شکل حالت در دینامیک روتور چیست؟ • بالانسر قابل حمل، آنالیزور ارتعاش "Balanset" برای بالانس دینامیکی سنگ شکن ها، فن ها، مالچرها، حلزونی ها روی کمباین ها، شفت ها، سانتریفیوژها، توربین ها و بسیاری دیگر از روتورها شکل حالت در دینامیک روتور چیست؟ • بالانسر قابل حمل، آنالیزور ارتعاش "Balanset" برای بالانس دینامیکی سنگ شکن ها، فن ها، مالچرها، حلزونی ها روی کمباین ها، شفت ها، سانتریفیوژها، توربین ها و بسیاری دیگر از روتورها

شکل مد در دینامیک روتور چیست؟

منتشر شده توسط admin در

درک شکل‌های مد در دینامیک روتور

تعریف: شکل مد چیست؟

آ شکل حالت (که به آن حالت ارتعاش یا حالت طبیعی نیز گفته می‌شود) الگوی فضایی مشخصه تغییر شکل است که ... روتور سیستم هنگام ارتعاش در یکی از نقاط خود فرض می‌کند فرکانس‌های طبیعی. این، دامنه و فاز نسبی حرکت را در هر نقطه در امتداد روتور، هنگامی که سیستم آزادانه در یک فرکانس رزونانس خاص نوسان می‌کند، توصیف می‌کند.

هر شکل مد با یک فرکانس طبیعی خاص مرتبط است و آنها با هم توصیف کاملی از رفتار دینامیکی سیستم را تشکیل می‌دهند. درک شکل‌های مد برای ... اساسی است. دینامیک روتور, ، همانطور که آنها تعیین می‌کنند کجا سرعت‌های بحرانی رخ می‌دهد و نحوه واکنش روتور به نیروهای تحریک مختلف.

توصیف بصری شکل‌های مد

شکل‌های مد را می‌توان به صورت منحنی‌های انحراف شفت روتور تجسم کرد:

حالت اول (حالت بنیادی)

  • شکل: قوس یا کمان ساده، مانند طناب بازی با یک برآمدگی
  • نقاط گره: صفر (شفت توسط یاتاقان‌ها پشتیبانی می‌شود که به عنوان گره‌های تقریبی عمل می‌کنند)
  • حداکثر انحراف: معمولاً نزدیک به وسط دهانه بین یاتاقان‌ها
  • فرکانس: کمترین فرکانس طبیعی سیستم
  • سرعت بحرانی: سرعت بحرانی اول مربوط به این حالت است

حالت دوم

  • شکل: منحنی S شکل با یک نقطه گره در وسط
  • نقاط گره: یک گره داخلی که در آن انحراف شفت صفر است
  • حداکثر انحراف: دو مکان، یکی در هر طرف گره
  • فرکانس: بالاتر از فرکانس حالت اول، معمولاً ۳ تا ۵ برابر فرکانس حالت اول
  • سرعت بحرانی: سرعت بحرانی دوم

حالت سوم و بالاتر

  • شکل: الگوهای موجی پیچیده‌تر
  • نقاط گره: دو برای حالت سوم، سه برای حالت چهارم و غیره.
  • فرکانس: فرکانس‌های به تدریج بالاتر
  • اهمیت عملی: معمولاً فقط برای روتورهای با سرعت بسیار بالا یا بسیار انعطاف‌پذیر مرتبط است

ویژگی‌های کلیدی شکل‌های مد

تعامد

شکل‌های مد مختلف از نظر ریاضی بر یکدیگر متعامد هستند، به این معنی که مستقل از هم هستند. انرژی ورودی در یک فرکانس مدی، مدهای دیگر را تحریک نمی‌کند (در سیستم‌های خطی ایده‌آل).

عادی‌سازی

شکل‌های مد معمولاً نرمال‌سازی می‌شوند، به این معنی که حداکثر انحراف برای اهداف مقایسه‌ای به یک مقدار مرجع (اغلب ۱.۰) مقیاس‌بندی می‌شود. بزرگی انحراف واقعی به دامنه نیرو و میرایی.

نقاط گره

گره‌ها مکان‌هایی در امتداد شفت هستند که در آن خمش در طول ارتعاش در آن مد صفر باقی می‌ماند. تعداد گره‌های داخلی برابر است با (شماره مد - ۱):

  • حالت اول: 0 گره داخلی
  • حالت دوم: ۱ گره داخلی
  • حالت سوم: ۲ گره داخلی

نقاط آنتی نود

آنتی‌نودها مکان‌هایی با حداکثر انحراف در یک شکل مد هستند. اینها نقاطی هستند که بیشترین تنش و پتانسیل شکست را در طول ارتعاش رزونانس دارند.

اهمیت در دینامیک روتور

پیش‌بینی سرعت بحرانی

هر شکل مد مربوط به یک سرعت بحرانی:

  • وقتی سرعت کارکرد روتور با فرکانس طبیعی مطابقت داشته باشد، آن شکل مد تحریک می‌شود.
  • روتور طبق الگوی شکل مود منحرف می‌شود.
  • عدم تعادل نیروها وقتی با مکان‌های آنتی‌نود همسو باشند، حداکثر ارتعاش را ایجاد می‌کنند.

