干渉図の理解
定義: 干渉図とは何ですか?
アン 干渉図 は、 ローターダイナミクス 励起周波数がシステムの「干渉」（一致）する回転速度範囲を特定する 固有振動数, 、条件を作り出し 共振. 「干渉」という用語は、強制周波数（ アンバランス, 、ブレード通過、またはその他の発生源）と過度の振動を引き起こす可能性のある固有振動数 振動.
密接に関連しているが、 キャンベル図, 干渉図では、多くの場合、交差点 (干渉) と、操作中に回避または迅速に通過する必要がある関連する速度ゾーンを強調表示することに特に重点を置いています。.
キャンベル図との関係
実際には、「干渉図」と「キャンベル図」という用語は、似たような情報を示すため、しばしば同じ意味で使われます。しかし、微妙な違いが存在します。
キャンベル図の強調
- 固有振動数が速度に応じてどのように変化するかの全体像を示します
- 固有振動数曲線を速度の連続関数として表示します
- 主に包括的なローターダイナミック解析と設計に使用されます
干渉図の強調
- 特定の問題領域、つまり交差点に注目する
- 危険速度付近に影付きの「禁止区域」が含まれることが多い
- より運用上の焦点を当て、回避すべき速度範囲を強調
- 不平衡だけでなく複数の励起源が含まれる可能性がある
干渉図の作成
干渉図はキャンベル図と同様に作成されますが、操作コンテキストが追加されます。
基本要素
- 水平軸: 回転速度（RPMまたはHz）
- 縦軸: 励起または固有周波数（HzまたはCPM）
- 固有振動数線: システムの固有振動数が速度に応じてどのように変化するかを示す
- 励起注文ライン: 1X、2X、3X、その他の励起源の対角線
その他の特徴
- 交差点のハイライト: 危険速度は記号または注釈で明確に表示されている
- 速度制限区域: 各危険速度の周りの網掛けの帯は回避すべき範囲を示している
- 動作速度範囲: 明確に示されており、多くの場合、垂直の帯または強調表示された領域として示される
- ラピッドトラバースゾーン: 起動/シャットダウン時に素早く通過する速度範囲
- 複数の励起源: ブレード通過頻度、ギア噛み合い頻度、ベアリング欠陥頻度の線
干渉の種類
干渉図では、さまざまな種類の問題のある相互作用を特定できます。
1. 同期干渉（1X）
最も一般的なタイプで、1回転ごとに発生する不均衡力が固有振動数と一致する。これは古典的な 臨界速度 状態。
2. 高調波干渉（2倍、3倍など）
走行速度の高調波も共振を引き起こす可能性があります。一般的な発生源には以下のようなものがあります。
- 2倍: より ずれ, 、機械的な緩み、または非対称の剛性
- 3倍、4倍: ギアの歯の接触、マルチローブベアリング、または構造の非対称性から
3. ブレード/ベーンの通過干渉
ターボ機械では、ブレード通過周波数（ブレード数×回転数）が構造モードを励起する可能性があります。干渉図は、ブレード通過周波数線が固有振動数と交差する位置を示します。.
4. 同期干渉
オイルワール（通常 0.43X ～ 0.48X）などの現象は、特定して管理する必要があるサブ同期干渉を引き起こす可能性があります。.
5. ビート周波数干渉
結合されたシステムや複数の回転要素を持つシステムでは、わずかな速度の違いによるビート周波数が干渉を引き起こす可能性があります。.
