Разбиране на структурния резонанс

Устройства

Преносим балансьор и виброанализатор Balanset-1A

$2,358.31

Части

Сензор за вибрации

$107.47

Части

Оптичен сензор (лазерен тахометър)

$148.07

Устройства

Balanset-4

$8,123.32

Части

Магнитна стойка с размер 60 kgf

$54.93

Части

Рефлективна лента

$11.94

Устройства

Динамичен балансьор "Balanset-1A" OEM

$2,071.73

Определение: Какво е структурен резонанс?

Структурен резонанс е състояние, при което вибрация честота от въртящи се машини (като например 1× скорост на движение, 2× от несъответствие, или честота на преминаване на лопатката) съответства на естествена честота на невъртящата се носеща конструкция – включително рамката на машината, основната плоча, пиедестали, фундамент или дори близки структури. Когато се случи това честотно съвпадение, резонанс усилва структурните вибрации до нива, далеч надвишаващи тези, които самите въртящи се компоненти изпитват.

Структурният резонанс е особено проблематичен, защото може да накара една добре балансирана и правилно центрирана машина да изглежда сякаш има сериозни проблеми с вибрациите. Високата вибрация е в структурата, което не е задължително да показва проблеми с ротора, но структурното движение може да повлияе на поведението на ротора и да причини реални механични повреди с течение на времето.

Как възниква структурният резонанс

Резонансният механизъм

1. Източник на възбуждане: Въртящите се машини генерират периодични сили (от дисбаланс, несъответствие и др.)
2. Предаване на сила: Тези сили се предават чрез лагери към носещата конструкция
3. Съвпадение на честотата: Ако честотата на възбуждане ≈ структурната собствена честота
4. Натрупване на енергия: Структурата абсорбира енергия в продължение на множество цикли
5. Усилване: Амплитудата на вибрациите се натрупва, ограничена само от структурните затихване
6. Наблюдаван ефект: Структурата вибрира с 5-50 пъти по-висока амплитуда от тази, която обикновено се генерира от входната сила.

Типични честотни диапазони

• Режими на фондация: Обикновено 5-30 Hz за типични индустриални основи
• Режими на базовата плоча: 20-100 Hz в зависимост от размера и конструкцията
• Режими на пиедестал: 30-200 Hz за типични лагерни опори
• Режими на рамка/покриване: 50-500 Hz за панели и капаци от ламарина

Често срещани резонансни сценарии

1X Резонанс на скоростта на бягане

• Пример: Машината работи на 1800 об/мин (30 Hz), собствена честота на основата 28-32 Hz
• Симптом: Много висока вибрация въпреки добрия баланс
• Ефект: Дори малък остатъчен дисбаланс създава голямо структурно движение
• Решение: Промяна на твърдостта на основата, добавяне на демпфиране или промяна на работната скорост

2X резонанс (честота на несъответствие)

• Несъответствието генерира 2× честотно възбуждане
• Ако 2× съвпада със структурния режим, се получава усилване
• Високата вибрация може да бъде погрешно диагностицирана като тежко несъосие
• Подобряването на подравняването помага, но не елиминира резонанса

Честотен резонанс на преминаващите лопатки/перки

• Вентилатори, помпи, турбини генерират честота на преминаване на лопатките (N × RPM, където N = брой лопатки)
• Често в диапазона 50-500 Hz
• Може да възбужда структурни модове в този честотен диапазон
• Високочестотно тракане или бръмчене

Диагностична идентификация

Симптоми на структурен резонанс

• Непропорционална вибрация: Вибрациите на конструкцията са много по-високи от вибрациите на лагерите
• Тесен диапазон на скоростта: Силни вибрации само при определена скорост (±5-10%)
• Насоченост на зависимостта: Силно в една посока, минимално в перпендикулярна посока (форма на съвпадащия режим)
• Зависимост от местоположението: Вибрацията варира значително по повърхността на конструкцията (антидоли спрямо възли)
• Минимален ефект на лагера: Лагерите и роторът могат да показват приемливи вибрации, докато конструкцията е тежка

