Rotor Dinamikasında Kempbell Diaqramlarını Anlamaq

Portativ balanslaşdırıcı, vibrasiya analizatoru

Cihazlar

Portativ balanslaşdırıcı və vibrasiya analizatoru Balanset-1A

Hissələr

Dinamik balanslaşdırıcı “Balanset-1A” OEM

Tərif: Kempbell diaqramı nədir?

A Kempbell diaqramı (həmçinin fırlanma sürət xəritəsi və ya müdaxilə diaqramı kimi tanınır) istifadə olunan qrafik təsvirdir rotor dinamikası sistemin planlarını tərtib edir təbii tezliklər fırlanma sürətinə qarşı. Diaqram müəyyən etmək üçün vacib bir vasitədir kritik sürətlər- işləmə sürətləri rezonans baş verə bilər - və əməliyyat sürətləri ilə bu kritik şərtlər arasında adekvat ayırma marjalarının olub olmadığını qiymətləndirmək üçün.

1920-ci illərdə təyyarə mühərriklərinin vibrasiyasını təhlil etmək üçün konsepsiya hazırlayan Wilfred Campbellin şərəfinə adlandırılan Kempbell diaqramı turbinlərdən və kompressorlardan tutmuş elektrik mühərriklərinə və dəzgah millərinə qədər bütün növ yüksək sürətli fırlanan maşınların layihələndirilməsi və təhlili üçün əvəzsiz hala gəldi.

Kempbell diaqramının strukturu və komponentləri

Campbell diaqramı birlikdə rotor sisteminin dinamik davranışının tam təsvirini verən bir neçə əsas elementdən ibarətdir:

Baltalar

Üfüqi ox (X oxu): Fırlanma sürəti, adətən RPM (dəqiqədə inqilab) və ya Hz (Hertz) ilə ifadə edilir
Şaquli ox (Y oxu): Tezlik, adətən Hz və ya CPM (dəqiqədə dövrlər), sistemin təbii tezliklərini təmsil edir

Təbii Tezlik əyriləri

Diaqram rotor sisteminin hər bir təbii tezliyinin fırlanma sürəti ilə necə dəyişdiyini göstərən əyri və ya düz xətləri göstərir. Əksər sistemlər üçün:

İrəli fırlanma rejimləri: Giroskopik sərtləşdirmə effektləri səbəbindən sürətlə artan təbii tezliklər
Geriyə dönmə rejimləri: Sürətlə azalan təbii tezliklər (daha az yayılmış, müəyyən rulman tiplərində daha çox yayılmışdır)
Hər bir rejim (birinci əyilmə, ikinci əyilmə və s.) ayrı bir əyri ilə təmsil olunur

Həyəcan xətləri

Diaqramda üst-üstə qoyulmuş diaqonal düz xətlər potensial həyəcan mənbələrini təmsil edir:

1X Xətt: Başlanğıcdan 45°-də keçir (oxlar eyni miqyasda olduqda) balanssızlıq
2X Xətti: Hər bir inqilabda iki dəfə həyəcanlanmanı təmsil edir (dan yanlış hizalanma və ya digər mənbələr)
Digər çoxluqlar: Daha yüksək harmonik həyəcanlar üçün 3X, 4X və s
Alt-sinxron xətlər: Yağ burulğanı kimi hadisələr üçün 0,5X kimi fraksiya çarpanları

kəsişmə nöqtələri (kritik sürətlər)

Həyəcan xətti təbii tezlik əyrisini kəsdikdə, a kritik sürət mövcuddur. Bu sürətdə həyəcanlanma tezliyi təbii tezliyə uyğun gəlir, rezonansa və potensial təhlükəli vibrasiya gücləndirilməsinə səbəb olur.

