Structurele resonantie begrijpen

Apparaten

Draagbare balancer & Trillingsanalyzer Balanset-1A

$2,358.31

Onderdelen

Trillingssensor

$107.47

Onderdelen

Optische sensor (Lasertachometer)

$148.07

Apparaten

Balanset-4

$8,123.32

Onderdelen

Magnetische standaard afmeting-60-kgf

$54.93

Onderdelen

Reflecterende tape

$11.94

Apparaten

Dynamische balancer "Balanset-1A" OEM

$2,071.73

Definitie: Wat is structurele resonantie?

Structurele resonantie is een aandoening waarbij de trillingen frequentie van roterende machines (zoals 1× loopsnelheid, 2× van verkeerde uitlijning, of de bladpasseerfrequentie) komt overeen met een natuurlijke frequentie van de niet-roterende ondersteuningsstructuur, inclusief het machineframe, de grondplaat, sokkels, fundering, of zelfs nabijgelegen structuren. Wanneer deze frequentiematching plaatsvindt, resonantie versterkt de structurele trillingen tot niveaus die de trillingen van de roterende componenten zelf ver overstijgen.

Structurele resonantie is met name problematisch omdat het een goed gebalanceerde, correct uitgelijnde machine kan laten lijken alsof er ernstige trillingsproblemen zijn. De sterke trillingen zitten in de structuur, wat niet per se wijst op rotorproblemen, maar de structurele beweging kan het rotorgedrag beïnvloeden en na verloop van tijd echte mechanische schade veroorzaken.

Hoe structurele resonantie ontstaat

Het resonantiemechanisme

1. Opwindingsbron: Roterende machines genereren periodieke krachten (van onevenwicht, verkeerde uitlijning, enz.)
2. Krachtoverbrenging: Deze krachten worden via lagers overgebracht op de ondersteunende constructie
3. Frequentiematch: Als de excitatiefrequentie ≈ structurele natuurlijke frequentie
4. Energieaccumulatie: Structuur absorbeert energie gedurende meerdere cycli
5. Versterking: De trillingsamplitude neemt toe, alleen beperkt door structurele demping
6. Waargenomen effect: De structuur trilt met een amplitude die 5 tot 50 keer hoger is dan de invoerkracht normaal gesproken zou produceren

Typische frequentiebereiken

• Stichtingsmodi: Meestal 5-30 Hz voor typische industriële funderingen
• Basisplaatmodi: 20-100 Hz, afhankelijk van de grootte en constructie
• Voetstukmodi: 30-200 Hz voor typische lagerondersteuningen
• Frame-/covermodi: 50-500 Hz voor plaatstalen panelen en afdekkingen

Veelvoorkomende resonantiescenario's

1X Loopsnelheidsresonantie

• Voorbeeld: Machine draait op 1800 toeren per minuut (30 Hz), basiseigen frequentie op 28-32 Hz
• Symptoom: Zeer hoge trillingen ondanks goede balans
• Effect: Zelfs een kleine resterende onbalans creëert een grote structurele beweging
• Oplossing: Verander de funderingsstijfheid, voeg demping toe of verander de bedrijfssnelheid

2X Resonantie (Misuitlijningsfrequentie)

• Verkeerde uitlijning genereert 2× frequentie-excitatie
• Als 2× overeenkomt met de structurele modus, vindt er versterking plaats
• Hoge trillingen kunnen verkeerd worden gediagnosticeerd als ernstige verkeerde uitlijning
• Verbetering van de uitlijning helpt, maar elimineert de resonantie niet

Resonantie van de blad-/vleugelpassagefrequentie

• Ventilatoren, pompen en turbines genereren een bladpasseerfrequentie (N × RPM, waarbij N = aantal bladen)
• Vaak in het bereik van 50-500 Hz
• Kan structurele modi in dit frequentiebereik opwekken
• Hoogfrequent ratelen of zoemen

Diagnostische identificatie

Symptomen van structurele resonantie

• Onevenredige trillingen: Structuurtrilling veel hoger dan lagertrilling
• Smal snelheidsbereik: Hoge trillingen alleen bij specifieke snelheid (±5-10%)
• Richtingsafhankelijkheid: Ernstig in één richting, minimaal in loodrechte richting (passende vorm van de modus)
• Locatieafhankelijkheid: Trillingen variëren sterk over het oppervlak van de structuur (buiken versus knopen)
• Minimale lagerwerking: Lagers en rotor kunnen acceptabele trillingen vertonen, terwijl de structuur ernstig is

