روتوردینامیک

روتوردینامیک چیست؟

روتوردینامیک به شاخه‌ای از ارتعاشات گفته می‌شود که به بررسی رفتار دینامیکی اجسام دوار می‌پردازد. هر سازه‌ای به تعداد درجات آزادی خود (n) دارای فرکانس طبیعی است (برای مطالعه بیشتر به مقاله مروری کوتاه بر ارتعاشات رجوع شود). درنتیجه، هر سازه‌ی دوار در هر سرعت دورانی، n  فرکانس طبیعی دارد. دلیل این امر، تغییر سختی سازه در هر سرعت دورانی است. در واقع، نیروهای گریز از مرکز، باعث تغییر سختی سازه می‌شوند و فرکانس طبیعی آن را تغییر می‌دهند. با رسم فرکانس‌های طبیعی سازه دوار بر حسب سرعت دورانی آن، نموداری موسوم به نمودار کمپبل به‌دست می‌آید که نمونه‌ای از آن در شکل ۱ نشان داده شده‌است. در این نمودار، محورهای عمودی و افقی، به‌ترتیب، فرکانس طبیعی و سرعت دورانی را نشان می‌دهند و هر منحنی بیانگر یک مود از مودهای ارتعاشی سازه است. معمولاً، روی این نمودار، خطوط مورب دیگری نیز رسم می‌شود که متناظر با نقاطی است که در آن‌ها فرکانس (محور عمودی) برابر با مضرب صحیحی از سرعت دورانی (محور افقی) است. این خطوط، اصطلاحاً مرتبه موتور نامیده می‌شوند و از عوامل تحریک سازه هستند. به عنوان مثال، مرتبه موتور ۳، معرف خطی با شیب ۳ است که فرکانس در هر نقطه از این خط، سه برابر سرعت دورانی سازه است. محل تلاقی این خطوط با خطوط مودهای ارتعاشی سازه، شرایط بالقوه برای رخداد تشدید یا رزونانس سازه است.

روتوردینامیک

شکل ۱ یک نمونه‌ی شماتیکی از نمودار کمپبل

توربین‌های گاز از جمله ماشین‌هایی هستند که در طراحی آن‌ها، اصول روتوردینامیک باید رعایت شود. تشدید وقتی اتفاق می‌افتد که فرکانس تحریک و فرکانس طبیعی سازه یکسان شوند. سازه مذکور می‌تواند مجموعه دیسک‌ها، شفت توربین و یا هر عضو دواری از توربین (مانند پره متحرک) باشد. عوامل تحریک برای هر سازه متفاوت است. به‌عنوان مثال، مرتبه‌های یک تا ده موتور، تعداد پره‌های ثابت و متحرک طبقات پیش و پس، تعداد مشعل‌های محفظه احتراق و همچنین مضارب صحیح آن‌ها، از جمله عوامل تحریک پره‌های متحرک یک طبقه خاص از توربین است.

هر یک از این عوامل، سازه دوار را در سرعت‌های خاصی تحریک می‌کند. از آنجا که پدیده تشدید بسیار مخرب بوده و می‌تواند هزینه‌های جبران‌ناپذیری را به مجموعه وارد کند، شناخت دقیق عوامل تحریک و همچنین سرعت‌های بحرانی مجموعه از اهمیت زیادی برخوردار است و به طراحی هرچه بهتر توربین و جلوگیری از پدیده تشدید کمک شایانی می‌کند.

منبع:

Turbina Technical team

دیدگاه بگذارید

avatar
  مشترک شدن  
اطلاع رسانی