Controle de vibrações flexionais em máquinas girantes usando neutralizadores viscoelásticos angulares

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Voltolini, Danielle Raphaela, 1991-
Data de Publicação: 2018
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFPR
Texto Completo: https://hdl.handle.net/1884/57236
Resumo: Orientador: Prof. Dr. Eduardo Márcio de Oliveira Lopes
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spelling Voltolini, Danielle Raphaela, 1991-Bavastri, Carlos Alberto, 1963-Universidade Federal do Paraná. Setor de Tecnologia. Programa de Pós-Graduação em Engenharia MecânicaLopes, Eduardo Márcio de Oliveira2019-02-07T16:32:38Z2019-02-07T16:32:38Z2018https://hdl.handle.net/1884/57236Orientador: Prof. Dr. Eduardo Márcio de Oliveira LopesCoorientador: Prof. Dr. Carlos Alberto BavastriDissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. Defesa : Curitiba, 29/06/2018Inclui referências: p.89-91Área de concentração: Fenômenos de Transporte e Mecânica dos SólidosResumo: Atualmente, identifica-se um aumento substancial na potência de máquinas elétricas girantes, devido às necessidades do mercado de obter-se a maior densidade de potência possível por área da unidade fabril. Para tal, é necessário um aumento considerável da rotação dessas máquinas, levando-as a operarem em condições próximas ou ainda acima de uma de suas rotações críticas, exigindo assim o trabalho, mesmo que por um reduzido intervalo de tempo, em ressonância. Estas circunstâncias podem levar a fenômenos de ressonância ou instabilidades dinâmicas que se traduzem em níveis de vibração e ruído superiores aos previstos em Normas Internacionais como a API 541, tornando insegura a operação dessas máquinas. Uma solução difundida e cuja metodologia é consolidada na literatura para o controle dos níveis de vibração são os chamados neutralizadores dinâmicos. Quando compostos com material viscoelástico como elemento de armazenagem e dissipação da energia vibratória, são chamados neutralizadores dinâmicos viscoelásticos, ou apenas NDVs. Entre as vantagens de sua utilização, destacam-se o relativo baixo custo associado e a possibilidade de implementação para uma vasta gama de aplicações e tamanhos. Uma destas aplicações se dá em sistemas girantes, podendo ser projetados conforme a necessidade específica, para uma banda estreita ou ampla de frequências. Para o controle da vibração flexional em máquinas rotativas, pode-se utilizar um NDV que atue sobre o grau de liberdade de deslocamento transversal do eixo, fixando-o na região de máxima amplitude do o modo que se deseja controlar. Porém, essa aplicação pode ser proibitiva, principalmente no caso de máquinas elétricas como motores e geradores, devido à falta de espaço no interior das mesmas. Isso porque esses equipamentos possuem o componente ativo, chamado pacote do rotor, localizado na porção média entre os mancais, região essa que apresenta, para o primeiro modo de vibrar, máxima deflexão. Além disso, o NDV translacional possui uma limitação quanto a aplicação para o controle de mais de um modo com o mesmo dispositivo, uma vez que a região de máxima amplitude do deslocamento varia em função do modo de vibrar. Visando aliar as vantagens obtidas pelo uso de NDVs em equipamentos rotativos, e buscando alternativas ao problema relacionado à posição mais adequada para a fixação do dispositivo, o presente trabalho busca desenvolver e validar uma metodologia de projeto para neutralizadores dinâmicos viscoelásticos angulares (NDVA). Estes dispositivos são projetados para reduzir indiretamente a vibração flexional de rotores flexíveis a partir do controle do grau de liberdade de deslocamento angular do eixo. Os NDVAs atuam de forma ótima na região que apresenta a maior amplitude angular de vibração, ou seja, próximo aos mancais, independentemente do modo de vibrar. Portanto, fixando-se o NDVA nessa região, a instalação e manutenção do dispositivo é facilitada, tornando o NDVA uma alternativa industrialmente atrativa para o controle passivo de vibrações em dinâmica de rotores. Uma metodologia de projeto ótimo é apresentada em um rotor em laboratório e os resultados mostrados por meio de simulações numéricas e sua implementação prática. Os resultados revelam uma redução de até 10 dB na faixa de frequência interesse, o que