درک رزونانس تیغه
تعریف: رزونانس تیغه چیست؟
رزونانس تیغه یک است رزونانس وضعیتی که در آن پره‌ها یا تیغه‌های جداگانه در فن‌ها، کمپرسورها، توربین‌ها یا پمپ‌ها در یکی از نقاط خود می‌لرزند فرکانس‌های طبیعی در پاسخ به تحریک ناشی از نیروهای آیرودینامیکی، ارتعاش مکانیکی یا اثرات الکترومغناطیسی. هنگامی که فرکانس تحریک با فرکانس طبیعی پره مطابقت دارد، پره دچار نوسان به شدت تقویت‌شده‌ای می‌شود که تنش‌های متناوب بالایی ایجاد می‌کند که می‌تواند منجر به چرخه‌های بالا شود. خستگی ترک‌ها و در نهایت خرابی تیغه.
رزونانس پره به طور خاص خطرناک است زیرا ارتعاش تک تک پره‌ها ممکن است از طریق اندازه‌گیری‌های ارتعاش محفظه یاتاقان استاندارد قابل تشخیص نباشد، با این حال خود پره سطوح تنش مخربی را تجربه می‌کند. این یک ملاحظه طراحی حیاتی در توربوماشین‌ها است و در صورت تغییر شرایط عملیاتی از هدف طراحی، می‌تواند در فن‌های صنعتی رخ دهد.
فرکانس‌های طبیعی بلید
حالت‌های اساسی
هر تیغه چندین حالت ارتعاش دارد:
حالت خمش اول
- خمش ساده تیرک (جابجایی نوک تیغه)
- کمترین فرکانس طبیعی
- به راحتی هیجان زده می شود
- محدوده معمول: ۱۰۰ تا ۲۰۰۰ هرتز بسته به اندازه و سختی تیغه
حالت خمش دوم
- خمش منحنی S با نقطه گره
- فرکانس بالاتر (معمولاً ۳-۵ برابر حالت اول)
- کمتر هیجان‌انگیز اما محتمل
حالت پیچشی
- چرخش تیغه حول محور خود
- فرکانس به هندسه پره و نحوه نصب آن بستگی دارد
- می‌تواند توسط نیروهای آیرودینامیکی ناپایدار تحریک شود
عوامل مؤثر بر فرکانس طبیعی پره
- طول تیغه: پره‌های بلندتر فرکانس‌های پایین‌تری دارند
- ضخامت: تیغه‌های ضخیم‌تر، سفت‌تر، فرکانس‌های بالاتر
- مواد: سختی و چگالی بر فرکانس تأثیر می‌گذارند
- نصب: سختی اتصال بر شرایط مرزی تأثیر می‌گذارد
- سفت‌کاری گریز از مرکز: در سرعت‌های بالا، نیروهای گریز از مرکز، سختی ظاهری را افزایش می‌دهند
منابع تحریک
تحریک آیرودینامیکی
اختلالات بالادست
- پایه‌های نگهدارنده یا پره‌های راهنما در بالادست جریان، جریانی ایجاد می‌کنند که باعث ایجاد دنباله می‌شود.
- تعداد اختلالات × سرعت روتور = فرکانس تحریک
- اگر با فرکانس پره مطابقت داشته باشد → رزونانس
آشفتگی جریان
- جریان ناپایدار که باعث تحریک تصادفی می‌شود
- اگر انرژی در فرکانس مناسب باشد، می‌تواند حالت‌های پره را تحریک کند
- رایج در عملیات خارج از طراحی
رزونانس آکوستیک
- امواج ایستاده در کانال‌کشی
- ضربان‌های فشار صوتی، پره‌ها را تحریک می‌کنند
- کوپلینگ بین مدهای آکوستیک و سازه‌ای
تحریک مکانیکی
- Rotor عدم تعادل ایجاد ۱ برابر لرزش منتقل شده به پره‌ها
- ناهم‌ترازی ایجاد ۲× تحریک
- نقص‌های یاتاقان که ارتعاش فرکانس بالا را منتقل می‌کنند
- ارتعاش فونداسیون یا غلاف متصل به پره‌ها
تحریک الکترومغناطیسی (فن‌های موتوری)
- ۲× فرکانس خط از موتور
- فرکانس عبور قطب
- اگر این فرکانس‌ها نزدیک به فرکانس طبیعی پره باشند، رزونانس امکان‌پذیر است.
