Apakah Rajah Campbell? Analisis Kelajuan Kritikal • Pengimbang mudah alih, penganalisis getaran "Balanset" untuk penghancur pengimbang dinamik, kipas, sungkupan, gerimit pada gabungan, aci, emparan, turbin dan banyak lagi pemutar Apakah Rajah Campbell? Analisis Kelajuan Kritikal • Pengimbang mudah alih, penganalisis getaran "Balanset" untuk penghancur pengimbang dinamik, kipas, sungkupan, gerimit pada gabungan, aci, emparan, turbin dan banyak lagi pemutar

Apakah Rajah Campbell? Analisis Kelajuan Kritikal

Diterbitkan oleh admin pada

Memahami Rajah Campbell dalam Dinamik Rotor

Definisi: Apakah Rajah Campbell?

A Rajah Campbell (juga dikenali sebagai peta kelajuan pusaran atau rajah gangguan) ialah perwakilan grafik yang digunakan dalam dinamik rotor yang merancang sistem frekuensi semula jadi terhadap kelajuan putaran. Gambar rajah adalah alat penting untuk mengenal pasti kelajuan kritikal—kelajuan operasi di mana resonans boleh berlaku—dan untuk menilai sama ada margin pemisahan yang mencukupi wujud antara kelajuan operasi dan keadaan kritikal ini.

Dinamakan sempena Wilfred Campbell, yang membangunkan konsep pada tahun 1920-an untuk menganalisis getaran enjin pesawat, gambar rajah Campbell telah menjadi sangat diperlukan untuk mereka bentuk dan menganalisis semua jenis jentera berputar berkelajuan tinggi, daripada turbin dan pemampat kepada motor elektrik dan gelendong alat mesin.

Struktur dan Komponen Rajah Campbell

Gambar rajah Campbell terdiri daripada beberapa elemen utama yang bersama-sama memberikan gambaran lengkap tentang kelakuan dinamik sistem pemutar:

Kapak

  • Paksi Mendatar (paksi X): Kelajuan putaran, biasanya dinyatakan dalam RPM (putaran seminit) atau Hz (Hertz)
  • Paksi Menegak (paksi-Y): Kekerapan, biasanya dalam Hz atau CPM (kitaran seminit), mewakili frekuensi semula jadi sistem

Keluk Frekuensi Semulajadi

Rajah menunjukkan garis melengkung atau lurus yang mewakili bagaimana setiap frekuensi semula jadi sistem pemutar berubah dengan kelajuan putaran. Untuk kebanyakan sistem:

  • Mod Pusaran Hadapan: Frekuensi semula jadi yang meningkat dengan kelajuan disebabkan oleh kesan pengerasan giroskopik
  • Mod Pusaran Belakang: Frekuensi semula jadi yang berkurangan dengan kelajuan (kurang biasa, lebih lazim dalam jenis galas tertentu)
  • Setiap mod (lentur pertama, lenturan kedua, dsb.) diwakili oleh lengkung yang berasingan

Garisan Pengujaan

Garis lurus pepenjuru yang ditindih pada rajah mewakili potensi sumber pengujaan:

  • Baris 1X: Melepasi asalan pada 45° (apabila paksi mempunyai skala yang sama), mewakili pengujaan segerak daripada ketidakseimbangan
  • Talian 2X: Mewakili pengujaan dua kali setiap revolusi (dari salah jajaran atau sumber lain)
  • Gandaan Lain: 3X, 4X, dsb., untuk pengujaan harmonik yang lebih tinggi
  • Talian Sub-segerak: Gandaan pecahan seperti 0.5X untuk fenomena seperti pusaran minyak

Titik Persimpangan (Kelajuan Kritikal)

Apabila garis pengujaan melintasi lengkung frekuensi semula jadi, a kelajuan kritikal wujud. Pada kelajuan ini, frekuensi pengujaan sepadan dengan frekuensi semula jadi, menyebabkan resonans dan penguatan getaran yang berpotensi berbahaya.

