Механикалық Жүйелердегі Резонансты Түсіну
Resonance — жүйе өзінің біреуіне сәйкес келетін жиілігі бар периодты күшке ұшыраса пайда болатын физикалық құбылыс табиғи жиіліктерін. Сол жиілік сәйкестігі болғанда, жүйе өте үлкен амплитудалармен тербелетін болады: кірісінің күшінен энергия жүйеге өте тиімді ауырап өтеді, сондықтан vibration циклдан-циклға қоры мен өседі. Резонансындағы амплитудасын соңында ғана шектейтін бірегей фактор — жүйенің damping. Резонансты түсіну және оның жолын шалу — ротор динамикасы және жабдықтарын диагностикалау сырттай міндеттердің бірі, себебі қайта-қайта жағдайлар жабдықты ақпараты сияқты жылдам бұзуы мүмкін.
1. Анықтама: Резонанс дегеніміз не?
Резонанс неге timingретінде түсінік болу жақсы, құғын емес. Ұлғайтылған күш жүйесінің ритміне сәйкес қойылса, қимасыны әйгілі күштен әлі де үлкен жауапты шығарады. Әрбір дұрыс уақыт кірісі циклда сығынудың жоюы мүмкін болғанынан аз әйгілі энергия қосады, сондықтан амплитуда циклда сығындыдың сояындыдының циклда берілген энергиялай балансталғанша өседі. Сығын аз жүйесінде осы балансталу нүктесі өте үлкен амплитудада қана жетеді — резонанс қауіпті сондықтан. Сонда болатын жиілік — табиғи жиілік, ол бәрінен де жүйенің массасы және stiffness.
2. Табиғи Жиілік пен Резонанс Арасындағы Байланыс
Резонансты түсіну үшін алдымен табиғи жиілікті түсіну керек. Әрбір физикалық объект бұзылса еркін тербелінетін табиғи жиіліктердің жиынтығына ие, оны оның массасы және қатайлығы анықтайды. Резонанс ұпайсыз осы табиғи жиіліктердің бірінің дәл арқасында объектіге үздіксіз “итеу” жасағанда орын алады.
Классикалық аналогия балалы качалықты итеу:
- Балалы качалық пе, арнайы табиғи жиілікке ие болады, оны қайыс ұзындығы (оның қатайлығы) және баланың массасы анықтайды.
- Бір рет итеу оны сол табиғи жиіліктемесінде тербелетеді және сорғылану — ауа қарсылығы және süртілеу салдарынан баяу ыдырайды.
- Әрбір итеуді качалықтың табиғи жиілігіне сәйкес ретке келтірсеңіз, әрбір итеу энергия қосады және качалық барлық да биіктігіне көтеріледі. Бұл резонанс.
- Ешқашан жоғарыда немесе төмен итуге болмайды — сіздің итулеріңіз қозғалысқа сәйкес келмейді және ешқандай үлкен амплитуда құрыла алмайды.
Бір-бірлік массасы мен қатайлық қатынасы машиналық компоненттер басқарады. Оны сандық түрде ұтынбастыр болмасын Табиғи жиілік калькуляторы қарапайым массалық пружинасы үшін, немесе табиғи жиілік жүгіру жылдамдығына сәйкес келетін айналмалы валтарында Ротор сыни жылдамдығы калькуляторы.
3. Неге резонанс машиналаудың мәселесі?
Айналмалы машиналарда резонанс өте қирау және қауіпті жағдай болып табылады. “Итеу” машина қалыпты жұмысында туатын кез-келген периодты күшінің арқасынан беріледі — unbalance, misalignment, or blade-pass олардың арасындағы күштер. Егер осы күштердің бірінің жиілігі ротордың, іргесінің, қоршау құрылымының немесе қосалқы құбырының табиғи жиіліктеріне сәйкес келсе, салдары өте ауыр болуы мүмкін:
- Шеткі вибрация деңгейлері: амплитудалар онға, елуге немесе тіпті жүз есеге ұлғайтылуы мүмкін, қанша сорғылану болғанына байланысты.
- Жоғары динамикалық стресс: үлкен ығысулар компоненттерге төбелік циклдік стресс салады, жылдам fatigue.
- Апаттық сәтсіздік: резонанс туындатуы мүмкін cracked shafts, сломанные подшипники, разрушенные сварные соединения және толық құрылымдық сәтсіздік өте қысқа уақыт ішінде.
- Артық шу: жоғары вибрация құрлық, көп жағдайда негіз түні шу ретінде таралады.
