دینامیک روتور در کمپرسورها

تجهیزات دوار نظیر کمپرسورها که معمولاً باید با سرعت‌های مختلف کار کنند، می‌توانند دامنه‌های ارتعاش غیرقابل قبولی را تجربه کنند. این اتفاق زمانی رخ می دهد که شرایط تشدید در مجاورت سرعت های عملیاتی ایجاد شود. طراحان دائماً نگران این شرایط هستند و در تلاش برای درک صحیح مکانیسم و طراحی مؤثر سیستم، تلاش‌های تحقیقاتی فشرده‌ای صورت گرفته است.

работни обувки fw34 steelite lusum s1p 38
normamascellani.it
covorase man
bayern münchen spieler
karl sneakers
addobbi fai da te matrimonio
prestonstadler.com
spoločenské šaty pre moletky
fingateau.com
lifeonthevineministries.com

صنایع و بخش حمل و نقل از چندین نوع تجهیزات دوار استفاده می کند. اینها ممکن است شامل فن‌ها، موتورها، پمپ‌ها و کمپرسورها باشند. همچنین در برخی از تاسیسات اضطراری مانند بیمارستان‌ها، نیروگاه‌های هسته‌ای، و غیره، ماشین‌های دوار با سرعت بالا مانند سیستم‌های توربین ژنراتور، سیستم‌های فن-موتور مورد استفاده قرار میگیرند. طراحی این سیستم ها بسیار حیاتی است. در مناطق دینامیکی، تجهیزات لازم است در طول یک رویداد دینامیکی فعال باقی بمانند، زیرا تامین نیرو برای انجام عملیات ضروری است. بنابراین صلاحیت دینامیکی این تجهیزات برای مهندسان دوره مهندسی مکانیک مورد توجه جدی قرار می گیرد.

خم شدن و چرخش روتورها می تواند تا حد زیادی به دلیل عدم تعادل این شرایط دینامیکی ایجاد شود در هنگام برخورد با مشکلات روتورهای کمپرسورها اثرات ژیروسکوپی ناشی از توده های توده ای دیسک ها اهمیت پیدا می کند. این اثرات در صورتی غالب است که دیسک ها در قسمت های آویزان روتورها قرار داشته باشند یا در نقاط مودال قرار گیرند. یکی دیگر از موضوعات مورد توجه تأثیر انعطاف پذیری یا سفتی بلبرینگ است. موضوع رفتار دینامیکی یاتاقان‌های فیلم سیال نسبتاً پیچیده است و بخش مهمی از مطالعه کلی روتودینامیک را تشکیل می‌دهد. سؤالات روتورهای منعطف و صلب در ارتباط با سختی یاتاقان کاملاً واقع بینانه است و تلاش هایی برای تجزیه و تحلیل آنها انجام شده است. این ارتعاش گاهی اوقات ممکن است باعث ناپایداری روتورهای یاتاقان فیلم سیال شود. چندین تکنیک تحلیلی برای مطالعه مسائل دینامیکی روتور به کار گرفته شده است. اینها شامل روش هایی مانند: تکنیک اجزای محدود، روش ماتریس انتقال، رویکرد ماتریس سختی دینامیکی، تحلیل مودال و غیره است.

مدل سازی

به طور کلی مدل سازی ماشین های دوار را می توان در دو دسته کلی دسته بندی کرد: 1) مدل های صلب 2) مدل های انعطاف پذیر. بسته به آنچه در بررسی مورد نیاز است، ممکن است یکی از این دو روش انتخاب شود که نتایج دقیقی را به همراه داشته باشد.

روتورهای صلب

روتور های صلب با چیدمان توده ها با فنرهای الاستیک و گلدان های داشبورد ایده آل می شوند. اکثر این روتورها برای کاربردهای دینامیکی استفاده می شوند.

