Apa itu Diagram Campbell? Analisis Kecepatan Kritis • Penyeimbang portabel, penganalisis getaran "Balanset" untuk penghancur penyeimbang dinamis, kipas, mulcher, auger pada mesin pemanen, poros, sentrifus, turbin, dan banyak rotor lainnya. Apa itu Diagram Campbell? Analisis Kecepatan Kritis • Penyeimbang portabel, penganalisis getaran "Balanset" untuk penghancur penyeimbang dinamis, kipas, mulcher, auger pada mesin pemanen, poros, sentrifus, turbin, dan banyak rotor lainnya.

Apa itu Diagram Campbell? Analisis Kecepatan Kritis

Diterbitkan oleh admin pada

Memahami Diagram Campbell dalam Dinamika Rotor

Definisi: Apa itu Diagram Campbell?

A Diagram Campbell (juga dikenal sebagai peta kecepatan pusaran atau diagram interferensi) adalah representasi grafis yang digunakan dalam dinamika rotor yang memplot sistem frekuensi alami terhadap kecepatan rotasi. Diagram merupakan alat penting untuk mengidentifikasi kecepatan kritis—kecepatan operasi di mana resonansi dapat terjadi—dan untuk menilai apakah ada margin pemisahan yang memadai antara kecepatan operasi dan kondisi kritis ini.

Dinamakan berdasarkan Wilfred Campbell, yang mengembangkan konsep tersebut pada tahun 1920-an untuk menganalisis getaran mesin pesawat terbang, diagram Campbell telah menjadi sangat penting untuk merancang dan menganalisis semua jenis mesin putar berkecepatan tinggi, dari turbin dan kompresor hingga motor listrik dan spindel peralatan mesin.

Struktur dan Komponen Diagram Campbell

Diagram Campbell terdiri dari beberapa elemen kunci yang bersama-sama memberikan gambaran lengkap tentang perilaku dinamis sistem rotor:

Sumbu

  • Sumbu Horizontal (sumbu X): Kecepatan rotasi, biasanya dinyatakan dalam RPM (putaran per menit) atau Hz (Hertz)
  • Sumbu Vertikal (sumbu Y): Frekuensi, biasanya dalam Hz atau CPM (siklus per menit), mewakili frekuensi alami sistem

Kurva Frekuensi Alami

Diagram menunjukkan garis lengkung atau lurus yang menunjukkan bagaimana setiap frekuensi alami sistem rotor berubah seiring dengan kecepatan putar. Untuk sebagian besar sistem:

  • Mode Putaran Maju: Frekuensi alami yang meningkat seiring kecepatan karena efek penguatan giroskopik
  • Mode Putaran Mundur: Frekuensi alami yang berkurang seiring dengan kecepatan (kurang umum, lebih lazim pada jenis bantalan tertentu)
  • Setiap mode (tekukan pertama, tekukan kedua, dst.) diwakili oleh kurva terpisah

Garis Eksitasi

Garis lurus diagonal yang ditumpangkan pada diagram mewakili sumber eksitasi potensial:

  • 1X Baris: Melewati titik asal pada 45° (ketika sumbu memiliki skala yang sama), mewakili eksitasi sinkron dari ketidakseimbangan
  • Garis 2X: Mewakili eksitasi dua kali per revolusi (dari ketidaksejajaran atau sumber lainnya)
  • Kelipatan Lainnya: 3X, 4X, dst., untuk eksitasi harmonik yang lebih tinggi
  • Garis Sub-sinkron: Kelipatan pecahan seperti 0,5X untuk fenomena seperti pusaran minyak

Titik Persimpangan (Kecepatan Kritis)

Ketika garis eksitasi melintasi kurva frekuensi alami, kecepatan kritis Pada kecepatan ini, frekuensi eksitasi sesuai dengan frekuensi alami, yang menyebabkan resonansi dan amplifikasi getaran yang berpotensi berbahaya.