استراتژی متعادل‌سازی

راهنمای شکل‌های حالت متعادل کردن رویه‌ها:

  • روتورهای صلب: عملکرد زیر سرعت بحرانی اول؛ بالانس ساده دو صفحه‌ای کافی است
  • روتورهای انعطاف‌پذیر: عملکرد بالاتر از اولین مورد بحرانی؛ ممکن است نیاز باشد متعادل‌سازی مودال هدف قرار دادن شکل‌های مد خاص
  • محل قرارگیری صفحه اصلاح: بیشترین تأثیر زمانی است که در مکان‌های آنتی‌نودها قرار داده شود
  • مکان گره‌ها: اضافه کردن وزن‌های اصلاحی در گره‌ها، تأثیر حداقلی بر آن حالت دارد.

تحلیل شکست

شکل‌های مد، الگوهای شکست را توضیح می‌دهند:

  • ترک‌های خستگی معمولاً در مکان‌های آنتی‌گره (حداکثر تنش خمشی) ظاهر می‌شوند.
  • احتمال خرابی یاتاقان در مکان‌هایی با انحراف زیاد بیشتر است
  • سایش در جایی رخ می‌دهد که انحراف شفت، روتور را به قطعات ثابت نزدیک می‌کند.

تعیین شکل مدها

روش‌های تحلیلی

۱. تحلیل المان محدود (FEA)

  • رایج‌ترین رویکرد مدرن
  • روتور به صورت مجموعه‌ای از المان‌های تیر با خواص جرم، سختی و اینرسی مدل‌سازی شده است
  • تحلیل مقادیر ویژه، فرکانس‌های طبیعی و شکل مدهای مربوطه را محاسبه می‌کند.
  • می‌تواند هندسه پیچیده، خواص مواد و ویژگی‌های یاتاقان را در نظر بگیرد.

۲. روش ماتریس انتقال

  • تکنیک تحلیلی کلاسیک
  • روتور به ایستگاه‌هایی با خواص شناخته شده تقسیم می‌شود
  • ماتریس‌های انتقال، انحراف و نیروها را در امتداد شفت منتشر می‌کنند.
  • برای پیکربندی‌های شفت نسبتاً ساده کارآمد است

۳. نظریه تیر پیوسته

  • برای شفت‌های یکنواخت، راه‌حل‌های تحلیلی موجود است
  • عبارات بسته‌ای را برای موارد ساده ارائه می‌دهد
  • برای اهداف آموزشی و طراحی اولیه مفید است

روش‌های تجربی

۱. تست مودال (تست ضربه)

  • میله ضربه زن با چکش ابزار دقیق در چندین مکان
  • اندازه‌گیری پاسخ با شتاب‌سنج‌ها در چندین نقطه
  • توابع پاسخ فرکانسی، فرکانس‌های طبیعی را نشان می‌دهند.
  • شکل مد استخراج شده از دامنه‌ها و فازهای پاسخ نسبی

۲. اندازه‌گیری شکل انحراف عملیاتی (ODS)

  • اندازه‌گیری ارتعاش در چندین نقطه در حین کار
  • در سرعت‌های بحرانی، ODS شکل مد را تقریب می‌زند.
  • می‌توان با روتور درجا انجام داد
  • نیاز به چندین حسگر یا تکنیک حسگر سیار دارد

۳. آرایه‌های کاوشگر مجاورتی

  • حسگرهای غیرتماسی در چندین موقعیت محوری
  • اندازه‌گیری مستقیم انحراف شفت
  • در طول شروع/پایان حرکت، الگوی انحراف، شکل مدها را آشکار می‌کند
  • دقیق‌ترین روش تجربی برای کار با ماشین‌آلات

تغییرات و تأثیرات شکل مد

اثرات سختی یاتاقان

  • بلبرینگ‌های صلب: گره‌ها در محل یاتاقان‌ها؛ شکل مدها محدودتر هستند
  • بلبرینگ‌های انعطاف‌پذیر: حرکت قابل توجه در محل یاتاقان‌ها؛ شکل مدها توزیع‌شده‌تر هستند
  • بلبرینگ‌های نامتقارن: شکل‌های مد مختلف در جهت‌های افقی و عمودی

وابستگی به سرعت

برای شفت‌های چرخان، شکل مدها می‌توانند با سرعت به دلایل زیر تغییر کنند:

  • اثرات ژیروسکوپی: علت تقسیم حالت‌ها به چرخش رو به جلو و عقب
  • تغییرات سختی یاتاقان: یاتاقان‌های لایه سیال با سرعت سفت می‌شوند
  • سفت‌کاری گریز از مرکز: در سرعت‌های بسیار بالا، نیروهای گریز از مرکز، سختی را افزایش می‌دهند

حالت‌های چرخش رو به جلو در مقابل چرخش رو به عقب

برای سیستم‌های چرخشی، هر حالت می‌تواند به دو شکل رخ دهد:

  • چرخش رو به جلو: مدار شفت در همان جهت چرخش شفت می‌چرخد
  • چرخش رو به عقب: مدار در خلاف جهت چرخش شفت می‌چرخد
  • تقسیم فرکانس: اثرات ژیروسکوپی باعث می‌شوند که مدهای رو به جلو و عقب فرکانس‌های متفاوتی داشته باشند.