Kempbell diaqramını necə oxumaq və şərh etmək olar

Kritik sürətlərin müəyyən edilməsi

Kempbell diaqramının əsas məqsədi kritik sürətləri müəyyən etməkdir:

Həyəcan xətləri (1X, 2X və s.) və təbii tezlik əyriləri arasında kəsişmələri tapın
Hər kəsişmənin üfüqi koordinatı kritik sürəti göstərir
Nə qədər çox kəsişmə varsa, əməliyyat diapazonunda bir o qədər kritik sürətlər mövcuddur

Ayırma Həddinin Qiymətləndirilməsi

Təhlükəsiz əməliyyat əməliyyat sürətləri ilə kritik sürətlər arasında adekvat “ayırma marjası” tələb edir:

Tipik Tələb: Kritik sürətlərdən ±15% - ±30% ayırma
Əməliyyat sürəti diapazonu: Adətən diaqramda şaquli zolaq kimi göstərilir
Məqbul dizayn: Əməliyyat diapazonu kritik sürət zonaları ilə üst-üstə düşməməlidir

Rejim formalarını başa düşmək

Diaqramdakı müxtəlif əyrilər müxtəlif vibrasiya rejimlərinə uyğundur:

Birinci rejim: Adətən sadə əyilməni təmsil edən ən aşağı tezlik əyrisi (bir donqarlı atlama ipi kimi)
İkinci rejim: Daha yüksək tezlikli, qovşaq nöqtəsi olan S-əyri forması
Daha yüksək rejimlər: Getdikcə daha mürəkkəb əyilmə nümunələri

Kempbell diaqramının yaradılması

Kempbell diaqramları hesablama analizi və ya eksperimental sınaq vasitəsilə yaradılır:

Analitik yanaşma

Riyazi Modelin qurulması: Rotor-daşıyıcı-dəstək sisteminin sonlu element modelini yaradın
Sürətdən asılı effektləri daxil edin: Giroskopik anları, rulman sərtliyindəki dəyişiklikləri və sürətdən asılı olan digər parametrləri nəzərə alın
Xüsusi dəyər problemini həll edin: Çox fırlanma sürətində təbii tezlikləri hesablayın
Süjet nəticələri: Təbii tezliklərin sürətə görə necə dəyişdiyini göstərən əyrilər yaradın
Həyəcan xətləri əlavə edin: 1X, 2X və digər müvafiq həyəcan xətlərinin üst-üstə düşməsi

Eksperimental yanaşma

Mövcud maşınlar üçün test məlumatlarından Campbell diaqramları yaradıla bilər:

İcra edin başlanğıc və ya sahilə endirmə testləri davamlı qeyd edərkən vibrasiya
Yaratmaq a şəlalə sahəsi vibrasiya spektrini sürətə qarşı göstərir
Məlumatlardan təbii tezlik zirvələrini çıxarın
Eksperimental Kempbell diaqramını yaratmaq üçün çıxarılan tezliklərin sürətə nisbətini müəyyənləşdirin

Maşın dizaynında və təhlilində tətbiqlər

Dizayn Faza Tətbiqləri

Sürət diapazonunun seçimi: Kritik sürətlərdən qaçan təhlükəsiz işləmə sürəti diapazonlarını müəyyənləşdirin
Rulman Dizaynı: Kritik sürətləri uyğun şəkildə yerləşdirmək üçün rulman yerini, növünü və sərtliyini optimallaşdırın
Mil Ölçüsü: Kritik sürətləri işləmə diapazonlarından uzaqlaşdırmaq üçün mil diametrini və uzunluğunu tənzimləyin
Dəstək Struktur Dizaynı: Təməl və postament sərtliyinin arzuolunmaz kritik sürətlər yaratmadığından əmin olun

Problemlərin aradan qaldırılması Tətbiqlər

Rezonans diaqnozu: Yüksək vibrasiyanın kritik sürətə yaxın işləmə ilə bağlı olub olmadığını müəyyənləşdirin
Sürət Dəyişikliyinin Qiymətləndirilməsi: Təklif olunan sürətin artması və ya azalmasının təsirini qiymətləndirin
Modifikasiya təhlili: Maşın modifikasiyalarının təsirini proqnozlaşdırmaq (əlavə kütlə, sərtlik dəyişiklikləri, rulmanların dəyişdirilməsi)

Əməliyyat təlimatı

Başlama/Söndürmə Prosedurları: Kritik sürətlərdə vaxtı minimuma endirmək üçün sürətlə keçmək üçün sürət diapazonlarını müəyyənləşdirin
Dəyişən Sürətli Əməliyyat: Dəyişən sürətli sürücülər üçün təhlükəsiz sürət diapazonlarını müəyyənləşdirin
Sürət məhdudiyyətləri: Əməliyyatdan qaçınılmalı olduğu yerlərdə qadağan olunmuş sürət diapazonlarını təyin edin

Xüsusi Mülahizələr və Qabaqcıl Mövzular

Giroskopik effektlər

üçün çevik rotorlar, giroskopik anlar təbii tezliklərin irəli və geri burulma rejimlərinə bölünməsinə səbəb olur. Kempbell diaqramı bu bölünməni aydın şəkildə göstərir, irəli rejimlər adətən artır və geri rejimlər sürətlə azalır.

