ブレード共鳴を理解する
定義: Blade Resonance とは何ですか?
ブレード共鳴 は 共振 ファン、コンプレッサー、タービン、またはポンプの個々のブレードまたはベーンが、 固有振動数 空気力、機械振動、または電磁気効果による励起に反応して、ブレードは振動を増幅します。励起周波数がブレードの固有振動数と一致すると、ブレードは劇的に増幅された振動を起こし、高い交番応力が生じ、高サイクルの損傷につながる可能性があります。 倦怠感 ひび割れが発生し、最終的にはブレードが破損します。.
ブレード共振は、個々のブレードの振動が標準的なベアリングハウジングの振動測定では検出できない場合がある一方で、ブレード自体が破壊的な応力レベルにさらされるため、特に危険です。これはターボ機械における重要な設計上の考慮事項であり、産業用ファンでは動作条件が設計意図と異なる場合に発生する可能性があります。.
ブレードの固有振動数
基本モード
各ブレードには複数の振動モードがあります。
最初の曲げモード
- 単純な片持ち曲げ（ブレード先端の変位）
- 最も低い固有振動数
- 最も興奮しやすい
- 標準範囲: ブレードのサイズと剛性に応じて 100～2000 Hz
第2曲げモード
- 節点付きS字カーブ曲げ
- より高い周波数（通常は第1モードの3～5倍）
- あまり興奮しないが、可能性はある
ねじりモード
- 刃が軸を中心に回転する
- 周波数はブレードの形状と取り付け方法によって異なります
- 不安定な空気力によって励起される可能性がある
ブレードの固有振動数に影響を与える要因
- 刃の長さ: ブレードが長いほど周波数は低くなります
- 厚さ: 厚いブレードはより硬く、より高い周波数
- 材料： 剛性と密度は周波数に影響する
- 取り付け: 付着剛性は境界条件に影響を与える
- 遠心補強： 高速走行時には遠心力により見かけの剛性が増加する
励起源
空力励起
上流の擾乱
- 上流の支柱またはガイドベーンが後流を作り出す
- 擾乱数 × ローター速度 = 励起周波数
- ブレード周波数と一致する場合→共振
流れの乱流
- 不安定な流れがランダムな励起を生み出す
- 適切な周波数のエネルギーがあればブレードモードを励起できる
- 設計外運転でよく見られる
音響共鳴
- ダクト内の定在波
- 音圧脈動によるブレードの励起
- 音響モードと構造モードの結合
機械的励起
電磁励起（モーター駆動ファン）
- モーターからのライン周波数の2倍
- ポール通過頻度
- これらの周波数がブレードの固有振動数に近い場合 → 共振の可能性あり
症状と検出
振動特性
- 高周波成分: ブレードの固有振動数（多くの場合200～2000 Hz）
- 速度依存: 特定の動作速度でのみ表示されます
- 重症ではない可能性がある: ベアリング測定時（ブレードの振動が局所化）
- 方向: 特定の測定方向ではより強くなる可能性がある
音響インジケーター
- 共振周波数における高音のウィーン音または笛のような音
- 通常の動作とは異なる音色のノイズ
- 特定の速度または流れの条件でのみ存在する
- 中程度の振動でも騒音がひどくなることがある
物的証拠
- 目に見えるブレードの動き: 個々のブレードのばたつきや振動
- 疲労亀裂: ブレードの根元または応力点の亀裂
- フレッティング： 刃の取り付け部分の摩耗跡が動きを示している
- 壊れた刃： 共鳴を修正しない場合の最終結果
検出の課題
ブレード共振の検出が難しい理由
- ブレードの動きがベアリングハウジングに強く結合しない
- ベアリングの標準加速度計ではブレードの振動を検知できない可能性がある
- 個々のブレードに局所化
- 特殊な測定技術が必要になる場合があります
高度な検出方法
- ブレード先端タイミング: 各ブレード通路の非接触測定
- ひずみゲージ: 応力を測定するためにブレードに取り付けられます（テレメトリが必要）
- レーザー振動測定法: ブレードの動きの非接触光学測定
- 音響モニタリング: ブレード近くの筐体にマイクまたは加速度計を設置
ブレード共鳴の影響
高サイクル疲労
- ブレード根元における交番応力
- 数時間または数日で数百万サイクル
- 疲労亀裂が発生し伝播する
- 警告なしに突然のブレード故障につながる可能性がある
ブレード解放
- 疲労破壊によるブレードの完全な分離
- 質量損失による深刻な不均衡
- 飛散物による危険（刃の破片）
- 機器への広範囲な二次的損害
- 人員への安全リスク
予防と緩和
設計フェーズ
- キャンベル図分析: ブレード周波数と励起間の干渉を予測する
- 適切な分離: ブレードの固有振動数が励起源と一致しないことを確認する
- ブレードチューニング: ブレードの剛性を調整して固有振動数をシフトする
- ダンピング: 設計段階におけるダンピング機能（摩擦ダンパー、コーティング）
運用ソリューション
- 速度変更: 共振を避ける速度で運転する
- フロー制御: 動作点を調整して励起を減らす
- 禁止速度を回避する: 共振が確認された場合に回避する速度範囲を確立する
修正ソリューション
- ブレードの補強: ブレード間に素材、リブ、または紐を追加する
- ブレード数の変更: ブレード周波数と励起パターンの両方を変更します
- ダンピング処理: ブレードに制約層減衰を適用する
- 励起源を削除: 上流の流れの乱れを修正する
業界の事例
誘引通風機（発電所）
- 長い羽根を持つ大型ファン（直径10～20フィート）
- ブレードの固有振動数 50～200 Hz
- ブレード通過またはモーターの電磁周波数を一致させることができます
- 歴史的に壊滅的なブレード故障を引き起こしてきた
ガスタービン
- 高速コンプレッサーとタービンブレード
- ブレード周波数500～5000 Hz
- 設計時に高度な分析が必要
- 重要なアプリケーションにおけるブレード先端タイミング監視
HVACファン
- 通常、速度とストレスが低いため、それほど重要ではありません
- 共鳴は騒音問題を引き起こす可能性がある
- 通常は速度の変更やブレードの強化によって修正されます
ブレード共振は、構造力学と流体構造相互作用の両方の理解を必要とする特殊な振動現象です。潜在的に壊滅的な被害をもたらす可能性がありますが、適切な設計解析によって防止したり、運転制限によって回避したり、構造変更によって軽減したりすることで、ブレード付き機械の安全で信頼性の高い運転を確保できます。.
カテゴリー
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 