Rotor Dinamiklerinde Kritik Hızın Açıklaması

Tanım: Kritik Hız Nedir?

A kritik hız Bir rotorun doğal titreşim frekansına uyan bir dönme hızıdır. Bir makine kritik hızlarından birinde veya yakınında çalıştığında, rezonans Bu durum, rotor titreşiminde dramatik ve çoğu zaman tehlikeli bir artışa neden olur, çünkü çok küçük bir miktardaki artık dengesizlik bile muazzam santrifüj kuvvetleri oluşturabilir. Her rotor sisteminin, farklı titreşim modlarına (örneğin, ilk bükülme modu, ikinci bükülme modu vb.) karşılık gelen birden fazla kritik hızı vardır.

Kritik Hız Neden Bu Kadar Önemli?

Kritik hızları anlamak ve yönetmek, dönen makine tasarımı ve analizinin en temel unsurlarından biridir. Bir makineyi kısa bir süre için bile olsa kritik bir hızda çalıştırmak felaketle sonuçlanabilir. Sonuçları şunlardır:

• Aşırı Titreşim: Genlikler, sistemin sönümlemesine bağlı olarak 10, 20 veya daha fazla kat artabilir.
• Bileşen Arızası: Yüksek titreşim ve şaft sapması, yatak arızasına, conta hasarına ve dönen ve sabit parçalar arasında sürtünmeye yol açabilir.
• Felaket Niteliğindeki Şaft Arızası: Şiddetli durumlarda, eğilme gerilimleri malzemenin yorulma sınırını aşabilir ve şaftın çatlamasına veya kırılmasına neden olabilir.
• Güvenlik Tehlikeleri: Yüksek hızda gerçekleşen bir makine arızası, personel ve çevredeki ekipmanlar için önemli bir risk oluşturmaktadır.

Bu sebeplerden dolayı, makineler her zaman bir "ayırma payı" ile çalışacak şekilde tasarlanır; bu, normal çalışma hızının kritik hızlardan güvenli bir mesafede tutulması anlamına gelir.

Sert ve Esnek Rotorlar

Kritik hız kavramı, "sert" bir rotoru "esnek" bir rotordan ayıran şeydir:

• Sert Rotor: İlk kritik hızının *altında* çalışan bir rotor. Şaftı çalışma sırasında önemli bir bükülmeye maruz kalmaz. Bunlar genellikle daha yavaş ve tıknaz rotorlardır.
• Esnek Rotor: Birinci (ve bazen ikinci veya üçüncü) kritik hızının *üzerinde* çalışacak şekilde tasarlanmış bir rotor. Şaftı, başlatma ve durdurma sırasında kritik hızlardan geçerken esner ve bükülür. Türbin ve kompresörlerdeki gibi yüksek hızlı, ince rotorlar esnek rotorlardır.

Makine Operasyonunda Kritik Hızların Yönetimi

Çoğu zaman ilk kritik hızının altında kalan yüksek hızlı bir makine tasarlamak pratik olmadığından, mühendisler bunları yönetmek için çeşitli stratejiler kullanırlar:

1. Ayırma Payı

En yaygın strateji, makinenin sürekli çalışma hızının herhangi bir kritik hıza çok yakın olmamasını sağlamaktır. Tipik bir ayırma payı ±20-30%'dir. Örneğin, kritik hız 3.000 RPM ise, makine 2.400 RPM ile 3.600 RPM arasında sürekli çalıştırılmamalıdır.

2. Hızlı Hızlanma/Yavaşlama

Kritik hızlardan geçmesi gereken esnek rotorlar için, başlatma ve durdurma prosedürleri, kritik hız aralıklarına mümkün olan en kısa sürede geçecek şekilde tasarlanmıştır. Kritik bir hızda kalmak, titreşim genliklerinin tehlikeli seviyelere çıkmasına neden olur. Hızlı bir geçiş, bu artışın meydana gelme süresini en aza indirir.

3. Sönümleme

Sönümleme, titreşim enerjisinin dağılımıdır ve rezonans anındaki tepe genliğini sınırlar. Yataklar, özellikle akışkan film yatakları, rotor sistemlerindeki sönümlemenin temel kaynağıdır. Yatak tasarımını optimize ederek, mühendisler kritik hızdaki titreşim tepe noktasını güvenli ve yönetilebilir bir seviyeye kadar kontrol edebilirler.

4. Hassas Dengeleme

Kritik hızdaki titreşim, dengesizliğe karşı güçlendirilmiş bir tepkidir. Bir rotor ne kadar iyi dengelenirse, zorlama fonksiyonu o kadar küçük olur ve dolayısıyla kritik hızdan geçerken tepe titreşimi o kadar düşük olur. Esnek rotorlar için özel çok düzlemli dengeleme teknikleri gereklidir.

Kritik Hızlar Nasıl Belirlenir?

Kritik hızlar çeşitli yöntemler kullanılarak belirlenir:

• Rotor Dinamik Analizi (RDA): Tasarım aşamasında, rotorun kritik hızlarını ve mod şekillerini tahmin etmek için bilgisayar modelleri (genellikle Sonlu Elemanlar Analizi kullanılarak) oluşturulur.
• Başlangıç/Yavaşlama Testleri: En yaygın deneysel yöntem. Titreşim genliği ve fazı, bir makine çalıştırılırken veya kapatılırken hıza göre çizilir. Kritik hız, karakteristik 180 derecelik bir faz kaymasıyla birlikte belirgin bir genlik tepe noktasıyla belirlenir. Bu testler, aşağıdaki gibi teşhis grafikleri oluşturur: Bode Arsa ve Şelale Arsa.
• Darbe Testi (Çarpma Testi): Rotor hareketsizken çekiçle vurularak rotorun doğal frekansları uyarılabilir ve bu da kritik hızlara karşılık gelir.

← Ana Dizin'e Geri Dön