indica o potencial promissor da solução para aplicações similares em rotores reais. Palavras-chave: Neutralizador angular de vibração. Controle da vibração flexional. Rotordinâmica. Material Viscoelástico.Abstract: Nowadays there is a substantial improve in the power rating of rotating electrical machines to ensure for the marketing the maximum power density per plant area. Thereunto it also is necessary to increase the rotation speed resulting in an equipment operating near or even above one of their critical speeds, thus requiring the work, even for a while, in resonance. This circumstance should lead the rotor to resonance or dynamic instabilities, resulting in vibration and noise level upper than the levels established in International Standards as API 541, being the operation unsafe. The dynamic vibration neutralizers are a widespread solution whose methodology is consolidated in the literature to control the vibration levels. Viscoelastic material may compose the device as vibration storing and dissipation mechanism, then they are called viscoelastic dynamic neutralizer (VDN). Listing the advantages in using it, it stands out the relative low investment and the possibility to use it in many different applications and sizes. One of those applications includes rotating systems, designing the device as required to a large or tight frequency band. To control the flexural vibration in rotating machines it is possible use a VDN acting in the transverse displacement degree-of-freedom of the shaft (translational VDN), by fixing the device near the maximum shaft amplitude of the mode that wants to control. However, this application must be prohibitive, mainly in electrical machines as motors and generators, due the lack of inner space. This occurs because these kinds of machines have the active part, called rotor package, positioning in the medial portion between bearings, the same area where the maximum amplitude of displacement, for the first mode, occurs. Besides, the translational VDN is limited to control a single vibration mode, once the maximum displacement position, point to fix the neutralizer, changes in function of the vibration mode. Aiming to ally the advantages in using the VDNs in rotating equipment and searching alternatives to the best positioning place to fix the device, this dissertation seeks to develop and validate a methodology to design angular viscoelastic dynamic neutralizers. These devices are projected to reduce indirectly the flexural vibration in flexible rotors from the rotor slope degree-of freedom control. The angular VDN acts optimally in the portion that shows the maximum slope amplitude, or, near the bearings, independently of the vibration mode. Therefore, fixing the angular VDN is this area, the installation and maintenance is facilitated, becoming the VDN an industrially attractive alternative for passive control in rotordynamics. A project methodology is presented in a didactic rotor mounted on the laboratory, and the results are showed by numerical simulations and physical experiment. The results reveal a reduction of up to 10 dB in the interest frequency range, which indicates the promising potential of the solution for similar applications in real rotors. Key-words: Angular viscoelastic dynamic vibration neutralizer. Flexural vibration control. Rotordynamics. Viscoelastic Material.99 p. : il. (algumas color.), tabs.application/pdfVibraçãoEngenharia MecânicaMateriais viscoelasticosMaquinas eletricasTesesControle de vibrações flexionais em máquinas girantes usando neutralizadores viscoelásticos angularesinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisporreponame:Repositório Institucional da UFPRinstname:Universidade Federal do Paraná (UFPR)instacron:UFPRinfo:eu-repo/semantics/openAccessORIGINALR - D - DANIELLE RAPHAELA VOLTOLINI.pdfapplication/pdf6064428https://acervodigital.ufpr.br/bitstream/1884/57236/1/R%20-%20D%20-%20DANIELLE%20RAPHAELA%20VOLTOLINI.pdf9ec509dfc5dbf539edd02a8516896aeeMD51open access1884/572362019-02-07 14:32:38.388open accessoai:acervodigital.ufpr.br:1884/57236Repositório de PublicaçõesPUBhttp://acervodigital.ufpr.br/oai/requestopendoar:3082019-02-07T16:32:38Repositório Institucional da UFPR - Universidade Federal do Paraná (UFPR)false
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