درک نمودارهای تداخل
تعریف: نمودار تداخل چیست؟
یک نمودار تداخل یک ابزار گرافیکی است که در دینامیک روتور برای شناسایی محدوده‌های سرعت چرخشی که در آنها فرکانس‌های تحریک با فرکانس‌های سیستم “تداخل” (تطابق) دارند فرکانس‌های طبیعی, ، ایجاد شرایطی برای رزونانس. اصطلاح “تداخل” به برهمکنش مشکل‌ساز بین یک فرکانس اجباری (از عدم تعادل, ، عبور پره، یا منابع دیگر) و فرکانس طبیعی که می‌تواند باعث ایجاد بیش از حد شود لرزش.
در حالی که ارتباط نزدیکی با نمودار کمپبل, یک نمودار تداخل اغلب به طور خاص بر برجسته کردن نقاط تقاطع (تداخل‌ها) و مناطق سرعت مرتبط که باید در حین کار از آنها اجتناب شود یا به سرعت از آنها عبور شود، تمرکز دارد.
ارتباط با نمودارهای کمپبل
در عمل، اصطلاحات “نمودار تداخل” و “نمودار کمپبل” اغلب به جای یکدیگر استفاده می‌شوند، زیرا اطلاعات مشابهی را نشان می‌دهند. با این حال، تفاوت‌های ظریفی وجود دارد:
تأکید نمودار کمپبل
- تصویر کاملی از چگونگی تغییر فرکانس‌های طبیعی با سرعت را نشان می‌دهد.
- منحنی‌های فرکانس طبیعی را به صورت توابع پیوسته سرعت نمایش می‌دهد
- در درجه اول برای تجزیه و تحلیل و طراحی دینامیکی جامع روتور استفاده می‌شود
تأکید نمودار تداخل
- توجه را بر حوزه‌های مشکل‌ساز خاص - نقاط تقاطع - متمرکز می‌کند.
- اغلب شامل “مناطق ممنوعه” سایه‌دار در اطراف سرعت‌های بحرانی است
- تمرکز عملیاتی‌تر، با تأکید بر محدوده‌های سرعتی که باید از آنها اجتناب کرد
- ممکن است شامل منابع تحریک متعددی فراتر از عدم تعادل صرف باشد
ساخت نمودار تداخل
نمودار تداخل مشابه نمودار کمپبل ساخته می‌شود، اما با زمینه عملیاتی اضافی:
عناصر اساسی
- محور افقی: سرعت چرخش (RPM یا هرتز)
- محور عمودی: فرکانس تحریک یا طبیعی (هرتز یا CPM)
- خطوط فرکانس طبیعی: نمایش چگونگی تغییر فرکانس‌های طبیعی سیستم با سرعت
- خطوط ترتیب تحریک: خطوط مورب برای منابع تحریک ۱X، ۲X، ۳X و سایر منابع
ویژگی‌های اضافی
- نقاط تقاطع برجسته: سرعت‌های بحرانی که به وضوح با نمادها یا حاشیه‌نویسی‌ها مشخص شده‌اند
- مناطق سرعت ممنوعه: نوارهای سایه‌دار اطراف هر سرعت بحرانی، محدوده‌هایی را نشان می‌دهند که باید از آنها اجتناب کرد
- محدوده سرعت عملیاتی: به وضوح مشخص است، اغلب به صورت یک نوار عمودی یا ناحیه برجسته
- مناطق پیمایش سریع: محدوده‌های سرعت برای عبور سریع در هنگام راه‌اندازی/خاموش شدن
- منابع تحریک چندگانه: خطوط مربوط به فرکانس عبور پره، فرکانس درگیری چرخ‌دنده، فرکانس‌های نقص یاتاقان
انواع تداخل‌ها
یک نمودار تداخل می‌تواند انواع مختلف تعاملات مشکل‌ساز را شناسایی کند:
۱. تداخل همزمان (۱X)
رایج‌ترین نوع، که در آن نیروهای عدم تعادل یک بار در هر دور با فرکانس طبیعی منطبق می‌شوند. این نوع کلاسیک است. سرعت بحرانی وضعیت.
۲. تداخل هارمونیک (۲X، ۳X و غیره)
هارمونیک‌های بالاتر سرعت چرخش نیز می‌توانند رزونانس را تحریک کنند. منابع رایج عبارتند از:
- ۲ برابر: از ناهم‌ترازی, شلی مکانیکی یا سفتی نامتقارن
- ۳X، ۴X: از تماس دندانه‌های چرخ‌دنده، یاتاقان‌های چند لوب یا عدم تقارن‌های ساختاری
۳. تداخل عبور تیغه/پره
برای توربوماشین‌ها، فرکانس عبور پره (تعداد پره‌ها × دور در دقیقه) می‌تواند مدهای ساختاری را تحریک کند. نمودار تداخل نشان می‌دهد که خطوط فرکانس عبور پره کجا فرکانس‌های طبیعی را قطع می‌کنند.