Cara Membaca dan Menafsirkan Diagram Campbell

Mengidentifikasi Kecepatan Kritis

Tujuan utama diagram Campbell adalah mengidentifikasi kecepatan kritis:

  1. Menemukan perpotongan antara garis eksitasi (1X, 2X, dst.) dan kurva frekuensi alami
  2. Koordinat horizontal setiap persimpangan menunjukkan kecepatan kritis
  3. Semakin banyak persimpangan yang ada, semakin banyak kecepatan kritis yang ada dalam rentang operasi

Menilai Margin Pemisahan

Pengoperasian yang aman memerlukan “batas pemisah” yang memadai antara kecepatan operasi dan kecepatan kritis:

  • Persyaratan Umum: Pemisahan ±15% hingga ±30% dari kecepatan kritis
  • Rentang Kecepatan Operasi: Biasanya ditunjukkan sebagai pita vertikal pada diagram
  • Desain yang Dapat Diterima: Jangkauan pengoperasian tidak boleh tumpang tindih dengan zona kecepatan kritis

Memahami Bentuk Mode

Kurva yang berbeda pada diagram sesuai dengan mode getaran yang berbeda:

  • Mode Pertama: Biasanya kurva frekuensi terendah, mewakili pembengkokan sederhana (seperti tali lompat dengan satu punuk)
  • Mode Kedua: Frekuensi lebih tinggi, bentuk kurva S dengan titik simpul
  • Mode yang lebih tinggi: Pola defleksi yang semakin kompleks

Membuat Diagram Campbell

Diagram Campbell dihasilkan melalui analisis komputasi atau pengujian eksperimental:

Pendekatan Analitis

  1. Membangun Model Matematika: Buat model elemen hingga dari sistem rotor-bantalan-penyangga
  2. Sertakan Efek Bergantung Kecepatan: Memperhitungkan momen giroskopik, perubahan kekakuan bantalan, dan parameter lain yang bergantung pada kecepatan
  3. Memecahkan Masalah Nilai Eigen: Hitung frekuensi alami pada beberapa kecepatan rotasi
  4. Hasil Plot: Hasilkan kurva yang menunjukkan bagaimana frekuensi alami bervariasi dengan kecepatan
  5. Tambahkan Garis Eksitasi: Hamparan 1X, 2X, dan garis eksitasi relevan lainnya

Pendekatan Eksperimental

Untuk mesin yang ada, diagram Campbell dapat dibuat dari data uji:

  • Melakukan pengujian startup atau coastdown sambil terus merekam getaran
  • Hasilkan sebuah plot air terjun menunjukkan spektrum getaran vs. kecepatan
  • Ekstrak puncak frekuensi alami dari data
  • Plot frekuensi yang diekstraksi vs. kecepatan untuk membuat diagram Campbell eksperimental

Aplikasi dalam Desain dan Analisis Mesin

Aplikasi Tahap Desain

  • Pemilihan Rentang Kecepatan: Tentukan rentang kecepatan operasi aman yang menghindari kecepatan kritis
  • Desain Bantalan: Optimalkan lokasi, jenis, dan kekakuan bantalan untuk memposisikan kecepatan kritis dengan tepat
  • Ukuran Poros: Sesuaikan diameter dan panjang poros untuk memindahkan kecepatan kritis dari rentang operasi
  • Desain Struktur Pendukung: Pastikan kekakuan pondasi dan alas tidak menciptakan kecepatan kritis yang tidak diinginkan

Aplikasi Pemecahan Masalah

  • Diagnosis Resonansi: Tentukan apakah getaran tinggi disebabkan oleh pengoperasian di dekat kecepatan kritis
  • Evaluasi Perubahan Kecepatan: Menilai dampak dari usulan peningkatan atau penurunan kecepatan
  • Analisis Modifikasi: Memprediksi efek modifikasi mesin (penambahan massa, perubahan kekakuan, penggantian bantalan)

