Interferenssikaavioiden ymmärtäminen
Määritelmä: Mikä on interferenssidiagrammi?
An interferenssikaavio on graafinen työkalu, jota käytetään roottorin dynamiikka tunnistaa pyörimisnopeusalueet, joilla viritystaajuudet "häiritsevät" järjestelmän taajuuksia (sopivat ne yhteen) luonnolliset taajuudet, luoden edellytykset resonanssi. Termi “interferenssi” viittaa pakottavan taajuuden (alkaen epätasapaino, terän ohitus tai muut lähteet) ja luonnollinen taajuus, joka voi aiheuttaa liiallista tärinä.
Vaikka se liittyy läheisesti Campbellin kaavio, Interferenssikaavio keskittyy usein erityisesti korostamaan leikkauspisteitä (häiriöitä) ja niihin liittyviä nopeusalueita, joita tulisi välttää tai joiden läpi tulisi ajaa nopeasti ajon aikana.
Suhde Campbell-kaavioihin
Käytännössä termejä “interferenssidiagrammi” ja “Campbell-diagrammi” käytetään usein keskenään, koska ne esittävät samankaltaista tietoa. Niiden välillä on kuitenkin hienovaraisia eroja:
Campbell-kaavion painotus
- Näyttää täydellisen kuvan siitä, miten luonnolliset taajuudet vaihtelevat nopeuden mukaan
- Näyttää luonnolliset taajuuskäyrät jatkuvina nopeuden funktioina
- Käytetään ensisijaisesti kattavaan roottorin dynamiikka-analyysiin ja suunnitteluun
Interferenssikaavion painotus
- Keskittää huomion tiettyihin ongelmakohtiin – leikkauspisteisiin
- Sisältää usein varjostettuja "kiellettyjä alueita" kriittisten nopeuksien ympärillä
- Painopiste enemmän toiminnassa, korostaen vältettävää nopeusaluetta
- Voi sisältää useita herätelähteitä pelkän epäsymmetrian lisäksi
Interferenssikaavion rakentaminen
Interferenssidiagrammi rakennetaan samalla tavalla kuin Campbell-diagrammi, mutta siinä on lisäkonteksti:
Peruselementit
- Vaaka-akseli: Pyörimisnopeus (RPM tai Hz)
- Pystyakseli: Heräte tai ominaistaajuus (Hz tai CPM)
- Luonnolliset taajuusviivat: Näyttää, miten järjestelmän ominaistaajuudet muuttuvat nopeuden mukana
- Herätejärjestysrivit: Diagonaaliviivat 1X-, 2X-, 3X- ja muille herätelähteille
Lisäominaisuudet
- Korostetut leikkauspisteet: Kriittiset nopeudet on merkitty selvästi symboleilla tai merkinnöillä
- Kielletyt nopeusalueet: Kriittisten nopeusalueiden ympärillä olevat varjostetut raidat osoittavat vältettävät nopeudet.
- Käyttönopeusalue: Selvästi merkitty, usein pystysuorana kaistana tai korostettuna alueena
- Nopeat kulkualueet: Nopeusalueet, joiden läpi mennään nopeasti käynnistyksen/sammutuksen aikana
- Useita herätelähteitä: Viivat terän ohitustaajuudelle, hammaspyöräkytkentöjen taajuudelle ja laakerivikojen taajuuksille
Häiriöiden tyypit
Interferenssidiagrammi voi tunnistaa erityyppisiä ongelmallisia vuorovaikutuksia:
1. Synkroninen häiriö (1X)
Yleisin tyyppi, jossa kerran kierrosta kohden esiintyvät epätasapainovoimat ovat samat kuin ominaistaajuus. Tämä on klassinen kriittinen nopeus kunto.
2. Harmoninen häiriö (2X, 3X jne.)
Myös juoksunopeuden korkeammat harmoniset aallot voivat herättää resonansseja. Yleisiä lähteitä ovat:
- 2 kertaa: Osoitteesta virheasento, mekaaninen löysyys tai epäsymmetrinen jäykkyys
- 3X, 4X: Hammaspyörien hampaiden kosketuksista, moninapaisista laakereista tai rakenteellisista epäsymmetrioista
3. Terän/siiven ohituksen häiriöt
Turbokoneissa lavan ohitustaajuus (lapojen lukumäärä × RPM) voi virittää rakenteellisia moodimoodeja. Interferenssikaavio näyttää, missä lavan ohitustaajuusviivat leikkaavat luonnollisia taajuuksia.
