ມໍເຕີຄວາມໄວສູງຫຼື rotor flywheel ນັ່ງຢູ່ທາງຫນ້າຂອງທ່ານ. ເສັ້ນຜ່າສູນກາງນອກ, ຄວາມຍາວ stack, ເສັ້ນຜ່າກາງ shaft — ສາມຕົວເລກທີ່ເບິ່ງຄືວ່າບໍ່ມີຫຍັງນອກເຫນືອການຄໍາອະທິບາຍກ່ຽວກັບຮູບແຕ້ມ. ແຕ່ໃນໂລກຂອງການຫມຸນຄວາມໄວສູງ, ສາມມິຕິເຫຼົ່ານີ້ຈໍາກັດເຊິ່ງກັນແລະກັນແລະປະກອບເປັນສາມຫລ່ຽມທີ່ເກືອບບໍ່ສາມາດ 'maxed out' ພ້ອມກັນ. ເຮັດໃຫ້ເສັ້ນຜ່າສູນກາງທາງນອກໃຫຍ່ຂຶ້ນ, ແລະແຮງບິດມັກຈະເພີ່ມຂຶ້ນ, ແຕ່ແຮງດັນສູນກາງຈະເຮັດໃຫ້ວັດສະດຸແຍກອອກຈາກກັນກ່ອນ; stretch ຄວາມຍາວ stack, ແລະພະລັງງານສາມາດເພີ່ມຂຶ້ນ, ແຕ່ rotor ອາດຈະມົນຕີກໍາແພງຫີນຂອງຄວາມໄວທີ່ສໍາຄັນ bending ທໍາອິດ; ເສັ້ນຜ່າສູນກາງ shaft ຫນາ, ແລະຄວາມແຂງຂອງການປັບປຸງ, ແຕ່ bearings ແລະປາຍຫນ້າດິນເລັ່ງເປັນສີແດງ.
ຄວາມເຂົ້າໃຈກ່ຽວກັບການຄັດເລືອກ rotor ຄວາມໄວສູງແມ່ນບໍ່ຈໍາເປັນກ່ຽວກັບ 'ການເລືອກຂະຫນາດ,' ແຕ່ກ່ຽວກັບການຊອກຫາສີ່ແຍກທີ່ສາມາດຢືນຢູ່ໃນສາມຂໍ້ຈໍາກັດຂອງຄວາມເຂັ້ມແຂງ, ແມ່ເຫຼັກໄຟຟ້າ, ແລະນະໂຍບາຍດ້ານ.
ເສັ້ນຜ່າສູນກາງນອກ: ຕົວເລກທໍາອິດທີ່ຈະຕີເພດານແມ່ນຖືກກໍານົດບໍ່ແມ່ນໂດຍແມ່ເຫຼັກໄຟຟ້າ, ແຕ່ໂດຍຄວາມໄວປາຍ.
ໃນມໍເຕີຄວາມໄວຕ່ໍາ, ເສັ້ນຜ່າສູນກາງນອກຂອງ rotor ສາມາດຂະຫຍາຍໄດ້ຢ່າງເສລີເພາະວ່າແຮງ centrifugal ບໍ່ເປັນອັນຕະລາຍ. ແຕ່ເມື່ອຄວາມໄວປາຍຫນ້າດິນຂ້າມຂອບເຂດທີ່ແນ່ນອນ - ການປະຕິບັດວິສະວະກໍາມັກຈະປະຕິບັດເກີນປະມານ 120 m / s ເປັນການເຂົ້າສູ່ລະບອບ 'ຄວາມໄວສູງ' - ທຸກໆການເພີ່ມຂື້ນຂອງເສັ້ນຜ່າກາງນອກຈະຍູ້ວັດສະດຸໄປສູ່ຂອບເຂດຈໍາກັດຂອງມັນ. ຂັ້ນຕອນທໍາອິດໃນການອອກແບບມໍເຕີຄວາມໄວສູງມັກຈະບໍ່ຄິດໄລ່ແຮງບິດ, ແຕ່ການຄິດໄລ່ຂອບເຂດຈໍາກັດດ້ານເທິງຂອງເສັ້ນຜ່າສູນກາງຂອງ rotor ຈາກຄວາມໄວສູງສຸດທີ່ອະນຸຍາດຂອງປາຍໃບ.
