Forståelse av strukturell resonans

Enheter

Bærbart balanse- og vibrasjonsanalyseapparat Balanset-1A

$2,358.31

Deler

Vibrasjonssensor.

$107.47

Deler

Optisk sensor (lasertakometer)

$148.07

Enheter

Balanset-4.

$8,123.32

Deler

Magnetisk stativ Insize-60-kgf.

$54.93

Deler

Reflekterende tape.

$11.94

Enheter

Dynamisk balanseringsenhet "Balanset-1A" OEM

$2,071.73

Definisjon: Hva er strukturell resonans?

Strukturell resonans er en tilstand der vibrasjon frekvens fra roterende maskineri (som 1× kjørehastighet, 2× fra feiljustering, eller bladpasseringsfrekvens) samsvarer med en naturlig frekvens av den ikke-roterende støttestrukturen – inkludert maskinrammen, bunnplaten, pidestaller, fundament eller til og med nærliggende strukturer. Når denne frekvenstilpasningen skjer, resonans forsterker den strukturelle vibrasjonen til nivåer som langt overgår det de roterende komponentene selv opplever.

Strukturell resonans er spesielt problematisk fordi den kan få en velbalansert og riktig justert maskin til å se ut som om den har alvorlige vibrasjonsproblemer. Den høye vibrasjonen er i strukturen og indikerer ikke nødvendigvis rotorproblemer, men den strukturelle bevegelsen kan gi tilbakemelding og påvirke rotorens oppførsel og forårsake reell mekanisk skade over tid.

Hvordan strukturell resonans oppstår

Resonansmekanismen

1. Eksitasjonskilde: Roterende maskiner genererer periodiske krefter (fra ubalanse, feiljustering osv.)
2. Kraftoverføring: Disse kreftene overføres gjennom lagrene til støttestrukturen
3. Frekvensmatch: Hvis eksitasjonsfrekvens ≈ strukturell egenfrekvens
4. Energiakkumulering: Strukturen absorberer energi over flere sykluser
5. Forsterkning: Vibrasjonsamplitude bygger seg opp, begrenset kun av strukturelle demping
6. Observert effekt: Strukturen vibrerer med 5–50 ganger høyere amplitude enn inngangskraften normalt ville produsert

Typiske frekvensområder

• Grunnleggende moduser: Vanligvis 5–30 Hz for typiske industrifundamenter
• Basisplatemoduser: 20–100 Hz avhengig av størrelse og konstruksjon
• Sokkelmoduser: 30–200 Hz for typiske lagerstøtter
• Ramme-/omslagsmoduser: 50–500 Hz for metallplater og deksler

Vanlige resonansscenarier

1X løpehastighetsresonans

• Eksempel: Maskinen kjører på 1800 o/min (30 Hz), grunnleggende naturlig frekvens på 28–32 Hz
• Symptom: Svært høy vibrasjon til tross for god balanse
• Effekt: Selv liten gjenværende ubalanse skaper stor strukturell bevegelse
• Løsning: Endre fundamentstivhet, legg til demping eller endre driftshastighet

2X resonans (feiljusteringsfrekvens)

• Feiljustering genererer 2× frekvenseksitasjon
• Hvis 2× samsvarer med strukturell modus, skjer amplifisering
• Høy vibrasjon kan feildiagnostiseres som alvorlig feiljustering
• Forbedring av justering hjelper, men eliminerer ikke resonans

Resonans for blad-/vingepasseringsfrekvens

• Vifter, pumper, turbiner genererer bladpasseringsfrekvens (N × RPM, hvor N = antall blader)
• Ofte i området 50–500 Hz
• Kan eksitere strukturelle moduser i dette frekvensområdet
• Høyfrekvent rasling eller summing

Diagnostisk identifikasjon

Symptomer på strukturell resonans

• Uforholdsmessig vibrasjon: Strukturvibrasjoner mye høyere enn lagervibrasjoner
• Smalt hastighetsområde: Høy vibrasjon kun ved spesifikk hastighet (±5-10%)
• Retningsavhengighet: Alvorlig i én retning, minimal i vinkelrett retning (samsvarende modusform)
• Stedsavhengighet: Vibrasjon varierer mye over strukturoverflaten (antinoder vs. noder)
• Minimal peilingseffekt: Lagre og rotor kan vise akseptabel vibrasjon mens strukturen er alvorlig