4. Subsynkroninen häiriö
Öljypyörteiden kaltaiset ilmiöt (tyypillisesti 0,43X–0,48X) voivat aiheuttaa aliaksonnisia häiriöitä, jotka on tunnistettava ja hallittava.
5. Iskutaajuuden häiriöt
Kytketyissä järjestelmissä tai useiden pyörivien elementtien järjestelmissä pienten nopeuserojen aiheuttamat iskutaajuudet voivat aiheuttaa häiriöitä.
Käytännön käyttö koneensuunnittelussa
Suunnitteluvaiheen sovellukset
- Kriittisen nopeuden välttäminen: Varmista, että käyttönopeusalue ei ole päällekkäinen häiriöalueiden kanssa
- Erotusmarginaalin tarkistus: Varmista riittävät marginaalit (tyypillisesti ±15% - ±30%) kaikkien kriittisten nopeuksien ympärillä
- Herätelähteen hallinta: Jos häiriötä ei voida välttää, pienennä herätelähteen amplitudia (paranna tasapainoa, vähennä linjausvirhettä jne.)
- Vaimennusvaatimukset: Tunnista parantuneet kohdat vaimennus tarvitaan resonanssivärähtelyn hallintaan
Muutokset ja vianmääritys
Kun olemassa olevissa koneissa esiintyy tärinäongelmia, interferenssikaaviot auttavat:
- Tunnista, johtuuko ongelma liian lähellä kriittistä nopeutta toimimisesta
- Arvioi ehdotettuja muutoksia (laakerimuutokset, lisämassa, jäykkyysmuutokset)
- Ennusta nopeusmuutosten tai muuttuvanopeuksisen toiminnan vaikutuksia
- Selvitä, johtuuko ongelma odottamattomasta herätelähteestä
Kiellettyjen nopeusalueiden perustaminen
Interferenssikaavioiden keskeinen ominaisuus on kiellettyjen tai rajoitettujen nopeusalueiden määrittäminen:
Vyöhykkeen leveyden määritys
Kunkin kielletyn alueen leveys riippuu useista tekijöistä:
- Järjestelmän vaimennus: Alhainen vaimennus vaatii leveämpiä vyöhykkeitä; korkea vaimennus mahdollistaa kapeammat vyöhykkeet
- Heräteamplitudi: Voimakkaat herätelähteet vaativat laajempia vältettävän vyöhykkeitä
- Toiminnalliset seuraukset: Kriittiset laitteet saattavat vaatia konservatiivisempia (leveämpiä) vyöhykkeitä
- Tyypilliset arvot: ±15% hyvin vaimennettuihin järjestelmiin, ±20-30% huonosti vaimennettuihin järjestelmiin
Käyttöohjeet
Interferenssikaavion perusteella toimintatavat vahvistetaan:
- Jatkuva käyttö sallittu: Nopeusalueet ilman häiriöitä
- Vaadittava nopea liikerata: Kielletyt alueet, joiden läpi on kuljettava nopeasti käynnistyksen/sammutuksen aikana
- Ehdottomasti kielletty: Voimakkaat resonanssialueet, joilla toimintaa ei koskaan sallita
Esimerkki: Turbiinin interferenssikaavio
Tarkastellaan höyryturbiinia, jolla on seuraavat ominaisuudet:
- Käyttönopeus: 3000 kierrosta minuutissa (50 Hz)
- Ensimmäinen kriittinen nopeus: 2400 kierrosta minuutissa (40 Hz)
- Toinen kriittinen nopeus: 4200 kierrosta minuutissa (70 Hz)
- Terien lukumäärä: 60
- Terän ohitustaajuus 3000 rpm:ssä: 60 × 50 Hz = 3000 Hz
Interferenssikaavio näyttää:
- 1X Viiva ylittää ensimmäisen luonnollisen taajuuden: Kriittinen nopeus 2400 RPM:ssä – Kielletty alue: 2040–2760 RPM (±15%)
- 1X Viiva ylittää toisen luonnollisen taajuuden: Kriittinen nopeus 4200 rpm:ssä – Ei huolenaihe, koska käyttönopeus on selvästi alle
- Käyttönopeus (3000 rpm): Turvallisesti kahden kriittisen nopeuden välillä hyvillä erottelumarginaaleilla
- Terän syöttötaajuus: 3000 Hz:n taajuudella ei häiriöitä toiminta-alueen rakenteellisissa mooditiloissa
Toimintaohjeet:
- Käynnistyksen aikana kiihdytä 2040–2760 rpm:n kierroslukualueelle alle 30 sekunnissa
- Jatkuva käyttö 2800–3200 rpm:n välillä on hyväksyttävää
- Älä yritä käyttää jatkuvasti kierrosluvulla 2040–2760 rpm
Lisähuomioita
Lämpötilan vaikutukset
Joissakin interferenssidiagrammeissa on useita käyriä, jotka osoittavat, miten ominaistaajuudet muuttuvat lämpötilan muutosten myötä (lämpökasvu vaikuttaa jäykkyyteen ja laakerin ominaisuuksiin). Kriittiset nopeudet voivat muuttua koneen lämmetessä.
