Inzicht in oplopende resonantie
Montage resonantie is een resonantie toestand waarbij het montagesysteem - trillingsdempers, montagerails, beugels, skids of de hele machineconstructie die op de steunen zit - trilt op een van zijn eigen trillingen. natuurlijke frequenties als reactie op prikkels van de roterende apparatuur die het draagt. Wanneer dat gebeurt, stuitert, schommelt of rolt de hele machine als een stijf lichaam op zijn steunen, met amplitudes die veel groter zijn dan dezelfde kracht zou produceren op een stijve fundering. Dit is het meest bekend bij machines die uitgerust zijn met trillingsisolatoren, maar het kan evengoed een conventioneel vastgeschroefde installatie treffen wanneer de ondersteunende structuur niet voldoet aan de volgende voorwaarden stijfheid. Hoe dan ook, het is een centraal aandachtspunt bij het ontwerpen van isolatie, dat eerder moet worden vermeden of actief moet worden beheerd dan dat het tijdens het gebruik wordt ontdekt.
1. Definitie: Wat is montageresonantie?
De sleutel tot het begrijpen van montageresonantie is om de machine en de ondersteuningen te zien als een op zichzelf staand massa-veersysteem. De machine is de massa; de isolatoren of de flexibiliteit van de ondersteuningsstructuur zijn de veer. Net als elk ander systeem heeft dit samenstel natuurlijke frequenties en als de rijsnelheid - of een van de harmonischen ervan - samenvalt met een van deze frequenties, is de geforceerde trilling wordt versterkt. Wat montageresonantie onderscheidt van een rotor- of asresonantie is dat de hele machine min of meer als een eenheid beweegt: de trilling gemeten op de steunen is veel groter dan de trilling van de rotor zelf. Die handtekening is de aanwijzing dat het probleem in de steun zit en niet in de rotor. Het is nauw verwant aan frame resonantie en structurele resonantie, die dezelfde versterking beschrijven die optreedt in het machineframe of de omringende structuur.
2. Natuurlijke frequenties van het montagesysteem
Stijf-lichaamsmodi op isolatoren
Een machine die op trillingsdempers rust gedraagt zich als een stijf lichaam op veren, en een stijf lichaam in de ruimte heeft zes vrijheidsgraden - dus heeft het zes natuurlijke frequenties van een stijf lichaam.
Vertaalmodi (drie)
- Verticale bounce: op-en-neer beweging, meestal de laagste frequentie - rond 5-15 Hz voor gewone isolatie.
- Horizontale vertalingen (X en Y): zijwaartse bewegingen, meestal ongeveer 1,5-2× de verticale stuiterfrequentie.
Rotatiemodi (drie)
- Rollen: rotatie om de lengteas.
- Toonhoogte: rotatie om de dwarsas.
- Gier: rotatie om de verticale as.
- Frequenties: typisch 10-30 Hz, afhankelijk van de afmetingen van de machine en de locatie van het zwaartepunt.
Gekoppelde modi
- Als de isolatoren niet symmetrisch geplaatst zijn of als het zwaartepunt niet in het midden van de isolatoren ligt, dan zullen de modi gaan paren.
- Vertalen en roteren komen dan samen voor.
- Het resultaat is een complex bewegingspatroon.
- Zulke gekoppelde modi zijn moeilijker te analyseren en te corrigeren dan de zuivere, ongekoppelde gevallen.
3. Wanneer montageresonantie optreedt
Resonantie isolatie-systeem
Het meest voorkomende scenario, en een ironische, omdat het juist voortkomt uit de isolatoren die bedoeld zijn om trillingen te verminderen:
- Ontwerpintentie: de isolatoren worden zo gekozen dat hun eigenfrequentie op ongeveer een derde tot een vijfde van de rijsnelheid ligt, waardoor de machine zich ruim in het isolatiegebied bevindt.
- Probleem: Als de machine onder de ontwerpsnelheid draait of tijdens het opstarten gewoon door de isolatiefrequentie gaat, voldoet de forcering aan die natuurlijke frequentie.
- Symptoom: Ernstige trillingen bij snelheden in de buurt van de natuurlijke frequentie van de isolator
- Duur: beperkt tot een specifieke, meestal smalle, snelheidsband.