Өте маңызды арнайы жағдай бар — critical speed — ротордың ағымдағы жылдамдығындағы айналу жылдамдығы (1×) возбуждение роторының табиғи жиілігімен сәйкес келген роторы жылдамдығы. Машиналар өзінің критикалық жылдамдықтарының шығыңыз ойлап-өйтіп жасалып, оларды іске қосу кезінде және айналудың бүтіндігінде тез өткіп кетуі керек.
4. Резонанстың симптомдары және анықталуы
Резонанстың диагностиканың көмегімен және қарапайым forced-vibration ағырлық ауырлығы сияқты маселелердің ішінен айырмалаушы белгі мен көптеген симптомдары бар:
- Өте бағытталған вибрация: вибрация типикалық түрде бір бағытта — көп жағдайда горизонталь — басқаларға қарағанда әлдеқайда жоғары, себебі конструкциялық қатаңдық бағыт бойынша ерекшеленеді.
- Вибрацияның жылдамдықтан өткен өткір шың: вибрация тек тар жылдамдық диапазонына байланысты жоғары болады; машина сол нүктеден өтіп жылдамдандырса немесе баяулатса, амплитуда драматикалық түрде төмендейді.
- 180 градустық фаза ығысуы: жылдамдық резонанстың жиілігі арқылы өткен кезде, вибрацияның phase фазасы 180 градусқа ығысады. Бұл фаза қайта сәттілігі резонанстың анықтамасы болып табылады.
- Теңдеуге қиындық: резонанста орын алатын роторды теңдеу ықтимал емес немесе жағдайды нашарламай алады — қажетті түзету салмақтары сәтсіз ірі немесе аз шығады, және вибрация қарапайым түрде басқа жайға ауыса алады.
Резонанс сынамалық түрде екі өзара сүйінші төлік таразысында расталады. Бір соғыс (соқпысы) сынама неғұрлым, тұрақ конструкцияны өндіп ол табиғи жиілігін тікелей ашқанда. Басқаша айтқанда, бір run-up or coast-down test амплитуда және фазаны машина ымдалған резонанс арқылы өткен кезде жүргіздіреді, ең айтпалы амплитуда шыңы және 180 градустық фаза ығысуы Bode plot.
5. Резонанс проблемасын қалай шешу керек
Резонанс негіздемесінде жиілік сәйкестік мәселесі болғандықтан, әрбір шешім “итергіш” немесе “түсердіш” жиілігін өзгерту немесе энергияны тезірек ассимиляция ету арқылы жүзеге асады:
- Иілік жиілігін өзгертіңіз. Әдетте, бұл машинаның жұмыс жылдамдығын өзгерту дегенді білдіреді. Бұл процесс рұқсат берген жағдайда ең қарапайым жою, ал айнымалы жылдамдықты басқарудағы тыйым салынған жылдамдық диапазонын бағдарламалау мүмкін.
- Табиғи жиілігін өзгертіңіз. Бұл ең түгел шешімі.
- To increase табиғи жиілік, қатаңдығын көбейту резонанстық компонентінің — мысалы, түйеуіш немесе іш бөлік қосу арқылы.
- To decrease табиғи жиілік, екеуінің де қатаңдығын төмендету or add mass компоненткеге.
- Add damping. Ешбір жиілік қозғалтылмаған жағдайда, сығу қосу — вискоэластік өндеулер немесе мамандандырылған сығғыштар — резонанстық шымылдықтың биіктігін қабылдай алатын деңгейге дейін төмендетеді. Қосылған сығудың пайдасы Сығу коэффициентіні есептеу құралы.
Тірек жүйесін қамтитын резонанс — құрылымдық резонанс or weak іс жүргіліктің қатаңдығы — жиі кездесетін және ошалығы күшейту, массаны қосу немесе құлақтарын сығу арқылы шешіледі.
6. Резонанс және өндіктегі балансирлау
Резонанс пен балансирлау арасындағы байланыс өндіде құсамағы керек практикалық ауыртпалық. Резонансқа жақын жұмыс істейтін ротор бәле деректі және орақтасы ампилитуда-фаза оқылымдарын беретіндіктен, балансирламасын бастау бұрын машина резонансқа жұмыс істемейтінін алдын ала орнатуға тиіссіз. Өндіде портативті екі арналық талдағышпен мысалы Балансет-1А: оның жүргіздіңіз және тежелудің өлшемі ойысы амплитуда мен фазасын сызықтағы барлық диапазонында түсіндіреді, кез-келген резонанстық шокын және 180 градусты фазалық ауысуын анықтап, лазерлік тахометрі фаза сілтемесін ұсынады. Машина резонанстың ішінде ыңғайлы түрде жүргендігі растағаннан кейін, сол ғана құрал түзетудің салмағын есептейді және нәтижесін тиісті қарсы салуға тексеретін теңгеру төзімділік — резонансада түзету ұйындарын іздеуге ғана әкелуі мүмкін.
