سرعت بحرانی در دینامیک روتور توضیح داده شده است
آ سرعت بحرانی سرعت چرخشی است که در آن فرکانس چرخش روتور با یکی از فرکانسهای طبیعی از ارتعاش. هنگامی که یک دستگاه در سرعت بحرانی یا نزدیک به آن کار میکند، رزونانس آغاز میشود، و حتی مقدار بسیار کوچکی از عدم تعادل باقیمانده تا ارتعاشات بزرگ و احتمالاً خطرناک لرزشتقویت میشود. از آنجایی که هر روتور دارای چندین فرکانس طبیعی است — یکی برای هر حالت ارتعاش، مانند اولین حالت خمیدگی، دومین حالت خمیدگی و غیره — دارای چندین سرعت بحرانی نیز میباشد. پیشبینی، جدا کردن و عبور ایمن از این سرعتها یکی از مسائل اساسی دینامیک روتور.
۱. تعریف: سرعت بحرانی چیست؟
یک روتور چرخان در واقع یک سیستم جرم و سختی است، و مانند هر سیستم مشابهی، دارای فرکانسهای ترجیحی است که میخواهد در آنها ارتعاش کند. سرعت کارکردی یک ورودی اجباری در هر دور از عدم توازن تامین میکند. هنگامی که سرعت کارکردی با یک فرکانس طبیعی برابر باشد، آن ورودی اجباری در زمان کامل با نوسان خود روتور فرود میآید، انرژی چرخه به چرخه جمع میشود و دامنه به طور چشمگیری افزایش مییابد. این نقطه همزمانی، سرعت بحرانی است.
شکلی که روتور در هنگام اهتزاز در سرعت بحرانی به خود میگیرد شکل حالتاست، و حرکت چرخشی جانبی که ایجاد میشود، خانوادهای از رفتار است که تحت whirl and whipتوصیف میشود. مهمتر اینکه، سرعت بحرانی خاصیتی از عدم توازن نیست — عدم توازن صرفاً excites آن را تحریک میکند. خود سرعت توسط جرم، هندسه روتور و سختی شفت و پایههای آن تعیین میشود.
۲. چرا سرعت بحرانی بسیار اهمیت دارد
بهرهبرداری از یک دستگاه در سرعت بحرانی، حتی برای مدت کوتاه، میتواند فاجعهبار باشد. نتایج عبارتند از:
- لرزش بیش از حد: دامنهها میتواند بسته به میزان میرایی سیستم تا ۱۰، ۲۰ یا بیشتر افزایش یابد.
- خرابی اجزاء: ارتعاش بالا و انحراف شفت به شکست بلبرینگ، آسیب مهر و rubs بین اجزای چرخشی و ثابت منجر میشود.
- شکست فاجعهبار شفت: در موارد شدید، تنش خمشی متناوب از حد خستگی ماده تجاوز میکند، شفت را ترکدار یا شکسته میکند.
- خطرات ایمنی: خرابی در سرعت بالا افراد و تجهیزات مجاور را به خطر میاندازد.
به همین دلایل، ماشینآلات با یک حاشیه جداسازیطراحی میشوند: سرعت پیوسته نرمال کار در فاصله ایمنی از هر سرعت بحرانی نگه داشته میشود.
3. روتورهای سفت در برابر انعطافپذیر
سرعت بحرانی همان مفهومی است که روتورها را به دو کلاس تقسیم میکند:
- Rigid rotor: operates زیر اولین سرعت بحرانی آن. شافت آن در کار به میزان قابلتوجهی خم نمیشود — معمولاً ماشینهای کندتر و فشردهتر، متوازنشده تا ISO 21940-11 tolerances.
- Flexible rotor: طراحیشده برای کار بالا اولین (و گاهی دوم یا سوم) سرعت بحرانی آن. شافت آن هنگام عبور از هر سرعت بحرانی در راهاندازی و خاموشی انعطافپذیری پیدا میکند و خم میشود. روتورهای نازک و سرعت بالای توربینها و کمپرسورها روتورهای انعطافپذیر هستند و نیاز به متعادلسازی چند صفحهای تکنیکهای پوششدادهشده در ISO 21940-12.
4. مدیریت سرعتهای بحرانی در حین کار
از آنجایی که اغلب عملی نیست که یک ماشین سرعت بالا طوری طراحی کنیم که زیر اولین سرعت بحرانی خود بماند، مهندسان چندین استراتژی را ترکیب میکنند تا با ایمنی با آنها زندگی کنند.