۴. تداخل زیرسنکرون
پدیده‌هایی مانند چرخش روغن (معمولاً با شدت 0.43X-0.48X) می‌توانند تداخل‌های زیرسنکرون ایجاد کنند که باید شناسایی و مدیریت شوند.
۵. تداخل فرکانس بیت
در سیستم‌های کوپل شده یا سیستم‌هایی با چندین عنصر چرخان، فرکانس‌های ضربانی ناشی از اختلاف سرعت‌های جزئی می‌توانند تداخل ایجاد کنند.
کاربرد عملی در طراحی ماشین
کاربردهای فاز طراحی
- اجتناب از سرعت بحرانی: اطمینان حاصل کنید که محدوده سرعت عملیاتی با مناطق تداخل همپوشانی ندارد
- تأیید حاشیه جداسازی: حاشیه‌های کافی (معمولاً ±15% تا ±30%) را در اطراف تمام سرعت‌های بحرانی تأیید کنید.
- مدیریت منبع تحریک: اگر نمی‌توان از تداخل اجتناب کرد، دامنه منبع تحریک را کاهش دهید (بهبود تعادل، کاهش ناهمراستایی و غیره)
- الزامات میرایی: مشخص کنید کجا بهبود یافته است میرایی برای کنترل ارتعاش رزونانس مورد نیاز است
اصلاح و عیب‌یابی
وقتی ماشین‌آلات موجود با مشکلات ارتعاشی مواجه می‌شوند، نمودارهای تداخل به موارد زیر کمک می‌کنند:
- مشخص کنید که آیا مشکل به دلیل کارکرد بسیار نزدیک به سرعت بحرانی است یا خیر
- ارزیابی اصلاحات پیشنهادی (تغییرات یاتاقان، افزایش جرم، اصلاح سختی)
- پیش‌بینی اثرات تغییرات سرعت یا عملکرد سرعت متغیر
- مشخص کنید که آیا مشکل از یک منبع تحریک غیرمنتظره است یا خیر
ایجاد مناطق سرعت ممنوعه
یکی از ویژگی‌های کلیدی نمودارهای تداخل، تعریف مناطق سرعت ممنوع یا محدود است:
تعیین عرض منطقه
عرض هر منطقه ممنوعه به عوامل مختلفی بستگی دارد:
- میرایی سیستم: میرایی کم به مناطق وسیع‌تری نیاز دارد؛ میرایی بالا امکان مناطق باریک‌تر را فراهم می‌کند.
- دامنه تحریک: منابع تحریک قوی به مناطق اجتناب وسیع‌تری نیاز دارند
- پیامدهای عملیاتی: تجهیزات بحرانی ممکن است به مناطق محافظه‌کارانه‌تر (گسترده‌تر) نیاز داشته باشند.
- مقادیر معمول: ±15% برای سیستم‌های با میرایی خوب، ±20-30% برای سیستم‌های با میرایی ضعیف
رویه‌های عملیاتی
بر اساس نمودار تداخل، رویه‌های عملیاتی زیر تعیین می‌شوند:
- عملیات مداوم مجاز: محدوده سرعت بدون تداخل
- پیمایش سریع مورد نیاز: مناطق ممنوعه که باید در هنگام روشن/خاموش شدن به سرعت از آنها عبور کرد
- مطلقاً ممنوع: مناطق تشدید شدید که در آنها عملیات هرگز مجاز نیست
مثال: نمودار تداخل توربین
یک توربین بخار با مشخصات زیر را در نظر بگیرید:
- سرعت عملیاتی: ۳۰۰۰ دور در دقیقه (۵۰ هرتز)
- سرعت بحرانی اول: ۲۴۰۰ دور در دقیقه (۴۰ هرتز)
- سرعت بحرانی دوم: ۴۲۰۰ دور در دقیقه (۷۰ هرتز)
- تعداد تیغه‌ها: 60
- فرکانس عبور تیغه در 3000 دور در دقیقه: ۶۰ × ۵۰ هرتز = ۳۰۰۰ هرتز
نمودار تداخل نشان می‌دهد:
- خط ۱X از فرکانس طبیعی اول عبور می‌کند: سرعت بحرانی در ۲۴۰۰ دور در دقیقه - منطقه ممنوعه: ۲۰۴۰-۲۷۶۰ دور در دقیقه (±۱۵۱TP3T)
- خط ۱X از فرکانس طبیعی دوم عبور می‌کند: سرعت بحرانی در ۴۲۰۰ دور در دقیقه - جای نگرانی نیست زیرا سرعت عملیاتی بسیار پایین‌تر از این مقدار است
