Što je Campbellov dijagram? Analiza kritične brzine • Prijenosni balanser, analizator vibracija "Balanset" za dinamičko balansiranje drobilica, ventilatora, malčera, puževa na kombajnima, osovina, centrifuga, turbina i mnogih drugih rotora Što je Campbellov dijagram? Analiza kritične brzine • Prijenosni balanser, analizator vibracija "Balanset" za dinamičko balansiranje drobilica, ventilatora, malčera, puževa na kombajnima, osovina, centrifuga, turbina i mnogih drugih rotora

Što je Campbellov dijagram? Analiza kritične brzine

Objavio/la admin na

Razumijevanje Campbellovih dijagrama u dinamici rotora

Definicija: Što je Campbellov dijagram?

A Campbellov dijagram (također poznat kao karta brzine vrtloga ili dijagram interferencije) je grafički prikaz koji se koristi u dinamika rotora koji iscrtava sustav prirodne frekvencije u odnosu na brzinu vrtnje. Dijagram je bitan alat za identifikaciju kritične brzine— radne brzine pri kojima rezonancija mogu se pojaviti - i za procjenu postoje li odgovarajuće granice razmaka između radnih brzina i tih kritičnih uvjeta.

Nazvan po Wilfredu Campbellu, koji je 1920-ih razvio koncept za analizu vibracija zrakoplovnih motora, Campbellov dijagram postao je neophodan za projektiranje i analizu svih vrsta brzih rotirajućih strojeva, od turbina i kompresora do elektromotora i vretena alatnih strojeva.

Struktura i komponente Campbellovog dijagrama

Campbellov dijagram sastoji se od nekoliko ključnih elemenata koji zajedno pružaju potpunu sliku dinamičkog ponašanja rotorskog sustava:

Sjekire

  • Horizontalna os (X-os): Brzina rotacije, obično izražena u RPM (okretajima u minuti) ili Hz (hercima)
  • Vertikalna os (Y-os): Frekvencija, obično u Hz ili CPM (ciklusi u minuti), predstavlja prirodne frekvencije sustava

Krivulje prirodnih frekvencija

Dijagram prikazuje zakrivljene ili ravne linije koje predstavljaju kako se svaka prirodna frekvencija rotorskog sustava mijenja s brzinom vrtnje. Za većinu sustava:

  • Načini vrtloženja prema naprijed: Prirodne frekvencije koje se povećavaju s brzinom zbog giroskopskih efekata ukrućenja
  • Načini rada povratnog vrtloga: Prirodne frekvencije koje se smanjuju s brzinom (rjeđe, češće kod određenih vrsta ležajeva)
  • Svaki način rada (prvo savijanje, drugo savijanje itd.) predstavljen je zasebnom krivuljom

Linije pobude

Dijagonalne ravne linije postavljene na dijagram predstavljaju potencijalne izvore pobude:

  • 1X linija: Prolazi kroz ishodište pod kutom od 45° (kada osi imaju istu skalu), što predstavlja sinkronu pobudu iz neravnoteža
  • 2X linija: Predstavljajući dvostruko uzbuđenje po okretaju (od neusklađenost ili drugi izvori)
  • Ostali višekratnici: 3X, 4X, itd., za pobuđivanje viših harmonika
  • Subsinkrone linije: Frakcijski višekratnici poput 0,5X za pojave poput vrtloga ulja

Točke presjeka (kritične brzine)

Tamo gdje linija pobude siječe krivulju prirodne frekvencije, kritična brzina postoji. Pri toj brzini, frekvencija pobude odgovara prirodnoj frekvenciji, uzrokujući rezonancu i potencijalno opasno pojačanje vibracija.

Kako čitati i interpretirati Campbellov dijagram

Identificiranje kritičnih brzina

Primarna svrha Campbellovog dijagrama je identificiranje kritičnih brzina:

  1. Pronađite presjecišta između pobudnih linija (1X, 2X, itd.) i krivulja prirodnih frekvencija
  2. Horizontalna koordinata svakog raskrižja označava kritičnu brzinu
  3. Što je više raskrižja, to je više kritičnih brzina u radnom rasponu.

Procjena margina razdvajanja

Siguran rad zahtijeva odgovarajuću "marginu razdvajanja" između radnih brzina i kritičnih brzina:

  • Tipični zahtjev: Razmak od ±15% do ±30% od kritičnih brzina
  • Raspon radne brzine: Obično se na dijagramu označava kao vertikalna traka
  • Prihvatljiv dizajn: Radni raspon ne smije se preklapati s kritičnim zonama brzine

Razumijevanje oblika moda

Različite krivulje na dijagramu odgovaraju različitim načinima vibracije:

  • Prvi način rada: Obično krivulja najniže frekvencije, koja predstavlja jednostavno savijanje (poput užeta za preskakanje s jednom grbom)
  • Drugi način rada: Viša frekvencija, oblik S-krivulje s čvornom točkom
  • Viši načini rada: Sve složeniji obrasci otklona

Izrada Campbellovog dijagrama

Campbellovi dijagrami generiraju se računalnom analizom ili eksperimentalnim testiranjem:

Analitički pristup

  1. Izgradite matematički model: Izradite model konačnih elemenata sustava rotor-ležaj-nosač
  2. Uključi efekte ovisne o brzini: Uzmite u obzir žiroskopske momente, promjene krutosti ležajeva i druge parametre ovisne o brzini
  3. Riješite problem vlastitih vrijednosti: Izračunajte prirodne frekvencije pri više brzina rotacije
  4. Rezultati grafikona: Generirajte krivulje koje pokazuju kako se prirodne frekvencije mijenjaju s brzinom
  5. Dodajte linije pobude: Prekrijte 1X, 2X i druge relevantne linije pobude