4.1 حاشیه جدایی
اساسیترین قاعده این است که سرعت کار پیوسته را از هر سرعت بحرانی دور نگه داریم، با حاشیه معمول ±20–30%. اگر یک سرعت بحرانی در 3000 دور در دقیقه قرار داشته باشد، ماشین نباید پیوسته بین تقریباً 2400 و 3600 دور در دقیقه کار کند.
4.2 شتابگیری سریع و کاهش سرعت
روتورهای انعطافپذیری که باید از سرعت بحرانی عبور کنند، به سرعت راهاندازی و خاموشی میشوند و سریع از باند خطر عبور میکنند. ماندن در سرعت بحرانی به دامنه اجازه میدهد تا به سطوح خطرناک ارتفاع بیابد؛ عبور تند از رزونانس زمان برای رشد را نفی میکند.
4.3 Damping
میرایی انرژی لرزشی را تحدید میکند و آنچه دامنه اوج را در رزونانس محدود میکند. بلبرینگها — بهویژه فیلمیسیال یاتاقانهای ژورنال — منبع اصلی میرایی هستند؛ میراگرهای فیلم فشاری جایی که لازم است میرایی بیشتری اضافه میکنند. بهینهسازی طراحی بلبرینگ اوج سرعت بحرانی را در سطح ایمن و قابلمدیریت نگه میدارد.
4.4 توازنسازی دقیق
از آنجایی که لرزش در سرعت بحرانی یک پاسخ تقویتشده به عدمتوازن است، هر چه یک روتور بهتر متوازن باشد، تابع اجباری آن کوچکتر و اوج آن هنگام عبور از رزونانس پایینتر است. برای روتورهای انعطافپذیر، روشهای مدال و چند صفحهای هر مد را به نوبه خود هدف قرار میدهند.
5. سرعتهای بحرانی چگونه شناخته میشوند
سرعتهای بحرانی هم بر روی کاغذ و هم در کارگاه آزمایش یافت میشوند:
- تحلیل دینامیکی روتور (RDA): مدلهای اجزای محدود ساخته شده در فاز طراحی، سرعتهای بحرانی و اشکال حالتها را قبل از ماشینکاری پیشبینی میکنند. مدلهای ما ماشین حساب سرعت بحرانی روتور تخمین سریع اولیه از پایینترین سرعت بحرانی شفت را بر اساس هندسه و تکیهگاههای آن ارائه میدهد.
- آزمونهای رونوشت و خاموشی: رایجترین روش آزمایشی، که در آن دامنه و فاز در طول یک مقدمهچینی یا سرازیر شدن به سمت ساحلرسم میشوند. سرعت بحرانی بهصورت یک قله دامنه مشخص همراه با تغییر فاز مشخصه 180° ظاهر میشود فاز تغییر فاز نمایش داده میشود در نمودار بود یا قطعه زمین آبشاری.
- آزمون تاثیر (ضربه): ضربه زدن به روتور ساکن با چکش مجهز به ابزار، فرکانسهای طبیعی آن را تحریک میکند که با سرعتهای بحرانی آن مطابقت دارند — نگاه کنید تست ضربه.
برای ماشینهایی که در محدوده سرعتها کار میکنند، رابطه بین مرتبههای تحریک و فرکانسهای طبیعی بهتر بر روی نمایش داده میشود نمودار کمپبل؛ میتوانید تقاطعها را با سرعت نقشهبرداری کنید ماشین حساب نمودار کمپبل.
6. تایید حاشیه امنیتی در محل
پیشبینی سرعت بحرانی تنها نیمی از کار است؛ تایید رفتار ماشین واقعی بهطور پیشبینی شده است نیمی دیگر. یک دستگاه تحلیلگر دوکانال قابل حمل مانند بالانس-1a دامنه و فاز 1× را در طول رونوشت یا خاموشی در برابر دور در دقیقه ثبت میکند، بنابراین موقعیت سرعت بحرانی واقعی و ارتفاع قله تشدید آن را میتوان مستقیماً از رد خوانده شود. اگر دادهها نشان دهند ماشین بسیار نزدیک به سرعت بحرانی نشسته است، همان ابزار از متعادلسازی در محل پشتیبانی میکند که تابع اجباری را کاهش میدهد و قله را تا کند — به شما اجازه میدهد تا حاشیه جدایی را در یاتاقانهایی تایید کنید که روتور در آن واقعاً کار خواهد کرد.