Rail- of skidresonantie
- Montagerails en apparatuurskids hebben hun eigen buigmodi.
- Typische frequenties zijn 15-50 Hz, afhankelijk van overspanning en stijfheid.
- Het hele samenstel schommelt op de buigrails.
- Dit komt vaak voor bij modulaire, verpakte apparatuur die als eenheid wordt verzonden.
Beugel- of steunresonantie
- Wand- of plafondapparatuur die op beugels wordt gedragen, wordt extra blootgesteld.
- De beugel of draagarm heeft zijn eigen natuurlijke frequentie.
- De beweging van de machine wordt versterkt wanneer de rijsnelheid ermee overeenkomt.
- De versterkte beweging kan dan trillingen doorgeven aan de constructie van het gebouw zelf.
4. Diagnostische identificatie
Belangrijkste indicatoren
- Versterking: De trillingen gemeten op de steun zijn veel groter dan de trillingen op de machine - het kenmerk van de aandoening.
- Schommelen of stuiteren: zichtbare beweging van de hele machine.
- Snelheidsgevoeligheid: alleen streng binnen een smal snelheidsbereik.
- Lage frequentie: meestal 5-30 Hz voor geïsoleerde systemen.
- Faserelaties: alle montagepunten bewegen in fase voor een stuitermodus, of uit fase voor een schommelmodus.
Diagnostische procedure
- Identificeer de resonantiefrequentie van de piek in de trillingsspectrum.
- Test de bevestigingen met een schok: A bumptest onthult de eigenfrequentie van het onderstel, onafhankelijk van de draaiende machine.
- Vergelijken: Als de werkingsresonantiefrequentie samenvalt met de gemeten natuurlijke frequentie van de bevestiging, is de montageresonantie bevestigd.
- Meet verschillende locaties om de fase relaties tussen montagepunten.
- Beoordeel de modusvorm: beslissen of de beweging stuiteren, schommelen of een gekoppelde modus is.
Een cruciale vroege tak in de diagnose is het scheiden van een ondersteuningsprobleem en een rotorprobleem. De handtekening hierboven - grote beweging op de steunen, bescheiden beweging van de rotor, met de piek gefixeerd op een structurele frequentie in plaats van op de volgsnelheid - wijst duidelijk naar de steun. Er moet ook op gelet worden dat montageresonantie niet verward wordt met een zachte voet, waarbij één steun niet vlak zit en het frame vervormt; de twee kunnen naast elkaar bestaan en allebei trillingen opwekken.
5. Oplossingen
Voor isolatie-systeemresonantie
Verander de stijfheid van de isolator
- Stuggere isolatoren verhoog de natuurlijke frequentie boven de bedrijfssnelheid.
- Zachtere isolatoren verlaag deze tot onder het opstartbereik als de apparatuur de grotere statische afbuiging kan verdragen.
- Selectieregel: De frequentie van de isolator moet lager zijn dan een derde van de minimale werksnelheid.
Demping toevoegen
- Gebruik isolatoren met ingebouwde demping - elastomeerbevestigingen in plaats van kale stalen veren.
- Voeg viskeuze of frictiedempers toe parallel aan de isolatoren.
- Demping verlaagt de resonantiepiek, zelfs als het frequentieverschil niet kan worden weggenomen.
Verbeter de installatie van de isolator
- Zorg ervoor dat elke isolator goed belast is - niet gespannen, niet knellend of onbelast.
- Controleer of de isolatoren passen bij het werkelijke gewicht van de apparatuur en niet bij een verondersteld gewicht.
- Controleer op vastzittende of versleten isolatoren die hun ontworpen stijfheid hebben verloren.
- Bevestig een symmetrische plaatsing ten opzichte van het zwaartepunt om gekoppelde modi te vermijden.
Voor structurele montageresonantie
De montageconstructie verstevigen
- Verbanden toevoegen aan rails of sleden.
- Vergroot de dikte van de beugel of voeg hoekplaten toe.
- Verkort niet-ondersteunde overspanningen.
- Bind afzonderlijke bevestigingspunten aan elkaar zodat ze als één geheel werken.
De montageconfiguratie wijzigen
- Voeg tussensteunen toe om de overspanning te verminderen.
- Verplaats montagepunten naar stijvere delen van de constructie.
