Pochopení interferenčních diagramů

Zařízení

Přenosný vyvažovač a analyzátor vibrací Balanset-1A

$2,358.31

Díly

Snímač vibrací

$107.47

Díly

Optický senzor (laserový otáčkoměr)

$148.07

Zařízení

Balanset-4

$8,123.32

Díly

Magnetický stojan Insize-60-kgf

$54.93

Díly

Reflexní páska

$11.94

Zařízení

Dynamický balancer "Balanset-1A" OEM

$2,071.73

Definice: Co je to interferenční diagram?

An interferenční diagram je grafický nástroj používaný v dynamika rotoru identifikovat rozsahy otáček, kde budicí frekvence “ruší” (odpovídají) frekvenci systému přirozené frekvence, vytváření podmínek pro rezonance. Termín “interference” označuje problematickou interakci mezi vynucující frekvencí (z nevyváženost, procházející čepelí nebo jiné zdroje) a vlastní frekvence, která může způsobit nadměrné vibrace.

I když úzce souvisí s Campbellův diagram, Diagram interference se často zaměřuje konkrétně na zvýraznění průsečíků (interferencí) a souvisejících rychlostních zón, kterým je třeba se během provozu vyhnout nebo jimi rychle projet.

Vztah k Campbellovým diagramům

V praxi se termíny “interferenční diagram” a “Campbellův diagram” často používají zaměnitelně, protože zobrazují podobné informace. Existují však jemné rozdíly:

Důraz na Campbellův diagram

• Ukazuje kompletní obraz o tom, jak se vlastní frekvence mění s rychlostí
• Zobrazuje křivky vlastní frekvence jako spojité funkce rychlosti
• Používá se především pro komplexní analýzu a návrh dynamických vlastností rotorů

Důraz na interferenční diagram

• Zaměřuje pozornost na specifické problémové oblasti – průsečíky
• Často zahrnuje stínované “zakázané zóny” kolem kritických rychlostí
• Operativnější zaměření s důrazem na rozsahy rychlostí, kterým se je třeba vyhnout
• Může zahrnovat více zdrojů buzení kromě pouhé nevyváženosti

Konstrukce interferenčního diagramu

Interferenční diagram se konstruuje podobně jako Campbellův diagram, ale s dodatečným operačním kontextem:

Základní prvky

• Vodorovná osa: Rychlost otáčení (ot./min. nebo Hz)
• Vertikální osa: Excitace nebo vlastní frekvence (Hz nebo CPM)
• Čáry vlastní frekvence: Ukazuje, jak se vlastní frekvence systému mění s rychlostí
• Řádky pro buzení: Diagonální čáry pro 1X, 2X, 3X a další budicí zdroje

Další funkce

• Zvýrazněné průsečíky: Kritické rychlosti jasně označené symboly nebo poznámkami
• Zakázané rychlostní zóny: Stínované pruhy kolem každé kritické rychlosti zobrazující rozsahy, kterým se je třeba vyhnout
• Rozsah provozních otáček: Jasně označeno, často jako svislý pruh nebo zvýrazněná oblast
• Zóny rychlého pohybu: Rozsahy rychlostí pro rychlé přepínání během spouštění/vypínání
• Více zdrojů buzení: Čáry pro frekvenci průchodu lopatek, frekvenci záběru ozubených kol, frekvenci vad ložisek

Typy interferencí

Interferenční diagram dokáže identifikovat různé typy problematických interakcí:

1. Synchronní interference (1X)

Nejběžnější typ, kde se síly nevyváženosti, které vznikají jednou za otáčku, shodují s vlastní frekvencí. Toto je klasický případ. kritická rychlost stav.

2. Harmonické rušení (2X, 3X atd.)

Vyšší harmonické z rychlosti jízdy mohou také vyvolávat rezonance. Mezi běžné zdroje patří:

• 2x: Z nesouosost, mechanická vůle nebo asymetrická tuhost
• 3x, 4x: Z kontaktů zubů ozubených kol, vícelaločných ložisek nebo strukturálních asymetrií

3. Interference mezi lopatkami/průchodem

U turbínových strojů může frekvence průchodu lopatek (počet lopatek × otáčky za minutu) vyvolávat strukturální módy. Interferenční diagram ukazuje, kde čáry frekvence průchodu lopatek protínají vlastní frekvence.

4. Subsynchronní rušení

Jevy jako olejový vír (obvykle o frekvenci 0,43X-0,48X) mohou vytvářet subsynchronní interference, které je nutné identifikovat a řešit.

5. Rušení frekvence tepů

V propojených systémech nebo systémech s více rotujícími prvky mohou frekvence pulzů způsobené malými rozdíly v rychlosti vytvářet rušení.

Praktické využití při konstrukci strojů

Aplikace ve fázi návrhu

1. Zabránění kritické rychlosti: Zajistěte, aby se rozsah provozních otáček nepřekrýval s rušivými zónami
2. Ověření oddělovacího okraje: Potvrďte dostatečné rezervy (obvykle ±15% až ±30%) v okolí všech kritických rychlostí.
3. Řízení zdroje buzení: Pokud se rušení nelze vyhnout, snižte amplitudu budicího zdroje (zlepšete vyvážení, snižte nesouosost atd.)
4. Požadavky na tlumení: Identifikujte, kde se vylepšilo tlumení je potřeba k ovládání rezonančních vibrací

Úpravy a řešení problémů

Pokud stávající stroje trpí problémy s vibracemi, interferenční diagramy pomáhají:

• Zjistěte, zda je problém způsoben provozem příliš blízko kritické rychlosti.
• Vyhodnoťte navrhované úpravy (změny ložisek, přidaná hmotnost, úpravy tuhosti)
• Předvídat účinky změn rychlosti nebo provozu s proměnnou rychlostí
• Zjistěte, zda problém nepochází z neočekávaného zdroje buzení.

