Kas ir Kempbela diagramma? Kritiskā ātruma analīze • Pārnēsājams balansētājs, vibrācijas analizators "Balanset" drupinātāju, ventilatoru, mulčētāju, kombainu gliemežtransportieru, vārpstu, centrifūgu, turbīnu un daudzu citu rotoru dinamiskai balansēšanai. Kas ir Kempbela diagramma? Kritiskā ātruma analīze • Pārnēsājams balansētājs, vibrācijas analizators "Balanset" drupinātāju, ventilatoru, mulčētāju, kombainu gliemežtransportieru, vārpstu, centrifūgu, turbīnu un daudzu citu rotoru dinamiskai balansēšanai.

Kas ir Kempbela diagramma? Kritiskā ātruma analīze

Publicējis admin vietnē

Kempbela diagrammu izpratne rotora dinamikā

Definīcija: Kas ir Kempbela diagramma?

A Kempbela diagramma (pazīstama arī kā virpuļplūsmas ātruma karte vai interferences diagramma) ir grafisks attēlojums, ko izmanto rotora dinamika kas attēlo sistēmas dabiskās frekvences pret griešanās ātrumu. Diagramma ir būtisks instruments, lai identificētu kritiskie ātrumi—darbības ātrumi, ar kādiem rezonanse var notikt, un lai novērtētu, vai pastāv pietiekamas atdalīšanas robežas starp darbības ātrumiem un šiem kritiskajiem apstākļiem.

Nosaukta Vilfreda Kempbela vārdā, kurš 20. gs. 20. gados izstrādāja koncepciju lidmašīnu dzinēju vibrāciju analīzei, Kempbela diagramma ir kļuvusi neaizstājama visu veidu ātrgaitas rotējošu mašīnu projektēšanā un analīzē, sākot no turbīnām un kompresoriem līdz elektromotoriem un darbgaldu vārpstām.

Kempbela diagrammas struktūra un komponenti

Kempbela diagramma sastāv no vairākiem galvenajiem elementiem, kas kopā sniedz pilnīgu priekšstatu par rotora sistēmas dinamisko uzvedību:

Cirvji

  • Horizontālā ass (X ass): Rotācijas ātrums, parasti izteikts RPM (apgriezienos minūtē) vai Hz (hercos)
  • Vertikālā ass (Y ass): Frekvence, parasti Hz vai CPM (cikli minūtē), kas attēlo sistēmas dabiskās frekvences

Dabiskās frekvences līknes

Diagrammā redzamas izliektas vai taisnas līnijas, kas attēlo, kā mainās katra rotora sistēmas dabiskā frekvence atkarībā no rotācijas ātruma. Lielākajai daļai sistēmu:

  • Uz priekšu vērstās virpuļa režīmi: Dabiskās frekvences, kas palielinās līdz ar ātrumu žiroskopiskās stingrināšanas efektu dēļ
  • Atpakaļejošie virpuļrežīmi: Dabiskās frekvences, kas samazinās līdz ar ātrumu (retāk sastopamas, biežāk sastopamas noteiktos gultņu veidos)
  • Katru režīmu (pirmo locīšanos, otro locīšanos utt.) attēlo atsevišķa līkne.

Ierosmes līnijas

Diagrammā uzliktās diagonālās taisnes attēlo potenciālos ierosmes avotus:

  • 1X līnija: Šūpojas caur sākumpunktu 45° leņķī (kad asīm ir vienāds mērogs), attēlojot sinhronu ierosmi no nelīdzsvarotība
  • 2X līnija: Attēlojot divkāršu ierosmi apgriezienā (no neatbilstība vai citi avoti)
  • Citi reizinātāji: 3X, 4X utt. augstākiem harmoniskiem ierosinājumiem
  • Subsinhronās līnijas: Daļskaitļu daudzkārtņi, piemēram, 0,5X, tādām parādībām kā eļļas virpuļi

Krustpunktu (kritisko ātrumu)

Vietā, kur ierosmes līnija šķērso dabisko frekvences līkni, a kritiskais ātrums pastāv. Pie šāda ātruma ierosmes frekvence atbilst pašsvārstību frekvencei, izraisot rezonansi un potenciāli bīstamu vibrācijas pastiprināšanos.

