อธิบายความเร็ววิกฤตในพลศาสตร์ของโรเตอร์

คำจำกัดความ: ความเร็ววิกฤตคืออะไร?

ก ความเร็ววิกฤต คือความเร็วในการหมุนที่ตรงกับความถี่การสั่นสะเทือนตามธรรมชาติของโรเตอร์ เมื่อเครื่องจักรทำงานที่ความเร็ววิกฤตหรือใกล้จุดใดจุดหนึ่ง ปรากฏการณ์ของ เสียงก้อง เกิดขึ้น ซึ่งทำให้การสั่นสะเทือนของโรเตอร์รุนแรงขึ้นอย่างมากและมักเป็นอันตราย เนื่องจากความไม่สมดุลที่เหลืออยู่แม้เพียงเล็กน้อยก็สามารถสร้างแรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลางมหาศาลได้ ระบบโรเตอร์แต่ละระบบมีความเร็ววิกฤตหลายระดับ ซึ่งสอดคล้องกับโหมดการสั่นสะเทือนที่แตกต่างกัน (เช่น โหมดการดัดครั้งแรก โหมดการดัดครั้งที่สอง เป็นต้น)

เหตุใดความเร็ววิกฤตจึงสำคัญมาก?

การทำความเข้าใจและการจัดการความเร็ววิกฤตเป็นหนึ่งในองค์ประกอบพื้นฐานที่สุดของการออกแบบและวิเคราะห์เครื่องจักรแบบหมุน การใช้งานเครื่องจักรที่ความเร็ววิกฤต แม้เพียงช่วงเวลาสั้นๆ ก็อาจก่อให้เกิดหายนะได้ ผลที่ตามมา ได้แก่:

• การสั่นสะเทือนมากเกินไป: แอมพลิจูดสามารถเพิ่มขึ้นได้ 10, 20 หรือมากกว่านั้น ขึ้นอยู่กับการหน่วงของระบบ
• ความล้มเหลวของส่วนประกอบ: การสั่นสะเทือนสูงและการเบี่ยงเบนของเพลาอาจทำให้ตลับลูกปืนเสียหาย ซีลเสียหาย และเกิดการเสียดสีระหว่างชิ้นส่วนที่หมุนและชิ้นส่วนที่อยู่นิ่ง
• ความล้มเหลวของเพลาที่ร้ายแรง: ในกรณีที่รุนแรง แรงดัดอาจเกินขีดจำกัดความล้าของวัสดุ ส่งผลให้เพลาแตกร้าวหรือแตกหัก
• อันตรายด้านความปลอดภัย: ความล้มเหลวของเครื่องจักรที่ความเร็วสูงก่อให้เกิดความเสี่ยงอย่างมากต่อบุคลากรและอุปกรณ์โดยรอบ

ด้วยเหตุผลเหล่านี้ เครื่องจักรจึงได้รับการออกแบบมาให้ทำงานโดยมี "ระยะขอบการแยก" เสมอ ซึ่งหมายถึงการรักษาความเร็วในการทำงานปกติให้อยู่ในระยะที่ปลอดภัยจากความเร็ววิกฤตโดยเจตนา

โรเตอร์แบบแข็งและแบบยืดหยุ่น

แนวคิดเรื่องความเร็ววิกฤตคือสิ่งที่ทำให้โรเตอร์แบบ "แข็ง" แตกต่างจากโรเตอร์แบบ "ยืดหยุ่น":

• โรเตอร์แบบแข็ง: โรเตอร์ที่ทำงาน *ต่ำกว่า* ความเร็ววิกฤตแรก เพลาของโรเตอร์จะไม่เกิดการโค้งงออย่างมีนัยสำคัญระหว่างการทำงาน โดยทั่วไปแล้วโรเตอร์ประเภทนี้จะช้ากว่าและแข็งแรงกว่า
• โรเตอร์แบบยืดหยุ่น: โรเตอร์ที่ออกแบบมาให้ทำงาน *เหนือ* ความเร็ววิกฤตแรก (และบางครั้งอาจถึงความเร็ววิกฤตที่สองหรือสาม) เพลาของโรเตอร์จะงอและโค้งงอเมื่อเคลื่อนที่ผ่านความเร็ววิกฤตระหว่างการสตาร์ทและการปิดเครื่อง โรเตอร์ความเร็วสูงเรียวบาง เช่นในกังหันและคอมเพรสเซอร์ เป็นโรเตอร์ที่มีความยืดหยุ่น