Diagnostische tests

1. Impacttest (stoottest)

• Slagstructuur met hamer, meet de respons
• Identificeert alle structurele natuurlijke frequenties
• Vergelijk met de bedrijfsfrequenties van machines
• De meest definitieve test voor structurele resonantie

2. Vergelijking van meetlocaties

• Meet trillingen bij het lagerhuis (dicht bij de bron)
• Meet bij de voet van het voetstuk, de grondplaat en het fundament
• Als structurele trillingen >> lagertrilling, duidt dit op structurele resonantie
• Transmissie > 2-3 duidt op resonantieversterking

3. Bedrijfsafbuigingsvorm (ODS)

• Meet trillingen op meerdere punten op een constructie tegelijk
• Maak een geanimeerde visualisatie van structurele beweging
• Geeft aan welke structurele modus actief is
• Identificeert knopen en buiken

Oplossingen en mitigatie

Frequentiescheiding

Wijzig de bedrijfssnelheid

• Als u apparatuur met variabele snelheid gebruikt, moet u deze uit de buurt van resonantie gebruiken.
• Wijzig de motorpoelie-afmetingen om de snelheid aan te passen
• Gebruik VFD om niet-resonante snelheid te selecteren
• Mogelijk niet praktisch als de snelheid wordt bepaald door procesvereisten

Wijzig structurele natuurlijke frequentie

• Massa toevoegen: Verlaagt de natuurlijke frequentie (f ∝ 1/√m)
• Stijfheid toevoegen: Verhoogt de natuurlijke frequentie (f ∝ √k)
• Materiaal verwijderen: In sommige gevallen kan het verminderen van de massa de resonantie verschuiven
• Structurele wijziging: Voeg versteviging, hoekplaten of versteviging toe

Demping toevoeging

Beperkte laagdemping

• Visco-elastisch dempingsmateriaal verlijmd aan de structuur
• Effectief voor plaatwerkpanelen en frames
• Vermindert de resonantiepiekamplitude
• Commercieel verkrijgbare dempingsbehandelingen

Afgestemde massadempers

• Voeg een secundair massa-veersysteem toe dat is afgestemd op de problematische frequentie
• Absorbeert energie, vermindert trillingen van de hoofdstructuur
• Effectief, maar vereist zorgvuldig ontwerp en afstemming

Structurele dempingsmaterialen

• Rubberen pads of isolatoren op strategische plaatsen
• Dempingsverbindingen aangebracht op oppervlakken
• Wrijvingsdempers bij verbindingen

Isolatie

• Installeer trillingsdempers tussen de machine en de fundering
• Koppelt machinetrillingen los van de constructie
• Effectief als isolator natuurlijke frequentie < 0,5× excitatiefrequentie
• Vereist een zorgvuldig ontwerp om te voorkomen dat er nieuwe resonantieproblemen ontstaan

Verminder de opwinding

• Verbeteren balanskwaliteit om 1× excitatie te verminderen
• Precieze uitlijning om 2× excitatie te verminderen
• Mechanische problemen oplossen door de krachtamplitudes te verminderen
• Vermindert symptomen, maar elimineert het resonantiepotentieel niet

Preventie in ontwerp

Criteria voor funderingsontwerp

• Eigenfrequentie van de fundering > 2× maximale bedrijfsfrequentie (vermijd resonantie boven)
• Of < 0,5× minimale bedrijfsfrequentie (geïsoleerde fundering)
• Vermijd het bereik van 0,5-2,0 waar resonantie waarschijnlijk is
• Dynamische analyse opnemen in de ontwerpfase

Structureel ontwerp

• Ontwerp voor voldoende stijfheid ten opzichte van de forcerende frequenties
• Vermijd licht belaste structuren die gevoelig zijn voor resonantie
• Gebruik ribbels en inzetstukken om de frequentie te verhogen
• Overweeg het toevoegen van inherente demping (composietmaterialen, verbindingen met wrijving)

Structurele resonantie kan kleine trillingsbronnen via versterkende effecten omvormen tot grote problemen. Het identificeren van structurele resonanties door middel van impacttesten en operationele metingen, gecombineerd met de juiste mitigatiestrategieën, is essentieel voor het bereiken van acceptabele trillingsniveaus in installaties waar de structurele dynamiek het algehele trillingsgedrag van machines aanzienlijk beïnvloedt.

---

← Terug naar hoofdindex