Razumijevanje rezonancije okvira

Devices

Portable balancer & Vibration analyzer Balanset-1A

$2,358.31

Parts

Vibration sensor

$107.47

Parts

Optical Sensor (Laser Tachometer)

$148.07

Devices

Balanset-4

$8,123.32

Parts

Magnetic Stand Insize-60-kgf

$54.93

Parts

Reflective tape

$11.94

Devices

Dynamic balancer “Balanset-1A” OEM

$2,071.73

Definicija: Što je rezonanca okvira?

Rezonancija okvira je specifična vrsta strukturna rezonancija gdje vlastiti konstrukcijski okvir, kućište, oplata ili zaštitna ploča stroja vibrira na jednom od svojih prirodne frekvencije kao odgovor na pobuđivanje iz rotirajućih komponenti. Za razliku od rezonancija temelja ili postolja koje uključuju potpornu strukturu, rezonancija okvira uključuje samo tijelo stroja - konstrukciju od lijevanog željeza ili čelične konstrukcije koja zatvara rotirajuće elemente.

Rezonancija okvira uobičajena je kod strojeva s velikim, relativno laganim kućištima kao što su ventilatori, puhala, pumpe i motori. Obično se manifestira kao prekomjerna buka, vidljive vibracije poklopaca ili panela i visoki vibracija očitanja na okviru koja su nesrazmjerna stvarnim vibracijama rotora.

Uobičajene situacije rezonancije okvira

Okviri motora i generatora

• Prirodne frekvencije: Tipično 50-400 Hz, ovisno o veličini i konstrukciji
• Uzbuđenje: 1× (neravnoteža), 2× mrežna frekvencija (120 Hz za motore od 60 Hz), elektromagnetske sile
• Simptomi: Vibracije okvira mnogo veće od vibracija ležaja; čujno zujanje ili brujanje
• Ozbiljnost: Može biti 5-10× veća vibracija na okviru nego na ležajevima

Kućišta ventilatora i puhala

• Prirodne frekvencije: 20-200 Hz za tipične industrijske ventilatore
• Uzbuđenje: Frekvencija prolaska lopatice (broj lopatica × okretaji u minuti)
• Simptomi: Kućišne ploče snažno vibriraju; glasna aerodinamička buka
• Karakteristika: Može se pojaviti samo pri određenim brzinama ili uvjetima protoka

Kućišta pumpi

• Prirodne frekvencije: 30-300 Hz ovisno o dizajnu kućišta
• Uzbuđenje: Frekvencija prolaska lopatica, hidraulične pulsacije
• Simptomi: Vibracije kućišta, buka, mogućnost pukotina uzrokovanih zamorom materijala
• Hidraulična spojka: Kućište ispunjeno tekućinom može spojiti vibracije rotora i kućišta

Kućišta mjenjača

• Frekvencija pobude zupčastog zahvata
• Prirodne frekvencije okvira često se preklapaju s frekvencijama mreže
• Karakteristično glasno zujanje zupčanika pri rezonanciji

Potpis i detekcija vibracija

Karakteristični simptomi

• Ovisno o lokaciji: Vibracije se dramatično razlikuju po površini okvira (uobičajene razlike 10 puta)
• Ležaj u odnosu na okvir: Vibracije okvira >> vibracije ležaja (mogu biti 3-10×)
• Specifična frekvencija: Samo na rezonantnoj frekvenciji; ostale frekvencije su normalne
• Osjetljivo na brzinu: Teško u uskom rasponu brzina (±10-20% rezonantne brzine)
• Vizualno kretanje: Kretanje kadra često je vidljivo golim okom

Dijagnostički testovi

Ispitivanje udarom (bump)

• Udarite okvir gumenim čekićem ili instrumentalnim čekićem
• Izmjerite odgovor pomoću akcelerometar
• Identificirajte prirodne frekvencije okvira iz vrhova u frekvencijskom odzivu
• Usporedite s radnim frekvencijama (1×, 2×, prolaz lopatice itd.)