機械設計における実用化
設計フェーズのアプリケーション
- クリティカルスピード回避: 動作速度範囲が干渉ゾーンと重ならないようにする
- 分離マージン検証: すべての危険速度の周囲で十分なマージン（通常±15%～±30%）があることを確認する
- 励起源管理: 干渉を避けられない場合は、励起源の振幅を減らします（バランスの改善、ずれの低減など）。
- 減衰要件: 強化された箇所を特定する 減衰 共振振動を制御するために必要である
修正とトラブルシューティング
既存の機械に振動の問題が発生した場合、干渉図が役立ちます。
- 問題が危険速度に近すぎる運転によるものかどうかを特定する
- 提案された変更を評価する（ベアリングの変更、追加質量、剛性の変更）
- 速度変更や可変速度操作の影響を予測する
- 問題が予期しない励起源によるものかどうかを判断する
速度制限区域の設定
干渉図の主な特徴は、禁止または制限された速度ゾーンを定義することです。
ゾーン幅の決定
各禁止区域の幅は、いくつかの要因によって決まります。
- システムダンピング: 減衰が低い場合は広いゾーンが必要となり、減衰が高い場合は狭いゾーンが可能となる
- 励起振幅: 強い励起源にはより広い回避ゾーンが必要である
- 運用上の結果: 重要な機器には、より保守的な（広い）ゾーンが必要になる場合があります
- 標準値: 減衰の良好なシステムでは±15%、減衰の不十分なシステムでは±20～30%
操作手順
干渉図に基づいて、操作手順が確立されます。
- 連続運転可能: 干渉のない速度範囲
- 高速移動が必要: 起動/シャットダウン時に素早く通過しなければならない禁止区域
- 絶対に禁止： 動作が決して許可されない厳しい共振ゾーン
例: タービン干渉図
次の特性を持つ蒸気タービンを考えてみましょう。
- 動作速度: 3000 回転/分 (50 Hz)
- 最初の臨界速度: 2400 回転/分 (40 Hz)
- 2番目の臨界速度: 4200 回転/分 (70 Hz)
- ブレードの数: 60
- 3000 RPMでのブレード通過周波数: 60 × 50 Hz = 3000 Hz
干渉図は次のことを示します。
- 1X ラインが最初の固有振動数を横切る: 2400 RPMでの危険速度 - 禁止領域: 2040-2760 RPM (±15%)
- 1X ラインが 2 番目の固有振動数を横切ります。 4200 RPMの危険速度 - 動作速度が十分低いため問題はありません
- 動作速度（3000 RPM）： 2つの危険速度の間で十分な分離マージンを確保して安全に走行
- ブレード通過頻度: 3000 Hzでは動作範囲内で構造モードに干渉しない
操作ガイダンス:
- 始動時に30秒以内に2040～2760 RPMの範囲で加速します。
- 2800～3200 RPMの連続運転が可能
- 2040～2760 RPMで連続運転しないでください。
高度な考慮事項
温度の影響
一部の干渉図には、温度変化に伴う固有振動数の変化を示す複数の曲線が含まれています（熱膨張は剛性と軸受特性に影響を与えます）。機械が温まると、危険速度が変化する可能性があります。.
負荷効果
プロセス負荷がベアリングの剛性やローターのたわみに大きく影響する機械の場合、干渉図にはさまざまな負荷条件の曲線のファミリーが表示されることがあります。.
結合システム
複数のローターが結合されている場合（モーターポンプ セット、タービン発電機セット）、干渉図では、追加の臨界速度を生み出す可能性のある結合されたねじりモードと横方向モードを考慮する必要があります。.
干渉図の作成
分析モデルから
- ローターベアリングシステムの有限要素モデルの開発
- 複数の速度での固有振動数を計算する
- 固有振動数曲線と速度の関係をプロットする
- 励磁順序ラインのオーバーレイ（1X、2X、ブレード通過など）
- 交差点をマークし、禁止区域を設定する
- 動作速度範囲と手順を注釈する
実験データから
- 振動モニタリングによる起動および惰力停止テストの実行
- 生成する 滝プロット または ボード線図
- 振幅のピークと位相シフトから危険な速度位置を特定する
- 観測された危険速度を示す干渉図を作成する
- 測定された振動レベルに基づいて経験的に禁止区域を確立する
運用と保守のメリット
干渉図は、機械のオペレーターや保守担当者にとって貴重なガイダンスを提供します。
- 明確な動作制限: 安全速度範囲と危険速度範囲の視覚的表示
- 起動/シャットダウン手順: 素早く横断するための速度を識別する
- 可変速運転: 可変速ドライブの許容速度範囲を定義します
- トラブルシューティングツール: 振動の問題が速度に関連しているかどうかを診断するのに役立ちます
- 変更計画: 実装前に提案された変更の影響を示します
- トレーニング補助具: 機械の動的挙動を理解するための教育ツール
重要な回転機械の場合、干渉図は、オペレータ、保守技術者、エンジニアリング スタッフが利用できる必要のある重要な文書であり、全員が機械の動的特性を理解し、安全な速度範囲内で操作できるようにします。.
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