הבנת דיאגרמות הפרעות

מאזן נייד ומנתח רעידות Balanset-1A

חלקים

הגדרה: מהי דיאגרמת הפרעות?

אן דיאגרמת הפרעות הוא כלי גרפי המשמש ב דינמיקת הרוטור כדי לזהות טווחי מהירויות סיבוב שבהם תדרי עירור "מפריעים" (מתאימים) לתפקוד המערכת תדרים טבעיים, יצירת תנאים עבור תְהוּדָה. המונח "הפרעה" מתייחס לאינטראקציה הבעייתית בין תדר כפייה (מ- לְהוֹצִיא מְשִׁוּוּי מִשְׁקָל, מעבר להבים, או מקורות אחרים) ותדר טבעי שיכול לגרום לעלייה מוגזמת רֶטֶט.

בעודו קשור קשר הדוק ל- דיאגרמת קמפבל, דיאגרמת הפרעות מתמקדת לרוב ספציפית בהדגשת נקודות החיתוך (הפרעות) ואזורי המהירות הנלווים אליהם יש להימנע מהן או לעבור דרכן במהירות במהלך הפעולה.

הקשר לדיאגרמות קמפבל

בפועל, המונחים "דיאגרמת הפרעות" ו"דיאגרמת קמפבל" משמשים לעתים קרובות לסירוגין, מכיוון שהם מציגים מידע דומה. עם זאת, קיימים הבדלים עדינים:

דגש דיאגרמת קמפבל

מציג את התמונה המלאה של האופן שבו תדרים טבעיים משתנים עם מהירות
מציג עקומות תדר טבעי כפונקציות רציפות של מהירות
משמש בעיקר לניתוח ותכנון דינמי מקיפים של הרוטור

דגש דיאגרמת הפרעות

ממקד את תשומת הלב באזורי הבעיה הספציפיים - נקודות החיתוך
לעיתים קרובות כולל "אזורים אסורים" מוצללים סביב מהירויות קריטיות
יותר דגש תפעולי, תוך הדגשת טווחי מהירויות כדי להימנע
עשוי לכלול מקורות עירור מרובים מעבר לחוסר איזון בלבד

בניית דיאגרמת הפרעות

דיאגרמת התאבכות בנויה באופן דומה לדיאגרמת קמפבל אך עם הקשר תפעולי נוסף:

יסודות בסיסיים

ציר אופקי: מהירות סיבוב (סל"ד או הרץ)
ציר אנכי: עירור או תדר טבעי (Hz או CPM)
קווי תדר טבעי: הצגת האופן שבו תדרים טבעיים של המערכת משתנים עם המהירות
שורות הזמנת עירור: קווים אלכסוניים עבור 1X, 2X, 3X ומקורות עירור אחרים

תכונות נוספות

נקודות צומת מודגשות: מהירויות קריטיות המסומנות בבירור בסמלים או בהערות
אזורי מהירות אסורים: פסים מוצללים סביב כל מהירות קריטית המציגים טווחים שיש להימנע מהם
טווח מהירות פעולה: מסומן בבירור, לעתים קרובות כפס אנכי או אזור מודגש
אזורי חצייה מהירה: טווחי מהירויות למעבר מהיר במהלך הפעלה/כיבוי
מקורות עירור מרובים: קווים לתדירות מעבר להב, תדירות רשת גלגלי שיניים, תדירות פגמי מיסב

סוגי הפרעות

דיאגרמת הפרעות יכולה לזהות סוגים שונים של אינטראקציות בעייתיות:

1. הפרעה סינכרונית (1X)

הסוג הנפוץ ביותר, שבו כוחות חוסר איזון של פעם בכל סיבוב חופפים לתדר טבעי. זהו הסוג הקלאסי מהירות קריטית מַצָב.

