Критична скорост е въртящата скорост, при която собствената честота на ротора съвпада с работната му скорост, предизвиквайки резонансно усилване на вибрациите, което може да варира от незначителен дискомфорт до разрушаване на машината. Всяко валово въртящо се оборудване има една или повече такива скорости, а знанието къде се намират спрямо работния диапазон е ключово при специфициране, пускане в експлоатация и отстраняване на неизправности на оборудването.
Роторът е масово-еластична система, подпомагана от лагери, които се държат като пружини и гасители, затова той има собствени честоти, при които ще вибрира при възбуждане. Доминиращото възбуждане е дисбаланс — сила, която се върти синхронно с вала и нараства пропорционално на квадрата на скоростта. Когато въртящата скорост е равна на собствената честота, силата от дисбаланса инжектира енергия в този режим при всяко завъртане и вибрациите рязко нарастват: това е критичната скорост. Далеч от нея отговора се контролира от твърдостта и инерцията; в близост до нея демпфирането определя колко голям ще стане пиковият отговор.
Гъвкав ротор има безкрайна серия от огъващи модови форми, въпреки че в работния диапазон на повечето машини имат значение само най-ниските няколко.
Твърдостта на лагерите, гъвкавостта на опорите и ефектите от съединяванията изместват тези честоти спрямо теоретичните стойности само за вала, затова анализът трябва да моделира пълната система от лагери и опори, а не само вала.
Класификацията е важна, защото променя начина, по който машината трябва да бъде балансирана и анализирана:
| Клас на ротора | Определение | Типичен пример | Подход за балансиране |
|---|---|---|---|
| Твърд ротор | Под приблизително 70–75% от първата критична скорост | Малки помпи, вентилатори, нискооборотни електродвигатели | Еднопланово или двупланово балансиране при ниска скорост |
| Гъвкав ротор | Доближава, съвпада или надвишава огъваща критична скорост | Многостепенни компресори, парни турбини, генератори | Многопланово балансиране плюс ротодинамичен анализ |
| Квази-гъвкав ротор | Около 75–100% от първата критична | Някои високоскоростни помпи и нагнетатели | По случай; често се третира като гъвкав |
Твърд ротор при ниска скорост може да стане проблем като гъвкав ротор веднага щом честотно регулиран задвижващ (VFD) го вкара в по-висок диапазон — една от причините при ретрофит на VFD да се изисква ротодинамичен преглед, а не само проверка на мотора и задвижването.
Повечето машини с критична скорост под работната скорост преминават през този резонанс два пъти при всеки работен цикъл: веднъж при ускоряване и веднъж при забавяне. Амплитудата по време на преминаването зависи от степента на ускоряване и от демпфирането в този режим, затова се избягват бавни задържания около критична скорост. Лагерите с маслен филм обикновено добавят повече демпфиране отколкото лагерите с търкалящи елементи, което ограничава пика, но внасят и скорост-зависима твърдост, която трябва да се включи в анализа. Проверявайте състоянието на масления филм заедно с вибрационните данни; вижте нашия гид за режими на смазване.
Диаграмата на Кемпбъл нанася собствената честота на ротора (и нейните хармоници) спрямо въртящата скорост. Линията 1X представя честотата на силата от дисбаланса, която по дефиниция е равна на работната скорост; където тя пресича крива на собствена честота, имате критична скорост. Често се добавят линии за 2X и други хармоници за причини като изместване на лагерите, връзки, зъбни предавки или честота на преминаване на лопатки. Тъй като твърдостта на лагерите се променя със скоростта при системи с маслен филм, кривите на честотата не са плоски и диаграмата трябва да се изгради за целия работен диапазон. Четенето ѝ заедно с трендовете на вибрациите дава повече информация от самата амплитуда; вижте нашите прегледи на тежестта на вибрациите според ISO 10816-3 и зоните на сериозност на вибрациите според ISO 20816.
Маржът на отделяне (SM) е изискваната разлика между критичните скорости на ротора и неговия работен диапазон, изразена в проценти, така че нормалните вариации в твърдост, маса или демпфиране да не могат да „бутнат“ критична скорост в работния диапазон.
API 610 (центробежни помпи за петролната, петрохимическата и природногазовата индустрия) изисква минимален марж на отделяне между работния скоростен диапазон и най-близката критична скорост, обичайно посочван на 10 до 20 процента в зависимост дали критичната лежи над или под диапазона. API 684 (ротодинамичният наръчник, рефериран от API 610, 612 и 617) описва метода на анализ, включително ненатихнатата (undamped) критична скорост, демпфирания отговор на дисбаланса и анализа на устойчивостта, и свързва маржа с фактор на усилване (AF) от пиковия отговор: рязко изострен, слабо демпфиран отговор изисква повече марж отколкото широк, добре демпфиран отговор.
Проследяването на вибрационните транзиенти при пускане и спиране, заедно с данни за състоянието на лагерите и записи за изравняване, превръща еднократно ротодинамично изследване в непрекъсната програма за надеждност. Записването на тези подписи спрямо историята на поддръжката в система като Fabrico прави възможно ранното откриване на постепенно увеличение в амплитудата при критични скорости — често ранен признак за износване на лагери или триене на уплътненията — преди да доведе до спиране/авария. Запишете демо на Fabrico, за да видите как данните за състоянието и историята на работните поръчки се свързват на едно място.
Не. Непрекъснатата експлоатация там поддържа резонансно усилване и може да причини бързо увреждане на уплътнения, лагери или съединения. Машините имат марж на отделяне, за да избегнат това; ако критична скорост се доближи до работния диапазон поради износване, първо трябва да се намери и отстрани коренната причина.
Критичната скорост е огъващ режим на ротора, възбуден от синхронен дисбаланс. Собствените честоти на лагерите или опорите са отделни резонанси в неподвижните части, въпреки че те взаимодействат с модовете на ротора чрез твърдостта.
Балансът намалява силата на дисбаланса, която възбужда режима, като снижава пиковата амплитуда, но не премества самата критична скорост. Ако тя лежи твърде близо до работния диапазон, решението е конструктивна промяна в твърдостта, масата или опорното решение на лагера.
Самият задвижвач не променя собствените честоти на ротора, но експлоатацията през по-широк скоростен диапазон повишава вероятността критична скорост да попадне вътре в новата лента. Всеки ретрофит с VFD на оборудване, което не е проектирано за променлива скорост, трябва да включва ротодинамичен преглед.
Вход
Блог