- سرعت عملیاتی (۳۰۰۰ دور در دقیقه): با خیال راحت بین دو سرعت بحرانی با حاشیه جدایی خوب
- فرکانس عبور تیغه: در فرکانس ۳۰۰۰ هرتز، هیچ تداخلی با حالت‌های ساختاری در محدوده عملیاتی وجود ندارد
راهنمایی عملیاتی:
- در هنگام راه‌اندازی، در کمتر از 30 ثانیه از محدوده 2040-2760 دور در دقیقه عبور کنید
- کارکرد مداوم بین ۲۸۰۰ تا ۳۲۰۰ دور در دقیقه قابل قبول است
- سعی نکنید به طور مداوم بین 2040 تا 2760 دور در دقیقه کار کنید
ملاحظات پیشرفته
اثرات دما
برخی از نمودارهای تداخل شامل منحنی‌های متعددی هستند که نشان می‌دهند چگونه فرکانس‌های طبیعی با تغییرات دما تغییر می‌کنند (رشد حرارتی بر سختی و ویژگی‌های یاتاقان تأثیر می‌گذارد). سرعت‌های بحرانی می‌توانند با گرم شدن دستگاه تغییر کنند.
اثرات بار
برای ماشین‌آلاتی که بار فرآیند به طور قابل توجهی بر سفتی یاتاقان یا انحراف روتور تأثیر می‌گذارد، نمودارهای تداخل ممکن است خانواده‌هایی از منحنی‌ها را برای شرایط مختلف بار نشان دهند.
سیستم‌های کوپل شده
وقتی چندین روتور به هم متصل می‌شوند (مجموعه‌های موتور-پمپ، مجموعه‌های توربین-ژنراتور)، نمودار تداخل باید مدهای پیچشی و جانبی متصل را که می‌توانند سرعت‌های بحرانی اضافی ایجاد کنند، در نظر بگیرد.
ایجاد نمودار تداخل
از مدل‌های تحلیلی
- توسعه مدل المان محدود سیستم روتور-یاتاقان
- محاسبه فرکانس‌های طبیعی در سرعت‌های مختلف
- رسم منحنی‌های فرکانس طبیعی در مقابل سرعت
- خطوط ترتیب تحریک روی هم (1X، 2X، عبور پره و غیره)
- نقاط تقاطع را علامت گذاری کنید و مناطق ممنوعه را تعیین کنید
- حاشیه نویسی با محدوده سرعت عملیاتی و رویه ها
از داده‌های تجربی
- انجام تست‌های راه‌اندازی و coastdown با پایش ارتعاش
- تولید کردن قطعات آبشاری یا نمودارهای بود
- مکان‌های بحرانی سرعت را از روی پیک‌های دامنه و شیفت‌های فاز شناسایی کنید
- ایجاد نمودار تداخل با علامت‌گذاری سرعت‌های بحرانی مشاهده‌شده
- ایجاد مناطق ممنوعه تجربی بر اساس سطوح ارتعاش اندازه‌گیری شده
مزایای عملیات و نگهداری
نمودارهای تداخل، راهنمایی‌های ارزشمندی برای اپراتورهای ماشین‌آلات و پرسنل تعمیر و نگهداری ارائه می‌دهند:
- محدودیت‌های عملیاتی مشخص: نشانگر بصری محدوده سرعت ایمن و ناامن
- مراحل راه اندازی/خاموش کردن: سرعت‌هایی را که باید سریع طی شوند، شناسایی می‌کند
- عملکرد سرعت متغیر: محدوده‌های سرعت قابل قبول را برای درایوهای سرعت قابل تنظیم تعریف می‌کند.
- ابزار عیب‌یابی: به تشخیص اینکه آیا مشکلات ارتعاش مربوط به سرعت هستند یا خیر، کمک می‌کند.
- برنامه‌ریزی اصلاح: تأثیر تغییرات پیشنهادی را قبل از اجرا نشان می‌دهد
- کمک آموزشی: ابزار آموزشی برای درک رفتار دینامیکی ماشین
برای ماشین‌آلات دوار حساس، نمودار تداخل یک سند ضروری است که باید در دسترس اپراتورها، تکنسین‌های تعمیر و نگهداری و کارکنان مهندسی باشد تا اطمینان حاصل شود که همه ویژگی‌های دینامیکی دستگاه را درک کرده و آن را در محدوده سرعت ایمن به کار می‌اندازند.
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 