Mis on Campbelli diagramm? Kriitilise kiiruse analüüs • Kaasaskantav tasakaalustaja, vibratsioonianalüsaator "Balanset" purusti, ventilaatorite, multšijate, kombainide kruvide, võllide, tsentrifuugide, turbiinide ja paljude teiste rootorite dünaamiliseks tasakaalustamiseks. Mis on Campbelli diagramm? Kriitilise kiiruse analüüs • Kaasaskantav tasakaalustaja, vibratsioonianalüsaator "Balanset" purusti, ventilaatorite, multšijate, kombainide kruvide, võllide, tsentrifuugide, turbiinide ja paljude teiste rootorite dünaamiliseks tasakaalustamiseks.

Mis on Campbelli diagramm? Kriitilise kiiruse analüüs

Avaldanud admin saidil

Campbelli diagrammide mõistmine rootori dünaamikas

Definitsioon: Mis on Campbelli diagramm?

A Campbelli diagramm (tuntud ka kui keerise kiiruse kaart või interferentsiagramm) on graafiline esitus, mida kasutatakse rootori dünaamika mis joonistab süsteemi loomulikud sagedused pöörlemiskiiruse suhtes. Diagramm on oluline vahend tuvastamiseks kriitilised kiirused— töökiirused, millega resonants võivad tekkida – ja selle hindamiseks, kas töökiiruste ja nende kriitiliste tingimuste vahel on piisavad eraldusmarginaalid.

Campbelli diagramm, mis on nime saanud Wilfred Campbelli järgi, kes töötas 1920. aastatel välja lennukimootorite vibratsioonide analüüsimise kontseptsiooni, on muutunud asendamatuks igat tüüpi kiirelt pöörlevate masinate, alates turbiinidest ja kompressoritest kuni elektrimootorite ja tööpinkide spindliteni, projekteerimisel ja analüüsimisel.

Campbelli diagrammi struktuur ja komponendid

Campbelli diagramm koosneb mitmest põhielemendist, mis koos annavad rootorisüsteemi dünaamilisest käitumisest täieliku pildi:

Kirved

  • Horisontaaltelg (X-telg): Pöörlemiskiirus, mida tavaliselt väljendatakse RPM-ides (pööret minutis) või Hz-des (hertsides)
  • Vertikaaltelg (Y-telg): Sagedus, tavaliselt Hz-des või CPM-ides (tsüklit minutis), mis esindab süsteemi loomulikke sagedusi

Looduslikud sageduskõverad

Diagrammil on kujutatud kõveraid või sirgeid jooni, mis näitavad, kuidas rootorisüsteemi iga loomulik sagedus muutub pöörlemiskiirusega. Enamiku süsteemide puhul:

  • Edasisuunalise keerise režiimid: Güroskoopilise jäigastumisefekti tõttu kiirusega suurenevad loomulikud sagedused
  • Tagasipööratud keerise režiimid: Omavõrra sagedused, mis kiirusega vähenevad (vähem levinud, teatud tüüpi laagrite puhul levinumad)
  • Iga režiimi (esimene painutamine, teine painutamine jne) esindab eraldi kõver

Erutusliinid

Diagrammil üksteise peale asetatud diagonaalsed sirged jooned tähistavad potentsiaalseid ergastusallikaid:

  • 1X rida: Läbib alguspunkti 45° nurga all (kui telgedel on sama skaala), mis esindab sünkroonset ergutust tasakaalutus
  • 2X rida: Esindades kaks korda pöörde kohta ergutust (alates joondusviga või muudest allikatest)
  • Muud kordsed: 3X, 4X jne kõrgemate harmooniliste ergastuste jaoks
  • Subsünkroonsed read: Murdkordsed, näiteks 0,5X, selliste nähtuste nagu õlikeerise korral

Ristumispunktid (kriitilised kiirused)

Kui ergastusjoon ristub loomuliku sageduskõveraga, siis a kriitiline kiirus on olemas. Sellel kiirusel vastab ergastussagedus omavõnkesagedusele, põhjustades resonantsi ja potentsiaalselt ohtlikku vibratsiooni võimendumist.