2. הפרעות הרמוניות (2X, 3X וכו')

הרמוניות גבוהות יותר של מהירות הריצה יכולות גם לעורר תהודות. מקורות נפוצים כוללים:

פי 2: מִן חוסר יישור, רפיון מכני, או נוקשות אסימטרית
פי 3, פי 4: ממגעי שיניים של גלגל שיניים, מיסבים מרובי אונות או אסימטריות מבניות

3. הפרעה למעבר להב/שביל

עבור טורבו-מכונות, תדר מעבר הלהב (מספר להבים × סל"ד) יכול לעורר אופני מבנה. דיאגרמת ההפרעות מראה היכן קווי תדר מעבר הלהב חוצים את התדרים הטבעיים.

4. הפרעות תת-סינכרוניות

תופעות כמו מערבולת נפט (בדרך כלל ב-0.43X-0.48X) יכולות ליצור הפרעות תת-סינכרוניות שיש לזהות ולנהל.

5. הפרעות תדר פעימה

במערכות מצומדות או מערכות עם מספר אלמנטים מסתובבים, תדרי פעימה כתוצאה מהפרשי מהירות קלים עלולים ליצור הפרעות.

שימוש מעשי בתכנון מכונות

יישומי שלב התכנון

הימנעות ממהירות קריטית: ודא שטווח מהירויות ההפעלה אינו חופף לאזורי הפרעה
אימות שולי הפרדה: ודא שולי רווח נאותים (בדרך כלל ±15% עד ±30%) סביב כל המהירויות הקריטיות
ניהול מקור עירור: אם לא ניתן להימנע מהפרעה, יש להפחית את משרעת מקור העירור (לשפר את האיזון, להפחית חוסר יישור וכו').
דרישות ריסון: זהה היכן משופרים ריסון נחוץ כדי לשלוט על רטט התהודה

שינוי ופתרון בעיות

כאשר מכונות קיימות חווות בעיות רטט, דיאגרמות הפרעות עוזרות:

זהה אם הבעיה נובעת מפעולה קרובה מדי למהירות קריטית
הערכת שינויים מוצעים (שינויי מיסבים, תוספת מסה, שינויי קשיחות)
חיזוי השפעות של שינויי מהירות או פעולה במהירות משתנה
קבע אם הבעיה נובעת ממקור עירור בלתי צפוי

קביעת אזורי מהירות אסורים

מאפיין מרכזי של דיאגרמות הפרעות הוא הגדרת אזורי מהירות אסורים או מוגבלים:

קביעת רוחב האזור

רוחב כל אזור אסור תלוי במספר גורמים:

מערכת ריסון: ריכוך נמוך דורש אזורים רחבים יותר; ריכוך גבוה מאפשר אזורים צרים יותר
משרעת עירור: מקורות עירור חזקים דורשים אזורי הימנעות רחבים יותר
השלכות תפעוליות: ציוד קריטי עשוי לדרוש אזורים שמרניים יותר (רחבים יותר)
ערכים אופייניים: ±15% עבור מערכות בעלות בידוד טוב, ±20-30% עבור מערכות בעלות בידוד גרוע

נהלי הפעלה

בהתבסס על דיאגרמת ההפרעות, נקבעים נהלי הפעלה:

פעולה רציפה מותרת: טווחי מהירויות ללא הפרעות
נדרשת חצייה מהירה: אזורים אסורים שיש לעבור דרכם במהירות במהלך הפעלה/כיבוי
אסור בהחלט: אזורי תהודה חמורה שבהם הפעולה לעולם אינה מותרת

דוגמה: דיאגרמת הפרעות טורבינות

חשבו על טורבינת קיטור בעלת המאפיינים הבאים:

מהירות פעולה: 3000 סל"ד (50 הרץ)
מהירות קריטית ראשונה: 2400 סל"ד (40 הרץ)
מהירות קריטית שנייה: 4200 סל"ד (70 הרץ)
מספר להבים: 60
תדירות מעבר להב ב-3000 סל"ד: 60 × 50 הרץ = 3000 הרץ

דיאגרמת ההפרעות מראה:

קו 1X חוצה את התדר הטבעי הראשון: מהירות קריטית ב-2400 סל"ד - אזור אסור: 2040-2760 סל"ד (±15%)
קו 1X חוצה את התדר הטבעי השני: מהירות קריטית ב-4200 סל"ד - אין דאגה מכיוון שמהירות הפעולה נמוכה בהרבה.
מהירות פעולה (3000 סל"ד): בבטחה בין שתי מהירויות קריטיות עם מרווחי הפרדה טובים
תדירות מעבר להב: ב-3000 הרץ, אין הפרעה למצבים מבניים בטווח הפעולה

הנחיות תפעוליות:

במהלך האתחול, האצה בטווח של 2040-2760 סל"ד בפחות מ-30 שניות
פעולה רציפה בין 2800-3200 סל"ד מקובלת
אין לנסות להפעיל ברציפות בין 2040-2760 סל"ד

שיקולים מתקדמים

השפעות טמפרטורה

חלק מדיאגרמות ההפרעות כוללות עקומות מרובות המראות כיצד תדרים טבעיים משתנים עם שינויי טמפרטורה (צמיחה תרמית משפיעה על קשיחות ומאפייני מיסב). מהירויות קריטיות יכולות להשתנות ככל שהמכונה מתחממת.

טעינת אפקטים

עבור מכונות שבהן עומס התהליך משפיע באופן משמעותי על קשיחות המיסב או על סטיית הרוטור, דיאגרמות התאבכות עשויות להראות משפחות של עקומות עבור תנאי עומס שונים.

מערכות מצומדות

כאשר מספר רוטורים מצומדים (מערכות מנוע-משאבה, מערכות טורבינה-גנרטורים), דיאגרמת ההפרעות חייבת להתחשב במצבים פיתוליים וצידיים מצומדים שיכולים ליצור מהירויות קריטיות נוספות.

יצירת דיאגרמת הפרעות

ממודלים אנליטיים

פיתוח מודל אלמנטים סופיים של מערכת מיסבי רוטור
חישוב תדרים טבעיים במהירויות מרובות
שרטטו עקומות תדר טבעי לעומת מהירות
קווי הזמנת עירור שכבתיים (1X, 2X, מעבר להב וכו')
סמן נקודות צומת וקביעת אזורים אסורים
הוסף הערות עם טווח מהירויות פעולה ונהלים

מנתונים ניסיוניים

בצע בדיקות הפעלה ויציאה עם ניטור רעידות
לִיצוֹר חלקות מפל אוֹ עלילות בודה
זיהוי מיקומי מהירות קריטיים משיאי אמפליטודה וזיזות פאזה
צור דיאגרמת הפרעות המסמנת את המהירויות הקריטיות שנצפו
קביעת אזורים אסורים אמפיריים על סמך רמות רטט מדודות

יתרונות לתפעול ותחזוקה

דיאגרמות הפרעות מספקות הדרכה חשובה למפעילי מכונות ולאנשי תחזוקה:

מגבלות הפעלה ברורות: אינדיקציה חזותית של טווחי מהירות בטוחים ולא בטוחים
נהלי הפעלה/כיבוי: מזהה מהירויות למעבר מהיר
פעולה במהירות משתנה: מגדיר טווחי מהירות מקובלים עבור מנועי מהירות מתכווננים
כלי לפתרון בעיות: מסייע באבחון האם בעיות רטט קשורות למהירות
תכנון שינויים: מציג את השפעת השינויים המוצעים לפני היישום
סיוע בהדרכה: כלי חינוכי להבנת התנהגות דינמית של מכונות

עבור מכונות מסתובבות קריטיות, דיאגרמת ההפרעות היא מסמך חיוני שצריך להיות זמין למפעילים, טכנאי תחזוקה וצוות הנדסה, על מנת להבטיח שכולם מבינים את המאפיינים הדינמיים של המכונה ומפעילים אותה בטווחי מהירות בטוחים.

← חזרה לאינדקס הראשי

מהי דיאגרמת הפרעות? מיפוי מהירות קריטית

פורסם על ידי admin ב-אוקטובר 28, 2025 אוקטובר 28, 2025