Interferentiediagrammen begrijpen
Definitie: Wat is een interferentiediagram?
Een interferentiediagram is een grafisch hulpmiddel dat wordt gebruikt in rotordynamiek om rotatiesnelheidsbereiken te identificeren waar excitatiefrequenties de werking van het systeem “interfereren” (ermee overeenkomen) natuurlijke frequenties, het creëren van omstandigheden voor resonantie. De term “interferentie” verwijst naar de problematische interactie tussen een dwingende frequentie (van onevenwicht, het passeren van messen of andere bronnen) en een natuurlijke frequentie die overmatige trillingen.
Hoewel nauw verwant aan de Campbell-diagram, Een interferentiediagram richt zich vaak specifiek op het markeren van de kruispunten (interferenties) en bijbehorende snelheidszones die tijdens het gebruik vermeden of snel gepasseerd moeten worden.
Relatie met Campbell-diagrammen
In de praktijk worden de termen "interferentiediagram" en "Campbell-diagram" vaak door elkaar gebruikt, omdat ze vergelijkbare informatie weergeven. Er bestaan echter subtiele verschillen:
Campbell-diagram nadruk
- Toont het complete beeld van hoe natuurlijke frequenties variëren met de snelheid
- Geeft natuurlijke frequentiecurven weer als continue functies van de snelheid
- Wordt voornamelijk gebruikt voor uitgebreide rotordynamische analyse en ontwerp
Nadruk op interferentiediagram
- Richt de aandacht op de specifieke probleemgebieden – de snijpunten
- Omvat vaak gearceerde “verboden zones” rond kritische snelheden
- Meer operationeel van aard, met nadruk op snelheidsbereiken om te voorkomen
- Kan meerdere excitatiebronnen omvatten, naast alleen onbalans
Opbouw van een interferentiediagram
Een interferentiediagram is op een soortgelijke manier opgebouwd als een Campbell-diagram, maar met extra operationele context:
Basiselementen
- Horizontale as: Rotatiesnelheid (RPM of Hz)
- Verticale as: Excitatie of eigenfrequentie (Hz of CPM)
- Natuurlijke frequentielijnen: Laten zien hoe de natuurlijke frequenties van het systeem veranderen met de snelheid
- Excitatieorderregels: Diagonale lijnen voor 1X, 2X, 3X en andere excitatiebronnen
Extra functies
- Kruispunten gemarkeerd: Kritieke snelheden duidelijk gemarkeerd met symbolen of aantekeningen
- Verboden snelheidszones: Gearceerde banden rond elke kritische snelheid geven de bereiken aan die moeten worden vermeden
- Bedrijfssnelheidsbereik: Duidelijk aangegeven, vaak als een verticale band of gemarkeerd gebied
- Sneltramzones: Snelheidsbereiken om snel door te gaan tijdens opstarten/afsluiten
- Meerdere excitatiebronnen: Lijnen voor de frequentie van het passeren van bladen, de frequentie van het ingrijpen van tandwielen en de frequenties van lagerdefecten
Soorten interferenties
Met een interferentiediagram kunnen verschillende soorten problematische interacties worden geïdentificeerd:
1. Synchrone interferentie (1X)
Het meest voorkomende type, waarbij onevenwichtskrachten per omwenteling samenvallen met een natuurlijke frequentie. Dit is de klassieke kritische snelheid voorwaarde.
2. Harmonische interferentie (2X, 3X, enz.)
Hogere harmonischen van de loopsnelheid kunnen ook resonanties veroorzaken. Veelvoorkomende oorzaken zijn:
- 2X: Van verkeerde uitlijning, mechanische losheid of asymmetrische stijfheid
- 3x, 4x: Van tandwielcontacten, meerlobbige lagers of structurele asymmetrieën
3. Interferentie tussen blad en schoep
Bij turbomachines kan de bladpassagefrequentie (aantal bladen × toerental) structurele modi activeren. Het interferentiediagram laat zien waar de bladpassagefrequentielijnen de natuurlijke frequenties kruisen.
4. Subsynchrone interferentie
Verschijnselen zoals oliewervelingen (doorgaans bij 0,43X-0,48X) kunnen subsynchrone interferenties veroorzaken die moeten worden geïdentificeerd en beheerd.
5. Interferentie door de beatfrequentie
In gekoppelde systemen of systemen met meerdere roterende elementen kunnen zwevingsfrequenties door kleine snelheidsverschillen interferenties veroorzaken.
Praktisch gebruik in machineontwerp
Toepassingen in de ontwerpfase
- Kritische snelheidsvermijding: Zorg ervoor dat het werksnelheidsbereik niet overlapt met interferentiezones
- Verificatie van de scheidingsmarge: Bevestig voldoende marges (meestal ±15% tot ±30%) rond alle kritische snelheden
- Beheer van excitatiebronnen: Als een storing niet kan worden vermeden, verlaag dan de amplitude van de excitatiebron (verbeter de balans, verminder de verkeerde uitlijning, enz.)
