Понимание явления резонанса при монтаже
Нарастающий резонанс является резонанс состояние, при котором система крепления - виброизоляторы, монтажные шины, кронштейны, салазки или вся машина в сборе, установленная на опорах, - вибрирует при одном из собственных колебаний собственные частоты в ответ на возбуждение от вращающегося оборудования, которое она несет. Когда это происходит, вся машина подпрыгивает, раскачивается или катится как жесткое тело на своих опорах с амплитудой, намного превышающей ту, которую вызвало бы такое же воздействие на жестком фундаменте. Это наиболее знакомо машинам, оснащенным виброизоляторами, но оно может поразить и обычную установку, закрепленную болтами, если в несущей конструкции отсутствует жесткость. В любом случае, это центральная проблема при проектировании изоляции, которая должна быть исключена или активно управляться, а не обнаруживаться в процессе эксплуатации.
1. Определение: Что такое монтажный резонанс?
Ключ к пониманию монтажного резонанса заключается в том, чтобы рассматривать машину и ее опоры как систему "масса-пружина". Машина - это масса, а изоляторы или гибкость опорной конструкции - это пружина. Как и любая другая подобная система, этот узел имеет собственные частоты, и если скорость движения - или одна из ее гармоник - совпадает с одной из них, то принудительная вибрация усиливается. Резонанс крепления отличается от резонанса ротора или вала тем, что вся машина движется более или менее как единое целое: вибрация, измеренная на креплении, значительно превышает вибрацию самого ротора. Этот признак является подсказкой, что проблема кроется в опоре, а не в роторе. Она тесно связана с резонанс рамы и структурный резонанс, которые описывают то же усиление, возникающее в раме машины или окружающей конструкции.
2. Собственные частоты монтажной системы
Режимы жесткого тела на изоляторах
Машина, опирающаяся на виброизоляторы, ведет себя как жесткое тело на пружинах, а жесткое тело в пространстве имеет шесть степеней свободы, поэтому у него шесть собственных частот жесткого тела.
Режимы трансляции (три)
- Вертикальный отскок: Движение вверх-вниз, как правило, самой низкой частоты - около 5-15 Гц для обычной изоляции.
- Горизонтальные переводы (X и Y): боковых движений, обычно около 1,5-2× частоты вертикальных отскоков.
Режимы вращения (три)
- Роль: вращение вокруг продольной оси.
- Краткое описание: вращение вокруг поперечной оси.
- Отклонение: вращение вокруг вертикальной оси.
- Частоты: обычно 10-30 Гц, в зависимости от размеров машины и расположения ее центра тяжести.
Связанные моды
- Если изоляторы расположены несимметрично или центр тяжести не расположен по центру, то режимы сцепляются.
- Перевод и вращение происходят вместе.
- В результате получается сложный рисунок движения.
- Такие связанные режимы сложнее анализировать и корректировать, чем чистые, несвязанные.
3. Когда возникает монтажный резонанс
Резонанс изоляции и системы
Самый распространенный сценарий, и он парадоксален, поскольку возникает из-за тех самых изоляторов, которые призваны снижать вибрацию:
- Замысел дизайна: изоляторы выбираются таким образом, чтобы их собственная частота составляла от одной трети до одной пятой от скорости движения, что позволяет машине находиться в области изоляции.
- Проблема: Если машина работает с частотой ниже расчетной или просто проходит через частоту изолятора при запуске, то форсирование соответствует этой собственной частоте.
- Симптом: Сильная вибрация при скоростях, близких к собственной частоте изолятора
- Продолжительность: ограничена определенным, обычно узким, диапазоном скоростей.
Резонанс рельсов или салазок
- Монтажные направляющие и салазки для оборудования имеют свои собственные режимы изгиба.
- Типичная частота составляет 15-50 Гц, в зависимости от пролета и жесткости.
- Весь узел качается на гибких направляющих.
- Это характерно для модульного, упакованного оборудования, поставляемого как единое целое.
Резонанс кронштейна или опоры
- Настенное или потолочное оборудование, установленное на кронштейнах, подвергается особой опасности.
- Кронштейн или опорный рычаг имеет свою собственную частоту колебаний.
- Движение машины усиливается, когда скорость бега соответствует ему.
- Усиленное движение может передавать вибрацию на саму конструкцию здания.
4. Диагностическая идентификация
Ключевые показатели
- Усиление: Вибрация, измеренная на креплении, намного больше, чем вибрация на машине - отличительный признак этого состояния.
- Качание или подпрыгивание: видимое движение всей машины.
- Чувствительность к скорости: эффективна только в узком диапазоне скоростей.
- Низкая частота: обычно 5-30 Гц для изолированных систем.
- Фазовые отношения: Все точки крепления движутся синфазно для режима отскока или противофазно для режима качания.
Диагностическая процедура
- Определите резонансную частоту от пика в спектр вибрации.
- Испытайте крепления на удар: a тест на удар показывает собственную частоту крепления, не зависящую от хода машины.
- Сравните: если рабочая резонансная частота совпадает с измеренной собственной частотой крепления, резонанс крепления подтверждается.
- Измерьте несколько мест установить фаза соотношения между точками крепления.
- Оцените форму режима: определите, является ли движение отскоком, раскачиванием или соединенным режимом.
