Razumijevanje strukturne rezonancije

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 strukturna rezonanca?

Strukturna rezonancija je stanje u kojem se vibracija frekvencija rotirajućih strojeva (kao što je 1× brzina rada, 2× od neusklađenost, ili frekvencija prolaska lopatice) odgovara prirodna frekvencija nerotirajuće potporne strukture - uključujući okvir stroja, temeljnu ploču, postolja, temelj ili čak obližnje strukture. Kada se dogodi ovo usklađivanje frekvencija, rezonancija pojačava strukturne vibracije do razina koje daleko premašuju ono što doživljavaju same rotirajuće komponente.

Strukturna rezonancija je posebno problematična jer može učiniti da dobro uravnotežen, pravilno poravnat stroj izgleda kao da ima ozbiljne probleme s vibracijama. Visoka vibracija je u strukturi, što ne mora nužno ukazivati na probleme s rotorom, ali strukturno kretanje može se vratiti i utjecati na ponašanje rotora te s vremenom uzrokovati stvarna mehanička oštećenja.

Kako nastaje strukturna rezonancija

Rezonantni mehanizam

1. Izvor uzbuđenja: Rotirajući strojevi generiraju periodične sile (od neravnoteža, neusklađenost itd.)
2. Prijenos sile: Te se sile prenose kroz ležajeve na potpornu konstrukciju
3. Podudaranje frekvencija: Ako je frekvencija pobude ≈ strukturna prirodna frekvencija
4. Akumulacija energije: Struktura apsorbira energiju tijekom više ciklusa
5. Pojačanje: Amplituda vibracija se povećava, ograničena samo strukturnim faktorima prigušivanje
6. Opaženi učinak: Struktura vibrira 5-50× većom amplitudom od one koju bi ulazna sila normalno proizvela

Tipični frekvencijski rasponi

• Načini rada temelja: Obično 5-30 Hz za tipične industrijske temelje
• Načini rada osnovne ploče: 20-100 Hz ovisno o veličini i konstrukciji
• Načini rada postolja: 30-200 Hz za tipične nosače ležajeva
• Načini rada okvira/poklopca: 50-500 Hz za limene ploče i poklopce

Uobičajeni rezonantni scenariji

1X Rezonancija brzine trčanja

• Primjer: Stroj radi na 1800 okretaja u minuti (30 Hz), prirodna frekvencija temelja na 28-32 Hz
• Simptom: Vrlo visoke vibracije unatoč dobroj ravnoteži
• Učinak: Čak i mala preostala neravnoteža stvara veliko strukturno kretanje
• Riješenje: Promijenite krutost temelja, dodajte prigušenje ili promijenite radnu brzinu

2X rezonancija (frekvencija neusklađenosti)

• Neusklađenost generira 2× frekvencijsko pobuđivanje
• Ako 2× odgovara strukturnom modu, dolazi do pojačanja
• Visoke vibracije mogu se pogrešno dijagnosticirati kao ozbiljna neusklađenost
• Poboljšanje poravnanja pomaže, ali ne uklanja rezonancu

Rezonancija frekvencije prolaska lopatice/krilca

• Ventilatori, pumpe, turbine generiraju frekvenciju prolaska lopatica (N × RPM, gdje je N = broj lopatica)
• Često u rasponu od 50-500 Hz
• Može pobuditi strukturne modove u ovom frekvencijskom rasponu
• Visokofrekventno zveckanje ili zujanje

Dijagnostička identifikacija

Simptomi strukturne rezonancije

• Nesrazmjerne vibracije: Vibracije strukture mnogo su veće od vibracija ležaja
• Uski raspon brzina: Visoka vibracija samo pri određenoj brzini (±5-10%)
• Smjerna ovisnost: Jak u jednom smjeru, minimalan u okomitom smjeru (oblik podudaranja moda)
• Ovisnost o lokaciji: Vibracije se uvelike razlikuju po površini strukture (antinode u odnosu na čvorove)
• Minimalni utjecaj ležaja: Ležajevi i rotor mogu pokazivati prihvatljive vibracije dok je konstrukcija teška

Dijagnostički testovi

1. Ispitivanje udarom (Bump Test)

• Udari strukturu čekićem, izmjeri odziv
• Identificira sve strukturne prirodne frekvencije
• Usporedite s radnim frekvencijama stroja
• Najdefinitivniji test za strukturnu rezonancu