Cara Membaca dan Mentafsir Rajah Campbell

Mengenalpasti Kelajuan Kritikal

Tujuan utama rajah Campbell adalah mengenal pasti kelajuan kritikal:

  1. Cari persilangan antara garis pengujaan (1X, 2X, dsb.) dan lengkung frekuensi semula jadi
  2. Koordinat mendatar setiap persimpangan menunjukkan kelajuan kritikal
  3. Lebih banyak persimpangan hadir, lebih banyak kelajuan kritikal wujud dalam julat pengendalian

Menilai Margin Pemisahan

Operasi selamat memerlukan "margin pemisahan" yang mencukupi antara kelajuan operasi dan kelajuan kritikal:

  • Keperluan Biasa: Pemisahan ±15% hingga ±30% daripada kelajuan kritikal
  • Julat Kelajuan Operasi: Biasanya ditunjukkan sebagai jalur menegak pada rajah
  • Reka bentuk yang boleh diterima: Julat pengendalian tidak boleh bertindih dengan zon kelajuan kritikal

Memahami Bentuk Mod

Lengkung yang berbeza pada rajah sepadan dengan mod getaran yang berbeza:

  • Mod Pertama: Biasanya lengkung frekuensi terendah, mewakili lenturan mudah (seperti lompat tali dengan satu bonggol)
  • Mod Kedua: Frekuensi yang lebih tinggi, bentuk lengkung S dengan titik nod
  • Mod Lebih Tinggi: Corak pesongan yang semakin kompleks

Mencipta Rajah Campbell

Gambar rajah Campbell dijana melalui analisis pengiraan atau ujian eksperimen:

Pendekatan Analisis

  1. Bina Model Matematik: Cipta model elemen terhingga sistem sokongan galas rotor
  2. Sertakan Kesan Bergantung Kepantasan: Ambil kira momen giroskopik, perubahan kekakuan galas dan parameter lain yang bergantung kepada kelajuan
  3. Selesaikan Masalah Nilai Eigen: Kira frekuensi semula jadi pada pelbagai kelajuan putaran
  4. Keputusan Plot: Hasilkan lengkung yang menunjukkan bagaimana frekuensi semula jadi berbeza mengikut kelajuan
  5. Tambah Garis Pengujaan: Tindanan 1X, 2X dan garis pengujaan lain yang berkaitan

Pendekatan Eksperimen

Untuk jentera sedia ada, gambar rajah Campbell boleh dibuat daripada data ujian:

  • laksanakan ujian permulaan atau pesisir pantai sambil merakam secara berterusan getaran
  • Menjana a plot air terjun menunjukkan spektrum getaran berbanding kelajuan
  • Ekstrak puncak frekuensi semula jadi daripada data
  • Plot frekuensi yang diekstrak berbanding kelajuan untuk mencipta gambar rajah Campbell eksperimen

Aplikasi dalam Reka Bentuk dan Analisis Mesin

Aplikasi Fasa Reka Bentuk

  • Pilihan Julat Kelajuan: Tentukan julat kelajuan operasi yang selamat yang mengelakkan kelajuan kritikal
  • Reka bentuk galas: Optimumkan lokasi galas, jenis dan kekakuan untuk meletakkan kelajuan kritikal dengan sewajarnya
  • Saiz aci: Laraskan diameter dan panjang aci untuk mengalihkan kelajuan kritikal dari julat operasi
  • Reka Bentuk Struktur Sokongan: Pastikan asas dan kekakuan alas tidak menghasilkan kelajuan kritikal yang tidak diingini

Aplikasi Penyelesaian Masalah

  • Diagnosis resonans: Tentukan sama ada getaran tinggi disebabkan oleh operasi berhampiran kelajuan kritikal
  • Penilaian Perubahan Kelajuan: Menilai kesan peningkatan atau penurunan kelajuan yang dicadangkan
  • Analisis Pengubahsuaian: Ramalkan kesan pengubahsuaian mesin (jisim tambahan, perubahan kekakuan, penggantian bearing)