مدل های انعطاف پذیر:

 در این مورد سفتی/انعطاف پذیری روتور در نظر گرفته می شود. پاسخ لرزه ای سیستم های دارای روتور با میرایی گزارش میشود. روتور انعطاف پذیر باید بر روی سختی خطی و عناصر میرایی پشتیبانی شود. استفاده از فنر تیر و عناصر سیال را برای مدل سازی روتور و یاتاقان پیشنهاد می شود.

پاسخ لرزه ای سیستم های ژیروسکوپی

 در موقعیت‌های مختلف ممان‌های ژیروسکوپی در ماشین‌هایی تولید می‌شوند که محور اسپین آنها نیز در حال چرخش است. چرخش این محور ممکن است به دلایل مختلفی ایجاد شود، به عنوان مثال.

الف) انعطاف پذیری تکیه گاه ها،

ب) انتقال تکیه گاه ها در امتداد روتور

ج) چرخش تکیه گاه پایه ای که دستگاه روی آن قرار گرفته است.

تجزیه و تحلیل لرزه ای ماشین آلات دوار با سرعت بالا

علاقه قابل توجهی به موضوع پاسخ لرزه ای ماشین های دوار وجود دارد. با این حال، اطلاعات زیادی در مورد پاسخ لرزه ای سیستم های فن-موتور روتور یاتاقان که منبع ثابتی از مشکل در صنعت برق امروزی هستند، در دسترس نیست.

مدلسازی سیستم فن موتور

 فن های کششی القایی معمولاً بین دیگ بخار و پشته واحدهای تولید برق قرار دارند تا گازهای احتراق را از دیگ بخار مکش کرده و آنها را از پشته خارج کنند.  روند فعلی در تجهیزات دوار به سمت افزایش سرعت طراحی است که مشکلات عملیاتی ناشی از ارتعاش را افزایش می دهد. از این رو اهمیت تجزیه و تحلیل ارتعاش و درک کامل تحلیل ارتعاش به تشخیص مشکلات دینامیک روتور کمک می کند.

تجزیه و تحلیل

در گذشته مطالعه ارتعاشات به نوازندگان موسیقی محدود می شد تا زمانی که مکانیک کلاسیک به اندازه کافی پیشرفت کرد تا امکان تجزیه و تحلیل این پدیده پیچیده را فراهم کند. مکانیک نیوتنی رویکردی را ارائه می‌کند که از نظر مفهومی به راحتی قابل درک است. مکانیک لاگرانژی رویکرد پیچیده تری را ارائه می دهد، اما تصور آن به طور شهودی دشوارتر است.

سیستم های ارتعاشی به دو دسته عمده تقسیم می شوند: اجباری و آزاد.

یک سیستم آزاد تحت نیروهای ذاتی سیستم ارتعاش میکند. این نوع سیستم در یک یا چند فرکانس طبیعی خود که از ویژگی های سیستم الاستیک است، می لرزد.

ارتعاش اجباری ارتعاشی است که در اثر وارد شدن نیروی خارجی به سیستم ایجاد می شود. این نوع ارتعاش در فرکانس نیروی برانگیزاننده که یک کمیت دلخواه مستقل از فرکانس های طبیعی سیستم است، صورت می گیرد. هنگامی که فرکانس نیروی برانگیزاننده و فرکانس طبیعی منطبق می‌شوند، شرایط تشدید حاصل می‌شود و دامنه‌های خطرناکی بزرگ ممکن است ایجاد شود. تمام سیستم های ارتعاشی به دلیل انرژی تلف شده توسط اصطکاک یا مقاومت های دیگر در معرض نوعی میرایی هستند.

تعداد مختصات مستقلی که حرکت سیستم را توصیف می کنند، درجات آزادی سیستم نامیده می شوند. یک سیستم درجه آزادی واحد، سیستمی است که برای توصیف کامل پیکربندی ارتعاش خود به یک مختصات مستقل نیاز دارد.