Kā lasīt un interpretēt Kempbela diagrammu

Kritisko ātrumu noteikšana

Kempbela diagrammas galvenais mērķis ir kritisko ātrumu noteikšana:

  1. Atrodiet ierosmes līniju (1X, 2X utt.) un dabiskās frekvences līkņu krustpunktus
  2. Katra krustojuma horizontālā koordināta norāda kritisko ātrumu
  3. Jo vairāk krustojumu, jo vairāk kritisko ātrumu ir darbības diapazonā.

Atdalīšanas robežu novērtēšana

Drošai darbībai ir nepieciešama atbilstoša "atdalīšanas rezerve" starp darba ātrumiem un kritiskajiem ātrumiem:

  • Tipiskas prasības: ±15% līdz ±30% attālums no kritiskajiem ātrumiem
  • Darbības ātruma diapazons: Diagrammā parasti norāda kā vertikālu joslu
  • Pieņemams dizains: Darbības diapazonam nevajadzētu pārklāties ar kritisko ātruma zonām

Režīmu formu izpratne

Dažādas diagrammas līknes atbilst dažādiem vibrācijas režīmiem:

  • Pirmais režīms: Parasti zemākās frekvences līkne, kas attēlo vienkāršu saliekšanos (piemēram, lecamaukla ar vienu kupri)
  • Otrais režīms: Augstāka frekvence, S veida līknes forma ar mezgla punktu
  • Augstāki režīmi: Arvien sarežģītāki novirzes modeļi

Kempbela diagrammas izveide

Kempbela diagrammas tiek ģenerētas, izmantojot skaitļošanas analīzi vai eksperimentālu testēšanu:

Analītiskā pieeja

  1. Izveidojiet matemātisko modeli: Izveidojiet rotora-gultņa-balsta sistēmas galīgo elementu modeli
  2. Iekļaut ātruma atkarīgus efektus: Ņemiet vērā žiroskopiskos momentus, gultņu stingrības izmaiņas un citus no ātruma atkarīgus parametrus
  3. Atrisiniet īpašvērtību problēmu: Aprēķiniet dabiskās frekvences pie vairākiem rotācijas ātrumiem
  4. Sižeta rezultāti: Ģenerējiet līknes, kas parāda, kā dabiskās frekvences mainās atkarībā no ātruma
  5. Pievienot ierosmes līnijas: Pārklājiet 1X, 2X un citas atbilstošas ierosmes līnijas

Eksperimentāla pieeja

Esošām iekārtām Kempbela diagrammas var izveidot no testa datiem:

  • Veikt iedarbināšanas vai ripošanas testi nepārtrauktas ierakstīšanas laikā vibrācija
  • Ģenerēt ūdenskrituma gabals parāda vibrācijas spektru pret ātrumu
  • Dabisko frekvenču maksimumu iegūšana no datiem
  • Uzzīmējiet iegūto frekvenču atkarību no ātruma, lai izveidotu eksperimentālu Kempbela diagrammu.

Pielietojumi mašīnu projektēšanā un analīzē

Projektēšanas fāzes lietojumprogrammas

  • Ātruma diapazona izvēle: Nosakiet drošus darbības ātruma diapazonus, kas ļauj izvairīties no kritiskiem ātrumiem
  • Gultņu konstrukcija: Optimizēt gultņu atrašanās vietu, veidu un stingrību, lai atbilstoši pozicionētu kritiskos ātrumus
  • Vārpstas izmēri: Pielāgojiet vārpstas diametru un garumu, lai kritiskos ātrumus pārvietotu ārpus darbības diapazoniem
  • Atbalsta konstrukcijas dizains: Nodrošināt, lai pamatu un pjedestāla stingrība neradītu nevēlamus kritiskos ātrumus

Lietojumprogrammu problēmu novēršana

  • Rezonanses diagnoze: Nosakiet, vai augsta vibrācija rodas darbības dēļ tuvu kritiskajam ātrumam
  • Ātruma izmaiņu novērtēšana: Novērtējiet ierosinātā ātruma palielināšanas vai samazināšanas ietekmi
  • Modifikācijas analīze: Prognozēt mašīnas modifikāciju ietekmi (pievienotā masa, stingrības izmaiņas, gultņu nomaiņa)

Darbības vadlīnijas

  • Ieslēgšanas/izslēgšanas procedūras: Nosakiet ātruma diapazonus, kas ātri jāpārvar, lai samazinātu laiku kritiskos ātrumos
  • Mainīga ātruma darbība: Drošu ātruma diapazonu definēšana mainīga ātruma piedziņām
  • Ātruma ierobežojumi: Nosakiet aizliegtos ātruma diapazonus, kuros darbība būtu jāizvairās

