Forståelse af strukturel resonans

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 strukturel resonans?

Strukturel resonans er en tilstand, hvor vibrationer frekvens fra roterende maskineri (såsom 1× driftshastighed, 2× fra forskydning, eller bladpassagefrekvens) matcher en naturlig frekvens af den ikke-roterende støttestruktur – inklusive maskinrammen, bundpladen, piedestaler, fundament eller endda nærliggende strukturer. Når denne frekvensmatchning forekommer, resonans forstærker den strukturelle vibration til niveauer, der langt overstiger, hvad de roterende komponenter selv oplever.

Strukturel resonans er særligt problematisk, fordi den kan få en velafbalanceret og korrekt justeret maskine til at se ud som om, den har alvorlige vibrationsproblemer. Den høje vibration findes i strukturen og indikerer ikke nødvendigvis rotorproblemer, men den strukturelle bevægelse kan give feedback og påvirke rotorens adfærd og forårsage reel mekanisk skade over tid.

Hvordan strukturel resonans opstår

Resonansmekanismen

1. Excitationskilde: Roterende maskiner genererer periodiske kræfter (fra ubalance, fejljustering osv.)
2. Kraftoverførsel: Disse kræfter overføres gennem lejer til støttestrukturen
3. Frekvensmatch: Hvis excitationsfrekvens ≈ strukturel naturlig frekvens
4. Energiakkumulering: Struktur absorberer energi over flere cyklusser
5. Forstærkning: Vibrationsamplituden opbygges, kun begrænset af strukturelle dæmpning
6. Observeret effekt: Strukturen vibrerer med 5-50 gange højere amplitude end den inputkraft normalt ville producere

Typiske frekvensområder

• Grundlæggende tilstande: Normalt 5-30 Hz til typiske industrielle fundamenter
• Bundpladetilstande: 20-100 Hz afhængigt af størrelse og konstruktion
• Sokkeltilstande: 30-200 Hz for typiske lejeunderstøtninger
• Ramme-/dækningstilstande: 50-500 Hz til metalplader og -dæksler

Almindelige resonansscenarier

1X løbehastighedsresonans

• Eksempel: Maskinen kører ved 1800 o/min (30 Hz), grundlæggende naturlig frekvens på 28-32 Hz
• Symptom: Meget høj vibration trods god balance
• Effekt: Selv lille resterende ubalance skaber stor strukturel bevægelse
• Løsning: Ændr fundamentets stivhed, tilføj dæmpning eller ændr driftshastigheden

2X Resonans (Forskydningsfrekvens)

• Forkert justering genererer 2× frekvensexcitation
• Hvis 2× matcher den strukturelle tilstand, forekommer der amplifikation
• Høj vibration kan fejldiagnosticeres som alvorlig fejljustering
• Forbedring af justering hjælper, men eliminerer ikke resonans

Resonans for blad-/vingepassagefrekvens

• Ventilatorer, pumper, turbiner genererer bladpassagefrekvens (N × omdr./min., hvor N = antal blade)
• Ofte i området 50-500 Hz
• Kan excitere strukturelle tilstande i dette frekvensområde
• Højfrekvent raslen eller summen

Diagnostisk identifikation

Symptomer på strukturel resonans

• Uforholdsmæssig vibration: Strukturvibrationer er meget højere end lejevibrationer
• Smalt hastighedsområde: Høj vibration kun ved specifik hastighed (±5-10%)
• Retningsafhængighed: Alvorlig i én retning, minimal i vinkelret retning (matchende form)
• Placeringsafhængighed: Vibration varierer meget over strukturoverfladen (antinoder vs. knuder)
• Minimal lejeeffekt: Lejer og rotor kan udvise acceptable vibrationer, mens strukturen er hård

Diagnostiske tests

1. Stødprøvning (stødprøvning)

• Slå strukturen med hammer, mål respons
• Identificerer alle strukturelle naturlige frekvenser
• Sammenlign med maskinens driftsfrekvenser
• Den mest definitive test for strukturel resonans