سیستم هایی با دو یا چند درجه آزادی به شیوه ای پیچیده ارتعاش می کنند که در آن فرکانس و دامنه هیچ رابطه مشخصی با هم ندارند. در میان انبوهی از حرکت های نامنظم، انواع بسیار خاصی از حرکت منظم وجود دارد که به آنها حالت های اصلی ارتعاش می گویند. در طول این حالت های اصلی ارتعاش، هر نقطه در سیستم از الگوی مشخصی از فرکانس مشترک پیروی می کند. یک سیستم معمولی با دو یا چند درجه ارتعاش می تواند رشته ای باشد که بین دو نقطه کشیده شده یا شفتی بین دو تکیه گاه باشد.

بیشتر انواع حرکت ناشی از ارتعاش در حرکت تناوبی رخ می دهد. حرکت تناوبی در فواصل زمانی مساوی تکرار می شود. ساده ترین شکل حرکت تناوبی، حرکت هارمونیک است که می تواند با توابع سینوس یا کسینوس نشان داده شود. یادآوری این نکته مهم است که حرکت هارمونیک همیشه تناوبی است. با این حال، حرکت تناوبی همیشه هارمونیک نیست.

معادلات قبلی نشان می دهد که سرعت و شتاب نیز هارمونیک هستند و می توان آنها را با بردارهایی که 90◦ و 180◦ جلوتر از بردارهای جابجایی هستند نشان داد. حرکات هارمونیک مختلف جابجایی، سرعت و شتاب را نشان می دهد. زوایای بین بردارها زوایای فاز نامیده می شوند. بنابراین می توان گفت که سرعت 90 درجه جابجایی منجر می شود و شتاب در جهت مخالف جابجایی عمل می کند یا اینکه جابجایی 180 درجه می شود.

ملاحظات طراحی

طراحی تجهیزات دوار برای عملیات با سرعت بالا نیاز به تجزیه و تحلیل دقیق دارد. هنگامی که یک طرح به عنوان دارای مشکل شناسایی می شود، تغییر این طرح برای رفع مشکل یک موضوع کاملاً متفاوت است. پاراگراف های زیر برخی از مشاهدات و دستورالعمل های آموزشگاه فنی را بر اساس تجزیه و تحلیل ارائه شده در بخش ها قبلی مورد بحث قرار می دهند.

فرکانس طبیعی: این پارامتر برای یک درجه آزادی با ωn = √ k/m داده می شود. افزایش جرم باعث کاهش ωn و افزایش ثابت فنر k باعث افزایش آن می شود. از مطالعه سیستم میرایی، فرکانس طبیعی میرا شده کمتر از ωn است. فرض می شود همه ماشین آلات دوار دارای عدم تعادل هستند. عدم تعادل باعث تحریک در سرعت چرخشی می شود. فرکانس طبیعی سیستم ωn نیز به عنوان سرعت شفت بحرانی شناخته می شود.  . در غیاب میرایی نسبت دامنه در ω = ωn بی نهایت می شود. به همین دلیل، سرعت بحرانی یک ماشین دوار باید از سرعت عملکرد آن دور نگه داشته شود.

ماشین آلات کوچک شامل مقادیر کوچکی از جرم m و مقادیر زیادی از ثابت فنر k (سفتی یاتاقان) است. این طراحی به دسته‌ای از ماشین‌ها، که از نظر اندازه کوچک و با سرعت کم در کار هستند، اجازه می‌دهد تا در محدوده‌ای کمتر از سرعت بحرانی خود کار کنند. این محدوده به عنوان عملیات زیر بحرانی شناخته می‌شود و اگر بتوان از نظر اقتصادی به آن دست یافت، بسیار مطلوب است.

طراحی ماشین‌های دوار بزرگ مانند کمپرسورهای گریز از مرکز، توربین‌های گاز و بخار و ژنراتورهای بزرگ الکتریکی  مشکل متفاوتی را ایجاد می‌کند. جرم روتور معمولاً زیاد است و حد بالایی برای اندازه شفت وجود دارد که می توان از آن استفاده کرد. همچنین این ماشین ها با سرعت بالا کار می کنند.

