เครื่องมือวิศวกรรมฟรี
ความถี่ธรรมชาติของใบพัดกังหันและการตรวจสอบแคมป์เบลล์
คำนวณความถี่ธรรมชาติโหมดแรกของใบพัดกังหัน (แบบจำลองคานยื่น) และตรวจสอบการตัดกันของฮาร์มอนิกภายในช่วงความเร็วในการทำงานโดยใช้แผนภาพแคมป์เบลล์แบบง่าย.
ผลลัพธ์
ความถี่ธรรมชาติของคานยื่น
ใบพัดกังหันสามารถจำลองได้เป็นคานยื่นที่ยึดอยู่กับที่บริเวณโคน ความถี่ธรรมชาติมีดังนี้:
- λn — ค่าลักษณะเฉพาะ: λ₁ = 1.8751, λ₂ = 4.6941, λ₃ = 7.8548
- E — มอดูลัสยังก์ (Pa)
- I — โมเมนต์ที่สองของพื้นที่ (m⁴) = b·h³/12 สำหรับหน้าตัดสี่เหลี่ยมผืนผ้า
- ρ — ความหนาแน่นของวัสดุ (kg/m³)
- A — พื้นที่หน้าตัด (m²) = b·h
- L — ความยาวใบพัด (m)
แผนภาพแคมป์เบลล์
แผนภาพแคมป์เบลล์แสดงความถี่ธรรมชาติของใบพัด (เส้นแนวนอน) เทียบกับเส้นกระตุ้นลำดับเครื่องยนต์ (เส้นทแยงมุม: f = n × RPM/60) จุดตัดภายในช่วงความเร็วในการทำงานบ่งชี้ถึงความเป็นไปได้ของการเกิดเรโซแนนซ์.
โดยทั่วไปแล้ว จะต้องมีระยะห่างขั้นต่ำ 10% ระหว่างความถี่ธรรมชาติและความถี่กระตุ้นที่ความเร็วในการทำงาน.
อัตราส่วนรูปร่างโหมด
| โหมด | λn | fn อัตราส่วน / f₁ | ลักษณะ |
|---|---|---|---|
| อันดับ 1 | 1.8751 | 1.000 | การดัดครั้งแรก |
| อันดับที่ 2 | 4.6941 | 6.267 | การดัดงอครั้งที่สอง |
| อันดับ 3 | 7.8548 | 17.55 | การโค้งงอครั้งที่สาม |
ที่ให้ไว้: L = 500 mm, thickness h = 12 mm, width b = 80 mm, เหล็กกล้า (E = 200 GPa, ρ = 7850 kg/m³)
I = 80 × 12³ / 12 = 11,520 mm⁴ = 1.152 × 10⁻⁸ m⁴
A = 80 × 12 = 960 mm² = 9.6 × 10⁻⁴ m²
f₁ = (1.8751² / (2π)) × √(200×10⁹ × 1.152×10⁻⁸ / (7850 × 9.6×10⁻⁴ × 0.5⁴)) = 0.5596 × √4892
f₁ ≈ 39.1 Hz
⚠️ หมายเหตุ: นี่คือแบบจำลองคานยื่นแบบสม่ำเสมอที่เรียบง่าย ใบพัดกังหันจริงมีรูปทรงเรียว การบิดตัว ปลอกหุ้ม ผลกระทบจากฐาน การเสริมแรงจากแรงเหวี่ยง และคุณสมบัติของวัสดุที่ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ ซึ่งส่งผลกระทบอย่างมากต่อความถี่ธรรมชาติ ควรใช้ FEA สำหรับการออกแบบโดยละเอียด.
A Campbell diagram (also called an interference diagram) plots blade natural frequencies as horizontal lines and engine order excitation frequencies as diagonal lines (f = n × RPM/60). Intersections within the operating speed range indicate potential resonance conditions that must be avoided.
The cantilever beam model provides a good first approximation for turbine blade natural frequencies. The blade root is essentially fixed, and the free end vibrates. For preliminary design and quick checks, this analytical model gives results within 10–20% of FEA for simple blade geometries.
A minimum 10% separation margin between natural frequencies and excitation frequencies at the design speed is typically required. Some codes and manufacturers require 15% or even 20% for critical applications. If a crossing falls within the operating range, the blade design must be modified.
Common excitation sources include:
- Nozzle passing — number of nozzle vanes × RPM/60
- Rotor harmonics — 1×, 2×, 3× running speed
- Upstream wakes — from struts, bearings, combustors
- Partial admission — arc of admission in impulse stages
At higher rotational speeds, centrifugal forces increase the effective stiffness of the blade, raising its natural frequency. This is why Campbell diagram lines for real blades curve upward slightly (not perfectly horizontal). This calculator uses a simplified model without centrifugal stiffening.
ขั้นตอนที่อธิบายไว้ในหน้านี้ได้รับการพัฒนาและทดสอบภาคสนามโดยทีมงาน Vibromera โดยใช้ Balanset-1A ซึ่งเป็นเครื่องบาลานซ์และเครื่องวิเคราะห์การสั่นสะเทือนแบบสองช่องสัญญาณชนิดพกพา สำหรับการบาลานซ์โรเตอร์หน้างาน
เครื่องมือวิเคราะห์การสั่นสะเทือนและเครื่องมือการถ่วงสมดุลภาคสนามระดับมืออาชีพสำหรับเครื่องจักรเทอร์โบ ใช้งานใน 50+ ประเทศ
Nikolai Shelkovenko
Nikolai Shelkovenko เป็นวิศวกรวิเคราะห์การสั่นสะเทือน และเป็นผู้ก่อตั้งและประธานเจ้าหน้าที่บริหารของ Vibromera กว่า 15 ปีที่เขาถ่วงสมดุลเครื่องจักรหมุนในภาคสนามแทนที่จะทำบนแท่นทดสอบ ได้แก่ มุลเชอร์ พัดลมอุตสาหกรรม เครื่องบด เครื่องหมุนเหวี่ยง เพลา และสปินเดิล งานนี้เองที่ทำให้เกิดเครื่องมือ Balanset — ออกแบบมาให้เป็นเครื่องมือที่ผู้เชี่ยวชาญสามารถถือไปยังเครื่องจักรและใช้งานได้ด้วยตัวคนเดียวหน้างาน ไม่ใช่อุปกรณ์สำหรับห้องปฏิบัติการ Vibromera ก่อตั้งขึ้นในปี 2017 และตั้งฐานอยู่ที่เมืองปอร์ตู ประเทศโปรตุเกส ตั้งแต่ปี 2023 การพัฒนา การประกอบ และการสนับสนุนผลิตภัณฑ์ตระกูล Balanset ทั้งหมดเกิดขึ้นที่นี่ เครื่องมือเรือธงคือ Balanset-1A เครื่องวิเคราะห์แบบพกพาสำหรับการถ่วงสมดุลหนึ่งระนาบและสองระนาบ และสำหรับการวินิจฉัยการสั่นสะเทือน Nikolai มีส่วนร่วมด้วยตนเองในการสนับสนุนลูกค้า ในการแก้ไขงานถ่วงสมดุลที่ยาก และในการพัฒนาซอฟต์แวร์ เขาทำงานกับลูกค้าทั่วโลกในทุกภาษา