Pochopenie rezonancie rámca
Definícia: Čo je to rámcová rezonancia?
Rezonancia rámu je špecifický typ štrukturálna rezonancia kde vlastný konštrukčný rám, puzdro, skriňa alebo kryt stroja vibruje v jednom zo svojich prirodzené frekvencie v reakcii na budenie z rotujúcich komponentov. Na rozdiel od rezonancií základov alebo podstavcov, ktoré zahŕňajú nosnú konštrukciu, rezonancia rámu zahŕňa samotné telo stroja – liatinovú alebo oceľovú konštrukciu, ktorá uzatvára rotujúce prvky.
Rezonancia rámu je bežná v strojoch s veľkými, relatívne ľahkými krytmi, ako sú ventilátory, dúchadlá, čerpadlá a motory. Zvyčajne sa prejavuje ako nadmerný hluk, viditeľné vibrácie krytov alebo panelov a vysoká vibrácie hodnoty na ráme, ktoré sú neúmerné skutočným vibráciám rotora.
Bežné situácie rezonancie rámca
Rámy motorov a generátorov
- Prirodzené frekvencie: Typicky 50 – 400 Hz v závislosti od veľkosti a konštrukcie
- Excitácia: 1× (nevyváženosť), 2× sieťová frekvencia (120 Hz pre motory 60 Hz), elektromagnetické sily
- Príznaky: Vibrácie rámu sú oveľa vyššie ako vibrácie ložiska; počuteľný hukot alebo bzučanie
- Závažnosť: Vibrácie na ráme môžu byť 5 až 10-krát vyššie ako na ložiskách.
Kryty ventilátorov a dúchadiel
- Prirodzené frekvencie: 20 – 200 Hz pre typické priemyselné ventilátory
- Excitácia: Frekvencia prechodu čepele (počet lopatiek × otáčky za minútu)
- Príznaky: Panely krytu prudko vibrujú; hlasný aerodynamický hluk
- Charakteristika: Môže sa vyskytnúť iba pri určitých rýchlostiach alebo podmienkach prúdenia
Puzdrá čerpadiel
- Prirodzené frekvencie: 30 – 300 Hz v závislosti od konštrukcie krytu
- Excitácia: Frekvencia prechodu lopatiek, hydraulické pulzácie
- Príznaky: Vibrácie plášťa, hluk, potenciál pre únavové trhliny
- Hydraulická spojka: Puzdro naplnené kvapalinou môže spájať vibrácie rotora a puzdra
Prevodové skrine
- Budenie frekvencie ozubeného kolesa
- Vlastné frekvencie rámca sa často prekrývajú s frekvenciami siete
- Charakteristické hlasné kvílenie prevodovky pri rezonancii
Vibračný podpis a detekcia
Charakteristické príznaky
- Závislé od lokality: Vibrácie sa dramaticky líšia na povrchu rámu (bežné rozdiely sú 10-krát vyššie)
- Ložisko verzus rám: Vibrácie rámu >> vibrácie ložiska (môžu byť 3-10×)
- Špecifická frekvencia: Iba pri rezonančnej frekvencii; ostatné frekvencie sú normálne
- Citlivý na rýchlosť: Silné v úzkom rozsahu rýchlostí (±10-20% rezonančnej rýchlosti)
- Vizuálny pohyb: Pohyb snímky je často viditeľný voľným okom
Diagnostické testy
Nárazový (bump) test
- Udrite do rámu gumeným kladivom alebo kladivom s nástrojom
- Zmerajte odozvu pomocou akcelerometer
- Identifikujte vlastné frekvencie rámca z vrcholov vo frekvenčnej odozve
- Porovnajte s prevádzkovými frekvenciami (1×, 2×, prechod čepele atď.)