این وضعیت با طراحی سیستمی با سرعت بحرانی بسیار پایین که در آن دستگاه بالاتر از سرعت بحرانی کار می کند، حل می شود. این به عنوان عملیات فوق بحرانی شناخته می شود. مشکل اصلی این است که در هنگام راه اندازی و خاموش شدن، دستگاه باید از سرعت بحرانی خود عبور کند. برای جلوگیری از دامنه های خطرناک خطرناک در طول این عبورها، میرایی کافی باید در یاتاقان ها و پایه ها قرار گیرد. فرکانس‌های ساختاری طبیعی اکثر سیستم‌های بزرگ نیز در محدوده فرکانس پایین قرار دارند و باید مراقب بود تا از اتصالات رزونانسی بین سازه و فونداسیون جلوگیری شود. تحریک در ماشین های دوار از چرخش توده های نامتعادل ناشی می شود. این عدم تعادل ناشی از چهار عامل است:

1. توزیع ناهموار جرم حول محور هندسی سیستم. این توزیع باعث می شود که مرکز جرم با مرکز چرخش متفاوت باشد.

2. انحراف شفت به دلیل وزن روتور که باعث فاصله بیشتر بین مرکز جرم و مرکز چرخش می شود. اگر شفت دارای یک خم یا کمان باشد، ممکن است اختلافات اضافی رخ دهد.

 3. خروج از مرکز استاتیک به دلیل چرخش شفت حول مرکز هندسی آن.

4. اگر توسط بلبرینگ های ژورنال پشتیبانی شود، شفت ممکن است مداری را توصیف کند به طوری که محور چرخش خود حول مرکز هندسی یاتاقان ها بچرخد.

این نیروهای عدم تعادل به عنوان تابعی از ω 2 افزایش می یابد و طراحی و عملکرد ماشین آلات پرسرعت را به یک کار پیچیده و سخت تبدیل می کند. تعادل تنها روش موجود برای مهار این نیروهای تحریکی است.

کاربرد در ماشین های دوار

تکیه گاه های سفت و سخت ساده ترین مدل یک ماشین دوار شامل یک دیسک بزرگ است که روی یک محور انعطاف پذیر با انتهای آن در تکیه گاه های سفت نصب شده است. تکیه گاه های صلب ماشین دوار را از هر حرکت جانبی محدود می کند، اما اجازه حرکت زاویه ای آزاد را می دهد. یک شفت انعطاف پذیر بالاتر از اولین نقطه بحرانی خود عمل می کند. هنگامی که این دیسک با سرعت دورانی ω می چرخد، جرم باعث جابجایی آن می شود به طوری که مرکز دیسک مداری به شعاع δr را از مرکز خط مرکزی یاتاقان توصیف می کند. اگر انعطاف شفت با سفتی شعاعی (Kr) نشان داده شود، نیروی بازگردانی بر روی دیسک  Krδr  ایجاد می کند که نیروی گریز از مرکز برابر mω 2 را متعادل می کند.

می توان مکان سرعت های بحرانی یک سیستم را با قرار دادن پشتیبانی واقعی در برابر منحنی سرعت بر روی نقشه سرعت بحرانی به دست آورد. نقاط تقاطع دو مجموعه منحنی مکان سرعت های بحرانی سیستم را مشخص می کند.

هنگامی که تقاطع های توصیف شده قبلی در امتداد خط مستقیم روی نقشه سرعت بحرانی با شیب 0.5 قرار می گیرند، سرعت بحرانی کنترل می شود. این وضعیت اغلب به عنوان “بدن سخت و بحرانی” نامیده می شود. هنگامی که نقاط تقاطع زیر خط شیب 0.5 قرار می گیرند، گفته می شود که سیستم دارای “سرعت بحرانی خمشی” است. شناسایی این نقاط مهم است، زیرا آنها نشان دهنده اهمیت فزاینده سفتی خمشی نسبت به سختی تکیه گاه هستند.

