Forståelse af interferensdiagrammer

Enheder

Bærbar afbalanceringsenhed og vibrationsanalysator Balanset-1A.

$2,358.31

Dele

Vibrationssensor

$107.47

Dele

Optisk sensor (laser-tachometer)

$148.07

Enheder

Balanset-4

$8,123.32

Dele

Magnetisk stativ i størrelse 60 kgf

$54.93

Dele

Reflekterende tape

$11.94

Enheder

Dynamisk afbalancering "Balanset-1A" OEM.

$2,071.73

Definition: Hvad er et interferensdiagram?

En interferensdiagram er et grafisk værktøj, der bruges i rotordynamik at identificere rotationshastighedsområder, hvor excitationsfrekvenser "interfererer" med (matcher) systemets naturlige frekvenser, skaber betingelser for resonans. Udtrykket "interferens" refererer til den problematiske interaktion mellem en påtvingningsfrekvens (fra ubalance, bladpassage eller andre kilder) og en naturlig frekvens, der kan forårsage overdreven vibrationer.

Selvom det er tæt forbundet med Campbell-diagrammet, fokuserer et interferensdiagram ofte specifikt på at fremhæve skæringspunkter (interferenser) og tilhørende hastighedszoner, der bør undgås eller passeres hurtigt under drift.

Forhold til Campbell-diagrammer

I praksis bruges udtrykkene "interferensdiagram" og "Campbell-diagram" ofte i flæng, da de viser lignende information. Der findes dog subtile forskelle:

Campbell-diagrammets vægtning

• Viser det komplette billede af, hvordan naturlige frekvenser varierer med hastighed
• Viser naturlige frekvenskurver som kontinuerlige funktioner af hastighed
• Anvendes primært til omfattende rotordynamisk analyse og design

Interferensdiagram Fremhævelse

• Fokuserer opmærksomheden på de specifikke problemområder – skæringspunkterne
• Inkluderer ofte skyggelagte "forbudte zoner" omkring kritiske hastigheder
• Mere operationelt fokus, med vægt på hastighedsintervaller for at undgå
• Kan omfatte flere excitationskilder ud over blot ubalance

Konstruktion af et interferensdiagram

Et interferensdiagram er konstrueret på samme måde som et Campbell-diagram, men med yderligere operationel kontekst:

Grundlæggende elementer

• Horisontal akse: Rotationshastighed (RPM eller Hz)
• Lodret akse: Excitation eller naturlig frekvens (Hz eller CPM)
• Naturlige frekvenslinjer: Viser hvordan systemets naturlige frekvenser ændrer sig med hastighed
• Excitationsordrelinjer: Diagonale linjer for 1X, 2X, 3X og andre excitationskilder

Yderligere funktioner

• Fremhævede krydsningspunkter: Kritiske hastigheder tydeligt markeret med symboler eller anmærkninger
• Forbudte hastighedszoner: Skyggelagte bånd omkring hver kritisk hastighed, der viser områder, der skal undgås
• Driftshastighedsområde: Tydelig angivet, ofte som et lodret bånd eller et fremhævet område
• Hurtig gennemkørselszoner: Hastighedsområder, der skal passeres hurtigt under opstart/nedlukning
• Flere excitationskilder: Linjer for bladpassagefrekvens, gearindgrebsfrekvens, lejefejlfrekvenser

Typer af interferenser

Et interferensdiagram kan identificere forskellige typer problematiske interaktioner:

1. Synkron interferens (1X)

Den mest almindelige type, hvor ubalancekræfter én gang pr. omdrejning falder sammen med en naturlig frekvens. Dette er den klassiske kritisk hastighed tilstand.

2. Harmonisk interferens (2X, 3X osv.)

Højere harmoniske svingninger i løbehastigheden kan også udløse resonanser. Almindelige kilder inkluderer:

• 2X: Fra forskydning, mekanisk løshed eller asymmetrisk stivhed
• 3X, 4X: Fra tandhjulskontakter, flerlapslejer eller strukturelle asymmetrier

3. Interferens ved passering af blad/vinge

For turbomaskiner kan bladpassagefrekvensen (antal blade × omdr./min.) excitere strukturelle tilstande. Interferensdiagrammet viser, hvor bladpassagefrekvenslinjer krydser naturlige frekvenser.

4. Subsynkron interferens

Fænomener som oliehvirvel (typisk ved 0,43X-0,48X) kan skabe subsynkrone interferenser, der skal identificeres og håndteres.

5. Beatfrekvensinterferens

I koblede systemer eller systemer med flere roterende elementer kan slagfrekvenser fra små hastighedsforskelle skabe interferenser.

