Înțelegerea diagramelor de interferență
Definiție: Ce este o diagramă de interferență?
Un diagrama de interferență este un instrument grafic utilizat în dinamica rotorului pentru a identifica intervalele de viteză de rotație în care frecvențele de excitație “interferează” cu (se potrivesc) cu viteza sistemului frecvențe naturale, creând condiții pentru rezonanţă. Termenul “interferență” se referă la interacțiunea problematică dintre o frecvență de forțare (de la dezechilibra, trecerea palei sau alte surse) și o frecvență naturală care poate provoca o supratensiune excesivă vibrații.
Deși strâns legat de Diagrama Campbell, o diagramă de interferență se concentrează adesea în mod specific pe evidențierea punctelor de intersecție (interferențe) și a zonelor de viteză asociate care ar trebui evitate sau traversate rapid în timpul funcționării.
Relația cu diagramele Campbell
În practică, termenii “diagramă de interferență” și “diagramă Campbell” sunt adesea folosiți interschimbabil, deoarece afișează informații similare. Cu toate acestea, există distincții subtile:
Accentul asupra diagramei Campbell
- Prezintă imaginea completă a modului în care frecvențele naturale variază în funcție de viteză
- Afișează curbele de frecvență naturală ca funcții continue ale vitezei
- Utilizat în principal pentru analiza și proiectarea dinamică completă a rotorului
Accent pe diagrama de interferență
- Concentrează atenția asupra zonelor problematice specifice - punctele de intersecție
- Adesea include “zone interzise” umbrite în jurul vitezelor critice
- Mai multă concentrare operațională, punând accentul pe intervalele de viteză de evitat
- Poate include mai multe surse de excitație dincolo de simplul dezechilibru
Construcția unei diagrame de interferență
O diagramă de interferență este construită similar cu o diagramă Campbell, dar cu un context operațional suplimentar:
Elemente de bază
- Axă orizontală: Viteza de rotație (RPM sau Hz)
- Axă verticală: Excitație sau frecvență naturală (Hz sau CPM)
- Linii de frecvență naturală: Arată cum se schimbă frecvențele naturale ale sistemului odată cu viteza
- Linii de comandă de excitație: Linii diagonale pentru 1X, 2X, 3X și alte surse de excitație
Caracteristici suplimentare
- Puncte de intersecție evidențiate: Viteze critice marcate clar cu simboluri sau adnotări
- Zone cu viteză interzisă: Benzile umbrite din jurul fiecărei viteze critice indică intervalele de evitat
- Interval de viteză de funcționare: Clar indicat, adesea ca o bandă verticală sau o regiune evidențiată
- Zone de traversare rapidă: Intervale de viteză parcurse rapid în timpul pornirii/opririi
- Surse multiple de excitație: Linii pentru frecvența de trecere a palei, frecvența de îngrenare a angrenajului, frecvența defectelor lagărelor
Tipuri de interferențe
O diagramă de interferență poate identifica diverse tipuri de interacțiuni problematice:
1. Interferență sincronă (1X)
Cel mai comun tip, în care forțele de dezechilibru care apar o dată pe rotație coincid cu o frecvență naturală. Acesta este tipul clasic viteză critică stare.
2. Interferență armonică (2X, 3X etc.)
Armonicile superioare ale vitezei de rulare pot, de asemenea, excita rezonanțe. Sursele comune includ:
- 2X: De la nealiniere, slăbire mecanică sau rigiditate asimetrică
- 3X, 4X: De la contactele dinților angrenajului, rulmenții cu lobi multipli sau asimetriile structurale
3. Interferență la trecerea lamei/paletei
Pentru turbomașini, frecvența de trecere a palelor (numărul de pale × RPM) poate excita moduri structurale. Diagrama de interferență arată unde liniile de frecvență de trecere a palelor intersectează frecvențele naturale.
4. Interferență subsincronă
Fenomene precum vârtejul de petrol (de obicei la 0,43X-0,48X) pot crea interferențe subsincrone care trebuie identificate și gestionate.
5. Interferență de frecvență de bătaie
În sistemele cuplate sau în sistemele cu mai multe elemente rotative, frecvențele de bătaie cauzate de mici diferențe de viteză pot crea interferențe.
Utilizare practică în proiectarea mașinilor
Aplicații în faza de proiectare
- Evitarea vitezei critice: Asigurați-vă că intervalul de viteză de funcționare nu se suprapune cu zonele de interferență
- Verificarea marginii de separare: Confirmați marje adecvate (de obicei ±15% până la ±30%) în jurul tuturor vitezelor critice
- Gestionarea sursei de excitație: Dacă o interferență nu poate fi evitată, reduceți amplitudinea sursei de excitație (îmbunătățiți echilibrul, reduceți nealinierea etc.)