Istraživanje pokretnog akcelerometra

• Mjerite vibracije na više točaka preko okvira tijekom rada
• Izradite vibracijsku kartu koja prikazuje visoka i niska područja
• Uzorak otkriva oblik moda (savijanje, uvijanje, savijanje ploče)
• Identificira antinode (maksimalno kretanje) i čvorove (minimalno kretanje)

Mjerenje prijenosne funkcije

• Mjerenje koherencije između vibracija ležaja (ulaz) i vibracija okvira (izlaz)
• Visoka koherencija na određenoj frekvenciji potvrđuje rezonancu
• Prijenosna funkcija pokazuje faktor pojačanja

Rješenja i ublažavanje

Modifikacije ukrućenja

Dodajte strukturna rebra ili umetke

• Povećanje krutosti okvira na savijanje
• Podiže prirodne frekvencije iznad raspona pobude
• Relativno ekonomično i učinkovito
• Može se naknadno ugraditi u postojeću opremu

Povećanje debljine materijala

• Podebljajte okvirne zidove ili panele
• Značajno povećava krutost i frekvenciju
• Može zahtijevati modifikaciju dizajna i nove odljevke/izradu

Strukturne veze i učvršćivanja

• Spojite suprotne strane okvira kako biste spriječili savijanje
• Križno učvršćivanje povećava torzijsku krutost
• Može se dodati izvana bez unutarnjih modifikacija

Zbrajanje mase

• Niža prirodna frekvencija: Dodajte masu za smanjenje frekvencije ispod raspona pobude
• Strateško postavljanje: Dodajte masu na mjesta antinoda za maksimalan učinak
• Ugođena masa: Pažljivo izračunato dodavanje mase specifičnom načinu rada promjene brzine
• Kompromis: Povećana težina, možda nije poželjna za sve primjene

Tretmani prigušivanja

Prigušenje ograničenog sloja

• Viskoelastični materijal smješten između metalnih slojeva
• Primjenjuje se na velike ravne površine (panele, poklopce)
• Smanjuje amplitudu rezonantnog vrha za 50-80%
• Djelotvorno u rasponu od 20-500 Hz

Prigušenje slobodnog sloja

• Materijal za prigušivanje izravno vezan na vibrirajuću površinu
• Jednostavnije od ograničenog sloja, ali manje učinkovito
• Dobro za aplikacije s ograničenom pristupačnošću

Operativne promjene

• Promjena brzine: Radite brzinom pri kojoj se ne javlja rezonancija
• Smanjite prisilu: Poboljšajte ravnotežu i poravnanje kako biste smanjili amplitudu uzbuđenja
• Promjene procesa: Promijenite protok, tlak ili opterećenje kako biste promijenili frekvencije pobude

Prevencija u dizajnu

Principi dizajna

• Dovoljna krutost: Okvir za projektiranje s prirodnim frekvencijama > 2× najviša frekvencija pobude
• Masovna distribucija: Izbjegavajte koncentrirane mase koje stvaraju niskofrekventne modove
• Rebra i ojačanje: Uključite elemente ukrućenja od početka
• Modalna analiza: FEA tijekom projektiranja za predviđanje i optimizaciju prirodnih frekvencija

Verifikacija dizajna

• Testiranje prototipa s analizom utjecaja
• Mjerenje oblika otklona u radu na prvim jedinicama
• Izmijenite dizajn prije proizvodnje ako se pronađu rezonancije

Primjer slučaja

Situacija: Motor od 75 KS pokreće centrifugalni ventilator, prekomjerna buka i vibracije

• Simptomi: Vibracije okvira motora 12 mm/s; vibracije ležaja samo 2,5 mm/s
• Frekvencija: 120 Hz (2× mrežna frekvencija za motor od 60 Hz)
• Ispitivanje udara: Prirodna frekvencija otkrivenog kadra na 118 Hz
• Osnovni uzrok: Okvir rezonira na frekvenciji elektromagnetskog prisiljavanja
• Riješenje: Dodana su četiri kutna željezna umetka koji spajaju nožice motora s krajnjim zvonima
• Proizlaziti: Prirodna frekvencija okvira pomaknuta je na 165 Hz, vibracije su pale na 3,2 mm/s
• Cijena: $200 u materijalima u odnosu na $8.000 za zamjenu motora

Rezonancija okvira je čest, ali često pogrešno dijagnosticiran problem vibracija. Prepoznavanje karakterističnih simptoma (visoke vibracije okvira u odnosu na vibracije ležaja, specifične za frekvenciju, ovisne o lokaciji) i primjena odgovarajućih dijagnostičkih tehnika (ispitivanje udarom, ODS analiza) omogućuje ciljana rješenja koja mogu dramatično smanjiti vibracije uz umjerene troškove.

---

← Natrag na glavni indeks