ما هو مخطط كامبل؟ تحليل السرعة الحرجة • موازن محمول، محلل اهتزازات "Balanset" لآلات الموازنة الديناميكية، الكسارات، المراوح، آلات التغطية، المثاقب في الحصادات، أعمدة الإدارة، أجهزة الطرد المركزي، التوربينات، وغيرها الكثير من الدوارات. ما هو مخطط كامبل؟ تحليل السرعة الحرجة • موازن محمول، محلل اهتزازات "Balanset" لآلات الموازنة الديناميكية، الكسارات، المراوح، آلات التغطية، المثاقب في الحصادات، أعمدة الإدارة، أجهزة الطرد المركزي، التوربينات، وغيرها الكثير من الدوارات.

ما هو مخطط كامبل؟ تحليل السرعة الحرجة

نُشر بواسطة admin على

فهم مخططات كامبل في ديناميكيات الدوار

التعريف: ما هو مخطط كامبل؟

A مخطط كامبل (المعروف أيضًا باسم خريطة سرعة الدوران أو مخطط التداخل) هو تمثيل رسومي يستخدم في ديناميكيات الدوار الذي يرسم مخطط النظام الترددات الطبيعية ضد سرعة الدوران. يُعد الرسم التخطيطي أداة أساسية لتحديد السرعات الحرجة- سرعات التشغيل التي صدى يمكن أن يحدث ذلك - ولتقييم ما إذا كانت هناك هوامش فصل كافية بين سرعات التشغيل وهذه الظروف الحرجة.

تم تسمية مخطط كامبل على اسم ويلفريد كامبل، الذي طور المفهوم في عشرينيات القرن العشرين لتحليل اهتزازات محركات الطائرات، وأصبح لا غنى عنه لتصميم وتحليل جميع أنواع الآلات الدوارة عالية السرعة، من التوربينات والضواغط إلى المحركات الكهربائية ومغازل أدوات الآلات.

بنية ومكونات مخطط كامبل

يتكون مخطط كامبل من عدة عناصر رئيسية تعمل معًا على توفير صورة كاملة للسلوك الديناميكي لنظام الدوار:

المحاور

  • المحور الأفقي (المحور X): سرعة الدوران، والتي يتم التعبير عنها عادةً بوحدة RPM (دورة في الدقيقة) أو Hz (هرتز)
  • المحور الرأسي (المحور Y): التردد، عادةً بالهرتز أو CPM (دورة في الدقيقة)، يمثل الترددات الطبيعية للنظام

منحنيات التردد الطبيعي

يوضح الرسم التخطيطي خطوطًا منحنية أو مستقيمة تُمثل كيفية تغير كل تردد طبيعي لنظام الدوار مع سرعة الدوران. بالنسبة لمعظم الأنظمة:

  • أوضاع الدوران الأمامي: الترددات الطبيعية التي تزداد مع السرعة بسبب تأثيرات التصلب الجيروسكوبي
  • أوضاع الدوران العكسي: الترددات الطبيعية التي تقل مع السرعة (أقل شيوعًا، وأكثر انتشارًا في أنواع معينة من المحامل)
  • يتم تمثيل كل وضع (الانحناء الأول، الانحناء الثاني، إلخ) بمنحنى منفصل

خطوط الإثارة

تمثل الخطوط المستقيمة القطرية المتراكبة على الرسم التخطيطي مصادر الإثارة المحتملة:

  • 1X خط: يمر عبر الأصل عند 45 درجة (عندما يكون للمحاور نفس المقياس)، مما يمثل الإثارة المتزامنة من عدم التوازن
  • خط 2X: تمثل الإثارة مرتين لكل دورة (من عدم المحاذاة أو مصادر أخرى)
  • مضاعفات أخرى: 3X، 4X، وما إلى ذلك، لإثارات توافقية أعلى
  • الخطوط الفرعية المتزامنة: المضاعفات الكسرية مثل 0.5X لظواهر مثل دوامة الزيت

نقاط التقاطع (السرعات الحرجة)

عندما يعبر خط الإثارة منحنى التردد الطبيعي، السرعة الحرجة عند هذه السرعة، يتطابق تردد الإثارة مع التردد الطبيعي، مما يسبب الرنين وتضخيم الاهتزازات الخطيرة المحتملة.