Panduan Pengoperasian

  • Prosedur Startup/Shutdown: Identifikasi rentang kecepatan yang harus dilalui dengan cepat untuk meminimalkan waktu pada kecepatan kritis
  • Operasi Kecepatan Variabel: Tentukan rentang kecepatan aman untuk penggerak kecepatan variabel
  • Pembatasan Kecepatan: Tetapkan rentang kecepatan terlarang di mana pengoperasian harus dihindari

Pertimbangan Khusus dan Topik Lanjutan

Efek Giroskopik

Untuk rotor fleksibel, Momen giroskopik menyebabkan frekuensi alami terbagi menjadi mode pusaran maju dan mundur. Diagram Campbell dengan jelas menunjukkan pemisahan ini, dengan mode maju biasanya meningkat dan mode mundur menurun seiring kecepatan.

Efek Bantalan

Berbagai jenis bantalan memengaruhi diagram Campbell secara berbeda:

  • Bantalan Elemen Bergulir: Kekakuan yang relatif konstan, menghasilkan garis frekuensi alami yang hampir horizontal
  • Bantalan Film Fluida: Kekakuan meningkat seiring dengan kecepatan, menyebabkan frekuensi alami meningkat lebih tajam
  • Bantalan Magnetik: Kontrol aktif dapat memodifikasi frekuensi alami berdasarkan algoritma kontrol

Sistem Anisotropik

Ketika sistem rotor memiliki kekakuan yang berbeda di arah yang berbeda (bantalan atau penopang asimetris), diagram Campbell harus menunjukkan kurva terpisah untuk mode getaran horizontal dan vertikal.

Diagram Campbell vs. Plot Dinamis Rotor Lainnya

Diagram Campbell vs. Plot Bode

  • Diagram Campbell: Menunjukkan frekuensi alami vs. kecepatan, memprediksi di mana kecepatan kritis akan terjadi
  • Plot Pertanda: Menunjukkan amplitudo getaran yang diukur dan fase vs. kecepatan, mengonfirmasi lokasi kecepatan kritis yang sebenarnya

Diagram Campbell vs. Diagram Interferensi

Istilah-istilah tersebut terkadang digunakan secara bergantian, meskipun “diagram interferensi” biasanya menekankan titik-titik persimpangan (interferensi) antara frekuensi alami dan orde eksitasi.

Contoh Praktis

Pertimbangkan kompresor berkecepatan tinggi yang dirancang untuk beroperasi pada 15.000 RPM (250 Hz):

  • Diagram Campbell menunjukkan: Kecepatan kritis pertama pada 12.000 RPM (1X), kecepatan kritis kedua pada 22.000 RPM (1X)
  • Analisa: Kecepatan operasi 15.000 RPM aman berada di antara dua kecepatan kritis dengan margin yang memadai (25% di bawah kritis kedua, 20% di atas kritis pertama)
  • Panduan Pengoperasian: Saat memulai, akselerasi dengan cepat melalui 12.000 RPM untuk meminimalkan waktu pada kecepatan kritis pertama
  • Studi Peningkatan Kecepatan: Jika mempertimbangkan operasi pada 18.000 RPM, diagram Campbell menunjukkan hal ini akan mengurangi margin pemisahan dari kritis kedua menjadi tidak dapat diterima 18%—modifikasi akan memerlukan desain ulang bantalan atau poros

Perangkat Lunak dan Alat Modern

Saat ini, diagram Campbell biasanya dibuat menggunakan perangkat lunak khusus:

  • Paket analisis dinamika rotor (MADYN, XLTRC, DyRoBeS, ANSYS, dll.)
  • Fungsi plot bawaan dalam perangkat lunak analisis getaran
  • Alat pasca-pemrosesan untuk data eksperimen
  • Integrasi dengan sistem pemantauan kondisi untuk pelacakan waktu nyata

Alat-alat ini memungkinkan analisis "what-if" yang cepat, studi optimasi, dan korelasi antara perilaku yang diprediksi dan diukur, membuat diagram Campbell lebih mudah diakses dan berguna dari sebelumnya bagi para insinyur yang bekerja dengan mesin berputar.

← Kembali ke Indeks Utama

Kategori:
WhatsApp