- Gebruik steviger bevestigingsmateriaal.
Omdat al deze bewegingen werken door een natuurlijke frequentie te verschuiven, is de ondersteunende structuur funderingsstijfheid is de hefboom waaraan ze trekken; een stichting natuurlijke-frequentie calculator helpt bevestigen dat een verandering in verstijving de frequentie daadwerkelijk vrijmaakt van de loopsnelheid.
Operationele oplossingen
- Snelheidsbeperking: Voorkom langdurige werking op de resonantiesnelheid.
- Snelle acceleratie: passeren de resonantie snel tijdens het opstarten, zodat er weinig energie wordt opgebouwd.
- Verminder de prikkeling: verbeteren evenwicht om de forcering bij de resonantiefrequentie te verlagen.
6. Isolatieontwerp en gekoppelde apparatuur
Trillingsisolerend ontwerp
Het ontwerp voor geluidsisolatie voorkomt resonantie van de montering door de bedrijfssnelheden ver buiten de natuurlijke frequenties van de montering te houden:
- Frequentieverhouding: moet de frequentie van de isolator voldoen aan fisolator < 0.3 × fminimale bedrijfskosten.
- Overdraagbaarheid: precies bij resonantie de overdraagbaarheid kan meer dan 10 bedragen - de montering versterkt in plaats van te isoleren, het tegenovergestelde van wat de bedoeling is.
- Werkbereik: Alle werkfrequenties moeten boven 2-3× de frequentie van de isolator liggen voor effectieve isolatie.
- Opstarten: Een korte passage met hoge amplitude door de resonantie tijdens het aanlopen is acceptabel, mits deze kort is.
Het kiezen van isolatoren die aan deze doelstellingen voldoen is een routineklus; een rekenmachine voor selectie van trillingsdempers stemt de stijfheid van de bevestiging af op de massa en snelheid van de machine en een machine-vibratie-isolatie rekenmachine schat de resulterende isolatie-efficiëntie.
Gekoppelde apparatuur
Motoraangedreven apparatuur gemonteerd op een gemeenschappelijke basisplaat voegt zijn eigen complicaties toe:
- De hele assemblage heeft stijve-lichaamsmodi op de steunen.
- De motor en de aangedreven machine koppelen hun trillingen via de gemeenschappelijke grondplaat.
- Een resonantie kan worden opgewekt door beide machines, ongeacht welke de luidere bron is.
- Het moet daarom worden behandeld als één compleet systeem, niet als twee onafhankelijke machines.
7. Meet- en analyse-instrumenten
Modale analyse
- Modale analyse karakteriseert elke modus van het montagesysteem volledig.
- Het identificeert de frequentie, demping en vorm van elke modus.
- Die gegevens worden direct gebruikt om het ontwerp aan te passen.
- Het kan experimenteel worden uitgevoerd met botsproeven of voorspeld met eindige-elementenanalyse.
Bedrijfsafbuigingsvorm (ODS)
- ODS-analyse visualiseert het werkelijke bewegingspatroon terwijl de machine draait.
- Het maakt een duidelijk onderscheid tussen montageresonantie en rotorresonantie.
- Het laat zien welke modus actief is - bounce, rock of gekoppeld.
- Het geeft precies aan waar verstijving moet worden toegevoegd voor het grootste effect.
In het veld ondersteunt hetzelfde draagbare instrument dat gebruikt wordt voor routinebalancering veel van dit werk. Een tweekanaalsanalyser zoals de Balans-1a meet de amplitude en fase op verschillende punten op de steunen en de bumptestfunctie meet de eigenfrequentie van de steun rechtstreeks. Hierdoor kan een ingenieur een vermoedelijke montageresonantie bevestigen, beslissen of de remedie een stijvere steun of een betere balans is en de oplossing verifiëren zodra deze is aangebracht.
Bevestigingsresonantie kan ernstige trillingen veroorzaken, zelfs op goed onderhouden, uitgebalanceerde machines, gewoon omdat het probleem in de steunen zit en niet in de rotor. Het begrijpen van de natuurlijke frequenties van montagesystemen - vooral trillingsisolatoren - en ze stevig gescheiden houden van de bedrijfssnelheden is essentieel voor een succesvolle trillingscontrole in elke installatie voor roterende apparatuur.