- Dempingsvereisten: Identificeer waar verbeterd demping is nodig om resonantietrillingen te beheersen
Wijziging en probleemoplossing
Wanneer bestaande machines trillingsproblemen ondervinden, kunnen interferentiediagrammen helpen:
- Identificeer of het probleem wordt veroorzaakt door te dicht bij een kritische snelheid te rijden
- Evalueer voorgestelde wijzigingen (lagerwijzigingen, toegevoegde massa, stijfheidswijzigingen)
- Voorspel de effecten van snelheidsveranderingen of variabele snelheidswerking
- Bepaal of het probleem voortkomt uit een onverwachte bron van opwinding
Het instellen van verboden snelheidszones
Een belangrijk kenmerk van interferentiediagrammen is het definiëren van verboden of beperkte snelheidszones:
Bepaling van de zonebreedte
De breedte van elke verboden zone hangt van verschillende factoren af:
- Systeemdemping: Lage demping vereist bredere zones; hoge demping maakt smallere zones mogelijk
- Excitatie-amplitude: Sterke excitatiebronnen vereisen bredere vermijdingszones
- Operationele gevolgen: Kritische apparatuur kan conservatievere (bredere) zones vereisen
- Typische waarden: ±15% voor goed gedempte systemen, ±20-30% voor slecht gedempte systemen
Bedieningsprocedures
Op basis van het interferentiediagram worden de bedieningsprocedures vastgesteld:
- Continue werking toegestaan: Snelheidsbereiken zonder interferenties
- Snelle doortocht vereist: Verboden zones die snel moeten worden gepasseerd tijdens het opstarten/afsluiten
- Absoluut verboden: Ernstige resonantiezones waar bediening nooit is toegestaan
Voorbeeld: Turbine-interferentiediagram
Beschouw een stoomturbine met de volgende kenmerken:
- Bedrijfssnelheid: 3000 toeren per minuut (50 Hz)
- Eerste kritische snelheid: 2400 toeren per minuut (40 Hz)
- Tweede kritische snelheid: 4200 toeren per minuut (70 Hz)
- Aantal bladen: 60
- Doorlaatfrequentie van het blad bij 3000 tpm: 60 × 50 Hz = 3000 Hz
Interferentiediagram toont:
- 1X Lijn kruist de eerste natuurlijke frequentie: Kritische snelheid bij 2400 tpm - Verboden zone: 2040-2760 tpm (±151 TP3T)
- 1X Lijn kruist tweede natuurlijke frequentie: Kritische snelheid bij 4200 RPM: geen probleem, aangezien de bedrijfssnelheid ruim onder de 4200 RPM ligt.
- Bedrijfssnelheid (3000 RPM): Veilig tussen twee kritische snelheden met goede scheidingsmarges
- Doorlaatfrequentie van het blad: Bij 3000 Hz is er geen interferentie met structurele modi in het werkbereik
Operationele richtlijnen:
- Accelereer tijdens het opstarten in minder dan 30 seconden door het 2040-2760 RPM-bereik
- Continue werking tussen 2800-3200 RPM is acceptabel
- Probeer niet om continu te werken tussen 2040-2760 RPM
Geavanceerde overwegingen
Temperatuureffecten
Sommige interferentiediagrammen bevatten meerdere curven die laten zien hoe de eigenfrequenties veranderen bij temperatuurveranderingen (thermische groei beïnvloedt de stijfheid en lagereigenschappen). Kritische snelheden kunnen veranderen naarmate de machine opwarmt.
Laadeffecten
Voor machines waarbij de procesbelasting een grote invloed heeft op de stijfheid van het lager of de doorbuiging van de rotor, kunnen interferentiediagrammen families van curven voor verschillende belastingsomstandigheden weergeven.
Gekoppelde systemen
Wanneer er meerdere rotoren aan elkaar gekoppeld zijn (motor-pompsets, turbine-generatorsets), moet in het interferentiediagram rekening worden gehouden met gekoppelde torsie- en laterale modi die tot extra kritische snelheden kunnen leiden.
Een interferentiediagram maken
Van analytische modellen
- Ontwikkel een eindig elementenmodel van het rotor-lagersysteem
- Bereken natuurlijke frequenties bij meerdere snelheden
- Teken natuurlijke frequentiecurven versus snelheid
- Overlay-excitatieorderlijnen (1X, 2X, bladpassage, enz.)
- Markeer kruispunten en stel verboden zones vast
- Aantekeningen maken met het werksnelheidsbereik en de procedures
Van experimentele gegevens
- Voer opstart- en uitlooptesten uit met trillingsbewaking
- Genereren watervalpercelen of Bode-plots
- Identificeer kritische snelheidslocaties op basis van amplitudepieken en faseverschuivingen
- Maak een interferentiediagram waarin de waargenomen kritische snelheden worden gemarkeerd
- Stel empirische verboden zones vast op basis van gemeten trillingsniveaus
Voordelen voor exploitatie en onderhoud
Interferentiediagrammen bieden waardevolle richtlijnen voor machinebedieners en onderhoudspersoneel:
- Duidelijke bedrijfslimieten: Visuele indicatie van veilige en onveilige snelheidsbereiken
- Opstart-/afsluitprocedures: Identificeert snelheden om snel te kunnen reizen
- Variabele snelheidswerking: Definieert acceptabele snelheidsbereiken voor aandrijvingen met regelbare snelheid
- Probleemoplossingstool: Helpt bij het diagnosticeren of trillingsproblemen snelheidsgerelateerd zijn
- Wijzigingsplanning: Toont de impact van voorgestelde wijzigingen vóór de implementatie
- Trainingshulpmiddel: Educatief hulpmiddel voor het begrijpen van machinedynamisch gedrag
Voor kritische roterende machines is het interferentiediagram een essentieel document dat beschikbaar moet zijn voor operators, onderhoudstechnici en technisch personeel. Zo is iedereen op de hoogte van de dynamische eigenschappen van de machine en kan deze binnen veilige snelheidsbereiken worden bediend.
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 