Eksperimentalni pristup

Za postojeće strojeve, Campbellovi dijagrami mogu se izraditi iz testnih podataka:

  • Izvrši testovi pokretanja ili zaustavljanja tijekom neprekidnog snimanja vibracija
  • Generiraj vodopadna parcela prikazuje spektar vibracija u odnosu na brzinu
  • Izdvojite vrhove prirodne frekvencije iz podataka
  • Nacrtajte izdvojene frekvencije u odnosu na brzinu kako biste stvorili eksperimentalni Campbellov dijagram

Primjene u dizajnu i analizi strojeva

Primjene u fazi projektiranja

  • Odabir raspona brzine: Odredite sigurne raspone radnih brzina koji izbjegavaju kritične brzine
  • Dizajn ležaja: Optimizirajte položaj, vrstu i krutost ležaja kako biste pravilno pozicionirali kritične brzine
  • Dimenzioniranje osovine: Prilagodite promjer i duljinu osovine kako biste kritične brzine pomaknuli izvan radnih raspona
  • Dizajn potporne konstrukcije: Osigurati da krutost temelja i postolja ne stvara neželjene kritične brzine

Rješavanje problema s aplikacijama

  • Rezonantna dijagnoza: Utvrdite jesu li visoke vibracije posljedica rada blizu kritične brzine
  • Evaluacija promjene brzine: Procijenite utjecaj predloženog povećanja ili smanjenja brzine
  • Analiza modifikacije: Predvidi učinke modifikacija stroja (dodana masa, promjene krutosti, zamjena ležajeva)

Upute za uporabu

  • Postupci pokretanja/gašenja: Odredite raspone brzina kroz koje trebate brzo proći kako biste smanjili vrijeme pri kritičnim brzinama
  • Rad s promjenjivom brzinom: Definirajte sigurne raspone brzina za pogone s promjenjivom brzinom
  • Ograničenja brzine: Utvrdite zabranjene raspone brzina u kojima treba izbjegavati rad

Posebna razmatranja i napredne teme

Žiroskopski efekti

Za fleksibilni rotori, žiroskopski momenti uzrokuju podjelu prirodnih frekvencija na naprijed i natrag vrtložne modove. Campbellov dijagram jasno pokazuje to podjelu, pri čemu se naprijed modovi obično povećavaju, a natrag modovi smanjuju s brzinom.

Učinci ležaja

Različite vrste ležajeva različito utječu na Campbellov dijagram:

  • Kotrljajući ležajevi: Relativno konstantna krutost, što stvara gotovo horizontalne linije prirodne frekvencije
  • Ležajevi s fluidnim filmom: Krutost se povećava s brzinom, što uzrokuje strmiji porast prirodnih frekvencija
  • Magnetski ležajevi: Aktivno upravljanje može mijenjati prirodne frekvencije na temelju algoritama upravljanja

Anizotropni sustavi

Kada rotorski sustavi imaju različitu krutost u različitim smjerovima (asimetrični ležajevi ili oslonci), Campbellov dijagram mora prikazivati odvojene krivulje za horizontalne i vertikalne načine vibracija.

Campbellov dijagram u odnosu na druge dinamičke dijagrame rotora

Campbellov dijagram u odnosu na Bodeov dijagram

  • Campbellov dijagram: Prikazuje prirodne frekvencije u odnosu na brzinu, predviđa gdje će se pojaviti kritične brzine
  • Bodeov dijagram: Prikazuje izmjerenu amplitudu i fazu vibracija u odnosu na brzinu, potvrđuje stvarne kritične lokacije brzine

Campbellov dijagram u odnosu na dijagram interferencije

Pojmovi se ponekad koriste naizmjenično, iako "dijagram interferencije" obično naglašava točke presjeka (interferencije) između prirodnih frekvencija i redova pobude.

Praktični primjer

Razmotrite kompresor velike brzine dizajniran za rad na 15 000 okretaja u minuti (250 Hz):

  • Campbellov dijagram prikazuje: Prva kritična brzina na 12.000 okretaja u minuti (1X), druga kritična brzina na 22.000 okretaja u minuti (1X)
  • Analiza: Radna brzina od 15.000 okretaja u minuti sigurno je između dvije kritične brzine s odgovarajućim marginama (25% ispod druge kritične brzine, 20% iznad prve kritične brzine)
  • Upute za uporabu: Tijekom pokretanja, brzo ubrzajte do 12 000 okretaja u minuti kako biste smanjili vrijeme na prvoj kritičnoj brzini
  • Studija povećanja brzine: Ako se uzme u obzir rad na 18 000 okretaja u minuti, Campbellov dijagram pokazuje da bi to smanjilo granicu odvajanja s druge kritične na neprihvatljivu 18% - modifikacija bi zahtijevala redizajn ležaja ili osovine

Moderni softver i alati

Danas se Campbellovi dijagrami obično generiraju pomoću specijaliziranog softvera:

  • Paketi za analizu dinamike rotora (MADYN, XLTRC, DyRoBeS, ANSYS, itd.)
  • Ugrađene funkcije crtanja u softveru za analizu vibracija
  • Alati za naknadnu obradu eksperimentalnih podataka
  • Integracija sa sustavima za praćenje stanja za praćenje u stvarnom vremenu

Ovi alati omogućuju brzu analizu "što ako", optimizacijske studije i korelaciju između predviđenog i izmjerenog ponašanja, čineći Campbellove dijagrame pristupačnijima i korisnijima nego ikad za inženjere koji rade s rotacijskim strojevima.

← Natrag na glavni indeks

Kategorije:
WhatsApp