Kuidas Campbelli diagrammi lugeda ja tõlgendada

Kriitiliste kiiruste tuvastamine

Campbelli diagrammi peamine eesmärk on kriitiliste kiiruste tuvastamine:

  1. Leidke ergastusjoonte (1X, 2X jne) ja loomuliku sageduskõverate lõikepunktid
  2. Iga ristmiku horisontaalne koordinaat näitab kriitilist kiirust
  3. Mida rohkem on ristmikke, seda rohkem on tööpiirkonnas kriitilisi kiirusi.

Eraldusmarginaalide hindamine

Ohutu töö tagamiseks on vaja piisavat “eraldusmarginaali” töökiiruste ja kriitiliste kiiruste vahel:

  • Tüüpiline nõue: ±15% kuni ±30% eraldus kriitilistest kiirustest
  • Töökiiruse vahemik: Tavaliselt on see diagrammil tähistatud vertikaalse ribana
  • Vastuvõetav disain: Töövahemik ei tohiks kattuda kriitiliste kiirustsoonidega

Režiimikujude mõistmine

Diagrammil olevad erinevad kõverad vastavad erinevatele vibratsioonirežiimidele:

  • Esimene režiim: Tavaliselt madalaima sagedusega kõver, mis esindab lihtsat painutamist (nagu ühe küüruga hüppenöör)
  • Teine režiim: Kõrgem sagedus, S-kõvera kuju sõlmepunktiga
  • Kõrgemad režiimid: Üha keerukamad läbipaindemustrid

Campbelli diagrammi loomine

Campbelli diagrammid genereeritakse arvutusliku analüüsi või eksperimentaalse testimise abil:

Analüütiline lähenemine

  1. Matemaatilise mudeli loomine: Looge rootori-laagri-tugisüsteemi lõplike elementide mudel
  2. Lisa kiirusest sõltuvad efektid: Arvestage güroskoopiliste momentide, laagri jäikuse muutuste ja muude kiirusest sõltuvate parameetritega
  3. Lahenda omaväärtuse probleem: Arvutage omasagedusi mitmel pöörlemiskiirusel
  4. Krundi tulemused: Genereerige kõveraid, mis näitavad, kuidas loomulikud sagedused kiirusega varieeruvad
  5. Lisa erutusliinid: Kattekihi 1X, 2X ja muud asjakohased ergastusliinid

Eksperimentaalne lähenemine

Olemasolevate masinate puhul saab Campbelli diagramme luua katseandmete põhjal:

  • Esita käivitus- või vabajooksutestid pideva salvestamise ajal vibratsioon
  • Loo juga krunt näitab vibratsioonispektrit ja kiirust
  • Andmetest loomulike sageduspiikide eraldamine
  • Joonistage ekstraheeritud sagedused kiiruse suhtes, et luua eksperimentaalne Campbelli diagramm.

Rakendused masinaehituses ja analüüsis

Projekteerimisfaasi rakendused

  • Kiirusevahemiku valik: Määrake kindlaks ohutud töökiiruse vahemikud, mis väldivad kriitilisi kiirusi
  • Laagri disain: Optimeerige laagri asukohta, tüüpi ja jäikust kriitiliste kiiruste sobivaks positsioneerimiseks
  • Võlli mõõtmed: Reguleerige võlli läbimõõtu ja pikkust, et viia kriitilised kiirused töövahemikust välja
  • Tugistruktuuri disain: Veenduge, et vundamendi ja aluse jäikus ei tekitaks soovimatuid kriitilisi kiirusi

Rakenduste tõrkeotsing

  • Resonantsi diagnoosimine: Tehke kindlaks, kas kõrge vibratsioon on tingitud kriitilisele kiirusele lähedal töötamisest
  • Kiiruse muutuse hindamine: Hinnake kavandatud kiiruse suurendamise või vähendamise mõju
  • Modifikatsioonide analüüs: Masina modifikatsioonide (lisatud mass, jäikuse muutused, laagrite vahetamine) mõjude ennustamine

Kasutusjuhend

  • Käivitamise/seiskamise protseduurid: Määrake kiirusvahemikud, mida tuleb kiiresti läbida, et minimeerida kriitilistel kiirustel kuluvat aega
  • Muutuva kiirusega töötamine: Määrake muutuva kiirusega ajamite ohutud kiirusvahemikud
  • Kiirusepiirangud: Kehtestage keelatud kiirusvahemikud, kus töötamist tuleks vältida

