Vibracijos izoliacija: projektavimo metodas, tvirtinimo detalių pasirinkimas ir klaidos, kurios viską sugadina
Jūsų darbas – ne kišti gumą po mašina. Jūsų darbas – nutraukti mechaninį kelią tarp vibracijos šaltinio ir visko aplink jį. Štai inžinerinis šio proceso pagrindimas ir lauko duomenys, įrodantys, kad tai veikia.
Fizika: masė, spyruoklė ir kas iš tikrųjų izoliuoja
Kiekviena vibracijos izoliacijos sistema yra tas pats dalykas apačioje: masė, sėdinti ant spyruoklės. Mašina yra masė. Tvirtinimas yra spyruoklė. O tarp jų yra tam tikras slopinimas – medžiagos gebėjimas paversti vibracijos energiją šiluma.
Inžinieriai tai modeliuoja kaip masinė spyruoklė-amperis sistema su trimis parametrais: mase \(m\) (kg), standumu \(k\) (N/m) ir slopinimo koeficientu \(c\) (N·s/m). Iš šių trijų skaičių seka visa kita.
Natūralus dažnis: skaičius, kuris lemia viską
Svarbiausias parametras yra sistemos natūralus dažnis — dažnis, kuriuo jis svyruotų, jei paspaustumėte įrenginį žemyn ir jį atleistumėte. Mažesnis standumas arba didesnė masė suteikia mažesnį natūralų dažnį:
Šis skaičius yra viskas. Jis lemia, ar jūsų tvirtinimo elementai izoliuoja garsą, nieko nedaro, ar katastrofiškai pablogina situaciją. Visas projektavimo procesas yra skirtas tam, kad šis skaičius būtų teisingas, atsižvelgiant į mašinos veikimo dažnį.
Perdavimas: kiek praeina
Jėgos, perduodamos pagrindui, ir jėgos, kurią sukuria mašina, santykis vadinamas perduodamumas (\(T\)). Supaprastinta neslopinama forma:
Kur \(f_{exc}\) yra sužadinimo dažnis (mašinos veikimo greitis Hz), o \(f_n\) yra izoliatoriaus natūralusis dažnis. Kai \(T = 0,1\), tik 10% vibracijos jėgos pasiekia pagrindą – tai yra 90% izoliacija. Kai \(T = 1\), jūs perduodate viską. Kai \(T > 1\), tvirtinimo elementai yra stiprinantis vibracija.
Trys zonos – ir kodėl viena iš jų pablogina padėtį
Perdavimo lygtis sukuria tris skirtingas veikimo zonas. Jų supratimas skiria veiksmingą izoliaciją nuo tvirtinimo elementų, kurie pablogina problemą.
Stiprinimo zona
Rezonansas. Laikikliai sustiprina vibraciją, o ne ją sumažina. Tai pavojinga zona – jei jūsų laikikliai natūralų dažnį priartina prie bėgimo greičio, vibracija sustiprėja labiau nei be laikiklių. Daug blogiau.
Be lengvatų zona
Bėgimo greitis per artimas natūraliam dažniui. Tvirtinimai nepadeda – vibracija perduodama beveik nesumažėjanti arba visai nesumažėja. Išleidote pinigus gumoms veltui.
Izoliacijos zona
Tikroji izoliacija prasideda tik tada, kai sužadinimas viršija 1,41 karto natūralų dažnį. Praktiniam pramoniniam naudojimui siekite bent 3:1 arba 4:1 santykio. 4:1 santykis sumažina jėgą maždaug 93%.
Dažniausias izoliacijos gedimas, kurį matau, yra tvirtinimo elementai, kurie yra per standus. Kažkas po 1500 aps./min. siurbliu pakiša plonas gumines pagalvėles – jos nukrypsta 0,5 mm, todėl natūralus dažnis yra apie 22 Hz. Veikimo greitis yra 25 Hz. Santykis: 1,14:1. Jūs sėdite tiesiai stiprinimo zonoje. "Izoliuotas" siurblys vibruoja stipriau nei tiesiai prie grindų pritvirtintas. Sprendimas: minkštesni laikikliai su didesne nukrypimo jėga arba spyruokliniai izoliatoriai.
