Campbell Diyagramı Nedir? Kritik Hız Analizi • Kırıcılar, fanlar, öğütücüler, biçerdöverlerdeki burgular, şaftlar, santrifüjler, türbinler ve diğer birçok rotorun dinamik dengelenmesi için taşınabilir dengeleyici, titreşim analizörü "Balanset" Campbell Diyagramı Nedir? Kritik Hız Analizi • Kırıcılar, fanlar, öğütücüler, biçerdöverlerdeki burgular, şaftlar, santrifüjler, türbinler ve diğer birçok rotorun dinamik dengelenmesi için taşınabilir dengeleyici, titreşim analizörü "Balanset"

Campbell Diyagramı Nedir? Kritik Hız Analizi

admin tarafından tarihinde yayınlandı

Rotor Dinamiklerinde Campbell Diyagramlarını Anlama

Tanım: Campbell Diyagramı Nedir?

A Campbell diyagramı (ayrıca girdap hızı haritası veya girişim diyagramı olarak da bilinir) kullanılan grafiksel bir gösterimdir rotor dinamikleri sistemin çizimlerini yapan doğal frekanslar dönme hızına karşı. Diyagram, dönme hızını belirlemek için önemli bir araçtır. kritik hızlar—çalışma hızları rezonans meydana gelebilir ve çalışma hızları ile bu kritik koşullar arasında yeterli ayrım marjlarının bulunup bulunmadığını değerlendirmek için kullanılır.

Adını, 1920'lerde uçak motoru titreşimlerini analiz etmek için bu kavramı geliştiren Wilfred Campbell'den alan Campbell diyagramı, türbinlerden kompresörlere, elektrik motorlarından takım tezgahlarının millerine kadar her türlü yüksek hızlı dönen makinenin tasarımı ve analizi için vazgeçilmez hale gelmiştir.

Campbell Diyagramının Yapısı ve Bileşenleri

Campbell diyagramı, rotor sisteminin dinamik davranışının tam bir resmini veren birkaç temel unsurdan oluşur:

Baltalar

  • Yatay Eksen (X ekseni): Dönme hızı, genellikle RPM (dakikadaki devir sayısı) veya Hz (Hertz) cinsinden ifade edilir
  • Dikey Eksen (Y ekseni): Frekans, genellikle Hz veya CPM (dakikadaki döngü) cinsinden, sistemin doğal frekanslarını temsil eder

Doğal Frekans Eğrileri

Diyagram, rotor sisteminin her bir doğal frekansının dönüş hızıyla nasıl değiştiğini gösteren eğri veya düz çizgileri göstermektedir. Çoğu sistem için:

  • İleri Girdap Modları: Jiroskopik sertleştirme etkileri nedeniyle hızla artan doğal frekanslar
  • Geriye Dönük Girdap Modları: Hızla azalan doğal frekanslar (daha az yaygın, belirli yatak tiplerinde daha yaygın)
  • Her mod (birinci bükülme, ikinci bükülme vb.) ayrı bir eğri ile temsil edilir

Uyarım Hatları

Diyagram üzerinde üst üste bindirilmiş çapraz düz çizgiler potansiyel uyarım kaynaklarını temsil eder:

  • 1X Hattı: Kökenden 45°'de geçer (eksenler aynı ölçeğe sahip olduğunda), eşzamanlı uyarımı temsil eder dengesizlik
  • 2X Hattı: Devir başına iki kez uyarımı temsil eden ( yanlış hizalama veya diğer kaynaklar)
  • Diğer Katlar: Daha yüksek harmonik uyarımlar için 3X, 4X vb.
  • Alt-senkron Hatlar: Petrol girdabı gibi olgular için 0,5X gibi kesirli katlar

Kavşak Noktaları (Kritik Hızlar)

Bir uyarım çizgisinin doğal bir frekans eğrisini geçtiği yerde, kritik hız Bu hızda, uyarım frekansı doğal frekansla eşleşir ve bu da rezonansa ve potansiyel olarak tehlikeli titreşim artışına neden olur.

