マウント共鳴の理解
マウント共鳴 は 共振 取付けシステム（防振アイソレータ、取付けレール、ブラケット、スキッド、またはサポート上に設置された機械全体のアセンブリ）が固有の共振周波数の一つで振動する状態。 固有振動数 搭載された回転機械からの励振に応答して発生します。この状態になると、機械全体が剛体としてマウント上でバウンス、ロック、またはロールし、その振幅は剛性基礎上での同一加振力によって生じる振幅よりはるかに大きくなります。これは防振アイソレータを装着した機械で最も一般的ですが、支持構造に十分な剛性がない場合は、従来のボルト固定設置においても同様に発生します。 剛性。いずれの場合も、これは防振設計における中心的な懸案事項であり、運用中に発見されるのではなく、設計段階で排除するか積極的に管理されるべきものです。
1. 定義：取付け共振とは何か？
取付け共振を理解するための鍵は、機械とその支持構造を独立した質量-バネ系として捉えることです。機械が質量であり、アイソレータまたは支持構造の柔軟性がバネに相当します。このようなシステムには固有周波数があり、運転速度またはその高調波のいずれかがこれと一致すると、 強制振動 が増幅されます。取付け共振がロータやシャフトの共振と異なる点は、機械全体がほぼ一体として動くことです。マウント上で測定された振動は、ロータ自体の振動を大きく上回ります。このシグネチャが、問題がロータではなく支持構造にあることを示す手がかりとなります。これは以下と密接に関連しています。 フレーム共振 そして 構造共振、機械フレームや周辺構造に生じる同様の増幅現象を表します。
2. 取付けシステムの固有振動数
アイソレータ上の剛体モード
防振アイソレータ上に設置された機械は、バネ上の剛体として振る舞い、空間内の剛体は6自由度を持つため、6つの剛体固有周波数を有します。
並進モード（3つ）
- 垂直バウンス： 上下運動であり、一般的な防振では通常最も低い周波数（約 5〜15 Hz）となります。
- 水平方向の並進（XおよびY）： 左右方向の動き。通常、垂直方向のバウンス周波数の約1.5〜2倍です。
回転モード（3つ）
- ロール： 縦軸まわりの回転。
- ピッチ： 横軸まわりの回転。
- ヨー： 垂直軸まわりの回転。
- 周波数: 通常10〜30 Hz。機械の寸法および重心位置によって異なります。
結合モード
- アイソレータが対称に配置されていない場合、または重心がアイソレータの中央に位置していない場合、振動モードは連成します。
- 並進と回転が同時に発生します。
- 結果として複雑な振動パターンが生じます。
- このような連成モードは、互いに独立したクリーンな非連成の場合に比べ、解析および修正がより困難です。
3. 取付共振が発生する場合
アイソレーションシステムの共振
最もよく見られるケースであり、かつ皮肉なことに、振動を低減するために設けられたアイソレータ自体から生じます：
- Design intent: アイソレータは、その固有周波数が運転速度の約1/3〜1/5となるように選定されており、機械はアイソレーション領域に十分に入るよう設計されています。
- 問題： 機械が設計速度以下で運転される場合、または起動時にアイソレータの固有周波数を通過する場合、加振力がその固有周波数と一致します。
- 症状： アイソレータの固有振動数に近い速度で激しい振動が発生する
- 継続時間： 特定の、通常は狭い速度帯域に限定されます。
レールまたはスキッドの共振
- 取付レールおよび機器スキッドは、固有の曲げモードを持っています。
- 典型的な周波数はスパンと剛性に応じて15〜50 Hzです。
- アセンブリ全体が撓んだレール上で揺動します。
- これはユニットとして出荷されるモジュール式のパッケージ機器によく見られます。
ブラケットまたはサポート共振
- ブラケットで支持された壁面取付または天井取付の機器は、特にこのリスクにさらされやすい状況にあります。
- ブラケットまたはサポートアームには、固有の固有振動数があります。
- 運転速度がその固有振動数と一致すると、機械の振動が増幅されます。
- 増幅された振動は、建物の構造体そのものへ伝達されることがあります。
4. 診断的同定
主要指標
- 増幅： マウントで測定された振動は、機械本体での振動をはるかに上回ります。これがこの状態の典型的な特徴です。
- ロッキングまたはバウンシング： 機械全体の目に見える動き。
- 速度感度： 狭い速度範囲内でのみ深刻です。
- 低周波数： アイソレートされたシステムでは、通常 5〜30 Hz です。
- 位相関係： バウンスモードではすべての取付点が同位相で動き、ロッキングモードでは逆位相で動きます。
診断手順
- 共振周波数を特定する のピークから 振動スペクトル.