Diagnostiske tester

1. Støttest (støttest)

• Slå på strukturen med hammeren, mål responsen
• Identifiserer alle strukturelle naturlige frekvenser
• Sammenlign med maskinens driftsfrekvenser
• Den mest definitive testen for strukturell resonans

2. Sammenligning av målesteder

• Mål vibrasjon ved lagerhuset (nær kilden)
• Mål ved sokkel, bunnplate, fundament
• Hvis strukturell vibrasjon >> lagervibrasjon, indikerer det strukturell resonans
• Transmissibilitet > 2–3 antyder resonansforsterkning

3. Driftsavbøyningsform (ODS)

• Mål vibrasjon på flere punkter på konstruksjonen samtidig
• Lag animert visualisering av strukturell bevegelse
• Avslører hvilken strukturmodus som er aktiv
• Identifiserer noder og antinoder

Løsninger og tiltaksreduksjoner

Frekvensseparasjon

Endre driftshastighet

• Hvis utstyr med variabel hastighet, bruk det vekk fra resonans
• Endre motorskivens størrelser for å justere hastigheten
• Bruk VFD til å velge ikke-resonant hastighet
• Kan være lite praktisk hvis hastigheten bestemmes av prosesskrav

Endre strukturell naturlig frekvens

• Legg til masse: Senker den naturlige frekvensen (f ∝ 1/√m)
• Legg til stivhet: Øker den naturlige frekvensen (f ∝ √k)
• Fjern materiale: I noen tilfeller kan reduksjon av masse forskyve resonans
• Strukturell modifikasjon: Legg til avstivning, kiler eller forsterkning

Dempingstillegg

Begrenset lagdemping

• Viskoelastisk dempingsmateriale bundet til strukturen
• Effektiv for metallplater og rammer
• Reduserer resonanstoppamplitude
• Kommersielt tilgjengelige dempningsbehandlinger

Tunede massedempere

• Legg til sekundært massefjærsystem innstilt på problematisk frekvens
• Absorberer energi, reduserer vibrasjoner i hovedstrukturen
• Effektiv, men krever nøye design og finjustering

Strukturelle dempingsmaterialer

• Gummiputer eller isolatorer på strategiske steder
• Dempende stoffer påført overflater
• Friksjonsdempere i leddene

Isolering

• Installer vibrasjonsisolatorer mellom maskin og fundament
• Frikobler maskinvibrasjoner fra konstruksjonen
• Effektiv hvis isolatorens naturlige frekvens < 0,5× eksitasjonsfrekvens
• Krever nøye design for å unngå å skape nye resonansproblemer

Reduser eksitasjon

• Forbedre balansekvalitet for å redusere 1× eksitasjon
• Presisjonsjustering for å redusere 2× eksitasjon
• Fiks mekaniske problemer som reduserer tvingingsamplituder
• Reduserer symptomer, men eliminerer ikke resonanspotensialet

Forebygging i design

Kriterier for fundamentdesign

• Fundamentets egenfrekvens > 2× maksimal driftsfrekvens (unngå resonans ovenfor)
• Eller < 0,5× minimum driftsfrekvens (isolert fundament)
• Unngå området 0,5–2,0 der resonans er sannsynlig
• Inkluder dynamisk analyse i designfasen

Strukturell design

• Design for tilstrekkelig stivhet i forhold til påtrykkfrekvenser
• Unngå lett belastede konstruksjoner som er utsatt for resonans
• Bruk ribbekanter og kiler for å øke frekvensen
• Vurder å legge til iboende demping (komposittmaterialer, skjøter med friksjon)

Strukturell resonans kan forvandle mindre vibrasjonskilder til store problemer gjennom forsterkningseffekter. Å identifisere strukturelle resonanser gjennom slagtesting og driftsmålinger, kombinert med riktige avbøtende strategier, er avgjørende for å oppnå akseptable vibrasjonsnivåer i installasjoner der strukturell dynamikk påvirker den generelle maskinens vibrasjonsatferd betydelig.

---

← Tilbake til hovedindeksen