- Cerințe de amortizare: Identificați unde s-a îmbunătățit amortizare este necesar pentru a controla vibrațiile rezonante
Modificare și depanare
Când utilajele existente se confruntă cu probleme de vibrații, diagramele de interferență ajută:
- Identificați dacă problema se datorează funcționării prea aproape de o viteză critică
- Evaluați modificările propuse (modificări ale rulmenților, masă adăugată, modificări ale rigidității)
- Prezicerea efectelor schimbărilor de viteză sau ale funcționării cu viteză variabilă
- Determinați dacă problema provine dintr-o sursă de excitație neașteptată
Stabilirea zonelor de viteză interzisă
O caracteristică cheie a diagramelor de interferență este definirea zonelor de viteză interzise sau restricționate:
Determinarea lățimii zonei
Lățimea fiecărei zone interzise depinde de mai mulți factori:
- Amortizarea sistemului: Amortizarea scăzută necesită zone mai largi; amortizarea ridicată permite zone mai înguste
- Amplitudinea excitației: Sursele puternice de excitație necesită zone de evitare mai largi
- Consecințe operaționale: Echipamentele critice pot necesita zone mai conservatoare (mai largi)
- Valori tipice: ±15% pentru sisteme bine amortizate, ±20-30% pentru sisteme slab amortizate
Proceduri operaționale
Pe baza diagramei de interferență, se stabilesc procedurile de operare:
- Funcționare continuă permisă: Intervale de viteză fără interferențe
- Traversare rapidă necesară: Zone interzise prin care trebuie trecut rapid în timpul pornirii/opririi
- Absolut interzis: Zone de rezonanță severă în care funcționarea nu este permisă niciodată
Exemplu: Diagrama interferenței turbinei
Luați în considerare o turbină cu abur cu următoarele caracteristici:
- Viteză de funcționare: 3000 RPM (50 Hz)
- Prima viteză critică: 2400 RPM (40 Hz)
- A doua viteză critică: 4200 RPM (70 Hz)
- Număr de lame: 60
- Frecvența de trecere a lamei la 3000 RPM: 60 × 50 Hz = 3000 Hz
Diagrama interferențelor arată:
- Linia 1X traversează prima frecvență naturală: Turație critică la 2400 RPM - Zonă interzisă: 2040-2760 RPM (±15%)
- Linia 1X traversează a doua frecvență naturală: Turație critică la 4200 RPM - Nu este o problemă, deoarece viteza de funcționare este mult sub
- Viteză de funcționare (3000 RPM): În siguranță între două viteze critice cu marje de separare bune
- Frecvența de trecere a lamei: La 3000 Hz, fără interferențe cu modurile structurale din intervalul de funcționare
Îndrumări operaționale:
- În timpul pornirii, accelerați prin intervalul 2040-2760 RPM în mai puțin de 30 de secunde
- Funcționarea continuă între 2800-3200 RPM este acceptabilă
- Nu încercați să utilizați continuu între 2040-2760 RPM
Considerații avansate
Efectele temperaturii
Unele diagrame de interferență includ curbe multiple care arată cum se modifică frecvențele naturale odată cu schimbările de temperatură (creșterea termică afectează rigiditatea și caracteristicile rulmentului). Vitezele critice se pot modifica pe măsură ce mașina se încălzește.
Efecte de încărcare
Pentru utilajele în care sarcina procesului afectează semnificativ rigiditatea rulmentului sau deformarea rotorului, diagramele de interferență pot arăta familii de curbe pentru diferite condiții de încărcare.
Sisteme cuplate
Când sunt cuplate mai multe rotoare (gamaturi motor-pompă, grupuri turbină-generator), diagrama de interferență trebuie să ia în considerare modurile torsionale și laterale cuplate care pot crea viteze critice suplimentare.
Crearea unei diagrame de interferență
Din modele analitice
- Dezvoltarea unui model cu elemente finite al sistemului rotor-lagăr
- Calculați frecvențele naturale la viteze multiple
- Trasarea curbelor de frecvență naturală în funcție de viteză
- Suprapunerea liniilor de ordine a excitației (1X, 2X, trecerea palei etc.)
- Marcați punctele de intersecție și stabiliți zonele interzise
- Adnotați intervalul de viteză de operare și procedurile
Din date experimentale
- Efectuați teste de pornire și de rulare liberă cu monitorizare a vibrațiilor
- Genera parcele de cascadă sau Diagrame Bode
- Identificați locațiile critice de viteză din vârfurile de amplitudine și schimbările de fază
- Creați o diagramă de interferență care marchează vitezele critice observate
- Stabilirea unor zone interzise empirice pe baza nivelurilor de vibrații măsurate
Beneficii pentru Operațiuni și Întreținere
Diagramele de interferență oferă îndrumări valoroase pentru operatorii mașinilor și personalul de întreținere:
- Limite de operare clare: Indicarea vizuală a intervalelor de viteză sigure și nesigure
- Proceduri de pornire/oprire: Identifică vitezele de deplasare rapidă
- Funcționare cu viteză variabilă: Definește intervalele de viteză acceptabile pentru acționările cu viteză reglabilă
- Instrument de depanare: Ajută la diagnosticarea dacă problemele de vibrații sunt legate de viteză
- Planificarea modificărilor: Arată impactul modificărilor propuse înainte de implementare
- Ajutor pentru instruire: Instrument educațional pentru înțelegerea comportamentului dinamic al mașinilor
Pentru mașinile rotative critice, diagrama de interferență este un document esențial care ar trebui să fie disponibil operatorilor, tehnicienilor de întreținere și personalului de inginerie, asigurându-se că toată lumea înțelege caracteristicile dinamice ale mașinii și o operează în intervale de viteză sigure.
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 