Campbell Diyagramı Nasıl Okunur ve Yorumlanır

Kritik Hızların Belirlenmesi

Campbell diyagramının temel amacı kritik hızları belirlemektir:

  1. Uyarım çizgileri (1X, 2X, vb.) ile doğal frekans eğrileri arasındaki kesişimleri bulun
  2. Her kesişimin yatay koordinatı kritik bir hızı gösterir
  3. Mevcut kavşak sayısı arttıkça, çalışma aralığındaki kritik hızlar da artar

Ayırma Marjlarının Değerlendirilmesi

Güvenli çalışma, çalışma hızları ile kritik hızlar arasında yeterli “ayırma payı” gerektirir:

  • Tipik Gereksinim: Kritik hızlardan ±15% ila ±30% ayırma
  • Çalışma Hız Aralığı: Genellikle diyagramda dikey bir bant olarak gösterilir
  • Kabul Edilebilir Tasarım: Çalışma aralığı kritik hız bölgeleriyle çakışmamalıdır

Mod Şekillerini Anlamak

Diyagramdaki farklı eğriler farklı titreşim modlarına karşılık gelir:

  • Birinci Mod: Genellikle en düşük frekans eğrisi, basit bükülmeyi (tek hörgüçlü bir atlama ipi gibi) temsil eder
  • İkinci Mod: Daha yüksek frekans, düğüm noktası olan S eğrisi şekli
  • Daha Yüksek Modlar: Giderek karmaşıklaşan sapma desenleri

Campbell Diyagramı Oluşturma

Campbell diyagramları hesaplamalı analiz veya deneysel testler yoluyla oluşturulur:

Analitik Yaklaşım

  1. Matematiksel Model Oluşturun: Rotor-yatak-destek sisteminin sonlu eleman modelini oluşturun
  2. Hız Bağımlı Etkileri Dahil Et: Jiroskopik momentleri, yatak sertliğindeki değişiklikleri ve diğer hıza bağlı parametreleri hesaba katın
  3. Özdeğer Problemini Çözün: Birden fazla dönme hızında doğal frekansları hesaplayın
  4. Sonuç: Doğal frekansların hıza göre nasıl değiştiğini gösteren eğriler oluşturun
  5. Uyarım Hatları Ekle: 1X, 2X ve diğer ilgili uyarım çizgilerini üst üste bindirin

Deneysel Yaklaşım

Mevcut makineler için test verilerinden Campbell diyagramları oluşturulabilir:

  • Rol yapmak başlatma veya yavaşlama testleri sürekli kayıt yaparken titreşim
  • Bir tane üret şelale arsası titreşim spektrumunun hıza karşı gösterilmesi
  • Verilerden doğal frekans tepelerini çıkarın
  • Deneysel bir Campbell diyagramı oluşturmak için çıkarılan frekansları hıza göre çizin

Makine Tasarımı ve Analizindeki Uygulamalar

Tasarım Aşaması Uygulamaları

  • Hız Aralığı Seçimi: Kritik hızlardan kaçınan güvenli çalışma hızı aralıklarını belirleyin
  • Rulman Tasarımı: Kritik hızları uygun şekilde konumlandırmak için rulman konumunu, türünü ve sertliğini optimize edin
  • Şaft Boyutlandırması: Kritik hızları çalışma aralıklarından uzaklaştırmak için şaft çapını ve uzunluğunu ayarlayın
  • Destek Yapısı Tasarımı: Temel ve kaide sertliğinin istenmeyen kritik hızlar yaratmamasını sağlayın

Sorun Giderme Uygulamaları

  • Rezonans Tanısı: Yüksek titreşimin kritik bir hıza yakın çalışmadan kaynaklanıp kaynaklanmadığını belirleyin
  • Hız Değişimi Değerlendirmesi: Önerilen hız artışlarının veya azalışlarının etkisini değerlendirin
  • Modifikasyon Analizi: Makine değişikliklerinin (eklenen kütle, sertlik değişiklikleri, rulman değişimleri) etkilerini tahmin edin

