A rezonancia megértése mechanikai rendszerekben
Rezonancia egy fizikai jelenség, amely akkor következik be, amikor egy rendszert periodikus erőhatás ér, amelynek frekvenciája megegyezik a sajátjának egyik frekvenciájával. sajátfrekvenciák. Amikor ez a frekvenciaegyezés megtörténik, a rendszer rendkívül nagy amplitúdókkal kezd rezegni: a bemeneti erő energiája nagy hatékonysággal kerül át a rendszerbe, így a rezgés ciklusról ciklusra drámaian felhalmozódik. Az egyetlen tényező, amely végső soron korlátozza az amplitúdót a rezonanciánál, a rendszer csillapítás. A rezonancia megértése és elkerülése a rotor dinamika és a gépdiagnosztika egyik központi feladata, mivel kevés olyan állapot van, amely ilyen gyorsan tönkreteheti a berendezést.
1. Meghatározás: Mi az a rezonancia?
A rezonancia a legjobban úgy értelmezhető, mint a következők kérdése időzítés, nem pedig erővel. A szerkezet saját ritmusával összhangban alkalmazott szerény gerjesztés sokkal nagyobb választ fog kiváltani, mint egy sokkal erősebb, a ritmuson kívül alkalmazott erő. Minden jól időzített bemenet egy kicsivel több energiát ad hozzá, mint amennyit a csillapítás az adott ciklus alatt el tud távolítani, így az amplitúdó addig növekszik, amíg a csillapítás által ciklusonként elvezetett energia végül kiegyenlíti a leadott energiát. Egy enyhén csillapított rendszerben ez az egyensúlyi pont csak nagyon nagy amplitúdó esetén érhető el - ezért veszélyes a rezonancia. Az a frekvencia, amelyen ez bekövetkezik, a saját frekvencia, amelyet teljes mértékben a rendszer tömege és a rezgésszám határoz meg. merevség.
2. A természetes frekvencia és a rezonancia közötti kapcsolat
A rezonancia megértéséhez először meg kell érteni a természetes frekvenciát. Minden fizikai tárgynak van egy sor természetes frekvenciája, amelyeken rezegni fog, ha megzavarják. Ezeket a tömege és merevsége határozza meg. A rezonancia az, ami akkor történik, amikor folyamatosan „nyomjuk” a tárgyat pontosan ugyanolyan sebességgel, mint amilyen ütemben a természetes frekvenciáinak egyikével rezegtetjük.
A klasszikus hasonlat a gyermek hintán való tologatása:
- A hintának - a gyermekekkel a fedélzeten - van egy sajátos sajátfrekvenciája, amelyet a kötél hossza (merevsége) és a gyermek tömege határoz meg.
- Egyetlen lökés hatására az adott saját frekvencián rezeg, majd a csillapítás - a levegő ellenállása és a súrlódás - miatt lassan elhalkul.
- Ha minden egyes lökést a lengés természetes frekvenciájához igazítasz, minden lökés energiát ad, és a lengés egyre magasabbra és magasabbra megy. Ez a rezonancia.
- Ha nem a megfelelő ütemben nyomod - túl gyorsan vagy túl lassan -, a lökéseid nem lesznek szinkronban a mozgással, és nem tud nagy amplitúdó kialakulni.
Ugyanez a tömeg-merevség összefüggés érvényes a gépalkatrészekre is. Ezt kvantitatív módon vizsgálhatja a Természetes frekvencia számológép egyszerű tömeg-rugó rendszer esetén, vagy forgó tengelyek esetén, ahol a sajátfrekvencia egybeesik a futási sebességgel, a Rotor kritikus sebesség számológép.
3. Miért jelent problémát a rezonancia a gépekben?
A forgó gépeknél a rezonancia rendkívül romboló és veszélyes állapot. A “lökést” a gép normál működése során keletkező bármely periodikus erő szolgáltatja. kiegyensúlyozatlanság, eltérés, vagy blade-pass erők közöttük. Ha ezen erők valamelyikének frekvenciája megegyezik a rotor, az alapozás, a tartószerkezet vagy a csatlakozó csővezetékek sajátfrekvenciájával, a következmények súlyosak lehetnek:
- Szélsőséges rezgésszintek: az amplitúdók tíz-, ötven- vagy akár százszorosára is felerősödhetnek, attól függően, hogy milyen kevés a csillapítás.
- Nagy dinamikus igénybevétel: a nagy alakváltozások óriási ciklikus terhelést jelentenek az alkatrészekre, ami a gyors fáradtság.
- Katasztrofális meghibásodás: a rezonancia előállíthatja repedt tengelyek, meghibásodott csapágyak, eltört hegesztési varratok és teljes szerkezeti meghibásodás rendkívül rövid idő alatt.
- Túlzott zaj: a magas rezgés hangos, gyakran hangos zajként sugárzik.
