Haben Sie sich jemals gefragt, was die Maschinen antreibt, auf die wir uns täglich verlassen? Von Dampfturbinen bis hin zu Elektromotoren - rotierende Maschinen spielen in verschiedenen Branchen eine entscheidende Rolle. In diesem Blogbeitrag werden die verschiedenen Arten von rotierenden Maschinen, einschließlich ihrer Komponenten und Funktionen, untersucht. Am Ende werden Sie ein klares Verständnis für die Funktionsweise dieser Maschinen und ihre Bedeutung in unserer Welt gewinnen. Tauchen Sie ein und erfahren Sie mehr über die faszinierenden Mechanismen, die unsere moderne Welt am Laufen halten!
Die meisten Maschinen enthalten rotierende Bauteile.
Rotierende Maschinen sind Maschinen, deren Hauptfunktion durch eine Drehbewegung erfüllt wird, insbesondere Maschinen, deren Hauptbestandteile mit hoher Geschwindigkeit rotieren.
Die Arten von rotierenden Maschinen sind vielfältig und umfassen Dampfturbinen, Gasturbinen, Zentrifugalkompressoren, Generatoren, Pumpen, Wasserturbinen, Ventilatoren und Elektromotoren.
Die Hauptbestandteile dieser Maschinen bestehen aus Rotoren, Lagersystemen, Statoren, Gehäusen und Kupplungen.
Die Rotationsgeschwindigkeit dieser Maschinen kann von einigen Dutzend bis zu mehreren hunderttausend Umdrehungen pro Minute reichen. Im Folgenden werden einige Beispiele für typische rotierende Maschinen beschrieben.
Eine Dampfturbine ist eine rotierende Kraftmaschine, die die Energie des Dampfes in mechanische Arbeit umwandelt und auch als Dampfrotor bezeichnet wird.
Er wird in erster Linie als Antriebsmaschine für die Stromerzeugung eingesetzt, kann aber auch verschiedene Pumpen, Ventilatoren, Kompressoren und Schiffsschrauben direkt antreiben.
Darüber hinaus kann die Abgas- oder Zwischenabsaugung einer Dampfturbine zur Deckung des Heizbedarfs sowohl in der Industrie als auch in Privathaushalten genutzt werden.
Ein Zentrifugalkompressor arbeitet, indem er über einen Rotor Energie auf ein Gas überträgt und so dessen Druck erhöht.
Er kann aus einer einzigen oder mehreren Stufen bestehen. Diese Art von Kompressor fällt unter die Kategorie der Drehkolbenkompressoren, die auch als Turbokompressoren bezeichnet werden.
Im Zentrifugalkompressor übt die Hochgeschwindigkeitsrotation des Rotors eine Zentrifugalkraft auf das Gas aus, und die Expansion im Diffusorkanal erhöht den Gasdruck weiter.
Ein elektrischer Generator ist ein mechanisches Gerät, das verschiedene Formen von Energie in elektrische Energie umwandelt.
Sie entstand während der Zweiten Industriellen Revolution und wurde erstmals 1866 von dem deutschen Ingenieur Siemens entwickelt.
Angetrieben von Wasserturbinen, Dampfturbinen, Dieselmotoren oder anderen mechanischen Vorrichtungen, wandeln Generatoren die durch Wasser- oder Luftströmung, Kraftstoffverbrennung oder Kernspaltung erzeugte Energie in mechanische Energie um.
Diese mechanische Energie wird dann durch den Generator in elektrische Energie umgewandelt. Generatoren haben eine breite Palette von Anwendungen in der industriellen und landwirtschaftlichen Produktion, in der Verteidigung, in der Technik und im täglichen Leben.
Eine Wasserpumpe ist ein mechanisches Gerät, das dazu dient, Flüssigkeiten zu transportieren oder unter Druck zu setzen.
Er überträgt die mechanische Energie der Antriebsmaschine oder anderer externer Energiequellen auf die Flüssigkeit und erhöht damit deren Energie.
Es wird hauptsächlich zur Förderung verschiedener Flüssigkeiten eingesetzt, darunter Wasser, Öl, Säure-Base-Lösungen, Emulsionen, Suspensionen und flüssige Metalle.
Die Pumpe kann auch Gemische aus Flüssigkeiten und Gasen sowie Flüssigkeiten mit Schwebstoffen fördern.
Ein Ventilator ist ein mechanisches Gerät, das auf die Zufuhr von mechanischer Energie angewiesen ist, um den Gasdruck zu erhöhen und Gas auszustoßen.
Es handelt sich um eine Art von angetriebenen Flüssigkeitsmaschinen mit einem Abgasdruck von weniger als 1,5×105Pa. Ventilatoren werden häufig zur Belüftung, Entstaubung und Kühlung in Fabriken, Bergwerken, Tunneln, Kühltürmen, Fahrzeugen, Schiffen und Gebäuden eingesetzt.
Sie werden auch für die Belüftung und den Luftzug in Kesseln und Industrieöfenfür die Kühlung und Belüftung in Klimaanlagen und Haushaltsgeräten, für die Getreidetrocknung und -selektion sowie für die Luftströmung in Windkanälen und das Aufblasen und Antreiben von Luftkissenfahrzeugen.
Der Elektromotor ist ein Gerät, das elektrische Energie in mechanische Energie umwandelt. Er basiert auf dem Phänomen, dass sich eine elektrifizierte Spule unter der Kraft eines Magnetfeldes dreht.
