Өндөр хурдны мотор эсвэл нисдэг дугуйны ротор таны өмнө сууж байна. Гаднах диаметр, стекийн урт, босоо амны диаметр-зураг дээрх тайлбараас өөр зүйл биш мэт гурван тоо. Гэхдээ өндөр хурдтай эргэлтийн ертөнцөд эдгээр гурван хэмжээс нь бие биенээ хязгаарлаж, гурвалжин үүсгэдэг бөгөөд үүнийг хэзээ ч нэгэн зэрэг 'хамгийн дээд хэмжээ' болгодог. Гаднах диаметрийг томруулж, эргүүлэх момент өсөх хандлагатай байдаг боловч төвөөс зугтах хүч эхлээд материалыг задлах болно; стекийн уртыг сунгаж, хүч нэмэгдэж болох боловч ротор нь эхний гулзайлтын чухал хурдны хананд хүрч болно; босоо амны диаметрийг өтгөрүүлж, хөшүүн чанар сайжирч, харин холхивч болон гадаргуугийн үзүүрийн хурд нь улаанаар гэрэлтдэг.
Өндөр хурдны роторын сонголтыг ойлгох нь үндсэндээ 'хэмжээг сонгох' тухай биш, харин хүч чадал, цахилгаан соронзон, динамикийн гурван талт хязгаарлалтын дунд зогсож чадах нэг уулзварыг олох явдал юм.
Гаднах диаметр: Таазанд хүрэх эхний тоог цахилгаан соронзонгоор биш харин үзүүрийн хурдаар тодорхойлно.
Бага хурдтай моторуудад төвөөс зугтах хүч ямар ч аюул занал учруулахгүй тул роторын гадна диаметрийг чөлөөтэй томруулж болно. Гэхдээ гадаргуугийн үзүүрийн хурд нь тодорхой босгыг давах үед буюу инженерчлэлийн практикт ихэвчлэн 120 м/с-ээс хэтрэхийг 'өндөр хурд' горимд орох гэж үздэг - гадна диаметрийн өсөлт бүр нь материалыг хязгаар руу түлхэж өгдөг. Өндөр хурдны хөдөлгүүрийн дизайны эхний алхам бол эргүүлэх хүчийг тооцоолох биш харин роторын гадна диаметрийн дээд хязгаарыг ирний үзүүрийн зөвшөөрөгдөх дээд хурдаас буцааж тооцоолох явдал юм.
Энэ хязгаарын физик үндэс нь маш энгийн: төвөөс зугтах хүч нь радиус ба өнцгийн хурдны квадраттай пропорциональ байна. Ижил материалын хувьд гаднах диаметр их байх тусам гадаргуу дээрх цагирагны ачаалал ихсэх болно. Хатуу цилиндр хэлбэртэй роторын хувьд өгөгдсөн аюулгүй байдлын хүчин зүйлийн дагуу хамгийн их зөвшөөрөгдөх өнцгийн хурд нь суналтын бат бэх ба нягтын харьцааны квадрат язгууртай пропорциональ, гадна диаметртэй урвуу хамааралтай байна. Энэ нь материалын тодорхой хүч чадал өндөр, эсвэл гаднах диаметр бага байх тусам хурдны тааз өндөр байж болно гэсэн үг юм.
Flywheel-ийн эрчим хүчний хадгалалт нь энэ логикийг туйлдаа хүргэдэг. Ган нисдэг дугуйны үзүүрийн хурд нь ихэвчлэн 200-250 м/с хүрч чаддаг бол нүүрстөрөгчийн нийлмэл материалууд нь металлын хүрээнээс хол давж чаддаг. Тиймээс, өндөр хурдны роторын гадна диаметртэй холбоотой эхний зарчмын хязгаарлалт нь 'бид үүнийг хэр их хэмжээгээр зохион бүтээхийг хүсч байна' биш, харин 'материал нь гадаргууг хэр хурдан ажиллуулах боломжтой' юм. Нэгэнт гадна диаметр нь үзүүрийн хурдаар түгжигдсэн тохиолдолд цахилгаан соронзон дизайн зөвхөн энэ 'таазны' доор ажиллах боломжтой.
