Asmens rezonanses izpratne

Ierīces

Portable balancer & Vibration analyzer Balanset-1A

$2,358.31

Daļas

Vibrācijas sensors

$107.47

Daļas

Optiskais sensors (lāzera tahometrs)

$148.07

Ierīces

Balanset-4

$8,123.32

Daļas

Magnētiskā statīva izmērs-60 kgf

$54.93

Daļas

Reflective tape

$11.94

Ierīces

Dinamiskais balansētājs "Balanset-1A" OEM

$2,071.73

Definīcija: Kas ir lāpstiņas rezonanse?

Asmens rezonanse ir rezonanse stāvoklis, kad atsevišķas ventilatoru, kompresoru, turbīnu vai sūkņu lāpstiņas vai spārniņi vibrē vienā no to dabiskās frekvences reaģējot uz aerodinamisko spēku, mehāniskās vibrācijas vai elektromagnētisko efektu radīto ierosmi. Kad ierosmes frekvence atbilst lāpstiņas dabiskajai frekvencei, lāpstiņa piedzīvo ievērojami pastiprinātas svārstības, radot lielus mainīgus spriegumus, kas var izraisīt augstu cikla svārstību ciklu. nogurums plaisas un galu galā asmens bojājums.

Lāpstiņas rezonanse ir īpaši bīstama, jo atsevišķu lāpstiņas vibrāciju var nebūt iespējams noteikt ar standarta gultņu korpusa vibrācijas mērījumiem, tomēr pati lāpstiņa saskaras ar destruktīvu sprieguma līmeni. Tas ir kritisks projektēšanas apsvērums turbomašīnās un var rasties rūpnieciskajos ventilatoros, ja ekspluatācijas apstākļi mainās no projektētā mērķa.

Asmens dabiskās frekvences

Fundamentālie režīmi

Katram asmenim ir vairāki vibrācijas režīmi:

Pirmais lieces režīms

• Vienkārša konsoles locīšana (lāpstiņas gala nobīde)
• Zemākā dabiskā frekvence
• Visvieglāk uzbudināmi
• Tipisks diapazons: 100–2000 Hz atkarībā no lāpstiņas izmēra un stingrības

Otrais lieces režīms

• S veida līknes locīšana ar mezgla punktu
• Augstāka frekvence (parasti 3–5 × pirmā režīma)
• Retāk sajūsmināts, bet iespējams

Vērpes režīms

• Asmens griešana ap savu asi
• Frekvence ir atkarīga no lāpstiņas ģeometrijas un stiprinājuma
• Var ierosināt nestabili aerodinamiski spēki

Faktori, kas ietekmē asmens dabisko frekvenci

• Asmens garums: Garākiem asmeņiem ir zemākas frekvences
• Biezums: Biezākas, stingrākas lāpstiņas, augstākas frekvences
• Materiāls: Stīvums un blīvums ietekmē frekvenci
• Montāža: Piestiprinājuma stingrība ietekmē robežnosacījumus
• Centrbēdzes stingrināšana: Lielos ātrumos centrbēdzes spēki palielina šķietamo stingrību

Ierosmes avoti

Aerodinamiskā ierosme

Augšupstraumes traucējumi

• Atbalsta statņus vai virzošās lāpstiņas augšup pa straumi, radot viļņveida kustību
• Traucējumu skaits × rotora ātrums = ierosmes frekvence
• Ja sakrīt lāpstiņas frekvence → rezonanse

Plūsmas turbulence

• Nestabilā plūsma, kas rada nejaušu ierosmi
• Var ierosināt lāpstiņu režīmus, ja enerģija ir pareizajā frekvencē
• Bieži sastopams ārpusprojektēšanas darbībās

Akustiskā rezonanse

• Stāvviļņi gaisa vados
• Akustiskā spiediena pulsācijas ierosina lāpstiņas
• Savienojums starp akustiskajiem un strukturālajiem režīmiem

Mehāniskā ierosme

• Rotors nelīdzsvarotība radot 1× vibrāciju, kas tiek pārnesta uz asmeņiem
• Neatbilstība radot 2× ierosmi
• Gultņu defekti, kas pārraida augstfrekvences vibrāciju
• Pamatnes vai korpusa vibrācija, kas saistīta ar lāpstiņām

Elektromagnētiskā ierosme (ar motoru darbināmi ventilatori)

• 2 × līnijas frekvence no motora
• Pola apdzīšanas frekvence
• Ja šīs frekvences ir tuvu asmens dabiskajai frekvencei, iespējams rezonanss

Simptomi un noteikšana

Vibrācijas raksturojums

• Augstas frekvences komponents: Pie asmens dabiskās frekvences (bieži 200–2000 Hz)
• Ātruma atkarīgs: Parādās tikai noteiktos darbības ātrumos
• Var nebūt smaga: Gultņu mērījumos (lāpstiņas vibrācija lokalizēta)
• Virziena: Var būt spēcīgāks noteiktos mērīšanas virzienos