2. Usporedba lokacija mjerenja

• Izmjerite vibracije na kućištu ležaja (blizu izvora)
• Mjerenje na podnožju postolja, temeljnoj ploči, temelju
• Ako su strukturne vibracije >> vibracije ležaja, to ukazuje na strukturnu rezonancu
• Prijenosnost > 2-3 ukazuje na rezonantno pojačanje

3. Oblik operativnog otklona (ODS)

• Mjerenje vibracija na više točaka na konstrukciji istovremeno
• Izradite animiranu vizualizaciju strukturnog kretanja
• Otkriva koji je strukturni način rada aktivan
• Identificira čvorove i antinode

Rješenja i ublažavanje

Razdvajanje frekvencija

Promjena radne brzine

• Ako je oprema opremljena promjenjivom brzinom, radite dalje od rezonancije
• Promijenite veličine remenica motora kako biste prilagodili brzinu
• Koristite VFD za odabir nerezonantne brzine
• Možda nije praktično ako je brzina određena zahtjevima procesa

Promijenite strukturnu prirodnu frekvenciju

• Dodajte masu: Snižava prirodnu frekvenciju (f ∝ 1/√m)
• Dodajte krutost: Povećava prirodnu frekvenciju (f ∝ √k)
• Uklonite materijal: U nekim slučajevima, smanjenje mase može pomaknuti rezonancu
• Strukturna modifikacija: Dodajte učvršćenja, umetke ili ojačanje

Dodavanje prigušenja

Prigušenje ograničenog sloja

• Viskoelastični prigušujući materijal vezan za strukturu
• Učinkovito za limene ploče i okvire
• Smanjuje amplitudu rezonantnog vrha
• Komercijalno dostupni tretmani prigušivanja

Podešeni maseni amortizeri

• Dodati sekundarni sustav mase i opruge podešen na problematičnu frekvenciju
• Apsorbira energiju, smanjuje vibracije glavne strukture
• Učinkovito, ali zahtijeva pažljiv dizajn i podešavanje

Materijali za strukturno prigušivanje

• Gumene podloge ili izolatori na strateškim mjestima
• Sredstva za prigušivanje nanesena na površine
• Prigušivači trenja na spojevima

Izolacija

• Ugradite izolatore vibracija između stroja i temelja
• Odvaja vibracije stroja od strukture
• Učinkovito ako je prirodna frekvencija izolatora < 0,5× frekvencija pobude
• Zahtijeva pažljiv dizajn kako bi se izbjeglo stvaranje novih problema s rezonancijom

Smanjite uzbuđenje

• Poboljšati kvaliteta ravnoteže za smanjenje 1× pobuđenja
• Precizno poravnanje za smanjenje 2× pobuđivanja
• Popravak mehaničkih problema smanjenjem amplitude sile
• Smanjuje simptome, ali ne uklanja rezonantni potencijal

Prevencija u dizajnu

Kriteriji za projektiranje temelja

• Prirodna frekvencija temelja > 2× maksimalna radna frekvencija (izbjegavajte rezonancu iznad)
• Ili < 0,5× minimalna radna frekvencija (izolirani temelj)
• Izbjegavajte raspon od 0,5 do 2,0 gdje je vjerojatna rezonancija
• Uključite dinamičku analizu u fazu projektiranja

Strukturni dizajn

• Dizajn za odgovarajuću krutost u odnosu na frekvencije prisile
• Izbjegavajte slabo opterećene strukture sklone rezonanciji
• Koristite rebra i umetke za povećanje učestalosti
• Razmotrite dodavanje inherentnog prigušenja (kompozitni materijali, spojevi s trenjem)

Strukturna rezonancija može transformirati manje izvore vibracija u veće probleme putem efekata pojačanja. Identificiranje strukturnih rezonancija putem ispitivanja udarom i operativnih mjerenja, u kombinaciji s odgovarajućim strategijama ublažavanja, ključno je za postizanje prihvatljivih razina vibracija u instalacijama gdje strukturna dinamika značajno utječe na ukupno ponašanje vibracija stroja.

---

← Natrag na glavni indeks