari & Booser).

התנהגות תרמית וטמפרטורת הסרט

מיסב אטם קבוע הוא נקודה חמה שבה הטמפרטורה של סרט שמן מקומי גבוה ב-30-60 מעלות מזו של שמן שלם. זה תלוי בעומס ובמהירות. על הכרית החרוטית, אזור החום הגבוה ביותר נמצא קרוב לקצה הקטע המחודד. זה המקום שבו סרט השמן הוא הדק ביותר. מכיוון שלא ניתן לשנות את צורת החד, הנקודה החמה נשארת באותו מיקום לאורך כל המחזור. כאשר המיסב מחומם ומקורר מספר פעמים, הוא גורם לעיוות קבוע של רפידה, המכונה כתר חום. מרכז הרפידה גדול יותר מהקצוות הקרים יותר. זה יוצר בליטה מעוקלת המעמיסה יותר עומס על מרכז הרפידה (Boyd & Raimondi, 1962). הכתרה תרמית מצטברת לאורך זמן ואינה ניתנת לתיקון לאחר חריגה ממגבלת ההתאוששות האלסטית של חומר הרפידה.

במכלול מיסב דחף של רפידת הטיה, החלק המסובב של הרפידה נותן דרך להתכוונן בעצמו. כשהאטם מתחמם ומתחיל להיות מוכתר, שינויים בצורת פני השטח משנים את שדה הלחץ. זה משנה את מאזן הכוחות סביב נקודת המשען. לאחר מכן, המשטח עובר לזווית מעט שונה של זווית הטיית איזון. התאמה קטנה ויציבה זו מונעת מכל נקודה על פני הרפידה להישאר חמה לאורך זמן. במערכות הטיה-מעוצבות היטב, השיא וההפרש התרמי הממוצע הנמדדים הם בדרך כלל 15-30 מעלות. עבור מכלולי רפידות קבועים מאותה כיתה, הטמפרטורה שלהם היא 40-70 מעלות (Ettles, 1991).

יציבות: מערבולת,-צימוד צולב ורטט תת-סינכרוני

במכונת ספינינג-במהירות גבוהה, היציבות של יציבות תנועת הרוטור היא שיקול חשוב מאוד. מיסבי דחף- קבועים של רפידות, במיוחד אלה עם לולאות אדמה ללא-עצירות (ללא חריצים בין רפידות), יכולים להגביר את קשיחות הצימוד הצולבת. כוחות אלו הופכים את מערכות מיסב הרוטור-לפחות יציבות. כוחות אלו נובעים משינויים בקשיחות של סרט השמן סביב מעגל הנושא. הם יכולים לגרום לרעידות הנקראות סיבוב תת-סינכרוני במכונות עם פירים ניתנים לכיפוף, כגון טורבינות גז ומדחסים צנטריפוגליים (Lund, 1964).

מכלול מיסב דחף של רפידת הטיה מפסיק באופן טבעי את הצימוד הצולב-. הסיבה לכך היא שכל כרית פועלת באופן עצמאי ואינה מחוברת לאחרות. שום סרט שמן רציף לא מקיף דיסק אחד אחרי השני. שדה הלחץ של כל רפידה מסתיים בחריץ בין האטמים. קרע זה עוצר את הנתיב שאחרת היה שולח כוחות לא יציבים סביב מעגל הנושא. לכן, תקן API 617 עבור מדחסי תהליכים ו-ISO 10439 עבור טורבינות מפעל דורשים הטיית-מסבי דחף של רפידות עבור רוטורים שמסתובבים מעבר למהירות הקריטית הראשונה. עבור רוטורים אלה, אי-יציבות{10}}הצולבת היא הסיבה העיקרית לכשל (ISO 10439:2019).

התנעה-התנעה, כיבוי- ושחיקה של שימון על גבול

לשני סוגי המיסבים יש מגע נמוך עם פני השמן בעת ​​התנעה וסגירה. זה קורה כאשר מהירות הסחיטה נמוכה מהרמה הדרושה לשמירה על סרט שמן מלא. זה ההבדל בזמן בין שתי ההגדרות.

למיסבי אטם- קבועים, במיוחד עיצובי קרקע חרוטיים עם אזורים שטוחים בקצה האחורי, יש מגע ישיר ממתכת-ל-מתכת בכל האזור השטוח במהלך ההפעלה-. במהירויות נמוכות, אין טריזים צרים יותר באזור השטוח. הוא משמש לפיזור עומס במהירויות רגילות. במחזורי התנעה ועצירה רבים, מגע זה מביא לבלאי מדיד במטוס. המהירות שבה מתרחשת הבלאי תלויה בתדירות ההתנעה, בעומס המופעל ובאיכות חומר הסיכה הנמוך-שמן (ASTM D2266 נותנת שיטת בדיקה סטנדרטית הרלוונטית לעמידות השחיקה של השומן כאן).

לרפידות הטיה יש אזור מגע ראשון קטן יותר כאשר הם מופעלים. הסיבה לכך היא שהכרית מונחת על הציר שלה, רוב פניה שטוחות כנגד הצווארון. אזור המגע הוא רק האזור סביב נקודת הציר. זה מעמיד את עומס האתחול על נקודה קטנה במקום לפזר אותו על רוחב הרפידה. זה תלוי בחומר הרפידה. רפידות מרופדות של Babbitt- מטפלות היטב בעומס האתחול המרוכז הזה מכיוון של-babbitt יש חוזק תפוקה נמוך ויכולת התאמה מצוינת. רפידות ללא כיסוי פלדה-לא מטופלות היטב. כתוצאה מכך, ערכות הטיה-כבדות מרופדות כמעט תמיד בשכבה עליונה רכה (בדרך כלל על בסיס{10}}Babitt על בסיס פח, ASTM B23 Grade 2) כדי לשרוד תנאים כאלה (Hamrock et al.., 2004).