การจัดการความเร็วที่สำคัญในการทำงานของเครื่องจักร

เนื่องจากมักไม่สามารถทำได้จริงในการออกแบบเครื่องจักรความเร็วสูงที่รักษาความเร็วไว้ต่ำกว่าความเร็ววิกฤตแรก วิศวกรจึงใช้กลยุทธ์ต่างๆ หลายประการเพื่อจัดการกับเครื่องจักรเหล่านี้:

1. ระยะขอบแยก

กลยุทธ์ที่พบบ่อยที่สุดคือการตรวจสอบให้แน่ใจว่าความเร็วในการทำงานต่อเนื่องของเครื่องจักรไม่ใกล้เคียงกับความเร็ววิกฤตใดๆ มากเกินไป ระยะขอบการแยกโดยทั่วไปคือ ±20-30% ตัวอย่างเช่น หากความเร็ววิกฤตอยู่ที่ 3,000 รอบต่อนาที ไม่ควรใช้งานเครื่องจักรอย่างต่อเนื่องที่ความเร็ว 2,400 ถึง 3,600 รอบต่อนาที

2. การเร่งความเร็ว/ลดความเร็วอย่างรวดเร็ว

สำหรับโรเตอร์แบบยืดหยุ่นที่ต้องเคลื่อนที่ผ่านช่วงความเร็ววิกฤต ขั้นตอนการสตาร์ทและปิดเครื่องได้รับการออกแบบมาเพื่อให้เคลื่อนที่ผ่านช่วงความเร็ววิกฤตได้อย่างรวดเร็วที่สุด การคงความเร็ววิกฤตไว้จะทำให้แอมพลิจูดของการสั่นสะเทือนเพิ่มขึ้นจนถึงระดับอันตราย การเคลื่อนผ่านอย่างรวดเร็วจะช่วยลดระยะเวลาที่การขยายตัวนี้จะเกิดขึ้น

3. การลดแรงสั่นสะเทือน

การหน่วงคือการกระจายพลังงานการสั่นสะเทือน และเป็นสิ่งที่จำกัดแอมพลิจูดสูงสุดที่ระดับเรโซแนนซ์ ตลับลูกปืน โดยเฉพาะตลับลูกปืนแบบฟิล์มของไหล ถือเป็นแหล่งหลักของการหน่วงในระบบโรเตอร์ ด้วยการปรับปรุงการออกแบบตลับลูกปืนให้เหมาะสม วิศวกรสามารถควบคุมจุดสูงสุดของการสั่นสะเทือนที่ความเร็ววิกฤตให้อยู่ในระดับที่ปลอดภัยและควบคุมได้

4. การปรับสมดุลความแม่นยำ

การสั่นสะเทือนที่ความเร็ววิกฤตคือการตอบสนองแบบขยายต่อความไม่สมดุล ยิ่งโรเตอร์มีความสมดุลที่ดีเท่าใด ฟังก์ชันแรงก็จะยิ่งน้อยลงเท่านั้น และดังนั้น การสั่นสะเทือนสูงสุดเมื่อผ่านความเร็ววิกฤตก็จะยิ่งลดลง สำหรับโรเตอร์แบบยืดหยุ่น จำเป็นต้องใช้เทคนิคการปรับสมดุลแบบหลายระนาบพิเศษ

ความเร็ววิกฤตจะถูกระบุได้อย่างไร?

ความเร็ววิกฤตจะถูกระบุโดยใช้วิธีการหลายวิธี:

• การวิเคราะห์ไดนามิกของโรเตอร์ (RDA): แบบจำลองคอมพิวเตอร์ (มักใช้การวิเคราะห์องค์ประกอบไฟไนต์) ถูกสร้างขึ้นในระหว่างขั้นตอนการออกแบบเพื่อทำนายความเร็ววิกฤตและรูปร่างโหมดของโรเตอร์
• การทดสอบวิ่งขึ้น/วิ่งลง: วิธีการทดลองที่พบบ่อยที่สุด แอมพลิจูดและเฟสของการสั่นสะเทือนจะถูกพล็อตเทียบกับความเร็วเมื่อเครื่องจักรเริ่มทำงานหรือหยุดทำงาน ความเร็ววิกฤตจะถูกระบุโดยค่าสูงสุดที่ชัดเจนของแอมพลิจูด พร้อมกับการเลื่อนเฟส 180 องศาที่เป็นลักษณะเฉพาะ การทดสอบเหล่านี้จะสร้างกราฟวินิจฉัย เช่น พล็อตโบด and แปลงน้ำตก.
• การทดสอบแรงกระแทก (Bump Test): การตีโรเตอร์ด้วยค้อนที่มีเครื่องมือในขณะที่มันอยู่นิ่งสามารถกระตุ้นความถี่ตามธรรมชาติของมันได้ ซึ่งสอดคล้องกับความเร็ววิกฤต

← กลับสู่ดัชนีหลัก