ROZDZIAŁ 8
PRZEDZIAŁY ADEKWATNOŚCI CHARAKTERYSTYK DYNAMICZNYCH KONSTRUKCJI PODPIERAJĄCEJ

ZESPOLONA PODATNOŚĆ DYNAMICZNA - BADANIA EKSPERYMENTALNE I TEORETYCZNE

TEORETYCZNA I EKSPERYMENTALNA ANALIZA MODALNA

PRZEDZIAŁY ADEKWATNOŚCI I FUNKCJE WAGOWE - PRZYKŁADY ZASTOSOWANIA NOWEJ KONCEPCJI OBLICZEŃ NIELINIOWYCH

Przedstawiona w rozdziale 1 koncepcja, w myśl której charakterystyki dynamiczne podpór łożyskowych określane są w trakcie obliczeń na podstawie struktury widma drgań węzłów w miejscu posadowienia wirnika, jest pomysłem nowym i tym samym oryginalnym. Koncepcja ta umożliwia integrację modelu konstrukcji podpierającej (na ogół liniowego) z modelem linii wirników (z imperfekcjami) i łożysk ślizgowych, który z reguły jest nieliniowy, a w wielu przypadkach silnie nieliniowy. Tak zarysowana koncepcja obliczeń nieliniowych wymaga określenia przedziałów, dla których wyznaczone charakterystyki dynamiczne są właściwe (tzw. przedziałów adekwatności) i w granicach których dokonywana jest transformacja zespolonych charakterystyk podatnościowych na rzeczywiste charakterystyki masowo-tłumiąco-sztywnościowe. Rzeczywiste macierze mas, sztywności i tłumienia są z kolei niezbędne, jeśli chcemy opracowane narzędzia badawcze (system MESWIR) ukierunkować na potrzeby diagnostyki technicznej, a zwłaszcza diagnostyki według modelu. Taka właśnie "filozofia ukierunkowania" opracowanych narzędzi została przyjęta w niniejszej monografii.
Pierwszym krokiem w opisanym wyżej postępowaniu jest więc wyznaczenie zespolonych macierzy podatności dynamicznej konstrukcji podpierającej. W niniejszym rozdziale przedstawione zostały próby budowy takich charakterystyk zarówno metodą pomiarów eksperymentalnych jak i symulacji komputerowej. Obiekt badań stanowił wirnik laboratoryjny (trójpodporowa maszyna wirnikowa) oraz turbozespół energetyczny dużej mocy. Porównanie charakterystyk podatnościowych otrzymanych drogą eksperymentalną i teoretyczną wykazało niestety duże rozbieżności. Nie jest to zresztą wynik zaskakujący, zwłaszcza w odniesieniu do tak złożonych obiektów, ponieważ podobne trudności są udziałem wielu innych badaczy.
Bardzo pomocną w doborze przedziałów adekwatności okazała się analiza modalna. Przeprowadzone zostały stosowne badania teoretyczne i eksperymentalne obu wyżej wymienionych obiektów z wykorzystaniem technik właściwych dla eksperymentalnej i eksploatacyjnej analizy modalnej. W tym przypadku rozbieżności pomiędzy analizą teoretyczną i eksperymentalną okazały się dużo mniejsze. W efekcie określone zostały zarówno przedziały adekwatności jak i charakterystyki dynamiczne konstrukcji podpierającej obu przyjętych do badań obiektów.
Możliwa teraz stała się ocena wpływu zaproponowanej metodologii obliczeń nieliniowych poprzez zastosowanie tzw. funkcji wagowych (rozdział 1.5.1) na stan dynamiczny obu obiektów. Wyniki obliczeń przedstawione zostały w formie kart diagnostycznych wygenerowanych zarówno dla przypadków referencyjnych (ułatwiających porównania) jak i przypadków uwzględniających funkcje wagowe. Okazało się, że w przypadku obiektów pracujących w warunkach, które można uznać za nominalne lub nawet wzorcowe, obraz drgań obiektu pozyskany metodą funkcji wagowych wypada bardziej bezpieczny, co wyraża się bardziej "stonowaną" strukturą widma drgań. Wpływ ten jednak można ocenić jako niewielki.
Sytuacja wygląda inaczej w przypadku, kiedy obiekt pracuje np. w warunkach rozwiniętej już niestabilności układu. Przykład dużej maszyny energetycznej z pękniętym wirnikiem pokazał, że tym razem wpływ funkcji wagowych jest znaczny i co ważniejsze idzie w kierunku pogorszenia i tak już złego obrazu stanu dynamicznego obiektu. Oznacza to, że sytuacja w rzeczywistości może być groźniejsza niż wskazują to tradycyjne metody opisu.
Generalnie możemy stwierdzić, że w sytuacji kiedy układ pracuje spokojnie i charakteryzuje się mało rozbudowaną strukturą widm drgań posadowień wirnika (np. jedna silna składowa synchroniczna), to możemy się spodziewać niewielkiego wpływu metody "ważenia" charakterystyk. Można ją wówczas pominąć. Natomiast w przypadkach "ostrej dynamiki" obiektu wyrażającej się złożoną strukturą widm drgań o wielu silnych składowych, wpływ ten będzie niewątpliwie zdecydowanie większy. Zastosowanie wówczas zaproponowanej metodologii obliczeń nieliniowych jest w pełni zasadne a nawet konieczne.

Rozdział VIII (plik pdf 3,5 MB)