תחזוקה: החלפת רפידות והתאמת לוחית הרמה

הבדלי התחזוקה בין שני המכשירים גדולים מספיק כדי לשנות את העלות הכוללת של מיסבים לאורך חייהם במפעלים שמפסיקים לעבוד לעתים קרובות.

החלפת אטמים פגומים באטמים קבועים פירושה הסרה של כל מעטפת המיסב, עיבוד או החלפה של האטמים הפגומים, ולאחר מכן החזרת כל האטם למקומו עם האטמים כדי לתקן שוב את המרכז. זמן ההשבתה הכולל הוא 4-12 שעות. זה תלוי בגודל המכונה ובמידת הגישה שלה.

בדחף ציר מודולרי, ניתן להסיר ולהחליף אטם אחד מבלי להזיז את האחרים. A לצלחת הרמה מתחת לאטם יש בדרך כלל ערימות שים. אלה יאפשרו לך להתאים את הגובה של כל רפידה לאחר הכנסת רפידה חדשה. עובד מיומן היטב יכול להחליף רפידה (קו הצווארון לא רחב מ-300 מ"מ) במכונה בינונית תוך 45 - 90 דקות. עבור מיסבי דחף הידרואלקטריים גדולים ברוחב רפידה של יותר מ-800 מ"מ, החלפת האטם היא זמן השבתה מתוכנן שייקח מספר ימים לא משנה מה תגדיר. אבל הבנייה המודולרית של התקני הטיה הופכת חלקי חילוף לקלים יותר לניהול. אתה רק צריך לשמור על מלאי של אטמים בודדים, לא את כל פגזי המיסבים.

מסגרת החלטה ליישום

תַקצִיר

יש הבדל גדול בין מכלול מיסב הדחף של משטח ההטיה למכלול הרפידה הקבועה. בזמן שהמכונה פועלת, כל אטם יכול למצוא את הזווית האופטימלית שלו של סרט שמן. יכולת זו מספקת פיזור עומס טוב יותר כאשר חלקים מנותקים ממקומם, טמפרטורות שיא ריצה נמוכות יותר, ללא כוחות צימוד- של רטט רוטור והחלפה מהירה יותר של כריות בודדות במהלך תחזוקה. החסרונות הם עלויות ייצור גבוהות יותר, הרכבה מורכבת יותר, הסיכון של לכלוך לסתום את פערי הצירים וללא תועלת במהירויות נמוכות מאוד כאשר שתי ההגדרות שומרות על סרט שמן מלא. הבחירה ביניהם תלויה ישירות באופן שבו המכונה פועלת. עבודה מהירה, חמה או רגישות דורשת רפידות הטיה. על ידי בחירה נכונה של צורת האטם הקבוע, ניתן לטפל היטב בעבודה איטית, יציבה לעומס ורגישה לעלות.

הפניות

• Wilcock, DF & Booser, ER (1957).עיצוב ויישום מיסבים. מקגרו-היל.
• Khonsari, MM & Booser, ER (2008).טריבולוגיה יישומית: עיצוב וסיכה של מסבים(מהדורה שנייה). ג'ון ווילי ובניו.
• Hamrock, BJ, Schmid, SR & Jacobson, BO (2004).יסודות של שימון סרט נוזלי(מהדורה שנייה). מרסל דקר.
• אטלס, CM (1978). "פיתוח של ניתוח מחשב כללי עבור מיסבי דחף-בצורת מגזר-."עסקאות ASLE, 21(2), 99–108.
• אטלס, CM (1991). "כמה גורמים המשפיעים על העיצוב של מיסבי דחף גדולים."הליכים של מוסד מהנדסי המכונות, חלק י': כתב עת להנדסה טריבולוגיה, 205(2), 87–97.
• Boyd, J. & Raimondi, AA (1962). "יישום של תיאוריית מיסב יומן באורך-סופי לבעיות סיכה הידרודינמיות."ASME Journal of Basic Engineering, 84(1), 191–202.
• לונד, JW (1964). "מקדמי קפיץ ושיכוך עבור מיסב ההטיה- של כרית הרפידה."עסקאות ASLE, 7(4), 342–352.
• Etsion, I. & Fleming, DP (1977). "השוואה בין מיסבי דחף-קשיחים-ותומכים בהטיה-קפיצית."עסקאות ASLE, 20(2), 95–102.
• ASTM B23/B23M-21.מפרט סטנדרטי לסגסוגות נושאות מתכת לבנות(Babbit Metals). ASTM הבינלאומי.
• ASTM D2266-18.שיטת בדיקה סטנדרטית למאפיינים מונעי שחיקה של גריז סיכה (שיטת ארבע-כדורים). ASTM הבינלאומי.
• ISO 10439:2019.תעשיות נפט, פטרוכימיה וגז טבעי - מדחסים צירים. הארגון הבינלאומי לתקינה.
• Stachowiak, GW & Batchelor, AW (2014).טריבולוגיה הנדסית(מהדורה רביעית). באטרוורת'-היינמן.