Akustiskie indikatori

• Augstas frekvences svilpošana vai gaudošana rezonanses frekvencē
• Tonālais troksnis atšķiras no normālas darbības
• Pieejams tikai pie noteiktiem ātrumiem vai plūsmas apstākļiem
• Skaļums var būt spēcīgs pat ar mērenu vibrāciju

Fiziski pierādījumi

• Redzama asmens kustība: Atsevišķu asmeņu vibrācija vai vibrācija
• Noguruma plaisas: Plaisas asmeņu saknēs vai sprieguma punktos
• Satraukums: Nodiluma pēdas uz asmens stiprinājuma, kas norāda uz kustību
• Salauzti asmeņi: Galīgais rezultāts, ja rezonanse netiek koriģēta

Atklāšanas izaicinājumi

Kāpēc asmeņu rezonansi ir grūti noteikt

• Lāpstiņas kustība nav cieši saistīta ar gultņa korpusu
• Standarta akselerometri uz gultņiem var nepamanīt lāpstiņas vibrāciju
• Lokalizēts uz atsevišķiem asmeņiem
• Var būt nepieciešamas specializētas mērīšanas metodes

Uzlabotas noteikšanas metodes

• Asmens uzgaļa laiks: Katra asmens pārejas bezkontakta mērīšana
• Tenzometra sensori: Uzmontēts uz lāpstiņām sprieguma mērīšanai (nepieciešama telemetrija)
• Lāzera vibrometrija: Lāpstiņas kustības bezkontakta optiskā mērīšana
• Akustiskā uzraudzība: Mikrofoni vai akselerometri uz korpusa asmeņu tuvumā

Asmens rezonanses sekas

Augsta cikla nogurums

• Mainīgs spriegums pie lāpstiņas saknes
• Miljoniem ciklu stundās vai dienās
• Noguruma plaisas rodas un izplatās
• Var izraisīt pēkšņu asmens atteici bez brīdinājuma

Asmens atbrīvošana

• Pilnīga asmens atdalīšanās no noguruma plīsuma
• Smaga nelīdzsvarotība masas zuduma dēļ
• Šāviņu risks (asmeņu fragmenti)
• Plaši sekundāri bojājumi iekārtām
• Drošības risks personālam

Profilakse un mazināšana

Projektēšanas fāze

• Kempbela diagrammas analīze: Prognozēt interferenci starp lāpstiņu frekvencēm un ierosmēm
• Pietiekama atdalīšana: Pārliecinieties, ka lāpstiņas dabiskās frekvences nesakrīt ar ierosmes avotiem
• Asmens regulēšana: Pielāgojiet lāpstiņas stingrību, lai mainītu dabiskās frekvences
• Slāpēšana: Projektētās slāpēšanas funkcijas (berzes slāpētāji, pārklājumi)

Operacionālie risinājumi

• Ātruma maiņa: Darbojas ar ātrumu, izvairoties no rezonanses
• Plūsmas kontrole: Pielāgojiet darbības punktu, lai samazinātu ierosmi
• Izvairieties no aizliegtajiem ātrumiem: Nosakiet ātruma diapazonus, no kuriem izvairīties, ja tiek konstatēta rezonanse.

Modifikācijas risinājumi

• Asmens stingrināšana: Pievienojiet materiālu, ribas vai saites starp asmeņiem
• Mainīt asmeņu skaitu: Maina gan lāpstiņu frekvenci, gan ierosmes modeli
• Slāpēšanas procedūras: Pielietot ierobežotu slāņa slāpēšanu lāpstiņām
• Noņemt ierosmes avotu: Modificēt augšupējās plūsmas traucējumus

Nozaru piemēri

Indukcijas vilkmes ventilatori (spēkstacijas)

• Lieli ventilatori (10–20 pēdu diametrā) ar garām lāpstiņām
• Lāpstiņas dabiskās frekvences 50–200 Hz
• Var saskaņot asmens pāreju vai motora elektromagnētiskās frekvences
• Vēsturiski ir izraisījis katastrofālas asmeņu atteices

Gāzes turbīnas

• Ātrgaitas kompresora un turbīnu lāpstiņas
• Lāpstiņu frekvences 500–5000 Hz
• Projektēšanas laikā nepieciešama sarežģīta analīze
• Asmens uzgaļa laika uzraudzība kritiskos pielietojumos

HVAC ventilatori

• Parasti mazāk kritiski zemāka ātruma un spriegumu dēļ
• Rezonanse var izraisīt trokšņa problēmas
• Parasti koriģē, mainot ātrumu vai nostiprinot asmeni

Lāpstiņu rezonanse ir specializēta vibrācijas parādība, kurai nepieciešama gan strukturālās dinamikas, gan šķidruma un struktūras mijiedarbības izpratne. Lai gan potenciāli katastrofāla, lāpstiņu rezonansi var novērst, veicot atbilstošu konstrukcijas analīzi, izvairīties no tās, ieviešot ekspluatācijas ierobežojumus, vai mazināt, veicot strukturālas modifikācijas, nodrošinot drošu un uzticamu lāpstiņu mehānismu darbību.

---

← Atpakaļ uz galveno indeksu