Praktisk anvendelse i maskindesign

Designfaseapplikationer

1. Undgåelse af kritisk hastighed: Sørg for, at driftshastighedsområdet ikke overlapper med interferenszoner
2. Bekræftelse af separationsmargin: Bekræft tilstrækkelige marginer (typisk ±15% til ±30%) omkring alle kritiske hastigheder
3. Styring af excitationskilder: Hvis en interferens ikke kan undgås, skal excitationskildens amplitude reduceres (forbedre balancen, reducere skævheder osv.)
4. Krav til dæmpning: Identificer hvor forbedret dæmpning er nødvendig for at kontrollere resonansvibrationer

Ændring og fejlfinding

Når eksisterende maskiner oplever vibrationsproblemer, kan interferensdiagrammer hjælpe:

• Identificer om problemet skyldes kørsel for tæt på en kritisk hastighed
• Evaluer foreslåede ændringer (lejeændringer, øget masse, stivhedsændringer)
• Forudsig virkningerne af hastighedsændringer eller drift med variabel hastighed
• Undersøg om problemet stammer fra en uventet excitationskilde

Etablering af forbudte hastighedszoner

Et centralt element i interferensdiagrammer er at definere forbudte eller begrænsede hastighedszoner:

Bestemmelse af zonebredde

Bredden af hver forbudszone afhænger af flere faktorer:

• Systemdæmpning: Lav dæmpning kræver bredere zoner; høj dæmpning tillader smallere zoner
• Excitationsamplitude: Stærke excitationskilder kræver bredere undgåelseszoner
• Operationelle konsekvenser: Kritisk udstyr kan kræve mere konservative (bredere) zoner
• Typiske værdier: ±15% for godt dæmpede systemer, ±20-30% for dårligt dæmpede systemer

Driftsprocedurer

Baseret på interferensdiagrammet fastlægges driftsprocedurer:

• Kontinuerlig drift tilladt: Hastighedsområder uden interferens
• Hurtig gennemkørsel kræves: Forbudte zoner, der skal passeres hurtigt under opstart/nedlukning
• Absolut forbudt: Zoner med alvorlig resonans, hvor drift aldrig er tilladt

Eksempel: Diagram over turbineinterferens

Overvej en dampturbine med følgende egenskaber:

• Driftshastighed: 3000 omdr./min. (50 Hz)
• Første kritiske hastighed: 2400 omdr./min. (40 Hz)
• Anden kritisk hastighed: 4200 omdr./min. (70 Hz)
• Antal klinger: 60
• Bladpassagefrekvens ved 3000 o/min: 60 × 50 Hz = 3000 Hz

Interferensdiagrammet viser:

• 1X Linje krydser første naturlige frekvens: Kritisk hastighed ved 2400 o/min. – Forbudt zone: 2040-2760 o/min. (±15%)
• 1X Linje krydser anden naturlige frekvens: Kritisk hastighed ved 4200 o/min. – Ikke et problem, da driftshastigheden er et godt stykke under
• Driftshastighed (3000 o/min): Sikkert mellem to kritiske hastigheder med gode separationsmarginer
• Bladpassagefrekvens: Ved 3000 Hz, ingen interferens med strukturelle tilstande i driftsområdet

Operationel vejledning:

• Under opstart, accelerer gennem området 2040-2760 o/min på under 30 sekunder
• Kontinuerlig drift mellem 2800-3200 o/min er acceptabel
• Forsøg ikke at køre kontinuerligt mellem 2040-2760 o/min.

Avancerede overvejelser

Temperatureffekter

Nogle interferensdiagrammer indeholder flere kurver, der viser, hvordan naturlige frekvenser ændrer sig med temperaturændringer (termisk vækst påvirker stivhed og lejeegenskaber). Kritiske hastigheder kan ændre sig, når maskinen varmes op.

Indlæs effekter

For maskiner, hvor procesbelastningen påvirker lejestivhed eller rotorudbøjning betydeligt, kan interferensdiagrammer vise kurvefamilier for forskellige belastningsforhold.

Koblede systemer

Når flere rotorer er koblet sammen (motor-pumpesæt, turbine-generatorsæt), skal interferensdiagrammet tage højde for koblede torsions- og laterale tilstande, der kan skabe yderligere kritiske hastigheder.

Oprettelse af et interferensdiagram

Fra analytiske modeller

1. Udvikle en finite element-model af et rotorlejesystem
2. Beregn naturlige frekvenser ved flere hastigheder
3. Plot naturlige frekvenskurver vs. hastighed
4. Overlay excitationsordrelinjer (1X, 2X, bladpassage osv.)
5. Markér krydsningspunkter og etabler forbudte zoner
6. Annotér med driftshastighedsområde og procedurer

Fra eksperimentelle data

1. Udfør opstarts- og friløbstest med vibrationsovervågning
2. Frembringe vandfaldsgrunde eller Bode-plot
3. Identificer kritiske hastighedssteder ud fra amplitudetoppe og faseforskydninger
4. Opret interferensdiagram, der markerer observerede kritiske hastigheder
5. Etabler empiriske forbudte zoner baseret på målte vibrationsniveauer

Fordele for drift og vedligeholdelse

Interferensdiagrammer giver værdifuld vejledning til maskinoperatører og vedligeholdelsespersonale:

• Klare driftsgrænser: Visuel indikation af sikre og usikre hastighedsområder
• Opstarts-/nedlukningsprocedurer: Identificerer hastigheder, der skal tilbagelægges hurtigt
• Variabel hastighedsdrift: Definerer acceptable hastighedsområder for drev med justerbar hastighed
• Fejlfindingsværktøj: Hjælper med at diagnosticere om vibrationsproblemer er hastighedsrelaterede
• Ændringsplanlægning: Viser effekten af foreslåede ændringer før implementering
• Træningshjælp: Uddannelsesværktøj til forståelse af maskiners dynamiske adfærd

For kritiske roterende maskiner er interferensdiagrammet et vigtigt dokument, der bør være tilgængeligt for operatører, vedligeholdelsesteknikere og teknisk personale, hvilket sikrer, at alle forstår maskinens dynamiske egenskaber og betjener den inden for sikre hastighedsområder.

---

← Tilbage til hovedindekset