انحراف حرارتی

۱- انحراف حرارتي در حالت تعليق: فرمول ۱ – ، ۲- بي تعادلي گرمايي:فرمول ۲
توزيع دما :فرمول ۳ – بي تعادلي حرارتي

بي تعادلي مكانيكي اوليه :هر سيستم روتور توزيع وزني، سفتي و تغيير شكل اوليه خودش را دارد. در نتيجه، مقدار و محل بي تعادلي مكانيكي جهت پيش بيني كردن در يك سيستم روتور اختياري خيلي مشكل است. اين بيتعادلي مكانيكي به عنوان بي تعادلي ايجاد شه از يك نيروي گريز از مركز تا ۱۰% از وزن كلي روتور ثابت تعريف ميگردد. بي تعادلي مكانيكي زماني اتفاق مي افتد كه روتور با سرعت عملكرد دائمي حد اكثر حركت ميكند و بر حسب رياضيات به صورت فرمول ۴ تعريف ميگردد. با توجه به يك سيستم مختصات در روتور اين بي تعادلي به عنوان يك زاويه از درجات صفر عمل ميكندو در مركز جاذبه توده آويزان قرار ميگيرد.

چرخش همزمان :
مقايسه بين اثر نيوكرك و اثر مورتون :هر دو اثر نيو كرك و مورتون شامل گسترش شيب دمايي در سر تا سر سر محور ميگردد كه در نتيجه منجر به خمش حرارتي بي ثبات از طريق يك مكانيسم پس خوراند مثبت ميگردد. بعضي از ديگر شباهتها و تفاوتها بين اين دو پديده در اينجا خلاصه شده اند.

اثر مورتون اثر نيوكرك پارامتر
چرخش همزمان چرخش همزمان حركت روتور
مورد نياز است. مورد نياز نيست. پيكربندي overhung
خارج از مرحله نقطه داغي در مرحله نقطه داغي بي تعادلي مكانيكي
برش چسبناك ديفرانسيل ماليدن روتور به استاتور علت نقطه داغي
درون ياطاقان خارج از ياطاقان محل نقطه داغي

پيش بيني كردن بي ثباتي مورتون :۱- تخمين زدن بي تعادلي مكانيكي اوليه ۲- تعيين كردن ضخامت لايه براي ياطاقاني خاص ۳- به دست آوردن وضعت تعادل ثابت سر محور ۴-به كار بردن VT- FAST يا برنامه اي مشابه جهت به دست آوردن چرخش ديناميك. اين چرخش سپس جهت ايجادكردن چرخش كلي همزمان با حالت تعادل تركيب ميگردد. ۵- توسعه دادن معادله انرژي جهت به دست آوردن توزيع دماي محيطي ۶- محاسبه كردن بي ثباتي حرارتي ۷- مقايسه كردن بي تعادلي حاصله با يك معيار آستانه بي ثباتي از پيش تعريف شده
۱- اگر نقطه داغي در خارخ از فاز با بي تعادلي overhung 180 درجه باشد و اگر شيب دمايي و بزرگي بي تعادلي كافي باشد، خمش حرارتي رخ ميدهد. تحت اين شرايط محور خم شده فضاي خالي ياطاقان را كاهش ميدهد و شيب گرمايي را بالا ميبرد.شيب دمايي افزايش يافته از اينرو خمش گرمايي بيشتري را آغاز ميكند . اين عملكرد ها يك مكانيسم پس خوراند مثبت را توضيح ميدهند كه سيستم را بي ثبات ميكند.

اثر مورتون : اسچميد نشان داد كه ارتعاشات چرخشي بي ثبات از نقاط داغي حاصل ميشود كه در ياطاقان لايه سيال توسعه مي يابند. تحقيق انجام شده به وسيله كوگ و مورتون وجود چنين بي ثباتي هايي را تاييد ميكند كه به طور ابتدائي در روتور هاي آويزان رخ ميدهد. اين ارتعاشات بي ثبات پديده اي به وجود مي آورند كه اثر مورتون ناميده ميشود.