Kuorman vaikutukset
Koneissa, joissa prosessikuorma vaikuttaa merkittävästi laakerin jäykkyyteen tai roottorin taipumaan, interferenssikaaviot voivat esittää käyrästöjä eri kuormitusolosuhteissa.
Kytketyt järjestelmät
Kun useita roottoreita on kytketty toisiinsa (moottori-pumppuyksiköt, turbiini-generaattoriyksiköt), interferenssidiagrammin on otettava huomioon kytkeytyneet vääntö- ja sivuttaismoodit, jotka voivat luoda lisää kriittisiä nopeuksia.
Interferenssikaavion luominen
Analyyttisistä malleista
- Kehitä roottori-laakerijärjestelmän äärellisten elementtien malli
- Laske luonnolliset taajuudet useilla nopeuksilla
- Piirrä luonnollisen taajuuden käyrät nopeuden funktiona
- Päällekkäiset herätejärjestysviivat (1X, 2X, terän ohitus jne.)
- Merkitse risteyskohdat ja määritä kielletyt alueet
- Merkitse käyttönopeusalue ja -menettelyt
Kokeellisesta datasta
- Suorita käynnistys- ja rullaustestejä tärinänvalvonnalla
- Luo vesiputouspiirrokset tai Bode-kuvaajat
- Tunnista kriittiset nopeusalueet amplitudihuippujen ja vaihesiirtojen perusteella
- Luo interferenssikaavio, joka merkitsee havaitut kriittiset nopeudet
- Määritä empiirisesti kielletyt alueet mitattujen värähtelytasojen perusteella
Edut toiminnalle ja kunnossapidolle
Häiriökaaviot tarjoavat arvokasta ohjausta koneenkäyttäjille ja huoltohenkilöstölle:
- Selkeät käyttörajoitukset: Turvallisten ja vaarallisten nopeusalueiden visuaalinen ilmaisin
- Käynnistys-/sammutusmenettelyt: Tunnistaa nopeudet, joilla on nopea liikkuminen
- Muuttuvanopeuksinen käyttö: Määrittelee hyväksyttävät nopeusalueet säädettävänopeuksisille käyttölaitteille
- Vianmääritystyökalu: Auttaa diagnosoimaan, liittyvätkö tärinäongelmat nopeuteen
- Muutossuunnittelu: Näyttää ehdotettujen muutosten vaikutuksen ennen niiden toteuttamista
- Koulutusapu: Koulutusväline koneen dynaamisen käyttäytymisen ymmärtämiseen
Kriittisten pyörivien koneiden osalta interferenssikaavio on olennainen asiakirja, jonka tulisi olla käyttäjien, huoltoteknikkojen ja teknisen henkilöstön saatavilla. Näin varmistetaan, että kaikki ymmärtävät koneen dynaamiset ominaisuudet ja käyttävät sitä turvallisilla nopeusalueilla.
EN 
AR 
AZ 
BG 
ZH 
HR 
CS 
DA 
NL 
ET 
FI 
FR 
DE 
KA 
EL 
HE 
HI 
HU 
ID 
IT 
JA 
KO 
LV 
LT 
MS 
NB 
FA 
PL 
PT_BR 
PT 
RO 
SR 
SK 
SL 
ES 
SV 
TH 
TR 
UR 
UK 
VI 