2. Sammenligning af målesteder

• Mål vibrationer ved lejehuset (tæt på kilden)
• Mål ved piedestalfod, bundplade, fundament
• Hvis strukturelle vibrationer >> lejevibrationer, indikerer det strukturel resonans
• Transmissibilitet > 2-3 antyder resonansforstærkning

3. Driftsafbøjningsform (ODS)

• Mål vibrationer på flere punkter på strukturen samtidigt
• Opret animeret visualisering af strukturel bevægelse
• Afslører hvilken strukturel tilstand der er aktiv
• Identificerer noder og antinoder

Løsninger og afbødning

Frekvensseparation

Skift driftshastighed

• Hvis udstyr med variabel hastighed skal opereres væk fra resonans
• Skift motorhjulstørrelser for at justere hastigheden
• Brug VFD til at vælge ikke-resonant hastighed
• Måske ikke praktisk, hvis hastigheden bestemmes af proceskrav

Ændre strukturel naturlig frekvens

• Tilføj masse: Sænker den naturlige frekvens (f ∝ 1/√m)
• Tilføj stivhed: Hæver den naturlige frekvens (f ∝ √k)
• Fjern materiale: I nogle tilfælde kan reduktion af masse forskyde resonans
• Strukturel ændring: Tilføj afstivning, kiler eller forstærkning

Dæmpningstilsætning

Begrænset lagdæmpning

• Viskoelastisk dæmpningsmateriale bundet til strukturen
• Effektiv til metalplader og rammer
• Reducerer resonansens peak amplitude
• Kommercielt tilgængelige dæmpningsbehandlinger

Tunede massedæmpere

• Tilføj sekundært massefjedersystem indstillet til problematisk frekvens
• Absorberer energi, reducerer vibrationer i hovedstrukturen
• Effektiv, men kræver omhyggelig design og finjustering

Strukturelle dæmpningsmaterialer

• Gummimåtter eller isolatorer på strategiske steder
• Dæmpende stoffer påført overflader
• Friktionsdæmpere ved leddene

Isolation

• Installer vibrationsisolatorer mellem maskine og fundament
• Afkobler maskinvibrationer fra strukturen
• Effektiv hvis isolatorens naturlige frekvens < 0,5× excitationsfrekvens
• Kræver omhyggeligt design for at undgå at skabe nye resonansproblemer

Reducer excitation

• Forbedre balancekvalitet for at reducere 1× excitation
• Præcisionsjustering for at reducere 2× excitation
• Løs mekaniske problemer, der reducerer tvangsamplituder
• Reducerer symptomer, men eliminerer ikke resonanspotentiale

Forebyggelse i design

Kriterier for fundamentdesign

• Fundamentets egenfrekvens > 2× maksimal driftsfrekvens (undgå resonans ovenfor)
• Eller < 0,5× minimum driftsfrekvens (isoleret fundament)
• Undgå området 0,5-2,0, hvor resonans sandsynligvis
• Inkluder dynamisk analyse i designfasen

Strukturelt design

• Design for tilstrækkelig stivhed i forhold til påvirkningsfrekvenser
• Undgå letbelastede strukturer, der er tilbøjelige til resonans
• Brug ribkanter og kiler til at øge frekvensen
• Overvej at tilføje iboende dæmpning (kompositmaterialer, samlinger med friktion)

Strukturel resonans kan omdanne mindre vibrationskilder til større problemer gennem forstærkningseffekter. Identifikation af strukturelle resonanser gennem slagprøvning og driftsmålinger, kombineret med passende afbødende strategier, er afgørende for at opnå acceptable vibrationsniveauer i installationer, hvor strukturel dynamik i væsentlig grad påvirker maskinens samlede vibrationsadfærd.

---

← Tilbage til hovedindekset