کاربردهای عملی

بهینه‌سازی طراحی

مهندسان از تحلیل شکل مد برای موارد زیر استفاده می‌کنند:

  • یاتاقان‌ها را برای بهینه‌سازی شکل مودها در موقعیت مناسب قرار دهید (از ایجاد گره‌های مخالف در محل یاتاقان‌ها خودداری کنید)
  • قطر شفت را اندازه گیری کنید تا سرعت های بحرانی را از محدوده عملیاتی دور کنید
  • انتخاب سختی یاتاقان برای شکل‌دهی مطلوب به پاسخ مودال
  • برای تغییر فرکانس‌های طبیعی، جرم را در مکان‌های استراتژیک اضافه یا حذف کنید

عیب‌یابی

وقتی لرزش بیش از حد رخ می‌دهد:

  • مقایسه سرعت عملیاتی با سرعت‌های بحرانی پیش‌بینی‌شده از تحلیل شکل مد
  • اگر در نزدیکی یک رزونانس کار می‌کنید، آن را شناسایی کنید
  • مشخص کنید کدام حالت تحریک می‌شود
  • انتخاب استراتژی اصلاح برای تغییر حالت مشکل‌ساز از سرعت عملیاتی

متعادل‌سازی مودال

متعادل‌سازی مودال برای روتورهای انعطاف‌پذیر، درک شکل‌های مد مورد نیاز است:

  • هر حالت باید به طور مستقل متعادل شود
  • وزن‌های اصلاحی توزیع‌شده برای تطبیق الگوهای شکل مد
  • وزن‌ها در گره‌ها هیچ تاثیری بر آن حالت ندارند
  • صفحات اصلاح بهینه واقع در آنتی نودها

تجسم و ارتباطات

شکل‌های مد معمولاً به صورت زیر ارائه می‌شوند:

  • منحنی‌های انحراف: نمودارهای دوبعدی که انحراف جانبی را در مقابل موقعیت محوری نشان می‌دهند
  • انیمیشن: تجسم پویا که شفت نوسانی را نشان می‌دهد
  • رندرهای سه بعدی: برای هندسه‌های پیچیده یا حالت‌های کوپل شده
  • نقشه‌های رنگی: بزرگی انحراف با کدگذاری رنگی نشان داده شده است
  • داده‌های جدولی: مقادیر عددی انحراف در ایستگاه‌های گسسته

شکل‌های مدی کوپل شده و مختلط

کوپلینگ جانبی-پیچشی

در برخی سیستم‌ها، حالت‌های خمشی (جانبی) و پیچشی (پیچشی) به صورت زیر با هم کوپل می‌شوند:

  • در سیستم‌هایی با مقاطع غیر دایره‌ای یا بارهای جبرانی رخ می‌دهد
  • شکل مود شامل انحراف جانبی و پیچش زاویه‌ای است
  • نیاز به تحلیل‌های پیچیده‌تر

حالت‌های خمشی کوپل شده

در سیستم‌هایی با سختی نامتقارن:

  • حالت‌های افقی و عمودی کوپل می‌شوند
  • شکل مدها به جای خطی، بیضوی می‌شوند
  • در سیستم‌هایی با یاتاقان‌ها یا تکیه‌گاه‌های ناهمسانگرد رایج است

استانداردها و دستورالعمل‌ها

چندین استاندارد به تحلیل شکل مد می‌پردازند:

  • API 684: دستورالعمل‌هایی برای تحلیل دینامیک روتور شامل محاسبه شکل مد
  • ایزو ۲۱۹۴۰-۱۱: شکل‌های مد مرجع در زمینه بالانس انعطاف‌پذیر روتور
  • وی‌دی‌آی ۳۸۳۹: استاندارد آلمانی برای بالانس روتور انعطاف‌پذیر با در نظر گرفتن ملاحظات مودال

ارتباط با نمودارهای کمپبل

نمودارهای کمپبل فرکانس‌های طبیعی را در مقابل سرعت نشان دهید، که هر منحنی نشان دهنده یک مد است. شکل مد مرتبط با هر منحنی موارد زیر را تعیین می‌کند:

  • چقدر عدم تعادل در مکان‌های مختلف آن حالت را تحریک می‌کند؟
  • محل قرارگیری حسگرها برای حداکثر حساسیت
  • چه نوع اصلاح تعادلی بیشترین تأثیر را خواهد داشت؟

درک شکل‌های مد، دینامیک روتور را از پیش‌بینی‌های ریاضی انتزاعی به بینش فیزیکی در مورد نحوه رفتار ماشین‌آلات واقعی تبدیل می‌کند و امکان طراحی بهتر، عیب‌یابی مؤثرتر و استراتژی‌های متعادل‌سازی بهینه را برای انواع تجهیزات دوار فراهم می‌کند.

← بازگشت به فهرست اصلی

Categories: واژه‌نامهبالانس روتور
واتساپ