Стекийн урт: Цахилгаан соронзон нь урт, динамик нь богино байхыг хүсдэг
Гаднах диаметрийг зассаны дараа эргүүлэх момент ба чадлын 'цоорхой'-ыг стекийн уртаар дүүргэх ёстой. Цахилгаан соронзон хамаарлаас харахад моторын гаралтын момент нь роторын диаметр ба яндангийн уртын квадратын үржвэрийг агаарын завсар дахь зүсэлтийн хүчдэлээр үржүүлсэнтэй ойролцоогоор пропорциональ байна. Хүч чадлын хязгаараас шалтгаалан гаднах диаметрийг нэмэгдүүлэх боломжгүй үед яндангийн уртыг нэмэгдүүлэх нь хамгийн шууд гарц юм шиг санагддаг: ижил диаметртэй үед давхаргын уртыг хоёр дахин нэмэгдүүлэх нь эргүүлэх хүчийг ойролцоогоор хоёр дахин нэмэгдүүлдэг.
Гэхдээ стекийн урттай холбоотой асуудал нь цахилгаан соронзонд зориулсан 'чөлөөт хувьсагч' биш юм. Ротор урт болмогц гулзайлтын хөшүүн чанар харьцангуй буурч, эхний гулзайлтын чухал хурд нь буурдаг. Роторын динамикаас үүсэх хатуу хязгаарлалт нь: үйл ажиллагааны хурд нь чухал хурдаас хангалттай тусгаарлах хязгаарыг хадгалах ёстой. Хатуу роторын дизайны хувьд нэрлэсэн хурд нь аюулгүй байдлын хязгаартай эхний гулзайлтын давтамжаас доогуур байх ёстой. Жижиг гадна диаметртэй, урт стекийн урттай ротор нь цахилгаан соронзон байдлаар 'хангалттай хүчтэй' мэт харагдах боловч динамик байдлаар нэрлэсэн хурдны хязгаарт резонансын цохилт өгч болно.
Энэ бол өндөр хурдны роторын дизайн дахь хамгийн ердийн олс таталт юм. 60,000 r/min ба 100 кВт-ын хүчин чадалтай загвар нь гурван схемийн хоорондын уялдаа холбоог тодорхой харуулж байна: ротор нь богино, зузаантай үед хөшүүн чанар сайн, харин бат бэхийн хязгаар нь нягт байдаг; роторын диаметрийг багасгаж, стекийн уртыг уртасгасны дараа хүч чадал, цахилгаан соронзон гүйцэтгэл сайжирч, харин эхний гулзайлтын модаль давтамж 1385 Гц хүртэл буурч, нэрлэсэн хурдны ойролцоо гулзайлтын резонансын эрсдэлийг бий болгодог; Эцсийн ашиглах боломжтой схем нь цахилгаан соронзон, чухал хурд, хүч чадлыг нэгэн зэрэг хангадаг дунд зэргийн урттай буулт юм. Стекийн уртын мөн чанар нь 'цахилгаан соронзонд юу хэрэгтэй вэ' болон 'динамик юуг зөвшөөрдөг вэ' хоёрын хооронд худалдаж авсан тасалбар бөгөөд аль аль талыг нь давж болохгүй.
Босоо амны диаметр: 'Илүү зузаан, илүү аюулгүй' биш, харин хөшүүн ба холхивчийн хооронд олсоор алхах нь
Босоо амны диаметрийг ихэвчлэн 'зузаан гэдэг нь илүү тогтвортой гэсэн үг' гэж буруу ойлгодог. Өндөр хурдны хувилбарт босоо амны диаметрийг сонгохдоо хоёр эсрэг даралттай нэгэн зэрэг тулгардаг.
Гулзайлтын эгзэгтэй хурдны үүднээс авч үзвэл босоо амны гулзайлтын хөшүүн чанар нь босоо амны диаметрийн дөрөв дэх хүчин чадалтай пропорциональ, тулгуурын зайны гуравдахь чадалтай урвуу хамааралтай бөгөөд чухал хурд нь ойролцоогоор √(k/m) зэрэг өөр өөр байна. Босоо амны диаметрийг нэмэгдүүлэх нь хөшүүн байдлыг хурдан нэмэгдүүлдэг бөгөөд энэ нь чухал хурдыг нэмэгдүүлж, роторыг 'хатуу' болгоход тустай юм шиг санагддаг. Гэхдээ босоо амны диаметрийг хязгааргүйгээр зузаарч болохгүй. Эхний шалтгаан нь холхивч дээр оршдог: уламжлалт гулсмал холхивчийн зөвшөөрөгдөх хурд нь диаметр нэмэгдэх тусам мэдэгдэхүйц буурдаг; босоо ам нь зузаан байх тусам холхивчийн хурдны тааз бага байх болно. Соронзон холхивч нь энэ талаараа босоо амны диаметрийн илүү их зайг санал болгодог боловч тэдгээрийн босоо амны диаметр нь соронзон материалын зөвшөөрөгдөх гадаргуугийн үзүүрийн хурдаар хязгаарлагддаг. Хоёрдугаарт, босоо амыг зузаатгах нь роторын массыг ихэсгэх ба чухал хурд нь массын квадрат язгууртай урвуу хамааралтай байдаг тул хөшүүн байдлын ашиг тусын нэг хэсгийг массын торгууль нөхдөг.