ຮາກທາງກາຍະພາບຂອງຂອບເຂດຈໍາກັດນີ້ແມ່ນຂ້ອນຂ້າງງ່າຍດາຍ: ຜົນບັງຄັບໃຊ້ centrifugal ແມ່ນອັດຕາສ່ວນກັບ radius ແລະສີ່ຫລ່ຽມຂອງຄວາມໄວເປັນລ່ຽມ. ສໍາລັບວັດສະດຸດຽວກັນ, ເສັ້ນຜ່າກາງນອກຂະຫນາດໃຫຍ່, ຄວາມກົດດັນຂອງ hoop ສູງຂຶ້ນ. ສໍາລັບ rotor cylindrical ແຂງ, ພາຍໃຕ້ປັດໄຈຄວາມປອດໄພທີ່ໃຫ້, ຄວາມໄວເປັນລ່ຽມສູງສຸດທີ່ອະນຸຍາດໃຫ້ແມ່ນອັດຕາສ່ວນກັບຮາກທີ່ສອງຂອງອັດຕາສ່ວນຂອງ tensile ຄວາມຫນາແຫນ້ນ, ແລະອັດຕາສ່ວນ inversely ກັບເສັ້ນຜ່າກາງນອກ. ນີ້ຫມາຍຄວາມວ່າສູງກວ່າຄວາມເຂັ້ມແຂງສະເພາະຂອງວັດສະດຸ, ຫຼືຂະຫນາດນ້ອຍກວ່າເສັ້ນຜ່າກາງນອກ, ເພດານຄວາມໄວສາມາດສູງຂຶ້ນ.
ການເກັບຮັກສາພະລັງງານ Flywheel ຍູ້ເຫດຜົນນີ້ໄປສູ່ທີ່ສຸດ. ຄວາມໄວປາຍຂອງ flywheels ເຫຼັກປົກກະຕິແລ້ວສາມາດບັນລຸຄໍາສັ່ງຂອງ 200-250 m / s, ໃນຂະນະທີ່ອົງປະກອບ carbon-fiber ສາມາດຍູ້ຕົວເລກນີ້ໄກເກີນຂອບເຂດໂລຫະ. ດັ່ງນັ້ນ, ຂໍ້ຈໍາກັດຫຼັກການທໍາອິດກ່ຽວກັບເສັ້ນຜ່າສູນກາງນອກຂອງ rotor ຄວາມໄວສູງບໍ່ແມ່ນ 'ຂະຫນາດໃຫຍ່ທີ່ພວກເຮົາຕ້ອງການອອກແບບມັນ,' ແຕ່ 'ວັດສະດຸຊ່ວຍໃຫ້ພື້ນຜິວແລ່ນໄວເທົ່າໃດ.' ເມື່ອເສັ້ນຜ່າກາງນອກຖືກລັອກດ້ວຍຄວາມໄວປາຍ, ການອອກແບບແມ່ເຫຼັກໄຟຟ້າສາມາດເຮັດວຽກໄດ້ຕ່ໍາກວ່າ 'ເພດານ.' ເທົ່ານັ້ນ.
