Rotor Dinamiğinde Mod Şekli Nedir? • Kırıcılar, fanlar, öğütücüler, biçerdöverlerdeki burgular, şaftlar, santrifüjler, türbinler ve diğer birçok rotorun dinamik dengelenmesi için taşınabilir dengeleyici, titreşim analizörü "Balanset" Rotor Dinamiğinde Mod Şekli Nedir? • Kırıcılar, fanlar, öğütücüler, biçerdöverlerdeki burgular, şaftlar, santrifüjler, türbinler ve diğer birçok rotorun dinamik dengelenmesi için taşınabilir dengeleyici, titreşim analizörü "Balanset"

Rotor Dinamiğinde Mod Şekli Nedir?

admin tarafından tarihinde yayınlandı

Rotor Dinamiklerinde Mod Şekillerinin Anlaşılması

Tanım: Mod Şekli Nedir?

A mod şekli (titreşim modu veya doğal mod olarak da adlandırılır) bir deformasyonun karakteristik mekansal desenidir rotor sistem, titreşimlerden birinde varsayar doğal frekanslar. Sistem belirli bir rezonans frekansında serbestçe salınırken rotor boyunca her noktadaki hareketin bağıl genliğini ve fazını tanımlar.

Her mod şekli belirli bir doğal frekansla ilişkilidir ve birlikte sistemin dinamik davranışının eksiksiz bir tanımını oluştururlar. Mod şekillerini anlamak, rotor dinamikleri, nerede olduklarını belirledikleri için kritik hızlar meydana gelir ve rotorun çeşitli uyarım kuvvetlerine nasıl tepki vereceği.

Mod Şekillerinin Görsel Açıklaması

Mod şekilleri rotor milinin sapma eğrileri olarak görselleştirilebilir:

Birinci Mod (Temel Mod)

  • Şekil: Tek bir kamburu olan atlama ipi gibi basit yay veya yay
  • Düğüm Noktaları: Sıfır (mil, yaklaşık düğümler gibi davranan yataklarda desteklenir)
  • Maksimum Sapma: Tipik olarak yataklar arasındaki orta açıklığa yakın
  • Sıklık: Sistemin en düşük doğal frekansı
  • Kritik Hız: İlk kritik hız bu moda karşılık gelir

İkinci Mod

  • Şekil: Ortada bir düğüm noktası bulunan S eğrisi
  • Düğüm Noktaları: Mil sapmasının sıfır olduğu bir dahili düğüm
  • Maksimum Sapma: Düğümün her iki tarafında birer tane olmak üzere iki konum
  • Sıklık: İlk moddan daha yüksek, genellikle ilk mod frekansının 3-5 katı
  • Kritik Hız: İkinci kritik hız

Üçüncü Mod ve Üzeri

  • Şekil: Giderek karmaşıklaşan dalga desenleri
  • Düğüm Noktaları: Üçüncü mod için iki, dördüncü mod için üç, vb.
  • Sıklık: Giderek daha yüksek frekanslar
  • Pratik Önemi: Genellikle yalnızca çok yüksek hızlı veya çok esnek rotorlar için geçerlidir

Mod Şekillerinin Temel Özellikleri

Ortogonallik

Farklı mod şekilleri matematiksel olarak birbirine ortogonaldir, yani bağımsızdırlar. Bir modal frekansta enerji girişi, diğer modları (ideal doğrusal sistemlerde) uyarmaz.

Normalleştirme

Mod şekilleri genellikle normalleştirilir; yani maksimum sapma, karşılaştırma amacıyla bir referans değerine (genellikle 1,0) ölçeklenir. Gerçek sapma büyüklüğü, zorlama genliğine ve sönümleme.

Düğüm Noktaları

Düğümler Şaft üzerinde, o moddaki titreşim sırasında sapmanın sıfır kaldığı konumlardır. Dahili düğüm sayısı (mod numarası – 1) şuna eşittir:

  • Birinci mod: 0 dahili düğüm
  • İkinci mod: 1 dahili düğüm
  • Üçüncü mod: 2 dahili düğüm

Antinode Noktaları

Antinodlar Bir mod biçimindeki maksimum sapmanın olduğu yerlerdir. Bunlar, rezonans titreşimi sırasında en büyük stres ve potansiyel arıza noktalarıdır.