Stanovení zón zakázané rychlosti

Klíčovým prvkem interferenčních diagramů je definování zakázaných nebo omezených rychlostních zón:

Stanovení šířky zóny

Šířka každé zakázané zóny závisí na několika faktorech:

• Tlumení systému: Nízké tlumení vyžaduje širší zóny; vysoké tlumení umožňuje užší zóny
• Amplituda excitace: Silné zdroje buzení vyžadují širší vyhýbací zóny
• Provozní důsledky: Kritická zařízení mohou vyžadovat konzervativnější (širší) zóny
• Typické hodnoty: ±15% pro dobře tlumené systémy, ±20–30% pro špatně tlumené systémy

Provozní postupy

Na základě interferenčního diagramu jsou stanoveny provozní postupy:

• Povolený nepřetržitý provoz: Rozsahy rychlostí bez rušení
• Požadovaný rychlý posuv: Zakázané zóny, kterými je nutné rychle projít během spouštění/vypínání
• Přísně zakázáno: Zóny se silnými rezonancemi, kde je provoz zakázán

Příklad: Diagram interference turbíny

Uvažujme parní turbínu s následujícími vlastnostmi:

• Provozní rychlost: 3000 ot./min (50 Hz)
• První kritická rychlost: 2400 ot./min (40 Hz)
• Druhá kritická rychlost: 4200 ot./min (70 Hz)
• Počet čepelí: 60
• Frekvence otáčení čepele při 3000 ot./min: 60 × 50 Hz = 3000 Hz

Diagram interference ukazuje:

• Čára 1X protíná první vlastní frekvenci: Kritické otáčky při 2400 ot./min – Zakázaná zóna: 2040–2760 ot./min (±151 TP3T)
• Čára 1X protíná druhou vlastní frekvenci: Kritická rychlost při 4200 ot./min – Není to problém, protože provozní rychlost je výrazně nižší
• Provozní otáčky (3000 ot./min): Bezpečně mezi dvěma kritickými rychlostmi s dobrými oddělovacími rezervami
• Frekvence průchodu čepele: Při 3000 Hz nedochází k rušení strukturálních módů v provozním rozsahu

Provozní pokyny:

• Během startování zrychlete v rozsahu 2040-2760 ot./min za méně než 30 sekund
• Nepřetržitý provoz mezi 2800-3200 ot./min je přijatelný
• Nepokoušejte se provozovat nepřetržitě mezi 2040-2760 ot./min.

Pokročilé úvahy

Vlivy teploty

Některé interferenční diagramy obsahují více křivek znázorňujících, jak se vlastní frekvence mění se změnami teploty (tepelný růst ovlivňuje tuhost a vlastnosti ložisek). Kritické otáčky se mohou měnit s tím, jak se stroj zahřívá.

Účinky zatížení

U strojů, u kterých procesní zatížení významně ovlivňuje tuhost ložisek nebo průhyb rotoru, mohou interferenční diagramy zobrazovat skupiny křivek pro různé podmínky zatížení.

Propojené systémy

Pokud je spojeno více rotorů (soustrojí motor-čerpadlo, soustrojí turbína-generátor), musí interferenční diagram zohledňovat spřažené torzní a boční režimy, které mohou vytvářet další kritické rychlosti.

Vytvoření interferenčního diagramu

Z analytických modelů

1. Vývoj modelu konečných prvků systému rotor-ložisko
2. Vypočítejte vlastní frekvence při různých rychlostech
3. Vykreslení křivek vlastní frekvence v závislosti na rychlosti
4. Překryvné čáry buzení (1X, 2X, průchod lopatek atd.)
5. Označte průsečíky a stanovte zakázané zóny
6. Popište rozsah provozních rychlostí a postupy

Z experimentálních dat

1. Provádějte spouštěcí a doběhové zkoušky s monitorováním vibrací
2. Generovat vodopádové pozemky nebo Bodeho grafy
3. Identifikujte kritická místa rychlosti z amplitudových špiček a fázových posunů
4. Vytvořte interferenční diagram s vyznačením pozorovaných kritických rychlostí
5. Stanovení empirických zakázaných zón na základě naměřených úrovní vibrací

Výhody pro provoz a údržbu

Diagramy interference poskytují cenné vodítko pro obsluhu strojů a údržbářský personál:

• Jasné provozní limity: Vizuální indikace bezpečného a nebezpečného rozsahu rychlosti
• Postupy spouštění/vypínání: Identifikuje rychlosti pro rychlé překonání
• Provoz s proměnnou rychlostí: Definuje přijatelné rozsahy otáček pro pohony s nastavitelnou rychlostí
• Nástroj pro odstraňování problémů: Pomáhá diagnostikovat, zda problémy s vibracemi souvisí s rychlostí
• Plánování úprav: Ukazuje dopad navrhovaných změn před implementací
• Pomůcka pro školení: Vzdělávací nástroj pro pochopení dynamického chování strojů

U kritických rotačních strojů je interferenční diagram nezbytným dokumentem, který by měl být k dispozici obsluze, technikům údržby a technickému personálu, aby se zajistilo, že všichni rozumí dynamickým charakteristikám stroje a provozují jej v rámci bezpečných rozsahů rychlostí.

---

← Zpět na hlavní index