برای خلاصه کردن اهمیت مفهوم سرعت بحرانی، باید در نظر داشت که امکان شناسایی منطقه عملیاتی سیستم باربر روتور، شکل‌های حالت احتمالی و مکان‌های تقریبی دامنه‌های پیک را فراهم می‌کند.

محاسبات سرعت بحرانی برای سیستم های بلبرینگ روتور

روش‌هایی برای محاسبه سرعت‌های بحرانی میرا نشده و میرا که به ترتیب از کارهای Prohl و Lund پیروی می‌کنند. برنامه های کامپیوتری را می توان توسعه داد که از معادلات برای ارائه تخمینی از سرعت های بحرانی یک روتور معین برای طیف وسیعی از پارامترهای سختی یاتاقان و میرایی استفاده می کنند. روش محاسبه سرعت بحرانی که توسط Prohl و Lund پیشنهاد شده است دارای چندین مزیت است. با این روش، هر تعداد مرتبه فرکانس بحرانی ممکن است محاسبه شود، و پیکربندی روتور در تعداد تغییرات قطر یا تعداد دیسک های متصل محدود نمی شود. علاوه بر این، تکیه گاه های شفت ممکن است صلب فرض شوند یا ممکن است دارای مقادیر میرایی یا سختی باشند. اثر ژیروسکوپی مرتبط با ممان اینرسی دیسک متصل نیز ممکن است در نظر گرفته شود. با این حال، شاید بزرگترین مزیت این تکنیک، سادگی نسبی است که با آن تمام قابلیت ها انجام می شود.

روتور ابتدا به تعدادی از نقاط ایستگاه تقسیم می شود، از جمله انتهای شفت، نقاطی که در آنها تغییر قطر رخ می دهد، نقاطی که دیسک ها در آن ها متصل می شوند و محل های یاتاقان. شفتی که نقاط ایستگاه را به هم متصل می کند به عنوان بخش های بدون جرم مدل می شود که سفتی خمشی مرتبط با طول، قطر و مدول الاستیسیته مقطع را حفظ می کند. جرم هر بخش به نصف تقسیم می شود و در هر انتهای بخش جمع می شود، جایی که به هر جرمی که توسط دیسک ها یا کوپلینگ های متصل شده اضافه می شود، اضافه می شود.

سیستم های الکترومکانیکی و آنالوگ ها

در جایی که سیستم‌های فیزیکی آنقدر پیچیده هستند که راه‌حل‌های ریاضی ممکن نیست، تکنیک‌های تجربی مبتنی بر قیاس‌های مختلف ممکن است یکی از انواع راه‌حل‌ها باشند. سیستم‌های الکتریکی که مشابه سیستم‌های مکانیکی هستند، معمولاً ساده‌ترین، ارزان‌ترین و سریع‌ترین راه‌حل برای مشکل هستند. قیاس بین سیستم ها یک قیاس ریاضی بر اساس شباهت معادلات دیفرانسیل است. تامسون در کتاب ارتعاش خود رساله بسیار خوبی در این زمینه ارائه کرده است. برخی از نکات برجسته در اینجا آورده شده است

نیروهای وارده بر روتور یاتاقان

انواع مختلفی از نیروها وجود دارد که بر روی یک سیستم یاتاقان روتور عمل می کنند. نیروها را می توان به سه دسته طبقه بندی کرد: (1) نیروهای بدنه و پایه، (2) نیروهای ایجاد شده توسط حرکت روتور، و (3) نیروهای اعمال شده به روتور