Rotor Dinamiğinde Önemi

Kritik Hız Tahmini

Her mod şekli bir şeye karşılık gelir kritik hız:

  • Rotor çalışma hızı doğal bir frekansla eşleştiğinde, bu mod şekli uyarılır
  • Rotor, mod şekil desenine göre saptırılır
  • Dengesizlik kuvvetler, antinod konumlarıyla hizalandığında maksimum titreşime neden olur

Dengeleme Stratejisi

Mod şekilleri kılavuzu dengeleme prosedürler:

  • Sert Rotorlar: İlk kritik hızın altında çalışırken; basit iki düzlem dengeleme yeterlidir
  • Esnek Rotorlar: İlk kritik seviyenin üzerinde çalışıyor; gerekebilir modal dengeleme belirli mod şekillerini hedefleme
  • Düzeltme Düzlemi Konumu: Antinod yerlerine yerleştirildiğinde en etkilidir
  • Düğüm Konumları: Düğümlere düzeltme ağırlıkları eklemenin o mod üzerinde çok az etkisi vardır

Arıza Analizi

Mod şekilleri arıza modellerini açıklar:

  • Yorulma çatlakları genellikle antinod yerlerinde (maksimum eğilme gerilimi) ortaya çıkar
  • Yüksek sapmanın olduğu yerlerde rulman arızaları daha olasıdır
  • Sürtünmeler, şaft sapmasının rotoru sabit parçalara yaklaştırdığı yerde meydana gelir

Mod Şekillerinin Belirlenmesi

Analitik Yöntemler

1. Sonlu Elemanlar Analizi (FEA)

  • En yaygın modern yaklaşım
  • Kütle, sertlik ve atalet özelliklerine sahip bir dizi kiriş elemanı olarak modellenen rotor
  • Özdeğer analizi doğal frekansları ve karşılık gelen mod şekillerini hesaplar
  • Karmaşık geometri, malzeme özellikleri ve yatak özelliklerini hesaba katabilir

2. Transfer Matrisi Yöntemi

  • Klasik analitik teknik
  • Rotor, bilinen özelliklere sahip istasyonlara bölünmüştür
  • Transfer matrisleri, şaft boyunca sapmayı ve kuvvetleri yayar
  • Nispeten basit şaft konfigürasyonları için verimli

3. Sürekli Işın Teorisi

  • Üniform şaftlar için analitik çözümler mevcuttur
  • Basit durumlar için kapalı formlu ifadeler sağlar
  • Eğitim amaçlı ve ön tasarım için kullanışlıdır

Deneysel Yöntemler

1. Modal Test (Etki Testi)

  • Birden fazla noktada aletli çekiçle vurma mili
  • Birden fazla noktada ivmeölçerlerle tepkiyi ölçün
  • Frekans tepkisi fonksiyonları doğal frekansları ortaya çıkarır
  • Bağıl tepki genlikleri ve fazlarından çıkarılan mod şekli

2. Çalışma Sapma Şekli (ODS) Ölçümü

  • Çalışma sırasında birden fazla noktadaki titreşimi ölçün
  • Kritik hızlarda, ODS mod şekline yaklaşır
  • Rotor yerinde yapılabilir
  • Birden fazla sensör veya gezici sensör tekniği gerektirir

3. Yakınlık Probu Dizileri

  • Birden fazla eksenel konumda temassız sensörler
  • Mil sapmasını doğrudan ölçün
  • Başlatma/yavaşlama sırasında, sapma deseni mod şekillerini ortaya çıkarır
  • Makinelerin çalıştırılması için en doğru deneysel yöntem

Mod Şekil Değişimleri ve Etkileri

Yatak Sertliği Etkileri

  • Sert Yataklar: Yatak konumlarındaki düğümler; mod şekilleri daha kısıtlı
  • Esnek Rulmanlar: Yatak yerlerinde önemli hareket; mod şekilleri daha dağıtılmış
  • Asimetrik Yataklar: Yatay ve dikey yönlerde farklı mod şekilleri

Hız Bağımlılığı

Dönen miller için mod şekilleri aşağıdaki nedenlerden dolayı hızla değişebilir:

  • Jiroskopik Etkiler: Modların ileri ve geri girdap olarak bölünmesine neden olur
  • Yatak Sertliği Değişimleri: Akışkan film yatakları hızla sertleşir
  • Santrifüj Sertleştirme: Çok yüksek hızlarda, merkezkaç kuvvetleri sertliği artırır

İleri ve Geri Dönme Modları

Döner sistemlerde her mod iki şekilde ortaya çıkabilir:

  • İleri Dönüş: Mil yörüngesi, mil dönüşüyle aynı yönde döner
  • Geriye Dönük Girdap: Yörünge, şaft dönüşünün tersine döner
  • Frekans Bölmesi: Jiroskopik etkiler ileri ve geri modların farklı frekanslara sahip olmasına neden olur

Pratik Uygulamalar

Tasarım Optimizasyonu

Mühendisler mod şekil analizini şu amaçlarla kullanırlar:

  • Mod şekillerini optimize etmek için yatakları konumlandırın (yatak konumlarında antinodlardan kaçının)
  • Kritik hızları çalışma aralığından uzaklaştırmak için şaft çaplarını boyutlandırın
  • Modal tepkiyi olumlu yönde şekillendirmek için yatak sertliğini seçin
  • Doğal frekansları değiştirmek için stratejik konumlarda kütle ekleyin veya çıkarın

Sorun Giderme

Aşırı titreşim oluştuğunda:

  • Çalışma hızını mod şekli analizinden tahmin edilen kritik hızlarla karşılaştırın
  • Rezonans yakınında çalışıp çalışmadığını belirleyin
  • Hangi modun heyecanlandığını belirleyin
  • Sorunlu modu çalışma hızından uzaklaştırmak için değişiklik stratejisini seçin

Modal Dengeleme

Modal dengeleme Esnek rotorlar için mod şekillerinin anlaşılması gerekir:

  • Her mod bağımsız olarak dengelenmelidir
  • Düzeltme ağırlıkları mod şekil desenlerine uyacak şekilde dağıtıldı
  • Düğümlerdeki ağırlıkların o mod üzerinde hiçbir etkisi yoktur
  • Antinodlarda bulunan optimum düzeltme düzlemleri

Görselleştirme ve İletişim

Mod şekilleri genellikle şu şekilde sunulur:

  • Sapma Eğrileri: Yanal sapmayı eksenel konuma göre gösteren 2B grafikler
  • Animasyon: Salınımlı şaftı gösteren dinamik görselleştirme
  • 3D Renderlar: Karmaşık geometriler veya bağlı modlar için
  • Renkli Haritalar: Renk kodlamasıyla gösterilen sapma büyüklüğü
  • Tablo Verileri: Ayrık istasyonlardaki sapmanın sayısal değerleri

Eşleştirilmiş ve Karmaşık Mod Şekilleri

Yanal-Burulmalı Bağlantı

Bazı sistemlerde, eğilme (yanal) ve burulma (burulma) modları birleşir:

  • Dairesel olmayan kesitlere veya ofset yüklere sahip sistemlerde meydana gelir
  • Mod şekli hem yanal sapmayı hem de açısal bükülmeyi içerir
  • Daha karmaşık analizler gerektirir

Eşleştirilmiş Bükme Modları

Asimetrik rijitliğe sahip sistemlerde:

  • Yatay ve dikey mod çifti
  • Mod şekilleri doğrusal olmaktan ziyade eliptik hale geliyor
  • Anizotropik yatak veya desteklere sahip sistemlerde yaygındır

Standartlar ve Yönergeler

Birkaç standart mod şekil analizini ele almaktadır:

  • API 684: Mod şekli hesaplaması dahil rotor dinamikleri analizine yönelik kılavuzlar
  • ISO 21940-11: Esnek rotor dengeleme bağlamında referans mod şekilleri
  • VDI 3839: Modal hususları ele alan esnek rotor dengeleme için Alman standardı

Campbell Diyagramlarıyla İlişkisi

Campbell diyagramları Her eğri bir modu temsil edecek şekilde, doğal frekansları hıza karşı gösterir. Her eğriyle ilişkili mod şekli şunları belirler:

  • Çeşitli yerlerdeki dengesizliğin ne kadar güçlü olduğu o modu heyecanlandırıyor
  • Maksimum hassasiyet için sensörlerin nereye yerleştirilmesi gerektiği
  • Hangi tür dengeleme düzeltmesi en etkili olacaktır?

Mod şekillerini anlamak, rotor dinamiklerini soyut matematiksel tahminlerden gerçek makinelerin nasıl davrandığına dair fiziksel içgörülere dönüştürerek, her türlü dönen ekipman için daha iyi tasarım, daha etkili sorun giderme ve optimize edilmiş dengeleme stratejileri sağlar.

← Ana Dizin'e Geri Dön

Kategoriler:
WhatsApp