Stack Length: ແມ່ເຫຼັກໄຟຟ້າຕ້ອງການມັນຍາວ, Dynamics ຕ້ອງການສັ້ນ
ເມື່ອເສັ້ນຜ່າສູນກາງພາຍນອກຖືກແກ້ໄຂ, 'ຊ່ອງຫວ່າງ' ໃນແຮງບິດແລະພະລັງງານຕ້ອງຖືກຕື່ມໃສ່ດ້ວຍຄວາມຍາວ stack. ຈາກການພົວພັນທາງແມ່ເຫຼັກໄຟຟ້າ, ແຮງບິດຜົນຜະລິດມໍເຕີແມ່ນປະມານອັດຕາສ່ວນກັບຜະລິດຕະພັນຂອງສີ່ຫຼ່ຽມມົນຂອງເສັ້ນຜ່າສູນກາງ rotor ແລະຄວາມຍາວ stack, ຄູນດ້ວຍຄວາມກົດດັນ shear ໃນຊ່ອງຫວ່າງອາກາດ. ເມື່ອເສັ້ນຜ່າກາງນອກບໍ່ສາມາດຂະຫຍາຍໄດ້ເນື່ອງຈາກຂໍ້ຈໍາກັດຂອງຄວາມເຂັ້ມແຂງ, ການເພີ່ມຄວາມຍາວຂອງ stack ເບິ່ງຄືວ່າເປັນວິທີທາງອອກໂດຍກົງທີ່ສຸດ: ໃນເສັ້ນຜ່າກາງດຽວກັນ, ຄວາມຍາວ stack ເພີ່ມຂຶ້ນປະມານສອງເທົ່າຄວາມສາມາດຂອງແຮງບິດ.
ແຕ່ບັນຫາກັບຄວາມຍາວ stack ແມ່ນວ່າມັນບໍ່ແມ່ນ 'ຕົວແປຟຣີ' ສໍາລັບແມ່ເຫຼັກໄຟຟ້າ. ເມື່ອ rotor ຍາວຂຶ້ນ, ຄວາມແຂງຂອງງໍຂ້ອນຂ້າງຫຼຸດລົງ, ແລະຄວາມໄວຂອງການງໍທໍາອິດຫຼຸດລົງຕາມຄວາມເຫມາະສົມ. ຂໍ້ຈໍາກັດທີ່ຫນັກແຫນ້ນຈາກນະໂຍບາຍດ້ານຂອງ rotor ແມ່ນ: ຄວາມໄວການດໍາເນີນງານຕ້ອງຮັກສາຂອບການແຍກທີ່ພຽງພໍຈາກຄວາມໄວທີ່ສໍາຄັນ. ສໍາລັບການອອກແບບ rotor rigid, ຄວາມໄວການຈັດອັນດັບຈໍາເປັນຕ້ອງຕ່ໍາກວ່າຄວາມຖີ່ຂອງການບິດທໍາອິດທີ່ມີຂອບຄວາມປອດໄພ. rotor ທີ່ມີເສັ້ນຜ່າກາງນອກຂະຫນາດນ້ອຍແລະຄວາມຍາວ stack ຍາວອາດຈະເບິ່ງ 'ມີອໍານາດພຽງພໍ' electromagnetic, ແຕ່ແບບເຄື່ອນໄຫວມັນອາດຈະຕີ resonance ພາຍໃນຂອບເຂດຄວາມໄວການຈັດອັນດັບ.