بي ثباتيهاي حرارتي : اثر نيوكرك-۱- نيوكرك متذكر ميشود كه در زماني كه يك روتور در زير سرعت بحراني آن عملكرد دارد ، ارتعاشات مالشي القايي با زمان توسعه مي يابند در حاليكه اين ارتعاشات به طور مهمي به مرور زمان افت پيدا ميكنند. ۲- نيوكرك نتيجه گيري كرد كه علت مسئله يك جزئي از استاتور بود كه جهت ايجاد كردن نقطه داغي به محور مالش داده ميشود. ۳- موسزينسكا نشان داد كه در يك حالت چرخشي يا نوساني كه شكلي از ارتعاش خود مرك روتور ميباشد ، روتور به اثر گرمايي واكنش نشان ميدهد.۴- در طول اين عملكرد، روتور چرخش هم زمان دارد يعني يعني محور يا سرمحور با همان سرعتي ميچرخد كه مركز محور به دور مركز ياطاقان ميچرخد. اين پيكر بندي اطمينان ميدهد كه جهت ايجاد كردن يك نقطه داغ يك منطقه خاصي از سطح محوربه قطعه اي از استاتور مالش داده ميشود در حاليكه از لحاظ قطر بخش مخالف محور هرگز اين تماس اصطحكاكي را تجربه ميكند و در دماي محيط باقي ميماند. چنين اختلاف دمايي باعث يك شيب حرارتي ميگردد كه در سرتاسر محور توسعه مي يابد و در نهايت به خمش حرارتي منجر ميگردد.

ياطاقان هاي سر محور با لايي ثابت با گامها و بند ها يا حباب ها :
نوع ياطاقان : بند فشاري (تك بند ) – مزايا ۱- مانع خوب چرخش ۲- هزينه پايين ۳- ميرايي خوب در سرعت هاي بحراني ۴- به آساني ساخته ميشوند. – معايب: با اخطاري جزئي بي ثبات است ۲- بند ممكن است فرسوده گردد يا به مرور زمان ساخته شود . ۳- جهت فشار بايد مشخص باشد. – پيشنهادات : در صنعت پتروشيمي خيلي عامه پسند است. به آساني بند بيضوي را به بند فشاري تبديل ميكند.

۲- شيار محوري چند بندي يا چند پره اي ۱- بندها نسبتا به آساني در ياطاقان هاي موجود قرار ميگيرند. ۲- مانع خوب چرخش ميباشند. ۳- عملكرد كلي خوبي دارند.
و معايب: ياطاقان پيچيده به بررسي جزئي نياز دارد. ۲- به علت علل هاي غير ياطاقاني مانع چرخش نميشود. و پيشنهادات: توسط بعضي از توليد كنندگان به عنوان طرح استاندارد كاربرد دارد.

ياطاقان هيدرواستاتيكي: مزايا: از چرخش روغن جلوگيري خوبي به عمل مي آورد. ۲- تغيير حدود وسيعي از پارامتر هاي طرح ۳- هزينه ميانگين – معايب: ميرايي ضعيف در سرعت هاي بحراني ۲- به طرح دقيقي نياز دارد . ۳- به نرم كننده اي با فشار زياد نياز دارد. – پيشنهادات : به وطور كلي ويژگيهاي سفتي زياد جهت روتور هاي با دقت استفاده شده اند.
۴- سر محور صاف – مزايا: به آساني ساخته ميشوند۲- كم هزينه ميباشند. – معايب: اكثراً به چرخش روغن تمايل دارند. – پيشنهادات: ياطاقان هاي مدور تقريباً هميشه جهت ساختن ياطاقان هاي بيضوي خرد شده اند.

۵- كماني جزئي : -مزايا:۱- به آساني ساخته ميشوند.۲- كم هزينه ميباشند. ۳- افت اسب بخار كمي دارند. — معايب: مقاومت اتعاشي ضعيف ۲- موجودي روغن مشخص نميباشد. – پيشنهادات: ياطاقان ها فقط در ماشينهاي نسبتا قديمي استفاده ميشدند.
۶- شيار محوري : – مزايا: ۱- به آساني ساخته ميشوند ۲- كم هزينه ميباشند. – معايب:در معرض چرخش روغن قرار ميگيرند. – پيشنهادات : ياطاقان هاي مدور هميشه جهت ساختن بيضوي يا چند پره اي خرد ميشوند.