نیروهای منتقل شده به بدنه و پایه ها

این نیروها می توانند به دلیل ناپایداری پی، سایر ماشین آلات نامتعادل مجاور، کرنش های لوله کشی، چرخش در میدان های گرانشی یا مغناطیسی، یا تحریک فرکانس های طبیعی بدنه یا پایه باشند. این نیروها می توانند با بارهای ضربه ای ثابت یا متغیر باشند. تأثیر این نیروها بر روی سیستم بلبرینگ روتور می تواند بسیار زیاد باشد. کرنش‌های لوله‌ها می‌توانند باعث ایجاد مشکلات ناهماهنگی بزرگ و نیروهای ناخواسته بر یاتاقان‌ها شوند. کارکرد ماشین‌های رفت و برگشتی در همان ناحیه می‌تواند باعث ایجاد نیروهای شالوده شود و روتور یک توربوماشین را بی‌رویه تحریک کند.

نیروهای ایجاد شده توسط حرکت روتور

این نیروها را می توان به دو دسته تقسیم کرد: (1) نیروهای ناشی از خواص مکانیکی و مواد و (2) نیروهای ناشی از بارگذاری های مختلف سیستم. نیروهای ناشی از خواص مکانیکی و مواد نامتعادل هستند و ناشی از عدم همگنی مواد، کمان روتور و هیسترزیس الاستیک روتور است. نیروهای ناشی از بارگذاری سیستم، نیروهای چسبناک و هیدرودینامیکی در سیستم روتوربرینگ و نیروهای مختلف بارگذاری تیغه است که در محدوده عملیاتی واحد متفاوت است.

نیروهای اعمال شده به روتور

نیروهای اعمالی روتور می تواند ناشی از گشتاورهای محرک، کوپلینگ ها، چرخ دنده ها، ناهماهنگی و نیروهای محوری ناشی از عدم تعادل پیستون و رانش باشد. آنها می توانند مخرب باشند و اغلب منجر به تخریب کامل یک ماشین می شوند.

ناپایداری های سیستم بلبرینگ روتور

ناپایداری در سیستم های روتور یاتاقان ممکن است نتیجه مکانیسم های مختلف اجباری باشد. Ehrich، Gunter، Alford و دیگران کارهای قابل توجهی برای شناسایی این بی ثباتی ها انجام داده اند. می توان این ناپایداری ها را به دو دسته کلی و در عین حال کاملاً متفاوت تقسیم کرد: (1) ناپایداری رزونانس اجباری یا رزونانسی وابسته به مکانیسم های بیرونی در فرکانس نوسانات. و (2) بی ثباتی های خود برانگیخته که مستقل از محرک های بیرونی و مستقل از فرکانس هستند.

ارتعاش اجباری (رزونانسی).

در ارتعاش اجباری، فرکانس معمول حرکت در ماشین‌های دوار، سرعت شفت یا چند برابر این سرعت است. این سرعت زمانی حیاتی می شود که فرکانس تحریک برابر با یکی از فرکانس های طبیعی سیستم باشد. در ارتعاش اجباری، سیستم تابعی از فرکانس ها است. این فرکانس‌ها همچنین می‌توانند مضربی از سرعت روتور باشند که توسط فرکانس‌هایی غیر از فرکانس سرعت برانگیخته می‌شوند، مانند فرکانس‌های عبور تیغه، فرکانس‌های توری چرخ دنده، و فرکانس‌های اجزای دیگر. شکل 5-20 نشان می دهد که برای ارتعاش اجباری، فرکانس بحرانی در هر سرعت شفت ثابت می ماند. سرعت های بحرانی در یک دوم، یک و دو برابر سرعت روتور رخ می دهد. اثر میرایی در ارتعاش اجباری دامنه را کاهش می دهد، اما بر فرکانس رخ دادن این پدیده تأثیر نمی گذارد.