ນີ້ແມ່ນແນ່ນອນເປັນເຄື່ອງປັ່ນປ່ວນແບບປົກກະຕິທີ່ສຸດໃນການອອກແບບ rotor ຄວາມໄວສູງ. ກໍລະນີການອອກແບບໃນຄໍາສັ່ງຂອງ 60,000 r / min ແລະ 100 kW ສະແດງໃຫ້ເຫັນຢ່າງຊັດເຈນການຄ້າລະຫວ່າງສາມໂຄງການ: ເມື່ອ rotor ສັ້ນແລະຫນາ, ແຂງແມ່ນດີ, ແຕ່ຂອບຂອງຄວາມເຂັ້ມແຂງແມ່ນແຫນ້ນ; ຫຼັງຈາກການຫຼຸດຜ່ອນເສັ້ນຜ່າສູນກາງ rotor ແລະ lengthening stack ຄວາມຍາວ, ຄວາມເຂັ້ມແຂງແລະປະສິດທິພາບຂອງແມ່ເຫຼັກໄຟຟ້າປັບປຸງ, ແຕ່ຄວາມຖີ່ modal ໂຄ້ງທໍາອິດຫຼຸດລົງເຖິງ 1385 Hz, ການສ້າງຄວາມສ່ຽງ resonance ໂຄ້ງຢູ່ໃກ້ກັບຄວາມໄວການຈັດອັນດັບ; ໂຄງການທີ່ໃຊ້ໄດ້ສຸດທ້າຍແມ່ນການປະນີປະນອມທີ່ມີຄວາມຍາວປານກາງທີ່ພ້ອມກັນຄວາມພໍໃຈຂອງແມ່ເຫຼັກໄຟຟ້າ, ຄວາມໄວທີ່ສໍາຄັນ, ແລະຄວາມເຂັ້ມແຂງ. ໂດຍເນື້ອແທ້ແລ້ວຂອງຄວາມຍາວຂອງ stack ແມ່ນປີ້ຫ້ອງຢືນຊື້ລະຫວ່າງ 'ສິ່ງທີ່ແມ່ເຫຼັກໄຟຟ້າຕ້ອງການ' ແລະ 'dynamics ອະນຸຍາດໃຫ້' - ທັງສອງດ້ານບໍ່ສາມາດຂ້າມໄດ້.
ເສັ້ນຜ່າສູນກາງຂອງເພົາ: ບໍ່ແມ່ນ 'ໜາກວ່າ, ປອດໄພກວ່າ,' ແຕ່ການຍ່າງແໜ້ນລະຫວ່າງຄວາມແຂງ ແລະລູກປືນ
ເສັ້ນຜ່າສູນກາງ shaft ມັກຈະຖືກເຂົ້າໃຈຜິດວ່າ 'ຫນາຫມາຍຄວາມວ່າຄວາມຫມັ້ນຄົງຫຼາຍ.' ໃນສະຖານະການຄວາມໄວສູງ, ການຄັດເລືອກເສັ້ນຜ່າກາງ shaft ປະເຊີນກັບສອງຄວາມກົດດັນທີ່ກົງກັນຂ້າມໃນເວລາດຽວກັນ.
ຈາກທັດສະນະຂອງຄວາມໄວໃນການງໍ, ຄວາມແຂງຂອງ shaft bending ແມ່ນອັດຕາສ່ວນກັບພະລັງງານທີ່ສີ່ຂອງເສັ້ນຜ່າກາງ shaft ແລະອັດຕາສ່ວນ inversely ກັບພະລັງງານທີສາມຂອງ span ສະຫນັບສະຫນູນ, ແລະຄວາມໄວທີ່ສໍາຄັນແຕກຕ່າງກັນປະມານ √(k / m). ການເພີ່ມເສັ້ນຜ່າສູນກາງຂອງ shaft ເພີ່ມຂຶ້ນຢ່າງໄວວາເຮັດໃຫ້ຄວາມແຂງ, ເຊິ່ງເບິ່ງຄືວ່າເປັນການຊຸກຍູ້ໃຫ້ມີຄວາມໄວທີ່ສໍາຄັນແລະເຮັດໃຫ້ rotor 'ແຂງ.' ແຕ່ເສັ້ນຜ່າກາງ shaft ບໍ່ສາມາດຫນາໄດ້ໂດຍບໍ່ມີການຈໍາກັດ. ເຫດຜົນທໍາອິດແມ່ນຢູ່ໃນລູກປືນ: ຄວາມໄວທີ່ອະນຸຍາດຂອງລູກປືນມ້ວນແບບດັ້ງເດີມຫຼຸດລົງຢ່າງຫຼວງຫຼາຍຍ້ອນວ່າເສັ້ນຜ່າສູນກາງເພີ່ມຂຶ້ນ; shaft ຫນາກວ່າ, ເພດານຄວາມໄວຕ່ໍາທີ່ bearing ສາມາດສະຫນອງໄດ້. ລູກປືນແມ່ເຫຼັກໃຫ້ພື້ນທີ່ເສັ້ນຜ່າສູນກາງ shaft ຫຼາຍກວ່າເກົ່າໃນເລື່ອງນີ້, ແຕ່ເສັ້ນຜ່າກາງ shaft ຂອງພວກມັນຍັງຖືກຈໍາກັດໂດຍຄວາມໄວດ້ານປາຍຂອງວັດສະດຸແມ່ເຫຼັກ. ອັນທີສອງ, ຄວາມຫນາແຫນ້ນຂອງ shaft ເພີ່ມມະຫາຊົນ rotor, ແລະຄວາມໄວທີ່ສໍາຄັນແມ່ນອັດຕາສ່ວນກົງກັນຂ້າມກັບຮາກສີ່ຫລ່ຽມຂອງມະຫາຊົນ, ດັ່ງນັ້ນສ່ວນຫນຶ່ງຂອງຜົນປະໂຫຍດຂອງຄວາມແຂງແມ່ນຊົດເຊີຍໂດຍການລົງໂທດມະຫາຊົນ.