كيفية قراءة وتفسير مخطط كامبل

تحديد السرعات الحرجة

الغرض الأساسي من مخطط كامبل هو تحديد السرعات الحرجة:

  1. العثور على التقاطعات بين خطوط الإثارة (1X، 2X، وما إلى ذلك) ومنحنيات التردد الطبيعي
  2. يشير الإحداثي الأفقي لكل تقاطع إلى سرعة حرجة
  3. كلما زاد عدد التقاطعات، زادت السرعات الحرجة الموجودة في نطاق التشغيل

تقييم هوامش الفصل

يتطلب التشغيل الآمن وجود "هامش فصل" مناسب بين سرعات التشغيل والسرعات الحرجة:

  • المتطلبات النموذجية: ±15% إلى ±30% فصل عن السرعات الحرجة
  • نطاق سرعة التشغيل: يُشار إليه عادةً على شكل شريط عمودي على الرسم التخطيطي
  • التصميم المقبول: يجب ألا يتداخل نطاق التشغيل مع مناطق السرعة الحرجة

فهم أشكال الوضع

تتوافق المنحنيات المختلفة على الرسم البياني مع أوضاع الاهتزاز المختلفة:

  • الوضع الأول: عادةً ما يكون منحنى التردد الأدنى، يمثل الانحناء البسيط (مثل حبل القفز ذو الحدبة الواحدة)
  • الوضع الثاني: تردد أعلى، شكل منحنى S مع نقطة عقدة
  • الأوضاع العليا: أنماط الانحراف المعقدة بشكل متزايد

إنشاء مخطط كامبل

يتم إنشاء مخططات كامبل من خلال التحليل الحسابي أو الاختبار التجريبي:

النهج التحليلي

  1. بناء نموذج رياضي: إنشاء نموذج العناصر المحدودة لنظام الدوار والمحمل والدعم
  2. تضمين التأثيرات المعتمدة على السرعة: مراعاة اللحظات الجيروسكوبية، وتغيرات صلابة المحمل، والمعلمات الأخرى التي تعتمد على السرعة
  3. حل مشكلة القيمة الذاتية: حساب الترددات الطبيعية عند سرعات دوران متعددة
  4. نتائج المؤامرة: إنشاء منحنيات توضح كيفية تغير الترددات الطبيعية مع السرعة
  5. إضافة خطوط الإثارة: تراكب 1X و2X وخطوط الإثارة الأخرى ذات الصلة

النهج التجريبي

بالنسبة للآلات الموجودة، يمكن إنشاء مخططات كامبل من بيانات الاختبار:

  • يؤدي اختبارات بدء التشغيل أو الانحدار أثناء التسجيل المستمر اهتزاز
  • إنشاء قطعة أرض الشلال إظهار طيف الاهتزاز مقابل السرعة
  • استخراج قمم التردد الطبيعية من البيانات
  • ارسم الترددات المستخرجة مقابل السرعة لإنشاء مخطط كامبل التجريبي

التطبيقات في تصميم وتحليل الآلات

تطبيقات مرحلة التصميم

  • اختيار نطاق السرعة: تحديد نطاقات سرعة التشغيل الآمنة التي تتجنب السرعات الحرجة
  • تصميم المحمل: تحسين موقع المحمل ونوعه وصلابته لتحديد السرعات الحرجة بشكل مناسب
  • حجم العمود: ضبط قطر العمود وطوله لتحريك السرعات الحرجة بعيدًا عن نطاقات التشغيل
  • تصميم هيكل الدعم: تأكد من أن صلابة الأساس والقاعدة لا تؤدي إلى سرعات حرجة غير مرغوب فيها

استكشاف أخطاء التطبيقات وإصلاحها

  • تشخيص الرنين: تحديد ما إذا كان الاهتزاز العالي ناتجًا عن التشغيل بالقرب من سرعة حرجة
  • تقييم تغيير السرعة: تقييم تأثير الزيادة أو النقصان في السرعة المقترحة
  • تحليل التعديل: التنبؤ بتأثيرات تعديلات الماكينة (الكتلة المضافة، تغييرات الصلابة، استبدال المحامل)

إرشادات التشغيل

  • إجراءات بدء التشغيل/الإيقاف: تحديد نطاقات السرعة التي يجب المرور بها بسرعة لتقليل الوقت عند السرعات الحرجة
  • تشغيل السرعة المتغيرة: تحديد نطاقات السرعة الآمنة لمحركات السرعة المتغيرة
  • قيود السرعة: تحديد نطاقات السرعة المحظورة حيث يجب تجنب التشغيل

اعتبارات خاصة ومواضيع متقدمة

التأثيرات الجيروسكوبية

ل دوارات مرنة, تُسبب العزوم الجيروسكوبية انقسام الترددات الطبيعية إلى أنماط دوران أمامية وخلفية. يُظهر مخطط كامبل هذا الانقسام بوضوح، حيث تتزايد الأنماط الأمامية عادةً، بينما تتناقص الأنماط الخلفية مع السرعة.