محرک های ارتعاشی اجباری معمولی به شرح زیر است:

1. عدم تعادل. این محرک از جمله موارد دیگر ناشی از نقص و تحمل مادی است. مرکز ثقل جرم با حالت هندسی متفاوت است و منجر به ایجاد نیروی گریز از مرکز بر روی سیستم می شود.

2. انعطاف پذیری نامتقارن. افتادگی در شفت روتور باعث ایجاد یک نیروی تحریک دوره ای دو بار در هر دور می شود.

3. ناهماهنگی شفت. این محرک زمانی اتفاق می افتد که خط مرکزی روتور و خط پشتیبانی یاتاقان درست نباشند. ناهماهنگی ممکن است توسط یک قطعه خارجی مانند درایور به کمپرسور گریز از مرکز نیز ایجاد شود. برای کاهش نیروهای واکنش بزرگ از کوپلینگ های انعطاف پذیر و تکنیک های تراز بهتر استفاده می شود.

بارگذاری دوره ای

این نوع بارگذاری ناشی از نیروهای خارجی است که توسط چرخ دنده ها، کوپلینگ های و فشار سیال به روتور وارد می شود که در آموزش پایپینگ محاسبه می شود و از طریق بارگذاری تیغه ها منتقل می شود.

ناپایداری خود انگیخته

بی‌ثباتی‌های خودبرانگیخته با مکانیسم‌هایی مشخص می‌شوند که در فرکانس بحرانی خود مستقل از محرک‌های خارجی می‌چرخند. این نوع ارتعاشات خود برانگیخته می توانند مخرب باشند، زیرا آنها استرس متناوب را القا می کنند که منجر به خرابی خستگی در تجهیزات دوار می شود. حرکت چرخشی که مشخصه این نوع ناپایداری است، نیروی مماس نرمال با انحراف شعاعی شفت و بزرگی متناسب با آن انحراف ایجاد می کند. نوع ناپایداری‌هایی که در این دسته قرار می‌گیرند، معمولاً چرخش یا شلاق نامیده می‌شوند. در سرعت چرخشی که چنین نیرویی شروع می شود، بر نیروی میرایی تثبیت کننده خارجی غلبه می کند و حرکت چرخشی با دامنه فزاینده را القا می کند.. سرعت شروع با هیچ فرکانس چرخشی خاصی منطبق نیست. همچنین، میرایی ناشی از جابجایی این فرکانس است، نه در کاهش دامنه مانند ارتعاش اجباری. نمونه‌های مهمی از این ناپایداری‌ها عبارتند از: چرخش هیسترتیک، شلاق اصطکاک خشک، شلاق روغن، چرخش آیرودینامیکی و چرخش ناشی از سیال محبوس شده در روتور. در یک سیستم خود برانگیخته، اصطکاک یا اتلاف انرژی سیال نیروی بی ثبات کننده را ایجاد می کند

چرخش هیسترتیک

این نوع چرخش در روتورهای منعطف رخ می دهد و در نتیجه انقباضات ایجاد می شود. هنگامی که یک انحراف شعاعی بر روی یک شفت اعمال می شود، یک محور کرنش خنثی در جهت خمش عادی القا می شود. از ملاحظات مرتبه اول، محور تنش خنثی با محور کرنش خنثی منطبق است و یک نیروی ترمیم کننده عمود بر محور تنش خنثی ایجاد می شود. سپس نیروی بازگردان موازی و در مقابل نیروی القایی قرار می گیرد. در واقع، اصطکاک داخلی در شفت وجود دارد که باعث تغییر فاز در تنش می شود.