Rulman effektləri

Fərqli rulman növləri Campbell diaqramına fərqli təsir göstərir:

Rolling Element rulmanları: Nisbətən sabit sərtlik, demək olar ki, üfüqi təbii tezlik xətləri yaradır
Maye-film podşipnikləri: Sərtlik sürətlə artır və təbii tezliklərin daha kəskin artmasına səbəb olur
Maqnit rulmanlar: Aktiv idarəetmə nəzarət alqoritmləri əsasında təbii tezlikləri dəyişdirə bilər

Anizotrop sistemlər

Rotor sistemləri müxtəlif istiqamətlərdə fərqli sərtliyə malik olduqda (asimmetrik rulmanlar və ya dayaqlar), Kempbell diaqramında üfüqi və şaquli vibrasiya rejimləri üçün ayrı əyrilər göstərilməlidir.

Campbell Diaqramı Digər Rotor Dinamik Planlarına qarşı

Kempbell Diaqramı Bode Süjetinə qarşı

Kempbell diaqramı: Təbii tezlikləri sürətə qarşı göstərir, kritik sürətlərin harada baş verəcəyini proqnozlaşdırır
Bode Süjeti: Ölçülmüş vibrasiya amplitudasını və fazaya qarşı sürəti göstərir, faktiki kritik sürət yerlərini təsdiqləyir

Kempbell diaqramı və müdaxilə diaqramı

Terminlər bəzən bir-birini əvəz etmək üçün istifadə olunur, baxmayaraq ki, "müdaxilə diaqramı" adətən təbii tezliklər və həyəcan sifarişləri arasındakı kəsişmə nöqtələrini (müdaxilələri) vurğulayır.

Praktik Nümunə

15.000 RPM (250 Hz) işləmək üçün nəzərdə tutulmuş yüksək sürətli kompressoru nəzərdən keçirək:

Campbell Diaqramı göstərir: Birinci kritik sürət 12.000 RPM (1X), ikinci kritik sürət 22.000 RPM (1X)
Təhlil: 15.000 RPM işləmə sürəti adekvat marja ilə iki kritik sürət arasında təhlükəsizdir (25% ikinci kritikdən aşağı, 20% birinci kritikdən yuxarı)
Əməliyyat təlimatı: Başlanğıc zamanı ilk kritik sürətdə vaxtı minimuma endirmək üçün 12.000 RPM ilə sürətlə sürətləndirin.
Sürət Artırma Tədqiqatı: 18,000 RPM-də əməliyyat nəzərə alınarsa, Kempbell diaqramı bunun ayırma marjasını ikinci kritikdən qəbuledilməz 18%-ə qədər azaldacağını göstərir - modifikasiya rulman və ya milin yenidən dizaynını tələb edir

Müasir proqram təminatı və alətlər

Bu gün Campbell diaqramları adətən xüsusi proqram təminatı ilə yaradılır:

Rotor dinamikası analiz paketləri (MADYN, XLTRC, DyRoBeS, ANSYS və s.)
Vibrasiya analizi proqramında quraşdırılmış plan tərtibat funksiyaları
Eksperimental məlumatlar üçün sonrakı emal alətləri
Real vaxt rejimində izləmə üçün vəziyyətin monitorinqi sistemləri ilə inteqrasiya

Bu alətlər fırlanan maşınlarla işləyən mühəndislər üçün Kempbell diaqramlarını həmişəkindən daha əlçatan və faydalı etmək üçün sürətli nə-if təhlili, optimallaşdırma tədqiqatları və proqnozlaşdırılan və ölçülən davranış arasında korrelyasiyaya imkan verir.

← Əsas İndeksə qayıt

Kempbell diaqramı nədir? Kritik Sürət Təhlili

admin tərəfindən Oktyabr 28, 2025 Oktyabr 28, 2025-də nəşr edilmişdir