Erikaalutlused ja edasijõudnutele mõeldud teemad

Güroskoopilised efektid

Sest painduvad rootorid, güroskoopilised momendid põhjustavad loomulike sageduste jagunemise edasi-tagasi keerlevateks moodideks. Campbelli diagramm näitab seda jagunemist selgelt, kus edasi-tagasi moodid tavaliselt suurenevad ja tagasi-tagasi moodid vähenevad kiirusega.

Laagriefektid

Erinevad laagritüübid mõjutavad Campbelli diagrammi erinevalt:

  • Veeremelementide laagrid: Suhteliselt konstantne jäikus, mis tekitab peaaegu horisontaalseid loomulikke sagedusjooni
  • Vedelikukile laagrid: Jäikus suureneb kiirusega, põhjustades loomulike sageduste järsemat tõusu
  • Magnetlaagrid: Aktiivjuhtimine saab muuta loomulikke sagedusi juhtimisalgoritmide põhjal

Anisotroopsed süsteemid

Kui rootorisüsteemidel on eri suundades erinev jäikus (asümmeetrilised laagrid või toed), peab Campbelli diagramm näitama horisontaalse ja vertikaalse vibratsioonirežiimi jaoks eraldi kõveraid.

Campbelli diagramm vs. teised rootori dünaamilised graafikud

Campbelli diagramm vs. Bode'i graafik

  • Campbelli diagramm: Näitab loomulikke sagedusi kiiruse suhtes, ennustab, kus kriitilised kiirused esinevad
  • Bode'i graafik: Näitab mõõdetud vibratsiooni amplituudi ja faasi kiiruse suhtes, kinnitab tegelikke kriitilise kiiruse asukohti

Campbelli diagramm vs. interferentsdiagramm

Neid termineid kasutatakse mõnikord sünonüümidena, kuigi “interferentsdiagramm” rõhutab tavaliselt loomulike sageduste ja ergastusjärkude lõikepunkte (interferentse).

Praktiline näide

Mõelge kiirele kompressorile, mis on loodud töötama kiirusel 15 000 p/min (250 Hz):

  • Campbelli diagramm näitab: Esimene kriitiline kiirus 12 000 p/min juures (1X), teine kriitiline kiirus 22 000 p/min juures (1X)
  • Analüüs: Töökiirus 15 000 p/min on ohutult kahe kriitilise kiiruse vahel piisavate varudega (25% alla teise kriitilise kiiruse, 20% üle esimese kriitilise kiiruse).
  • Kasutusjuhend: Käivitamise ajal kiirendage kiiresti kuni 12 000 p/min-ni, et minimeerida aega esimesel kriitilisel kiirusel
  • Kiiruse suurendamise uuring: Kui arvestada töötamist kiirusel 18 000 p/min, näitab Campbelli diagramm, et see vähendaks eraldusmarginaali teisest kriitilisest väärtusest vastuvõetamatule tasemele. 18% – modifikatsioon nõuaks laagri või võlli ümberprojekteerimist.

Kaasaegne tarkvara ja tööriistad

Tänapäeval genereeritakse Campbelli diagramme tavaliselt spetsiaalse tarkvara abil:

  • Rootori dünaamika analüüsipaketid (MADYN, XLTRC, DyRoBeS, ANSYS jne)
  • Sisseehitatud graafikute koostamise funktsioonid vibratsioonianalüüsi tarkvaras
  • Eksperimentaalsete andmete järeltöötlustööriistad
  • Integreerimine seisukorra jälgimissüsteemidega reaalajas jälgimiseks

Need tööriistad võimaldavad kiiret „mis siis, kui” analüüsi, optimeerimisuuringuid ning ennustatud ja mõõdetud käitumise vahelist korrelatsiooni, muutes Campbelli diagrammid pöörlevate masinatega töötavatele inseneridele kättesaadavamaks ja kasulikumaks kui kunagi varem.

← Tagasi põhiindeksi juurde

Kategooriad:
WhatsApp