۳- حلقه اي شناور: ۱- نسبتاً به آساني ساخته ميشوند. ۲- كم هزينه ميباشند (مزايا )-
معايب: در معرض چرخش روغن قرار ميگيرند. (۲ فركانس چرخش همزمان فرعي)
پيشنهادات: به طور ابتدائي در توربوشارژرهاي پر سرعت جهت موتورهاي ديزلي كاربرد دارند.
۷- ياطاقان هاي بيضوي:۱- به آساني ساخته ميشوند. ۲- كم هزينه ميباشند –۳- ميرايي خوبي در سرعت هاي بحراني دارند. (مزايا) — معايب : در سرعت هاي بالا در معرض چرخش روغن قرار ميگيرند. ۲- جهت فشار بايد مشخص باشد. – پيشنهادات : احتمالاً ياطاقان ها در سرعت هاي ميانگين يا پايين روتور مورد استفاده قرار ميگيرند.
۸- نيمه انحرافي : (با شكاف افقي) – مزايا: جلوگيري عالي از چرخش در سرعت هاي بالا
۲- كم هزينه ميباشند. ۳- به آساني ساخته ميشوند. –معايب: جلوگيري نسبي از چرخش در سرعت هاي مياني ۲- جهت فشار بايد مشخص باشد. – پيشنهادات: سفتي افقي زياد و سفتي عمودي كم ممكن است عامه پسند باشدو در خارج از ايالات متحده به كار گرفته ميشود.

۹- ياطاقان هاي ۳و۴ پره اي: – مزايا: ۱- جلوگيري خوب از چرخش ۲- عملكرد كلي خوب ۳- هزينه مياني—معايب: بعضي از انواع جهت به درستي ساخته شدن پر خرخ ميباشند. ۲- در سرعت هاي بالا ميچرخند. –پيشنهادات : در حال حاضر توسط بعضي از توليد كنندگان به عنوان يك طرح ياطاقان استاندارد كاربرد دارند.
كمترل كردن چرخشي و ضربه اي: ياطاقان هاي از خارج تحت فشار قرار گرفته با طرح با يك وضعيت كاملا ً روغن كاري شده راه اندازي ميشوند. سفتي فنر اين ياطاقان ها بستگي به فشار سيال نرم كننده اي دارد كه براي ياطاقان تهيه شده است. اين فشار با پمپي خارجي ايجاد ميگردد. و با تغيير دادن فشار ايجاد شده در ياطاقان با فراهم كردن احتمال كنترل سفتي متغيريك ماشين ، كنترل كردن سفتي فنر ياطاقان امكان پذير است.

آب بندي ها نيز مانند ياطاقان ها عمل ميكنند. و مسئول راه اندازي بي ثباتي هاي سيال القاء شده ميباشند. حتي در ماشينهايي كه كه با طرح هاي ياطاقان مقاوم در برابر بي ثباتي پشتيباني ميشوند از قبيل ياطاقان هاي لايه اي كج شونده . آب بند ها نيز ميتوانند به طور خارجي با گاز يا مايع تحت فشار قرار بگيرند. و آنها براي عملكرد سفتي متغير همان احتمالات را ارائه ميكنند . به طور جالبي، كاربرد فشار خارجي در ياطاقان ها به طور جهاني به خصوص در اروپا اتفاق مي افتد ، از آنجائيكه بسياري از ماشينهاي بزرگ جهت بالا بردن روتور در طول راه اندازي از روغن بالا برنده استفاده ميكنند. فبل از اينكه سرعت چرخشي بتواند يك فشار روغن خود مقاوم را افزايش دهد. متاسفانه ، به طور وسيعي باور ميشود كه فشار خارجي در سرعت هاي عملكرد كاهش مي يابند تا اينكه ثبات ديناميك روتور را بالا ببرند.