Egy különleges és különösen fontos eset a kritikus sebesség - egy olyan rotorfordulatszám, amelynél a futási sebességű (1×) gerjesztés egybeesik a rotor sajátfrekvenciájával. A gépeket szándékosan úgy tervezik, hogy a kritikus fordulatszámuktól távolodjanak, és a felfutás és a leállási idő alatt gyorsan áthaladjanak rajta.
4. A rezonancia tünetei és azonosítása
A rezonanciának van egy különálló tünetegyüttese, amely segíti a diagnózist és megkülönbözteti az egyszerű kényszerrezgés probléma, mint a sima egyensúlytalanság:
- Erősen irányított rezgés: a rezgés jellemzően sokkal nagyobb egy irányban - gyakran vízszintes irányban -, mint más irányokban, mivel a szerkezet merevsége irányonként eltérő.
- Éles rezgéscsúcs a sebesség függvényében: a rezgés csak egy szűk sebességsávban nagy; ahogy a gép felgyorsul vagy lelassul ezen a ponton túl, az amplitúdó drámaian lecsökken.
- 180 fokos fáziseltolódás: ahogy a sebesség a rezonanciafrekvencián keresztül söpör, a fázis a rezgés 180 fokkal eltolódik. Ez a fázisfordulat a rezonancia végleges megerősítése.
- Nehéz egyensúlyt teremteni: a rezonancián működő rotor kiegyensúlyozásának kísérlete gyakran hatástalan, vagy csak ront a helyzeten - a szükséges korrekciós súlyok szokatlanul nagyok vagy kicsik, és a rezgés egyszerűen más helyre vándorolhat.
A rezonanciát kísérletileg két egymást kiegészítő módon igazolják. A ütésvizsgálat gerjeszti az álló szerkezetet, hogy közvetlenül feltárja annak sajátfrekvenciáit. Alternatív megoldásként egy run-up vagy coast-down teszt rögzíti az amplitúdót és a fázist, ahogy a gép végigsöpör a feltételezett rezonancián, az árulkodó amplitúdócsúcsot és a 180 fokos fáziseltolódást egy diagramon ábrázolva. Bode-diagram.
5. Hogyan oldjunk meg egy rezonanciaproblémát
Mivel a rezonancia alapvetően egy frekvencia-illesztési probléma, minden megoldás a “toló” vagy a “toló” frekvenciájának megváltoztatására - vagy az energia gyorsabb elvezetésére - vezethető vissza:
- Változtassa meg a kényszerítő frekvenciát. Ez általában a gép működési sebességének megváltoztatását jelenti. Ez a legegyszerűbb megoldás, ha a folyamat lehetővé teszi, és a változtatható fordulatszámú meghajtásoknál ki lehet programozni egy tiltott fordulatszámsávot.
- Módosítsa a sajátfrekvenciát. Ez a leggyakoribb megoldás.
- A címre. növekedés a sajátfrekvencia, növelje a merevséget a rezonáns alkatrész - például egy merevítő vagy egy gyűrőelem hozzáadásával.
- A címre. csökkenés a sajátfrekvencia, vagy csökkentse a merevséget vagy tömeg hozzáadása a komponenshez.
- Adjon hozzá csillapítást. Ahol egyik frekvencia sem mozdítható el, ott a csillapítás - viszkoelasztikus kezelések vagy speciális csillapítók - hozzáadása a rezonanciacsúcs magasságát elfogadható szintre csökkenti. A hozzáadott csillapítás előnye számszerűsíthető egy Csökkenési arány számológép.
Érdemes megjegyezni, hogy a rezonancia, amely magában foglalja a támogatási rendszert - szerkezeti rezonancia vagy gyenge alapzat merevsége - gyakori bűnös, és ugyanígy kezelik: merevítéssel, tömeg hozzáadásával vagy csillapítással.
6. Rezonancia és mezőkiegyenlítés
A rezonancia és az egyensúlyozás közötti kapcsolat olyan gyakorlati csapda, amelyet érdemes elkerülni. Mivel egy rezonancia közelében működő rotor félrevezető, instabil amplitúdó- és fázisméréseket ad, először meg kell győződnie arról, hogy a gép nem rezonancián működik, mielőtt megpróbálná kiegyensúlyozni. A terepen ez könnyen megoldható egy hordozható kétcsatornás analizátorral, mint például a Balanset-1A: a felfutási és leállási mérés rögzíti az amplitúdót és a fázist a teljes sebességtartományban, feltárva minden rezonáns csúcsot és 180 fokos fáziseltolódást, míg a lézeres tachométer a fázisreferenciát biztosítja. Ha a gép a rezonanciától való kényelmes távolodást igazolja, ugyanez a műszer kiszámítja a korrekciós súlyokat, és ellenőrzi az eredményt a megfelelő kiegyensúlyozás tolerancia - míg a rezonancián történő korrekciós kísérlet csak a tünetet kergetné.