نتیجه این است که محور کرنش خنثی و محور تنش خنثی جابه‌جا می‌شوند تا نیروی حاصله با انحراف موازی نباشد. نیروی مماسی معمولی بر انحراف باعث ناپایداری چرخشی می شود. با شروع چرخش، نیروی گریز از مرکز افزایش می‌یابد و باعث انحرافات بیشتر می‌شود – که منجر به تنش‌های بیشتر و نیروهای چرخشی بیشتر می‌شود. این نوع حرکت چرخشی فزاینده ممکن است در نهایت مخرب باشد. برای شروع حرکت چرخشی معمولاً مقداری عدم تعادل ضربه اولیه لازم است. نیوکیرک پیشنهاد کرده است که این اثر به جای نقص در مواد روتور، ناشی از اتصالات اتصالات در روتور (براساس جمع شدن) است. این نوع پدیده چرخشی فقط در سرعت های چرخشی بالاتر از اولین بحرانی رخ می دهد. این پدیده ممکن است ناپدید شود و سپس با سرعت بیشتری دوباره ظاهر شود. موفقیت هایی در کاهش این نوع چرخش با کاهش تعداد قطعات مجزا، محدود کردن اتصالات انقباض و ایجاد برخی قفل شدن عناصر مونتاژ شده حاصل شده است.

چرخش اصطکاک خشک

این نوع چرخش زمانی تجربه می شود که سطح یک محور چرخان با یک راهنمای ثابت روغن کاری نشده در تماس باشد. این اثر به دلیل ژورنال روغن کاری نشده، تماس در فاصله شعاعی مهر و موم های لابیرنت و از بین رفتن فاصله در یاتاقان های هیدرودینامیکی رخ می دهد. هنگامی که تماس بین سطح و محور دوار برقرار می شود، اصطکاک کولن نیروی مماسی بر روتور ایجاد می کند.

این نیروی اصطکاک تقریباً متناسب با مولفه شعاعی نیروی تماس است و شرایطی را برای ناپایداری ایجاد می کند. جهت چرخش خلاف جهت شفت است.

چرخش روغن

این ناپایداری زمانی شروع می شود که سیال حباب شده در فضای بین سطح شفت و یاتاقان با سرعت متوسط نیمی از سرعت سطح شفت شروع به گردش کند. فشارهای ایجاد شده در روغن در مورد روتور متقارن نیست. به دلیل تلفات ویسکوز سیال در گردش در خلال کوچک، فشار بیشتری در سمت بالادست جریان نسبت به سمت پایین دست وجود دارد. باز هم یک نیروی مماس حاصل می شود. حرکت چرخشی زمانی وجود دارد که نیروی مماسی از هر میرایی ذاتی تجاوز کند. نشان داده شده است که شفت باید تقریباً دو برابر سرعت بحرانی بچرخد تا حرکت چرخشی رخ دهد. بنابراین، نسبت فرکانس به دور در دقیقه برای چرخش روغن نزدیک به 0.5 است. این پدیده به بلبرینگ محدود نمی شود، اما می تواند در مهر و موم ها نیز رخ دهد.

واضح ترین راه برای جلوگیری از چرخش روغن، محدود کردن حداکثر سرعت روتور به کمتر از دو برابر بحرانی آن است. گاهی اوقات چرخش روغن را می توان با تغییر ویسکوزیته روغن یا با کنترل دمای روغن کاهش داد یا از بین برد. طرح‌های بلبرینگ‌هایی که دارای شیارها یا لنت‌های کج‌شونده هستند نیز در مهار ناپایداری چرخش روغن مؤثر هستند.

چرخش آیرودینامیک

اگرچه مکانیسم به وضوح درک نشده است، اما نشان داده شده است که اجزای آیرودینامیکی، مانند چرخ های کمپرسور و چرخ های توربین، می توانند نیروهای متقاطع به دلیل حرکت چرخ ایجاد کنند.

چرخش از سیال ترپی در روتور

این نوع چرخش زمانی اتفاق می افتد که مایعات به طور ناخواسته در یک حفره روتور داخلی به دام می افتند. سیال در جهت شعاعی جریان ندارد بلکه در جهت مماسی جریان دارد. شروع ناپایداری بین سرعت های بحرانی اول و دوم رخ می دهد.

منابع:

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B9780123838421000056

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B9780080371993500488