מהירות קריטית בדינמיקת הרוטור מוסברת

הגדרה: מהי מהירות קריטית?

א מהירות קריטית היא מהירות סיבוב התואמת את תדר הרטט הטבעי של הרוטור. כאשר מכונה פועלת באחת מהמהירויות הקריטיות שלה או בסמוך לה, תופעת ה תְהוּדָה מתרחש. זה גורם להגברה דרמטית ולעתים קרובות מסוכנת של רטט הרוטור, שכן אפילו כמות זעירה של חוסר איזון שיורי יכולה לייצר כוחות צנטריפוגליים עצומים. לכל מערכת רוטור יש מספר מהירויות קריטיות, התואמות את מצבי הרטט השונים שלה (למשל, מצב כיפוף ראשון, מצב כיפוף שני וכו').

למה מהירות קריטית כל כך חשובה?

הבנה וניהול של מהירויות קריטיות הן אחד ההיבטים הבסיסיים ביותר של תכנון וניתוח של מכונות מסתובבות. הפעלת מכונה במהירות קריטית, אפילו לפרק זמן קצר, עלולה להיות הרסנית. ההשלכות כוללות:

• רעידות מוגזמות: אמפליטודות יכולות לגדול פי 10, 20, או אפילו יותר, תלוי בבלימת המערכת.
• כשל ברכיב: הרטט הגבוה וסטיית הציר עלולים להוביל לכשל מיסבים, נזק לאטמים ושפשופים בין חלקים מסתובבים לנייחים.
• כשל פיר קטסטרופלי: במקרים חמורים, מאמצי הכיפוף עלולים לחרוג ממגבלת העייפות של החומר, ולגרום לפיר להיסדק או להישבר.
• סכנות בטיחות: כשל במכונה במהירות גבוהה מהווה סיכון משמעותי לצוות ולציוד שמסביב.

מסיבות אלה, מכונות מתוכננות תמיד לפעול עם "מרווח הפרדה", כלומר מהירות הפעולה הרגילה שלהן נשמרת במכוון במרחק בטוח מכל מהירות קריטית.

רוטורים קשיחים לעומת רוטורים גמישים

מושג המהירות הקריטית הוא מה שמבדיל רוטור "קשיח" מרוטור "גמיש":

• רוטור קשיח: רוטור שפועל *מתחת* למהירות הקריטית הראשונה שלו. הציר שלו אינו עובר כיפוף משמעותי במהלך הפעולה. אלו בדרך כלל רוטורים איטיים ומוצקים יותר.
• רוטור גמיש: רוטור שנועד לפעול *מעל* המהירות הקריטית הראשונה שלו (ולפעמים השנייה או השלישית). הציר שלו יתכופף ויתכופף כשהוא עובר את המהירויות הקריטיות במהלך ההפעלה והכיבוי. רוטורים דקים ובעלי מהירות גבוהה, כמו אלה שבטורבינות ובמדחסים, הם רוטורים גמישים.

ניהול מהירויות קריטיות בהפעלת מכונה

מכיוון שלעתים קרובות לא מעשי לתכנן מכונה במהירות גבוהה שנשארת מתחת למהירות הקריטית הראשונה שלה, מהנדסים משתמשים בכמה אסטרטגיות כדי לנהל אותן:

1. שולי הפרדה

האסטרטגיה הנפוצה ביותר היא להבטיח שמהירות הפעולה הרציפה של המכונה אינה קרובה מדי למהירות קריטית כלשהי. מרווח הפרדה טיפוסי הוא ±20-30%. לדוגמה, אם מהירות קריטית היא 3,000 סל"ד, אין להפעיל את המכונה ברציפות בין 2,400 סל"ד ל-3,600 סל"ד.

2. האצה/האטה מהירה

עבור רוטורים גמישים שחייבים לעבור במהירויות קריטיות, נהלי ההפעלה והכיבוי מתוכננים לעבור דרך טווחי המהירות הקריטיים במהירות האפשרית. השהייה במהירות קריטית מאפשרת לאמפליטודות הרטט לגדול לרמות מסוכנות. מעבר מהיר ממזער את הזמן להתרחשות הגברה זו.

3. שיכוך

ריסון הוא פיזור אנרגיית התנודה, והוא מה שמגביל את משרעת השיא בתהודה. מיסבים, במיוחד מיסבי סרט נוזל, הם מקור עיקרי לרסן במערכות רוטור. על ידי אופטימיזציה של תכנון המיסבים, מהנדסים יכולים לשלוט בשיא התנודה במהירות הקריטית לרמה בטוחה וניתנת לניהול.

4. איזון מדויק

הוויברציה במהירות קריטית היא תגובה מוגברת לחוסר איזון. ככל שהרוטור מאוזן טוב יותר, כך פונקציית הכוח תהיה קטנה יותר, ולכן שיא הוויברציה יהיה נמוך יותר כשהוא עובר את המהירות הקריטית. עבור רוטורים גמישים, נדרשות טכניקות איזון רב-מישוריות מיוחדות.

כיצד מזהים מהירויות קריטיות?

מהירויות קריטיות מזוהות באמצעות מספר שיטות:

• ניתוח דינמי של הרוטור (RDA): מודלים ממוחשבים (לעתים קרובות באמצעות ניתוח אלמנטים סופיים) נוצרים במהלך שלב התכנון כדי לחזות את המהירויות הקריטיות וצורות המצבים של הרוטור.
• בדיקות ריצה/התרחקות: השיטה הניסויית הנפוצה ביותר. משרעת הרטט והפאזה שלו מוצגות כנגד המהירות כאשר מכונה מופעלת או נכבית. מהירות קריטית מזוהה על ידי שיא משרעת ברור המלווה בהסטת פאזה אופיינית של 180 מעלות. בדיקות אלו יוצרות גרפים אבחנתיים כמו עלילת בודה and מגרש מפל מים.
• בדיקת פגיעה (מבחן בליטה): מכה ברוטור בעזרת פטיש עם מכשור כאשר הוא במנוחה יכולה לעורר את התדרים הטבעיים שלו, התואמים למהירויות הקריטיות.

← חזרה לאינדקס הראשי