Диагностични тестове

1. Тестване на удар (тест за удар)

• Удряйте структурата с чук, измервайте реакцията
• Идентифицира всички структурни естествени честоти
• Сравнете с работните честоти на машината
• Най-категоричният тест за структурен резонанс

2. Сравнение на местоположението на измерванията

• Измерете вибрациите в корпуса на лагера (близо до източника)
• Измерване на основата на пиедестала, основната плоча, фундамента
• Ако структурните вибрации >> вибрациите на лагера, това показва структурен резонанс
• Преносимост > 2-3 предполага резонансно усилване

3. Работна форма на отклонението (ODS)

• Измервайте вибрациите едновременно в няколко точки на конструкцията
• Създайте анимирана визуализация на структурно движение
• Показва кой структурен режим е активен
• Идентифицира възли и антивъзли

Решения и смекчаване

Честотно разделяне

Промяна на работната скорост

• Ако оборудването е с променлива скорост, работете далеч от резонанс
• Променете размерите на шайбите на двигателя, за да регулирате скоростта
• Използвайте VFD, за да изберете нерезонансна скорост
• Може да не е практично, ако скоростта се определя от изискванията на процеса

Промяна на структурната естествена честота

• Добавяне на маса: Намалява естествената честота (f ∝ 1/√m)
• Добавяне на твърдост: Повишава естествената честота (f ∝ √k)
• Премахване на материал: В някои случаи намаляването на масата може да измести резонанса
• Структурна модификация: Добавете укрепване, клинове или армировка

Добавяне на демпфер

Ограничено затихване на слоеве

• Вискоеластичен демпферен материал, свързан със структурата
• Ефективен за ламаринени панели и рамки
• Намалява амплитудата на резонансния пик
• Търговски достъпни демпферни обработки

Настроени масови амортисьори

• Добавете вторична система маса-пружина, настроена на проблемна честота
• Абсорбира енергия, намалява вибрациите на основната конструкция
• Ефективен, но изисква внимателно проектиране и настройка

Структурни амортисьорни материали

• Гумени подложки или изолатори на стратегически места
• Демпфериращи съединения, нанесени върху повърхности
• Амортисьори на триене в ставите

Изолация

• Монтирайте виброизолатори между машината и фундамента
• Отделя вибрациите на машината от конструкцията
• Ефективен, ако изолаторът има собствена честота < 0,5× честота на възбуждане
• Изисква внимателно проектиране, за да се избегне създаването на нови резонансни проблеми

Намалете възбуждането

• Подобряване балансирано качество за намаляване на 1× възбуждане
• Прецизно подравняване за намаляване на 2× възбуждане
• Отстраняване на механични проблеми, намаляващи амплитудите на форсиране
• Намалява симптомите, но не елиминира резонансния потенциал

Превенция в дизайна

Критерии за проектиране на основи

• Собствена честота на основата > 2× максимална работна честота (избягвайте резонанс по-горе)
• Или < 0,5× минимална работна честота (изолиран фундамент)
• Избягвайте диапазона 0,5-2,0, където е вероятен резонанс
• Включване на динамичен анализ във фазата на проектиране

Структурен дизайн

• Проектиране за адекватна твърдост спрямо честотите на натиск
• Избягвайте леко натоварени конструкции, склонни към резонанс
• Използвайте оребряване и клинове, за да увеличите честотата
• Помислете за добавяне на присъщо затихване (композитни материали, съединения с триене)

Структурният резонанс може да трансформира незначителните източници на вибрации в сериозни проблеми чрез ефекти на усилване. Идентифицирането на структурните резонанси чрез ударни тестове и оперативни измервания, комбинирано с подходящи стратегии за смекчаване, е от съществено значение за постигане на приемливи нива на вибрации в инсталации, където структурната динамика значително влияе върху цялостното вибрационно поведение на машините.

---

← Обратно към основния индекс