| Dažnių santykis (f_exc / f_n) | Perdavimas | Izoliacijos efektas |
|---|---|---|
| 1.0 | ∞ (rezonansas) | Amplifikacija – pavojinga |
| 1,41 (√2) | 1.0 | Kryžminimas – jokios naudos |
| 2.0 | 0.33 | 67% redukcija |
| 3.0 | 0.13 | 87% redukcija |
| 4.0 | 0.07 | 93% redukcija |
| 5.0 | 0.04 | 96% redukcija |
Projektavimo darbo eiga: tvirtinimo detalių dydžio nustatymas pagal statinę deformaciją
Praktinis būdas nustatyti vibracijos laikiklių dydį lauke statinė deformacija – kiek laikiklis susispaudžia veikiant įrenginio svoriui. Tai panaikina standumo lentelių ir spyruoklių standumo specifikacijų poreikį. Vienas skaičius – deformacijos milimetrai esant apkrovai – nurodo natūralų dažnį.
Arba atvirkščiai: \(\delta_{st} = \left(\frac{5}{f_n}\right)^2\) cm. Tai formulė, kurią naudosite dažniausiai.
Nustatykite sužadinimo dažnį
Raskite mažiausią darbinį apsukų skaičių (RPM). Konvertuokite: \(f_{exc} = \text{RPM} / 60\). Ventiliatorius, veikiantis 1500 aps./min., sukuria \(f_{exc} = 25\) Hz dažnį. Dyzelinis generatorius, veikiantis 750 aps./min., sukuria 12,5 Hz dažnį. Visada naudokite mažiausią mašinos veikimo greitį – būtent tada izoliacija yra silpniausia.
Pasirinkite tikslinį natūralų dažnį
Sužadinimo dažnį padalinkite iš 3–4. 4:1 santykis užtikrina 93% izoliaciją – tai standartinis pramoninis tikslas. 25 Hz ventiliatoriui: \(f_n = 25/4 = 6,25\) Hz. 12,5 Hz generatoriui: \(f_n = 12,5/4 \apytiksliai 3,1\) Hz.
Apskaičiuokite reikiamą statinę deformaciją
Ventiliatoriui, kurio dažnis yra \(f_n = 6,25\) Hz: \(\delta_{st} = (5/6,25)^2 = 0,64\) cm = 6,4 mm. Pasirinkite tvirtinimo elementus, kurie dėl mašinos svorio išlinksta 6–7 mm. Generatoriui, kai dažnis \(f_n = 3,1\) Hz: \(\delta_{st} = (5/3,1)^2 = 2,6\) cm = 26 mm. Tai spyruoklinių izoliatorių sritis – joks guminis laikiklis neišlinksta 26 mm.
Paskirstykite apkrovą tarp tvirtinimo taškų
Nustatykite bendrą svorį ir svorio centrą (CG). Jei CG yra centre, apkrova pasiskirsto tolygiai tarp tvirtinimo elementų. Jei variklis arba pavarų dėžė pasislenka CG į vieną pusę, tvirtinimo elementų apkrovos skiriasi. Projektavimo tikslas yra vienodas nukrypimas kiekviename tvirtinime — kuris išlaiko mašiną horizontalioje padėtyje ir išsaugo veleno sulygiavimą. Tai gali reikšti skirtingą standumą skirtinguose kampuose.
Pasirinkite tvirtinimo tipą
Dabar suderinkite deformacijos reikalavimą su tvirtinimo technologija. Išsamesnį palyginimą rasite kitame skyriuje. Trumpoji versija: guma mažoms deformacijoms (didelio greičio įranga), spyruoklės didelėms deformacijoms (mažo greičio įranga), pneumatinės spyruoklės itin žemo dažnio įrangai (tikslioji įranga).
Izoliuokite visas standžias jungtis
Ant vamzdžių, ortakių ir kabelių lovelių sumontuokite lanksčias jungtis. Būtent šiame etape dauguma izoliacijos projektų nepavyksta – žr. toliau pateiktą skyrių apie vibracijos tiltelius.
Patikrinkite vibracijos matavimu
Pamatų vibracijos matavimas prieš ir po įrengimo. Balanset-1A Vibracijos matuoklio režimu tiesiogiai nuskaito mm/s – uždėkite jutiklį ant atraminės konstrukcijos ir palyginkite 1× darbinio dažnio komponentą su veikiančia mašina ir be jos. Tikslas: 80–95% sumažinimas.