İşletme Kılavuzu

  • Başlatma/Kapatma Prosedürleri: Kritik hızlarda zaman kaybını en aza indirmek için hızla geçilecek hız aralıklarını belirleyin
  • Değişken Hızlı Çalışma: Değişken hızlı sürücüler için güvenli hız aralıklarını tanımlayın
  • Hız Kısıtlamaları: İşlemden kaçınılması gereken yasak hız aralıklarını belirleyin

Özel Hususlar ve İleri Konular

Jiroskopik Etkiler

İçin esnek rotorlar, Jiroskopik momentler, doğal frekansların ileri ve geri girdap modlarına bölünmesine neden olur. Campbell diyagramı bu bölünmeyi açıkça göstermektedir; ileri modlar genellikle hızla artarken, geri modlar hızla azalır.

Yatak Etkileri

Farklı yatak tipleri Campbell diyagramını farklı şekilde etkiler:

  • Yuvarlanan Elemanlı Rulmanlar: Nispeten sabit sertlik, neredeyse yatay doğal frekans çizgileri üretir
  • Akışkan Film Yatakları: Sertlik hızla artar ve bu da doğal frekansların daha dik bir şekilde yükselmesine neden olur
  • Manyetik Yataklar: Aktif kontrol, kontrol algoritmalarına dayalı olarak doğal frekansları değiştirebilir

Anizotropik Sistemler

Rotor sistemleri farklı yönlerde farklı sertliklere sahip olduğunda (asimetrik yataklar veya destekler), Campbell diyagramı yatay ve dikey titreşim modları için ayrı eğriler göstermelidir.

Campbell Diyagramı ve Diğer Rotor Dinamik Grafikleri

Campbell Diyagramı ve Bode Grafiği

  • Campbell Diyagramı: Doğal frekansları hıza karşı gösterir, kritik hızların nerede oluşacağını tahmin eder
  • Bode Arsa: Ölçülen titreşim genliğini ve fazını hıza karşı gösterir, gerçek kritik hız konumlarını doğrular

Campbell Diyagramı ve Girişim Diyagramı

Terimler bazen birbirinin yerine kullanılsa da, "girişim diyagramı" genellikle doğal frekanslar ile uyarım düzenleri arasındaki kesişim noktalarını (girişimleri) vurgular.

Pratik Örnek

15.000 RPM (250 Hz) hızında çalışacak şekilde tasarlanmış yüksek hızlı bir kompresörü ele alalım:

  • Campbell Diyagramı Şunu Gösterir: 12.000 RPM'de (1X) ilk kritik hız, 22.000 RPM'de (1X) ikinci kritik hız
  • Analiz: 15.000 RPM çalışma hızı, yeterli marjlarla (ikinci kritik hızın altında 25%, birinci kritik hızın üstünde 20%) iki kritik hız arasında güvenli bir şekilde yer alır.
  • İşletme Kılavuzu: Başlatma sırasında, ilk kritik hızda geçen süreyi en aza indirmek için 12.000 RPM'ye hızla çıkın
  • Hız Artışı Çalışması: 18.000 RPM'de çalışma göz önüne alındığında, Campbell diyagramı bunun ayırma marjını ikinci kritikten kabul edilemez 18%'ye düşüreceğini gösteriyor; değişiklik, yatak veya şaftın yeniden tasarlanmasını gerektirecektir

Modern Yazılım ve Araçlar

Günümüzde Campbell diyagramları genellikle özel yazılımlar kullanılarak oluşturulmaktadır:

  • Rotor dinamiği analiz paketleri (MADYN, XLTRC, DyRoBeS, ANSYS, vb.)
  • Titreşim analiz yazılımında yerleşik çizim işlevleri
  • Deneysel veriler için son işlem araçları
  • Gerçek zamanlı izleme için durum izleme sistemleriyle entegrasyon

Bu araçlar, hızlı olasılık analizleri, optimizasyon çalışmaları ve tahmin edilen ve ölçülen davranışlar arasında korelasyon kurulmasına olanak tanıyarak, dönen makinelerle çalışan mühendisler için Campbell diyagramlarını her zamankinden daha erişilebilir ve kullanışlı hale getiriyor.

← Ana Dizin'e Geri Dön

Kategoriler:
WhatsApp