ຂໍ້ຈໍາກັດທີ່ລະອຽດອ່ອນກວ່າແມ່ນມາຈາກຄວາມສອດຄ່ອງລະຫວ່າງ shaft ແລະຮ່າງກາຍຂອງ rotor. ທາງເລືອກຂອງເສັ້ນຜ່າສູນກາງພາຍໃນຂອງ rotor (ie, ເສັ້ນຜ່າກາງ shaft) ຜົນກະທົບຕໍ່ຊ່ອງ radial ສໍາລັບແມ່ເຫຼັກຖາວອນຫຼືແຂນຍຶດ, ແລະສະຖານະຄວາມກົດດັນຂອງ interference fit ຍັງມີການປ່ຽນແປງຄວາມແຂງປະສິດທິພາບຂອງ rotor ໄດ້, ດັ່ງນັ້ນຜົນກະທົບຕໍ່ຄວາມໄວທີ່ສໍາຄັນ. ດັ່ງນັ້ນເສັ້ນຜ່າສູນກາງຂອງເພົາບໍ່ແມ່ນຕົວແຍກ 'ມິຕິໂຄງສ້າງ' ແຕ່ເປັນພາລາມິເຕີຂອງສູນກາງທີ່ສົ່ງຜົນກະທົບຕໍ່ການເລືອກລູກປືນ, ຄວາມເຄັ່ງຕຶງທີ່ພໍດີ, ແລະນະໂຍບາຍດ້ານຂອງ rotor. ມັນຕ້ອງມີຄວາມຫນາພໍທີ່ຈະຮັກສາ rotor ແຂງຫຼືຫມັ້ນຄົງຢູ່ໃນອັດຕາຄວາມໄວ, ແຕ່ຍັງ restrained ພຽງພໍທີ່ຈະອອກຈາກຫ້ອງສໍາລັບ bearings ແລະຄວາມໄວປາຍຫນ້າດິນ.
ການອອກແບບທີ່ແທ້ຈິງແມ່ນການຄິດໄລ່ຫຼາຍຟີຊິກ, ບໍ່ແມ່ນການຄິດໄລ່ທາງດຽວ
ຊອກຫາຢູ່ໃນສາມຂະຫນາດແຍກຕ່າງຫາກ, ແຕ່ລະຄົນມີເຫດຜົນຂໍ້ຈໍາກັດຂອງຕົນເອງ: ເສັ້ນຜ່າກາງນອກແມ່ນ capped ດ້ວຍຄວາມໄວປາຍ, ຄວາມຍາວ stack ແມ່ນ stretched ໂດຍຄວາມຕ້ອງການໄຟຟ້າແລະຕັດສັ້ນໂດຍຄວາມໄວທີ່ສໍາຄັນ, ແລະເສັ້ນຜ່າກາງ shaft ຍ່າງ tightrope ລະຫວ່າງຄວາມແຂງແລະ bearings. ແຕ່ຄວາມເປັນຈິງຂອງການອອກແບບ rotor ຄວາມໄວສູງແມ່ນວ່າສາມມິຕິເຫຼົ່ານີ້ບໍ່ສາມາດຖືກກໍານົດຕາມລໍາດັບ; ພວກເຂົາເຈົ້າພຽງແຕ່ສາມາດ converge ໂດຍຜ່ານການ iteration.
