بررسی رفتار ارتعاشی یاتاقان های روتور یک توربین

ماشین های دوار از رایج ترین و پرکابردترین ماشین ها برای تولید یا انتقال قدرت در مهندسی مکانیک به شمار می آیند. از مهمترین بخش های یک ماشین دوار، روتور آن است. به دلیل سرعت بالای دوران روتور و نیروهای ناخواسته اعمالی بر آن نظیر نابالانسی، اثرات وزن و غیره، این بخش خاص از ماشین همواره مستعد انواع متفاوتی از ناملایمات و ارتعاشات ناخواسته خواهد بود. تشخیص و کنترل اینگونه از ارتعاشات با توجه به اهمیت خاص این عضو و وابستگی عملکرد صحیح کل سیستم به عملکرد آن، لازم و ضروری است. در این تحقیق ابتدا به بیان و بررسی ساده ترین و ابتدایی ترین مدل های روتور پرداخته و یک فهم کلی از نحوه ارتعاش و پاسخ های روتور به نیروهای خارجی مختلف بر این مدل های ساده بیان خواهد شد و با در نظرگیری برخی حالت های خاص از پاسخ روتور، سعی بر تدوین مختصری جامع بر اصول ابتدایی روتور خواهد شد. پس از آن مدل های موجود نسبتاً کامل روتور معرفی و تشریح خواهند شد. با شناخت صحیحی از کلیه مدل های موجود، به انتخاب دو مدل برتر از میان مدل های موجود اقدام و به بیان جزئیات آنها پرداخته می شود. سپس به استخراج معادلات یک روتور پیوسته با چند دیسک، جرم نابالانس و شرایط کاملاً دلخواه با استفاده از تئوری تیر اویلربرنولی و روش تقریبی مودهای فرضی پرداخته می شود. پس از استخراج معادلات حاکم بر روتور به مطالعه ی میزان سختی و میرایی در یاتاقان های خطی و غیرخطی پرداخته و در ادامه ی آن مدل المان محدود نشیمنگاه یاتاقان یک روتور استخراج می گردد. سپس رفتار یک روتور خطی سوار بر یاتاقان های ژورنال غیر خطی مطالعه گردیده و اثرات تغییر پارامترها بر پاسخ سیستم مورد بررسی قرار می گیرد. سپس به بررسی اثرات انواع نابالانسی و تعداد دیسک بر دامنه و فاز پاسخ در یک سیستم روتور-یاتاقان پیوسته پرداخته خواهد شد و در ادامه ی آن طیف فرکانسی یک روتور پیوسته تحت انواع نابالانسی مورد بررسی قرار خواهد گرفت. پس از آن با به دست آوردن نیروهای وارده از طرف هر مدل روتور بر نشیمنگاه، به تحلیل ارتعاشات مدل المان محدود نشیمنگاه با استفاده از نرم افزار انسیس پرداخته خواهد شد و میزان ارتعاش نشیمنگاه هر یاتاقان در جهات مختلف فضا به دست آورده می شوند. تحقیق حاضر توانسته است یک سیستم روتور-یاتاقان پیوسته با شرایط کاملاً دلخواه اعم از تعداد دیسک، جرم نابالانس، یاتاقان و محل قرارگیری هر یک از آنها را مدل سازی نماید. مدل سازی انجام شده که با استفاده از روش تقریبی مودهای فرضی انجام شده است به خوبی با روش های زمانبری همچون روش المان محدود قابل مقایسه است. مطالعه ی اثرات انواع نابالانسی بر دامنه و فاز پاسخ در مرکز روتور و محل یاتاقان ها برای یک سیستم روتور-یاتاقان پیوسته حکایت از رفتار بسیار متفاوت روتور نسبت به انواع متفاوت نابالانسی دارد. همچنین بررسی طیف فرکانسی سیستم روتور-یاتاقان پیوسته بر اثرات بسیار زیاد انعطاف پذیری شافت، اضافه شدن دیسک به مجموعه و سختی یاتاقان ها بر طیف فرکانسی تأکید دارد. مطالعه ی روتور انعطاف پذیر سوار بر یاتاقان های غیرخطی مبین رفتار واقعیتی تر مدل غیرخطی نسبت به مدل های خطی است. در پایان، تحلیل مودال و بررسی پاسخ های زمانی نشیمنگاه یاتاقان نشان داده است که مدل های چند درجه آزادی معادل برای بررسی اثرات روتور بر نشیمنگاه ناکافی است. پاسخهای زمانی نشیمنگاه رفتاری مشابه یاتاقان سوار بر آن داشته، اما در دامنه ی ارتعاش تفاوت بسیاری بین پاسخ یاتاقان و پاسخ نشیمنگاه وجود دارد.