Tvirtinimo tipai: guminiai, spyruokliniai, pneumatiniai ir inerciniai pagrindai
Elastomeriniai (guminiai-metaliniai) laikikliai
Geriausiai tinka greitaeigėms įrangoms: siurbliams, elektros varikliams, ventiliatoriams, kurių sukimosi greitis viršija 1500 aps./min. Guma turi įmontuotą slopinimą, kuris riboja judėjimą paleidimo/stabdymo rezonanso perdavimo metu. Maža deformacija reiškia, kad mašina išlieka stabili. Trūkumai: ribota izoliacija esant žemiems dažniams dėl per mažos deformacijos; guma laikui bėgant sensta ir kietėja, todėl sumažėja efektyvumas.
Spyruokliniai izoliatoriai
Geriausiai tinka lėtaeigiams įrenginiams: ventiliatoriams, kurių sukimosi greitis mažesnis nei 1000 aps./min., dyzeliniams generatoriams, kompresoriams, ŠVOK aušintuvams, stoginiams įrenginiams. Didelė deformacija lemia žemą natūralų dažnį. Daugelio konstrukcijų apačioje yra guminės pagalvėlės, kurios blokuoja aukšto dažnio triukšmo perdavimą per rites – plikos plieninės spyruoklės efektyviai perduoda konstrukcijos keliamą triukšmą.
Pneumatinės spyruoklės
Geriausiai tinka tiksliajai įrangai: koordinatiniams matavimo mašinoms, elektroniniams mikroskopams, lazerinėms sistemoms, jautriems bandymų stendams. Ypač žemas natūralus dažnis. Reikalingas suslėgto oro tiekimas ir automatinis niveliavimo valdymas. Nepraktiška daugumai pramoninių mašinų – per minkštas, per sudėtingas, per brangus. Tačiau neprilygstamas, kai reikia izoliacijos mažesniu nei 1 Hz dažniu.
Inercijos pagrindai (inerciniai blokai)
Pats savaime tai nėra izoliatorius – tai platforma, kuri prideda masės. Prisukite mašiną prie betoninio arba plieninio inercijos pagrindo, tada pritvirtinkite pagrindą ant spyruoklių. Tai padidina \(m\), sumažina \(f_n\), sumažina vibracijos amplitudę, nuleidžia svorio centrą ir pagerina šoninį stabilumą. Reikalingas, kai mašina yra per lengva stabiliam spyruoklių tvirtinimui arba kai didelės nesubalansuotos jėgos sukelia per didelį siūbavimą.
Virš 1500 aps./min.: Paprastai pakanka elastomerinių tvirtinimų. 600–1 500 aps./min.: priklauso nuo reikiamo įlinkio – apskaičiuokite ir patikrinkite. Mažiau nei 600 aps./min.: spyruokliniai izoliatoriai beveik visada. Mažiau nei 300 aps./min.: didelė spyruoklės deformacija + inercijos bazė. Deformacijos skaičiavimas (3 veiksmas aukščiau) visada pateikia galutinį atsakymą.
Pamatų efektai ir vibracijos tiltai
Standūs ir lankstūs pamatai
Izoliacijos skaičiavimuose daroma prielaida, kad pamatai yra be galo standūs – jie nejuda. Žemės lygio betoninės plokštės yra pakankamai arti viena kitos. Tačiau viršutiniai pastato aukštai, plieniniai antresolės ir stogo karkasai nėra. Tai yra... lankstūs pamatai — jie turi savo natūralų dažnį.
Jei ant lanksčių grindų montuojate izoliatorius, grindų deformacija prisideda prie izoliatoriaus deformacijos. Tai neprognozuojamai keičia sistemos dažnius. Kombinuota "mašinos, izoliatoriaus ir grindų" sistema gali sukelti rezonansus, kurie neatsispindi skaičiavime. Lanksčių grindų atveju reikia atsižvelgti į grindų dinamines savybes (tam reikalinga konstrukcinė analizė) arba perprojektuoti izoliaciją su didesne atsarga – siekti 5:1 arba 6:1 dažnių santykio, o ne 4:1.
Vibracijos tiltai: tylus izoliacijos žudikas
Tai yra dažniausia priežastis, kodėl "tinkamai suprojektuota" izoliacija neveikia lauke. Įrengiate gražius spyruoklinius laikiklius, viską apskaičiuojate, išmatuojate pamatą – ir vibracija vis tiek yra. Kodėl? Nes standus vamzdis, ortakis ar kabelių lovelis tiesiogiai sujungia mašinos rėmą su pastato konstrukcija, visiškai apeidami laikiklius.