تأثيرات المحمل

تؤثر أنواع المحامل المختلفة على مخطط كامبل بشكل مختلف:

  • محامل العناصر الدوارة: صلابة ثابتة نسبيًا، مما ينتج خطوط تردد طبيعية أفقية تقريبًا
  • محامل الأغشية السائلة: تزداد الصلابة مع السرعة، مما يؤدي إلى ارتفاع الترددات الطبيعية بشكل أكثر حدة
  • المحامل المغناطيسية: يمكن للتحكم النشط تعديل الترددات الطبيعية استنادًا إلى خوارزميات التحكم

الأنظمة المتباينة الخواص

عندما يكون لأنظمة الدوار صلابة مختلفة في اتجاهات مختلفة (محامل أو دعامات غير متماثلة)، يجب أن يوضح مخطط كامبل منحنيات منفصلة لأوضاع الاهتزاز الأفقية والرأسية.

مخطط كامبل مقابل مخططات ديناميكية الدوار الأخرى

مخطط كامبل مقابل مخطط بود

  • مخطط كامبل: يُظهر الترددات الطبيعية مقابل السرعة، ويتنبأ بالمكان الذي ستحدث فيه السرعات الحرجة
  • قطعة أرض بود: يُظهر سعة الاهتزاز المقاسة والطور مقابل السرعة، ويؤكد مواقع السرعة الحرجة الفعلية

مخطط كامبل مقابل مخطط التداخل

تُستخدم المصطلحات أحيانًا بالتبادل، على الرغم من أن "مخطط التداخل" يركز عادةً على نقاط التقاطع (التداخلات) بين الترددات الطبيعية وأوامر الإثارة.

مثال عملي

خذ في الاعتبار ضاغطًا عالي السرعة مصممًا للعمل بسرعة 15000 دورة في الدقيقة (250 هرتز):

  • يوضح مخطط كامبل ما يلي: السرعة الحرجة الأولى عند 12000 دورة في الدقيقة (1X)، والسرعة الحرجة الثانية عند 22000 دورة في الدقيقة (1X)
  • تحليل: سرعة التشغيل البالغة 15000 دورة في الدقيقة تقع بأمان بين السرعتين الحرجتين مع هوامش كافية (25% أقل من السرعة الحرجة الثانية، و20% أعلى من السرعة الحرجة الأولى)
  • إرشادات التشغيل: أثناء بدء التشغيل، قم بالتسريع بسرعة تصل إلى 12000 دورة في الدقيقة لتقليل الوقت عند السرعة الحرجة الأولى
  • دراسة زيادة السرعة: إذا أخذنا في الاعتبار التشغيل عند 18000 دورة في الدقيقة، يوضح مخطط كامبل أن هذا من شأنه أن يقلل هامش الفصل من المستوى الحرج الثاني إلى 18% غير المقبول - سيتطلب التعديل إعادة تصميم المحمل أو العمود

البرامج والأدوات الحديثة

اليوم، يتم إنشاء مخططات كامبل عادةً باستخدام برامج متخصصة:

  • حزم تحليل ديناميكيات الدوار (MADYN، XLTRC، DyRoBeS، ANSYS، إلخ.)
  • وظائف الرسم البياني المضمنة في برامج تحليل الاهتزاز
  • أدوات ما بعد المعالجة للبيانات التجريبية
  • التكامل مع أنظمة مراقبة الحالة للتتبع في الوقت الفعلي

تتيح هذه الأدوات إجراء تحليل سريع لـ "ماذا لو"، ودراسات التحسين، والارتباط بين السلوك المتوقع والمقاس، مما يجعل مخططات كامبل أكثر سهولة في الوصول إليها وأكثر فائدة من أي وقت مضى للمهندسين الذين يعملون مع الآلات الدوارة.

← العودة إلى الفهرس الرئيسي

فئات:
واتساب