Je nach verwendeter Stromquelle werden die Motoren in Gleichstrom- und Wechselstrommotoren unterteilt.
Die meisten Motoren in Energiesystemen sind Wechselstrommotoren, die entweder synchron oder asynchron sein können. Der Elektromotor besteht hauptsächlich aus einem Stator und einem Rotor.
Die Richtung der Kraft, die auf den elektrifizierten Draht im Magnetfeld ausgeübt wird, hängt mit der Richtung des Stroms und den Magnetfeldlinien zusammen.
Das Funktionsprinzip eines Elektromotors ist die Kraft, die das Magnetfeld auf den Strom ausübt und den Motor in Drehung versetzt.
Die Hauptfunktion von Rotationsmaschinen wird durch ihre rotierenden Komponenten erfüllt, wobei der Rotor das wichtigste Element ist.
Abnormale Vibrationen und Geräusche sind die wichtigsten Indikatoren für Fehlfunktionen in rotierenden Maschinen. Schwingungssignale, die sich in Amplituden-, Frequenz- und Zeitbereichen manifestieren, geben wichtige Fehlerinformationen über die Maschine preis.
Daher ist ein umfassendes Verständnis der Schwingungsmechanismen in rotierenden Maschinen unter verschiedenen Fehlerbedingungen für eine wirksame Betriebsüberwachung und eine genauere Fehlerdiagnose unerlässlich.
Je nach Art der mechanischen Schwingungen lassen sich die Schwingungen von Rotationsmaschinen in drei verschiedene Kategorien einteilen:
Erzwungene Schwingungen, auch Synchronschwingungen genannt, entstehen durch kontinuierliche, periodische äußere Erregerkräfte.
Bei dieser Art von Schwingung wird kontinuierlich Energie aus der äußeren Umgebung entnommen, um Energieverluste durch Dämpfung auszugleichen, wodurch eine gleichmäßige Schwingungsamplitude im System aufrechterhalten wird.
Die Schwingung selbst hat keinen Einfluss auf die störende Kraft. Häufige Ursachen für erzwungene Schwingungen sind Unwucht des Rotors, falsch ausgerichtete Kupplungen, Haftreibung im Rotor, lose mechanische Komponenten und Schäden an Rotorelementen oder Lagern.
Die charakteristische Frequenz der erzwungenen Schwingung entspricht immer der Frequenz der störenden Kraft. Beispielsweise weisen erzwungene Schwingungen, die durch eine Unwucht des Rotors hervorgerufen werden, eine Schwingungsfrequenz auf, die durchweg mit der Frequenz der Drehgeschwindigkeit übereinstimmt.
Selbsterregte Schwingungen entstehen durch wechselnde Kräfte, die durch die interne Bewegung der Maschine während des Betriebs erzeugt werden. Diese wechselnden Kräfte hören natürlich auf, wenn die Schwingung aufhört.
Die Frequenz der selbsterregten Schwingung entspricht der Eigenfrequenz (oder kritischen Frequenz) der Maschine, unabhängig von der äußeren Erregerfrequenz.
Zu den üblichen Erscheinungsformen selbsterregter Schwingungen in rotierenden Maschinen gehören Ölwirbel und Ölfilmschwingungen, die in erster Linie durch den Innenwiderstand des Rotors und die Reibung zwischen statischen und dynamischen Komponenten verursacht werden.
Im Vergleich zu erzwungenen Schwingungen treten selbsterregte Schwingungen plötzlicher und mit höherer Schwingungsintensität auf, was innerhalb kurzer Zeit zu schweren Maschinenschäden führen kann.
Die erzwungene instationäre Schwingung ist eine Variante der erzwungenen Schwingung, die durch externe Störungen ausgelöst wird.
Sie teilt die Frequenz der Störung, aber die Vibration selbst beeinflusst die Größe und die Phase der Störung wechselseitig. Folglich schwanken sowohl die Amplitude als auch die Phase der Schwingung.
So führt beispielsweise eine örtlich begrenzte, ungleichmäßige thermische Verformung der Rotorwelle zu einer Unwucht des Rotors und damit zu Schwankungen in Amplitude und Phase der Schwingungen.
Diese Amplituden- und Phasenänderungen wirken sich wiederum auf die Größe und den Ort der ungleichmäßigen thermischen Verformung aus, was zu ständigen Schwankungen der erzwungenen Schwingungen führt.
Das Verständnis dieser Schwingungsarten ist entscheidend für die Umsetzung wirksamer Zustandsüberwachungsstrategien und die Entwicklung fortschrittlicher Fehlerdiagnosealgorithmen für rotierende Maschinen.
Als Gründer von MachineMFG habe ich mehr als ein Jahrzehnt meiner Karriere der metallverarbeitenden Industrie gewidmet. Meine umfangreiche Erfahrung hat es mir ermöglicht, ein Experte auf den Gebieten der Blechverarbeitung, der maschinellen Bearbeitung, des Maschinenbaus und der Werkzeugmaschinen für Metalle zu werden. Ich denke, lese und schreibe ständig über diese Themen und bin stets bestrebt, in meinem Bereich an vorderster Front zu bleiben. Lassen Sie mein Wissen und meine Erfahrung zu einem Gewinn für Ihr Unternehmen werden.
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