علائم و تشخیص
ویژگی‌های ارتعاش
- مولفه فرکانس بالا: در فرکانس طبیعی پره (اغلب ۲۰۰ تا ۲۰۰۰ هرتز)
- وابسته به سرعت: فقط در سرعت‌های عملیاتی خاص ظاهر می‌شود
- ممکن است شدید نباشد: در اندازه‌گیری‌های یاتاقان (لرزش تیغه موضعی)
- جهت دار: ممکن است در جهت‌های اندازه‌گیری خاص قوی‌تر باشد
شاخص‌های آکوستیک
- ناله یا سوت با صدای بلند در فرکانس رزونانس
- نویز تُنی متمایز از عملکرد عادی
- فقط در سرعت‌ها یا شرایط جریان خاص وجود دارد
- حتی با ارتعاش متوسط، بلندی صدا می‌تواند شدید باشد
شواهد فیزیکی
- حرکت تیغه قابل مشاهده: لرزش یا تکان خوردن تیغه‌ها به صورت جداگانه
- ترک‌های ناشی از خستگی: ترک خوردگی در ریشه تیغه یا نقاط تنش
- فرسایش: علائم سایش در محل اتصال تیغه که نشان دهنده حرکت است
- تیغه‌های شکسته: نتیجه نهایی در صورت عدم اصلاح رزونانس
چالش‌های تشخیص
چرا تشخیص رزونانس تیغه دشوار است؟
- حرکت تیغه به خوبی به محفظه یاتاقان متصل نمی‌شود
- شتاب‌سنج‌های استاندارد روی یاتاقان‌ها ممکن است لرزش تیغه را تشخیص ندهند
- به تیغه‌های منفرد محدود شده است
- ممکن است به تکنیک‌های اندازه‌گیری تخصصی نیاز داشته باشد
روش‌های پیشرفته تشخیص
- زمان‌بندی نوک تیغه: اندازه‌گیری غیر تماسی هر مسیر تیغه
- کرنش سنج ها: برای اندازه‌گیری تنش روی پره‌ها نصب می‌شود (نیاز به تله‌متری دارد)
- ویبرومتری لیزری: اندازه‌گیری نوری غیرتماسی حرکت پره
- مانیتورینگ آکوستیک: میکروفون‌ها یا شتاب‌سنج‌ها روی پوشش نزدیک پره‌ها
پیامدهای رزونانس تیغه
خستگی چرخه بالا
- تنش متناوب در ریشه تیغه
- میلیون‌ها چرخه در ساعت یا روز
- ترک‌های خستگی شروع و منتشر می‌شوند
- می‌تواند منجر به خرابی ناگهانی تیغه بدون هشدار شود
آزادسازی تیغه
- جدا شدن کامل پره در اثر خستگی
- عدم تعادل شدید ناشی از اتلاف جرم
- خطر پرتابه (ترکش‌های تیغه)
- آسیب ثانویه گسترده به تجهیزات
- ریسک ایمنی برای پرسنل
پیشگیری و کاهش اثرات
مرحله طراحی
- تحلیل نمودار کمپبل: پیش‌بینی تداخل بین فرکانس‌های پره و تحریکات
- جداسازی کافی: اطمینان حاصل کنید که فرکانس‌های طبیعی پره با منابع تحریک مطابقت ندارند.
- تنظیم تیغه: تنظیم سفتی پره برای تغییر فرکانس‌های طبیعی
- میرایی: ویژگی‌های میرایی طراحی‌شده (میراگرهای اصطکاکی، پوشش‌ها)
راهکارهای عملیاتی
- تغییر سرعت: با سرعت بالا کار کنید تا از تشدید جلوگیری شود
- کنترل جریان: تنظیم نقطه کار برای کاهش تحریک
- از سرعت‌های ممنوعه پرهیز کنید: در صورت مشاهده رزونانس، محدوده‌های سرعت را برای جلوگیری از آن تعیین کنید
راهکارهای اصلاح
- سفت شدن تیغه: اضافه کردن مواد، دنده‌ها یا اتصالات بین تیغه‌ها
- تغییر تعداد تیغه: هم فرکانس پره و هم الگوی تحریک را تغییر می‌دهد
- عملیات میرایی: اعمال میرایی لایه مقید به پره‌ها
- منبع تحریک را حذف کنید: اصلاح اختلالات جریان بالادست
نمونه‌های صنعتی
فن‌های القایی (نیروگاه‌ها)
- پنکه‌های بزرگ (با قطر ۱۰ تا ۲۰ فوت) با پره‌های بلند
- فرکانس‌های طبیعی پره ۵۰-۲۰۰ هرتز
- می‌تواند با عبور تیغه یا فرکانس‌های الکترومغناطیسی موتور مطابقت داشته باشد
- از نظر تاریخی باعث خرابی‌های فاجعه‌بار تیغه شده است
توربین‌های گازی
- پره‌های کمپرسور و توربین با سرعت بالا
- فرکانس‌های تیغه ۵۰۰-۵۰۰۰ هرتز
- تحلیل‌های پیچیده مورد نیاز در طول طراحی
- نظارت بر زمان‌بندی نوک تیغه در کاربردهای حیاتی
طرفداران تهویه مطبوع
- معمولاً به دلیل سرعت و تنش کمتر، کمتر بحرانی است
- رزونانس می‌تواند باعث ایجاد مشکلات نویز شود
- معمولاً از طریق تغییر سرعت یا سفت شدن تیغه اصلاح می‌شود
رزونانس پره یک پدیده ارتعاشی تخصصی است که نیاز به درک دینامیک سازه و برهمکنش سیال-سازه دارد. اگرچه رزونانس پره به طور بالقوه فاجعه‌بار است، اما می‌توان از طریق تجزیه و تحلیل مناسب طراحی از آن جلوگیری کرد، از طریق محدودیت‌های عملیاتی از آن اجتناب کرد یا از طریق اصلاحات ساختاری آن را کاهش داد و عملکرد ایمن و قابل اعتماد ماشین‌آلات پره‌دار را تضمین کرد.
EN 
AR 
AZ 
BG 
ZH 
HR 
CS 
DA 
NL 
ET 
FI 
FR 
DE 
KA 
EL 
HE 
HI 
HU 
ID 
IT 
JA 
KO 
LV 
LT 
MS 
NB 
FA 
PL 
PT_BR 
PT 
RO 
SR 
SK 
SL 
ES 
SV 
TH 
TR 
UR 
UK 
VI 