- マウントにインパクト試験を実施する： 1つの バンプテスト 稼働中の機械とは独立して、マウントの固有振動数を特定します。
- 比較する： 運転時の共振周波数と測定されたマウントの固有振動数が一致する場合、取付共振が確認されます。
- 複数の位置で測定 確立するために 位相 取付けポイント間の関係。
- モード形状を評価する： 運動がバウンス、ロッキング、または連成モードであるかを判断します。
診断における重要な初期分岐点は、支持系の問題とロータの問題を切り分けることです。上記の特徴——マウントでの大きな振動、ロータでの小さな振動、そしてピークが速度に追従せず構造上の周波数に固定されている——は、問題がマウントにあることを強く示しています。また、取付共振を ソフトフットと混同しないよう注意が必要です。これは一つの支持点が平坦に設置されておらず、フレームを歪ませる状態であり、両者が共存してともに振動を増大させることがあります。
5. Solutions
アイソレーションシステム共振の場合
アイソレータの剛性を変更する
- より硬いアイソレータ 固有振動数を運転速度より高く設定する。
- より柔らかいアイソレータ 装置が大きな静的たわみに耐えられる場合は、固有振動数を起動範囲より低く設定する。
- 選択ルール： アイソレータの固有振動数は、最低運転速度の3分の1以下に設定する必要があります。
減衰を追加
- 内蔵 減衰 を備えたアイソレータを使用する——むき出しのスチールスプリングの代わりにエラストマーマウントを使用します。
- アイソレーターと並列に粘性ダンパーまたは摩擦ダンパーを追加してください。
- 周波数の一致を解消できない場合でも、減衰を加えることで共振ピークを低減できます。
アイソレータの設置の改善
- すべてのアイソレーターが適切に荷重を受けていることを確認してください。傾いたり、拘束されたり、荷重が掛かっていない状態がないようにしてください。
- アイソレーターが想定値ではなく、実際の機器重量に適合していることを確認してください。
- 固着したり劣化して設計剛性を失ったアイソレーターがないか確認してください。
- 連成モードを避けるため、重心に対して対称に配置されていることを確認してください。
構造マウント共振用
取付け構造を硬くする
- レールまたはスキッドに補強材を追加してください。
- ブラケット厚を増加させるか、ガセット(補強板)を追加してください。
- 支持されていない長さを短縮してください。
- 複数の取付けポイントを一緒に連結し、単一のシステムとして機能させてください。
取付け構成を変更する
- スパン長を短縮するために中間支持を追加してください。
- 取付ポイントを構造のより剛性の高い部分に移動してください。
- より堅牢な取付ハードウェアを使用してください。
これらの対策はすべて固有振動数をシフトさせることで効果を発揮するため、支持構造の 基礎の剛性 がその調整手段となります。 基礎固有周波数計算機 は、剛性変更によって振動数が実際に運転速度から十分離れたことを確認するのに役立ちます。
運用ソリューション
- 速度制限： 共振速度での継続的な運転を避けてください。
- 急加速： 起動時に共振を素早く通過させ、エネルギーの蓄積を最小限に抑えてください。
- 励振力を低減してください： improve バランス 共振周波数での加振力を低減するために。
6. アイソレーション設計と連結機器
振動絶縁設計
適切なアイソレーション設計は、運転速度をマウントの固有振動数から十分に離れた位置に保つことで、取付共振をあらかじめ防止します：
- 周波数比： アイソレータの固有周波数はfを満たす必要がありますアイソレータ < 0.3 × f最小動作.
- 伝達率: 共振時はちょうど 伝達率 10を超える場合、マウントは防振ではなく振動を増幅させてしまい、本来の目的とは逆効果になります。
- 動作範囲： 効果的な防振のために、すべての動作周波数はアイソレータ固有周波数の2〜3倍以上である必要があります。
- Startup: 起動時に共振を通過する際の短時間・高振幅の過渡現象は、その時間が短ければ許容範囲内です。
これらの目標値を満たすアイソレータの選定は標準的なサイジング作業です。 振動マウント選択計算機 マウントの剛性を機械の質量および回転速度に合わせて調整します。 機械振動絶縁計算機 結果として得られる防振効率を推定します。
連結機器
共通ベースプレート上に取り付けられたモーター駆動装置は、独自の複雑な問題を加えます：
- アセンブリ全体がマウント上に剛体モードを持ちます。
- モーターと被駆動機械は、共有ベースプレートを通じて振動を相互に伝達します。
- 共振はどちらの機械によっても励起される可能性があり、どちらがより大きな振動源であるかには関係しません。
- したがって、2つの独立した機械ではなく、1つの完全なシステムとして扱う必要があります。
7. 測定・解析ツール
モーダル解析
- モーダル解析 すべてのマウントシステムのモードを完全に特性化します。
- 各モードの周波数、減衰特性、および振形を特定します。
- そのデータは設計変更に直接活用されます。
- 実験的に実施することが可能です 衝撃試験 または有限要素解析によって予測することができます。
動作たわみ形状（ODS）
- ODS分析 機械が稼働中の実際の運動パターンを可視化します。
- マウント共振とロータ共振を明確に区別します。
- どのモードが活性化しているかを明らかにします — バウンス、ロッキング、または連成モードのいずれかです。
- 補強を加えることで最大の効果が得られる箇所を正確に示します。
現場では、通常のバランシング作業に使用する同じポータブル計器が、この作業の大部分を支援します。 バランセット-1A などの2チャンネル振動解析器は、マウントの複数箇所で振幅と位相を取得し、バンプテスト機能によりマウントの固有振動数を直接測定できます。これにより、エンジニアはマウント共振の疑いを確認し、対策として剛性の高いサポートが必要か、より精密なバランシングが必要かを判断し、修正後の効果を検証することができます。
マウント共振は、適切に保守・バランシングされた機械であっても深刻な振動を引き起こす可能性があります。これは問題がロータではなく支持構造側にあるためです。マウントシステム、とりわけ防振マウントの固有振動数を把握し、運転速度から十分に離すことは、あらゆる回転機械設備における振動制御の成功に不可欠です。