Важнейшим ранним этапом диагностики является отделение проблемы с опорой от проблемы с ротором. Приведенная выше сигнатура - большое движение на креплении, скромное движение ротора, с пиком, зафиксированным на структурной частоте, а не на скорости отслеживания - указывает именно на крепление. Также не следует путать резонанс крепления с мягкая стопа, Когда одна опора не сидит ровно и деформирует раму, обе могут сосуществовать и обе повышают вибрацию.
5. Решения
Для изоляции-системного резонанса
Изменить жесткость изолятора
- Более жесткие изоляторы повысить собственную частоту выше рабочей.
- Более мягкие изоляторы снизить его ниже диапазона ввода в эксплуатацию, если оборудование может выдержать большее статическое отклонение.
- Правило отбора: частота изолятора должна быть ниже одной трети минимальной рабочей скорости.
Добавить демпфирование
- Используйте изоляторы со встроенными демпфирование - Эластомерные крепления вместо голых стальных пружин.
- Добавьте вязкие или фрикционные демпферы параллельно с изоляторами.
- Демпфирование снижает пик резонанса, даже если совпадение частот не может быть устранено.
Улучшение монтажа изоляторов
- Убедитесь, что каждый изолятор правильно нагружен - не зажат, не скрепит и не несет нагрузки.
- Убедитесь, что изоляторы соответствуют фактическому, а не предполагаемому весу оборудования.
- Проверьте, нет ли изъятых или испорченных изоляторов, которые потеряли свою расчетную жесткость.
- Убедитесь в симметричном размещении относительно центра тяжести во избежание возникновения связанных режимов.
Для резонанса при конструкционном креплении
Усильте монтажную конструкцию
- Добавьте крепления к рельсам или салазкам.
- Увеличьте толщину кронштейна или добавьте прокладки.
- Укоротите неподдерживаемые пролеты.
- Свяжите отдельные точки крепления вместе, чтобы они действовали как единое целое.
Изменение конфигурации крепления
- Добавьте промежуточные опоры, чтобы уменьшить длину пролета.
- Перенесите точки крепления в более жесткие части конструкции.
- Используйте более надежные крепежные элементы.
Поскольку все эти движения работают за счет смещения собственной частоты, несущая конструкция жёсткость фундамента это рычаг, за который они дергают; a калькулятор собственных частот фундамента подтверждает, что изменение жесткости действительно сдвигает частоту в сторону уменьшения скорости бега.
Операционные решения
- Ограничение скорости: избегайте длительной работы на резонансной скорости.
- Быстрое ускорение: при запуске быстро проходят через резонанс, поэтому накапливается мало энергии.
- Уменьшите возбуждение: улучшить баланс чтобы снизить вынуждающую силу на резонансной частоте.
6. Конструкция изоляции и соединенное оборудование
Виброизолирующая конструкция
Звукоизолирующая конструкция предотвращает резонанс крепления, удерживая рабочие скорости далеко от собственных частот крепления:
- Соотношение частот: частота изоляции должна удовлетворять fизолятор < 0.3 × fминимальные эксплуатационные.
- Передача инфекции: именно при резонансе передаваемость может превышать 10 - крепление усиливает, а не изолирует, что противоположно его назначению.
- Рабочий диапазон: Для эффективной изоляции все рабочие частоты должны лежать выше 2-3× частоты изолятора.
- Стартап: кратковременное, высокоамплитудное прохождение через резонанс во время разгона допустимо, если оно короткое.
Выбор изоляторов, отвечающих этим требованиям, - обычная процедура определения размеров. калькулятор выбора вибромонтажа соответствует жесткости крепления массе и скорости машины, и калькулятор виброизоляции машин оценивает результирующую эффективность изоляции.
Совмещенное оборудование
Оборудование с механическим приводом, установленное на общей опорной плите, имеет свои сложности:
- Весь узел обладает режимами жесткого тела на своих креплениях.
- Двигатель и приводимая машина передают свои колебания через общую опорную плиту.
- Резонанс может быть вызван любой машиной, независимо от того, какая из них является более громким источником.
- Поэтому их следует рассматривать как одну целостную систему, а не как две независимые машины.
7. Средства измерения и анализа
Модальный анализ
- Модальный анализ полностью характеризует каждый режим работы монтажной системы.
- Он определяет частоту, демпфирование и форму режима каждого из них.
- Эти данные напрямую используются для внесения изменений в дизайн.
- Это можно сделать экспериментально с помощью ударные испытания или прогнозируется с помощью конечно-элементного анализа.
Рабочая форма отклонения (ODS)
- Анализ ОРВ визуализирует реальную картину движения во время работы машины.
- Он четко отличает монтажный резонанс от резонанса ротора.
- Он показывает, какой режим активен - отскок, рок или сцепка.
- Он указывает, где именно следует добавить жесткость для достижения максимального эффекта.
В полевых условиях большую часть этой работы выполняет тот же портативный прибор, который используется для обычного уравновешивания. Двухканальный анализатор, такой как Балансет-1А Захватывает амплитуду и фазу в нескольких точках крепления, а функция проверки на неровность позволяет напрямую измерить собственную частоту крепления, что позволяет инженеру подтвердить подозрение на резонанс крепления, решить, что лечить - более жесткую опору или лучшую балансировку, и проверить исправление после того, как оно сделано.
Резонанс крепления может вызвать сильную вибрацию даже на хорошо обслуживаемом и сбалансированном оборудовании, просто потому, что проблема кроется в опорах, а не в роторе. Понимание собственных частот монтажных систем - прежде всего, виброизоляторов - и их жесткое отсоединение от рабочих скоростей является необходимым условием успешного контроля вибрации в любом вращающемся оборудовании.