Илүү нарийн хязгаарлалт нь босоо ам ба роторын бие хоёрын хоорондох тохируулгаас үүсдэг. Роторын дотоод диаметрийг (өөрөөр хэлбэл босоо амны диаметр) сонгох нь байнгын соронз эсвэл бэхэлгээний ханцуйны радиаль орон зайд нөлөөлдөг бөгөөд хөндлөнгийн тохируулгын стресс төлөв нь роторын үр дүнтэй хөшүүн байдлыг өөрчилдөг бөгөөд ингэснээр чухал хурдад нөлөөлдөг. Тиймээс босоо амны диаметр нь тусгаарлагдсан 'бүтцийн хэмжээс' биш, харин холхивчийн сонголт, бэхэлгээний ачаалал, роторын динамик зэрэгт нэгэн зэрэг нөлөөлдөг зангилааны параметр юм. Энэ нь роторыг хатуу эсвэл нэрлэсэн хурдад тогтвортой байлгахад хангалттай зузаан байх ёстой, гэхдээ холхивч болон гадаргуугийн үзүүрийн хурдыг үлдээх хангалттай хязгаарлагдмал байх ёстой.
Бодит загвар нь нэг талын тооцоо биш, олон физикийн давталт юм
Гурван хэмжигдэхүүнийг тусад нь авч үзвэл тус бүр нь өөрийн гэсэн хязгаарлалттай логиктой байдаг: гадна диаметр нь үзүүрийн хурдаар хязгаарлагддаг, яндангийн урт нь цахилгаан соронзон эрэлтээр сунаж, чухал хурдаар богиносдог, босоо амны диаметр нь хөшүүн чанар ба холхивчийн хооронд татсан олсоор явдаг. Гэхдээ өндөр хурдны роторын дизайны бодит байдал нь эдгээр гурван хэмжээсийг дараалан тодорхойлох боломжгүй юм; Тэд зөвхөн давталтаар нэгдэж болно.
Ажиллаж болохуйц концепцийн ажлын урсгал нь: эхлээд ирний үзүүрийн зөвшөөрөгдөх хурдны дагуу гадна диаметрийг урьдчилан сонгож, дараа нь агаарын завсар огтлох стрессийн таамаглал дээр үндэслэн эргүүлэх момент/хүчийг хангахад шаардагдах стекийн уртыг тооцоолж, дараа нь механик болон динамик баталгаажуулалт хийх - төвөөс зугтах ачаалал, бэхэлгээний ханцуйны стрессийн төлөв, эгзэгтэй хурдыг шалгах. Хэрэв эгзэгтэй хурдны хязгаар хангалтгүй бол буцаж очоод стекийн урт эсвэл босоо амны диаметрийг тохируулна уу; хэрэв хүч чадал хангалтгүй бол буцаж очоод гадна диаметр эсвэл бэхэлгээний ханцуйны схемийг тохируулна уу. Тохируулга бүр нь 'нэг тоог өөрчлөх' биш, харин нөгөө хоёр тоог боломжит бүс рүү буцаан чирэх явдал юм. Өндөр хурдны роторын дизайны инженерийн бодит байдал нь хүч чадал, цахилгаан соронзон, динамикаар хязгаарлагдах боломжтой бүсэд олон физикийн давталт ашиглан бат бөх хана, резонансын хананд хүрэхгүй цэгийг олох явдал юм.
Тиймээс өндөр хурдны роторын гаднах диаметр, яндангийн урт, босоо амны диаметрийг харахад 'Яагаад энэ тоо вэ' биш, 'бусад хоёр тоо нь хаашаа түлхсэн юм бэ?' гэдэг нь илүү үнэ цэнэтэй асуулт бол гурвалжны хэмжээтэй гурвалжингийн боломжит шийдэл бүр нь гурван хязгаарлалтын хооронд тохиролцсоны дараа үлдсэн ул мөр юм.