Panduan Operasi

  • Prosedur Permulaan/Matikan: Kenal pasti julat kelajuan untuk dilalui dengan cepat untuk meminimumkan masa pada kelajuan kritikal
  • Operasi Kelajuan Boleh Ubah: Tentukan julat kelajuan selamat untuk pemacu kelajuan berubah-ubah
  • Sekatan Kelajuan: Wujudkan julat kelajuan terlarang di mana operasi harus dielakkan

Pertimbangan Khas dan Topik Lanjutan

Kesan giroskopik

Untuk pemutar fleksibel, momen giroskopik menyebabkan frekuensi semula jadi berpecah kepada mod pusingan ke hadapan dan ke belakang. Gambar rajah Campbell jelas menunjukkan pemisahan ini, dengan mod hadapan biasanya meningkat dan mod mundur berkurangan dengan kelajuan.

Kesan Galas

Jenis galas yang berbeza mempengaruhi gambar rajah Campbell secara berbeza:

  • Galas Elemen Bergolek: Kekakuan yang agak malar, menghasilkan garis frekuensi semula jadi yang hampir mendatar
  • Galas Bendalir Filem: Kekakuan meningkat dengan kelajuan, menyebabkan frekuensi semula jadi meningkat dengan lebih curam
  • Galas magnetik: Kawalan aktif boleh mengubah suai frekuensi semula jadi berdasarkan algoritma kawalan

Sistem Anisotropik

Apabila sistem pemutar mempunyai kekakuan yang berbeza dalam arah yang berbeza (galas atau penyokong asimetri), gambar rajah Campbell mesti menunjukkan lengkung yang berasingan untuk mod getaran mendatar dan menegak.

Rajah Campbell lwn Plot Dinamik Rotor Lain

Rajah Campbell lwn Plot Bode

  • Rajah Campbell: Menunjukkan frekuensi semula jadi berbanding kelajuan, meramalkan tempat kelajuan kritikal akan berlaku
  • Plot Pertanda: Menunjukkan amplitud getaran yang diukur dan fasa berbanding kelajuan, mengesahkan lokasi kelajuan kritikal yang sebenar

Rajah Campbell lwn Rajah Gangguan

Istilah ini kadangkala digunakan secara bergantian, walaupun "gambar rajah gangguan" biasanya menekankan titik persilangan (gangguan) antara frekuensi semula jadi dan perintah pengujaan.

Contoh Praktikal

Pertimbangkan pemampat berkelajuan tinggi yang direka untuk beroperasi pada 15,000 RPM (250 Hz):

  • Rajah Campbell Menunjukkan: Kelajuan kritikal pertama pada 12,000 RPM (1X), kelajuan kritikal kedua pada 22,000 RPM (1X)
  • Analisis: Kelajuan pengendalian 15,000 RPM selamat antara dua kelajuan kritikal dengan margin yang mencukupi (25% di bawah kritikal kedua, 20% di atas kritikal pertama)
  • Panduan Operasi: Semasa permulaan, pecut dengan pantas melalui 12,000 RPM untuk meminimumkan masa pada kelajuan kritikal pertama
  • Kajian Peningkatan Kelajuan: Jika mempertimbangkan operasi pada 18,000 RPM, rajah Campbell menunjukkan ini akan mengurangkan margin pemisahan daripada kritikal kedua kepada 18% yang tidak boleh diterima—pengubahsuaian memerlukan bearing atau reka bentuk semula aci

Perisian dan Alat Moden

Hari ini, gambar rajah Campbell biasanya dijana menggunakan perisian khusus:

  • Pakej analisis dinamik rotor (MADYN, XLTRC, DyRoBeS, ANSYS, dll.)
  • Fungsi plot terbina dalam dalam perisian analisis getaran
  • Alat pasca pemprosesan untuk data eksperimen
  • Penyepaduan dengan sistem pemantauan keadaan untuk penjejakan masa nyata

Alat ini membenarkan analisis bagaimana jika pantas, kajian pengoptimuman dan korelasi antara gelagat yang diramalkan dan yang diukur, menjadikan gambar rajah Campbell lebih mudah diakses dan berguna berbanding sebelum ini untuk jurutera yang bekerja dengan jentera berputar.

← Kembali ke Indeks Utama

Categories:
WhatsApp