ຂັ້ນຕອນການເຮັດວຽກແນວຄວາມຄິດທີ່ສາມາດປະຕິບັດໄດ້ແມ່ນ: ທໍາອິດເລືອກເສັ້ນຜ່າສູນກາງພາຍນອກຕາມຄວາມໄວຂອງປາຍໃບທີ່ອະນຸຍາດ, ຫຼັງຈາກນັ້ນຄາດຄະເນຄວາມຍາວຂອງ stack ທີ່ຕ້ອງການເພື່ອຕອບສະຫນອງແຮງບິດ / ພະລັງງານໂດຍອີງໃສ່ສົມມຸດຕິຖານຄວາມກົດດັນຂອງຊ່ອງຫວ່າງອາກາດ, ແລະຫຼັງຈາກນັ້ນເຂົ້າໄປໃນການຢັ້ງຢືນກົນຈັກແລະແບບເຄື່ອນໄຫວ - ການກວດສອບຄວາມກົດດັນ centrifugal, ສະພາບຄວາມກົດດັນຂອງແຂນຍຶດຫຼືໂມດູນການສະກົດຈິດຖາວອນ, ການສະກົດຈິດ. ຖ້າຂອບຄວາມໄວທີ່ສໍາຄັນບໍ່ພຽງພໍ, ໃຫ້ກັບຄືນແລະປັບຄວາມຍາວ stack ຫຼືເສັ້ນຜ່າກາງ shaft; ຖ້າຄວາມເຂັ້ມແຂງບໍ່ພຽງພໍ, ໃຫ້ກັບຄືນແລະປັບເສັ້ນຜ່າກາງນອກຫຼືຮູບແບບການຍຶດແຂນ. ການປັບຕົວແຕ່ລະອັນບໍ່ແມ່ນ 'ການປ່ຽນຕົວເລກໜຶ່ງ,' ແຕ່ການລາກອີກສອງຕົວເລກກັບຄືນສູ່ພາກພື້ນທີ່ເປັນໄປໄດ້. ຄວາມເປັນຈິງທາງວິສະວະກໍາຂອງການອອກແບບ rotor ຄວາມໄວສູງແມ່ນການນໍາໃຊ້ iteration ຫຼາຍຟີຊິກພາຍໃນພາກພື້ນທີ່ເປັນໄປໄດ້ bounded ໂດຍຄວາມເຂັ້ມແຂງ, ແມ່ເຫຼັກໄຟຟ້າ, ແລະນະໂຍບາຍດ້ານເພື່ອຊອກຫາຈຸດທີ່ hits ກໍາແພງຄວາມເຂັ້ມແຂງຫຼືກໍາແພງ resonance.
ດັ່ງນັ້ນເມື່ອທ່ານເຫັນເສັ້ນຜ່າກາງນອກ, ຄວາມຍາວ stack, ແລະເສັ້ນຜ່າກາງ shaft ຂອງ rotor ຄວາມໄວສູງ, ຄໍາຖາມທີ່ຄຸ້ມຄ່າກວ່າບໍ່ແມ່ນ 'ເປັນຫຍັງມັນຈຶ່ງເປັນຕົວເລກນີ້,' ແຕ່ 'ສອງຕົວເລກອື່ນຍູ້ມັນຢູ່ໃສ?' ທຸກໆການແກ້ໄຂທີ່ເປັນໄປໄດ້ຂອງສາມຫຼ່ຽມຂະຫນາດແມ່ນຮ່ອງຮອຍທີ່ເຫຼືອຫຼັງຈາກການເຈລະຈາລະຫວ່າງສາມຂໍ້ຈໍາກັດ.