به اين دليل، فشار روغن بالا برنده يكبار ك روتور به يك سرعت چرخشي مناسب ميرسد حذف ميشود. ما در اين مقاله فشار خارجي يك ياطاقان به درستي طراحي شده را نشان خواهيم داد كه ثبات را بالا ميبرند و ميتوانند چرخش و ضربه را حذف كنند. از اينرو ياطاقان هاي فشاري و آب بند ها جهت كنترل بي ثباتي القايي سيال روش جديدي را ارائه ميكنند. ۱- در طول چرخش ،سفتي ياطاقان ضعيفتر از سفتي محورميباشد.از آنجائيكه روتور شروع به چرخيدن ميكند قطر مدار از لحاظ اندازه افزايش مي يابد. ۲- از آنجائيكه سفتي ياطاقان تابع مستقيمي از مركزگريزي است ، سفتي ياطاقان به طوري جزئي با اين حركت افزايش مي يابد. ۳- وقتي سفتي ياطاقان اين افزايش جزئي را به وجود مي آورد، سيستم بي ثبات باقي ميماند اما دامنه اش افزايش نمي يابد. ۴- چون سفتي افزايش يافته فركانس طبيعي سيستم ياطاقان روتور را بالا مي برد ، روتور در يك حركت چرخشي ثابتي باقي مي ماند. ۵- سفتي ياطاقان است كه در طول چرخش فركانس طبيعي سيستم ياطاقان روتور را با لا مي برد .

از اينرو يك حالت تشديدي ايجاد نميگردد. ۶- سيستم در اين نقطه باقي مي ماند تا سرعت دوباره زياد شود. سپس چرخه تكرار ميگردد. ضربه يك ارتعاش بي ثباتي است كه با فركانس كم ترو بيشتر قفل ميشود. ارتعاش ضربه اي معمولاً با حالت خمش سيستم روتور ارتباط دارد. (شكل بعدي) در اين وضعيت، سر محور با يك نسبت مركز گريزي بالا عمل ميكند و KB بيشتر از ks ميباشد. و ks ضعيفترين فنر در سيستم است و آن فركانس طبيعي ارتعاش بي ثبات را كنترل ميكند. در نتيجه، در نسبت هاي مركز گريزي پايين سفتي ياطاقان سفتي سيستم روتور را كنترل ميكند. ازاينرو هر تغييري در سفتي ياطاقان فوراً به عنوان تغييراتي در سفتي كلي فنر روتور سيستم خود را نمايان ميسازد. از طرف ديگر در نسبت هاي مركز گريزي خيلي بالا سفتي ثابت محور تحت كنترل است و سفتي كلي فنر روتور سيستم تقريباً مستقل از تغييراتي در سفتي ياطاقان ميباشد.

چرخش و ضربه روغني : ۱- چرخش وضربه هر دو ارتعاشات خود محركي هستند كه زمانيكه نيروهاي سيال در روغن در ياطاقان روتور را به چرخش در مي آورند.۲- كليد تشخيص دادن اختلاف بين دو مورد در درك كردن سفتي سيستم ياطاقان روتور ميباشد. ۳- سفتي روتور و سفتي ياطاقان يا سيال به صورت سري عمل ميكنند .۴- سفتي ضعيفتر سفتي كلي سيستم ياطاقان روتور را كنترل ميكند.

مدل فنري :۱- يك روتور انعطاف پذير به عنوان جرمي است كه توسط يك فنر محوري كه به نوبت توسط يك فنر ياطاقان پشتيباني ميشود ، مورد پشتيباني قرار ميگيرد. ازاينرو
k در واقع شامل دو فنرسري ميباشد ، فنر محوري ks و فنر ياطاقان kE . براي اين دو فنر متصل به صورت سري ،سفتي تركيب با اين عبارات معادل ارائه ميگردد: معادله ۵
براي هر تركيب سري فنرها ،سفتي تركيبات هميشه كمتر از سفتي ضعيفترين فنر ميباشد.