Kiekviena standi jungtis yra vibracijos tiltas. Vamzdžiai, ortakiai, apsaugos kanalai, drenažo linijos, suspausto oro linijos – bet kuri iš jų gali sukelti trumpąjį jungimą izoliacijoje. Iš principo tai paprasta, bet praktikoje dažnai sunku: ant kiekvieno vamzdžio ir ortakio, kuris tvirtinamas prie izoliuotos mašinos, sumontuokite lanksčias jungtis (silfoną, pintą žarną, išsiplėtimo kilpas). Pasirūpinkite, kad kabeliai būtų laisvi. Patikrinkite, ar po sumontavimo mašinos rėmo neliečia jokie standūs laikikliai ar atramos.
Matavau pamatų vibraciją mašinose su tinkamo dydžio spyruokliniais laikikliais, kur 60–70% perduodamos vibracijos sklido per vamzdynus, o ne per laikiklius. Spyruoklės atliko savo darbą. Du aušinimo vandens vamzdžiai, tiesiogiai pritvirtinti prie siurblio ir grindų viršuje, ją ardė.
Lauko ataskaita: Šaldymo kompresorius trečiame aukšte
Pietų Europoje esančio komercinio pastato trečiojo aukšto mechaninėje patalpoje buvo įrengtas 90 kW sraigtinis aušintuvas. Kompresorius veikia 2 940 aps./min. (49 Hz) greičiu. Antrojo aukšto gyventojai skundėsi žemo dažnio ūžesiu ir vibracija, sklindančia per betoninę plokštę.
Šaldymo įrenginys stovėjo ant originalių įrenginių gamintojų (OEM) guminių laikiklių – plonų pagalvėlių, kurios apkrovos metu išlinko apie 1 mm. Tai davė maždaug \(f_n = 5/\sqrt{0.1} \approx 16\) Hz natūralų dažnį. Dažnių santykis: 49/16 = 3,1:1. Teoriškai to vos pakako, bet lanksti grindų plokštė padidino efektyvųjį sistemos dažnį. O nuo kompresoriaus iki kolektoriaus standžiai ėjo trys šaltnešio vamzdžiai – klasikiniai vibracijos tilteliai.
Gumines pagalvėles pakeitėme spyruokliniais izoliatoriais (25 mm įlinkis, \(f_n \apytiksl. 3,2\) Hz, santykis 15:1) ir ant visų trijų šaltnešio linijų sumontavome pintus lanksčius jungtis. Prieš/po vibracijos antro aukšto lubose, išmatuotos naudojant Balanset-1A plokštės apačioje:
90 kW sraigtinis aušintuvas, 2940 aps./min., montavimas trečiame aukšte
Originalios guminės tarpinės pakeistos spyruokliniais izoliatoriais (25 mm nuokrypa). Standūs šaltnešio vamzdžiai pakeisti pintomis lanksčiomis jungtimis. Matavimo taškas: antro aukšto lubų plokštė, tiesiai po kompresoriumi.
Skundai liovėsi. Išmatuotas 0,3 mm/s greitis ties grindimis yra mažesnis už daugumai žmonių nustatytą ISO 10816 suvokimo slenkstį. Vien spyruoklės nebūtų to pasiekusios – apie 40% pradinės vibracijos sklido per standžius vamzdžius. Reikėjo atlikti abu taisymus.
Reikia išmatuoti vibraciją prieš ir po izoliacijos?
„Balanset-1A“ veikia ir kaip vibracijos matuoklis, ir kaip balansavimo įrenginys. Matuokite mm/s ties pamatu, patikrinkite izoliacijos konstrukciją ir, jei reikia, subalansuokite mašiną. Vienas įrenginys, dvi funkcijos.
Dažnos klaidos, kurios panaikina izoliaciją
1. Per standūs tvirtinimo elementai (nepakankama deformacija). Tai dažniausia klaida. Plonos guminės pagalvėlės su 0,5–1 mm išlinkimu, veikiant sunkiai įrangai, sukuria aukštą natūralų dažnį. Jei greitis artimas važiavimo greičiui, gaunamas stiprinimas, o ne izoliacija. Visada pirmiausia apskaičiuokite išlinkį – tiesiog "nepakiškite po ja gumos"."
2. Standūs vamzdynų jungtys. Žr. aukščiau. Kiekvienas standus vamzdis, ortakis ir kabelis, kuris liečiasi ir su mašina, ir su pastato konstrukcija, yra vibracijos tiltas. Visose linijose yra lanksčios jungtys. Jokių išimčių.