Īpaši apsvērumi un padziļinātas tēmas

Žiroskopiskie efekti

Priekš elastīgi rotori, žiroskopiskie momenti izraisa dabisko frekvenču sadalīšanos uz priekšu un atpakaļ virpuļošanas režīmos. Kempbela diagramma skaidri parāda šo sadalīšanos, kur uz priekšu vērstie režīmi parasti palielinās, bet atpakaļ vērstie režīmi samazinās līdz ar ātrumu.

Gultņu efekti

Dažādi gultņu veidi atšķirīgi ietekmē Kempbela diagrammu:

  • Ritošie elementu gultņi: Relatīvi nemainīga stingrība, radot gandrīz horizontālas dabiskās frekvences līnijas
  • Šķidruma plēves gultņi: Stīvums palielinās līdz ar ātrumu, izraisot dabisko frekvenču straujāku pieaugumu
  • Magnētiskie gultņi: Aktīvā vadība var mainīt dabiskās frekvences, pamatojoties uz vadības algoritmiem

Anizotropās sistēmas

Ja rotoru sistēmām ir atšķirīga stingrība dažādos virzienos (asimetriski gultņi vai balsti), Kempbela diagrammā horizontālajiem un vertikālajiem vibrācijas režīmiem ir jāparāda atsevišķas līknes.

Kempbela diagramma salīdzinājumā ar citiem rotora dinamiskajiem grafikiem

Kempbela diagramma pret Bodes grafiku

  • Kempbela diagramma: Parāda dabiskās frekvences atkarībā no ātruma, prognozē, kur radīsies kritiskie ātrumi
  • Bodes gabals: Parāda izmērīto vibrācijas amplitūdu un fāzi attiecībā pret ātrumu, apstiprina faktiskās kritiskā ātruma atrašanās vietas

Kempbela diagramma pret traucējumu diagrammu

Šie termini dažreiz tiek lietoti savstarpēji aizvietojami, lai gan “traucējumu diagramma” parasti uzsver dabisko frekvenču un ierosmes secību krustpunktus (traucējumus).

Praktisks piemērs

Apsveriet ātrgaitas kompresoru, kas paredzēts darbam ar ātrumu 15 000 apgr./min (250 Hz):

  • Kempbela diagramma parāda: Pirmais kritiskais ātrums pie 12 000 apgr./min (1X), otrais kritiskais ātrums pie 22 000 apgr./min (1X)
  • Analīze: Darbības ātrums 15 000 apgr./min. ir droši starp diviem kritiskajiem ātrumiem ar atbilstošām rezervēm (25% zem otrā kritiskā ātruma, 20% virs pirmā kritiskā ātruma).
  • Darbības norādījumi: Iedarbināšanas laikā ātri paātriniet apgriezienus līdz 12 000 apgr./min, lai samazinātu laiku līdz pirmajam kritiskajam ātrumam.
  • Ātruma palielināšanas pētījums: Ja apsver darbību ar ātrumu 18 000 apgr./min, Kempbela diagramma rāda, ka tas samazinātu atdalīšanas robežu no otrā kritiskā līdz nepieņemamam 18% — modifikācijai būtu nepieciešama gultņa vai vārpstas pārveidošana.

Moderna programmatūra un rīki

Mūsdienās Kempbela diagrammas parasti tiek ģenerētas, izmantojot specializētu programmatūru:

  • Rotora dinamikas analīzes pakotnes (MADYN, XLTRC, DyRoBeS, ANSYS u. c.)
  • Iebūvētas diagrammu veidošanas funkcijas vibrācijas analīzes programmatūrā
  • Eksperimentālo datu pēcapstrādes rīki
  • Integrācija ar stāvokļa uzraudzības sistēmām izsekošanai reāllaikā

Šie rīki ļauj veikt ātru "kas būtu, ja" analīzi, optimizācijas pētījumus un korelāciju starp prognozēto un izmērīto uzvedību, padarot Kempbela diagrammas pieejamākas un noderīgākas nekā jebkad agrāk inženieriem, kas strādā ar rotējošām iekārtām.

← Atpakaļ uz galveno indeksu

Kategorijas:
WhatsApp