3. Minkšta pėda. Jei mašinos rėmas yra susuktas arba tvirtinimo paviršius nelygus, vienas ar du tvirtinimo elementai laiko didžiąją dalį apkrovos, o kiti yra beveik neapkrauti. Dėl to susidaro nevienodas poslinkis, mašina pakreipiama, įtempiamas veleno sulygiavimas ir sutrumpėja tvirtinimo elementų tarnavimo laikas. Prieš montuodami tvirtinimo elementus, patikrinkite rėmą tarpumatiku. Jei reikia, įdėkite tarpinę.
4. Šoninis nestabilumas. Vertikalios spyruoklės gali siūbuoti į šoną, ypač jei mašinos svorio centras yra didelis arba horizontalios jėgos veikiamos didelių jėgų. Naudokite įmontuotus šoninius spyruoklių laikiklius arba pridėkite slopintuvus. Mašinoms su labai dideliu paleidimo sukimo momentu (dideli varikliai, kompresoriai) šoninis stabilumas yra labai svarbus.
5. Rezonanso pralaidumas paleidimo/sustabdymo metu. Kiekviena mašina greitėjimo ir lėtėjimo metu praeina per izoliatoriaus natūralų dažnį. Jei mašina lėtai įsibėgėja (pvz., varoma dažnio keitikliu arba šyla dyzeliniai generatoriai), ji praleidžia daug laiko rezonanso zonoje. Sprendimas: montuoti su didesniu slopinimu (elastomeriniais elementais arba trinties slopintuvais ant spyruoklių), kad būtų apribota rezonanso amplitudė praėjimo metu.
6. Grindų ignoravimas. Spyruoklinių tvirtinimų montavimas ant lanksčios antresolės neatsižvelgiant į perdangos dinaminį atsaką sukuria susietą sistemą su nenuspėjamais rezonansais. Arba standinkite perdangas, padidinkite dažnių santykio ribą, arba atlikite tinkamą konstrukcinę dinaminę analizę.
Patikrinimas: kaip įrodyti, kad tai veikia
Projektavimo skaičiavimai jums pasako, ką turėtų atsitikti. Vibracijos matavimas parodo, kas padarė atsitiktų. Visada patikrinkite.
Bandymas paprastas: ant pamato arba atraminės konstrukcijos uždėkite vibracijos jutiklį. Matuokite išjungę mašiną (fone). Matuokite, kai mašina veikia visu greičiu. Palyginkite vibracijos greitį esant 1× darbiniam dažniui. Efektyvi izoliacija rodo 80–95% sumažėjimą, palyginti su priešizoliacijos būsena (arba palyginti su standžiai pritvirtintu etalonu).
A Balanset-1A Vibracijos matuoklio režimu tai atliekama tiesiogiai. Nustatykite, kad būtų rodoma mm/s, padėkite akselerometrą ant atraminės konstrukcijos ir nuskaitykite vertę. Jei jums taip pat reikia FFT spektro analizės – norint atskirti 1× komponentą nuo kitų šaltinių – „Balanset-1A“ turi ir šį režimą.
| Pagrindo vibracija (mm/s) | Interpretacija | Veiksmas |
|---|---|---|
| < 0.3 | Žemiau suvokimo ribos | Jokių nusiskundimų nesitikima |
| 0,3–0,7 | Jautrūs keleiviai gali pastebėti | Priimtinas pramoniniam naudojimui, nereikšmingas komerciniam naudojimui |
| 0,7–1,5 | Aiškiai juntamas | Reikalingas tyrimas – patikrinkite tvirtinimo elementus ir jungtis |
| > 1.5 | Tikėtini skundai, galimas struktūrinis sutrikimas | Izoliacijos perprojektavimas – minkštesni tvirtinimo elementai, lankstūs vamzdžiai arba inercinis pagrindas |
Dažnai užduodami klausimai
Išmatuokite. Įrodykite. Pataisykite.
„Balanset-1A“: vibracijos matuoklis + spektro analizatorius + rotoriaus balansavimo įrenginys viename rinkinyje. Patikrinkite izoliacijos konstrukciją, diagnozuokite šaltinį, jei reikia, subalansuokite. Pristatymas visame pasaulyje per DHL. 2 metų garantija.
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 
0 komentarų