Prieskum pohyblivého akcelerometra
- Merajte vibrácie na viacerých miestach rámu počas prevádzky
- Vytvorte vibračnú mapu zobrazujúcu vysoké a nízke oblasti
- Vzor odhaľuje tvar módu (ohýbanie, skrútenie, prehýbanie panelu)
- Identifikuje antinódy (maximálny pohyb) a uzly (minimálny pohyb)
Meranie prenosovej funkcie
- Meranie koherencie medzi vibráciami ložiska (vstup) a vibráciami rámu (výstup)
- Vysoká koherencia pri špecifickej frekvencii potvrdzuje rezonanciu
- Prenosová funkcia ukazuje faktor zosilnenia
Riešenia a zmierňovanie
Úpravy výstuže
Pridajte štrukturálne rebrá alebo kliny
- Zvýšte tuhosť rámu v ohybe
- Zvyšuje vlastné frekvencie nad rozsah excitácie
- Relatívne úsporné a efektívne
- Možno dodatočne namontovať na existujúce zariadenia
Zväčšiť hrúbku materiálu
- Zhrubnite rámové steny alebo panely
- Výrazne zvyšuje tuhosť a frekvenciu
- Môže vyžadovať úpravu dizajnu a nové odliatky/výroby
Štrukturálne väzby a výstuže
- Spojte protiľahlé strany rámu, aby ste predišli ohýbaniu
- Priečne vystuženie zvyšuje torznú tuhosť
- Možno pridať externe bez vnútorných úprav
Sčítanie hmotnosti
- Nižšia prirodzená frekvencia: Pridajte hmotnosť na zníženie frekvencie pod rozsah budenia
- Strategické umiestnenie: Pre maximálny účinok pridajte hmotu v miestach antinódov
- Naladená omša: Starostlivo vypočítané pridanie hmotnosti pre špecifický režim radenia
- Kompromis: Zvýšená hmotnosť nemusí byť žiaduca pre všetky aplikácie
Tlmiace úpravy
Tlmenie obmedzenou vrstvou
- Viskoelastický materiál vložený medzi kovové vrstvy
- Aplikuje sa na veľké ploché povrchy (panely, kryty)
- Znižuje amplitúdu rezonančného píku o 50-80%
- Účinné v rozsahu 20 – 500 Hz
Tlmenie voľnej vrstvy
- Tlmiaci materiál pripevnený priamo k vibrujúcemu povrchu
- Jednoduchšie ako obmedzená vrstva, ale menej efektívne
- Vhodné pre aplikácie s obmedzenou prístupnosťou
Prevádzkové zmeny
- Zmena rýchlosti: Pracujte pri rýchlosti, pri ktorej nedochádza k rezonancii
- Znížte nútenie: Zlepšite rovnováhu a zarovnanie, aby ste znížili amplitúdu budenia
- Zmeny procesu: Zmenou prietoku, tlaku alebo zaťaženia sa posunú budiace frekvencie
Prevencia v dizajne
Princípy dizajnu
- Dostatočná tuhosť: Navrhnite rám s vlastnými frekvenciami > 2× najvyššia budiaca frekvencia
- Rozloženie hmotnosti: Vyhnite sa koncentrovaným hmotám vytvárajúcim nízkofrekvenčné režimy
- Rebrovanie a výstuž: Zahrňte prvky výstuže od začiatku
- Modálna analýza: MKP počas návrhu na predpovedanie a optimalizáciu vlastných frekvencií
Overenie návrhu
- Testovanie prototypov s analýzou dopadu
- Meranie tvaru priehybu v prevádzke na prvých jednotkách
- Ak sa zistia rezonancie, upravte návrh pred výrobou
Príklad prípadu
Situácia: 75 HP motor poháňajúci odstredivý ventilátor, nadmerný hluk a vibrácie
- Príznaky: Vibrácie rámu motora 12 mm/s; vibrácie ložísk iba 2,5 mm/s
- Frekvencia: 120 Hz (2× sieťová frekvencia pre motor 60 Hz)
- Skúška nárazom: Vlastná frekvencia odhaleného snímku pri 118 Hz
- Hlavná príčina: Rám rezonujúci na frekvencii elektromagnetického pôsobenia
- Riešenie: Pridané štyri uhlové železné kliny spájajúce nohy motora s koncovými zvonmi
- Výsledok: Vlastná frekvencia rámu sa posunula na 165 Hz, vibrácie klesli na 3,2 mm/s
- Cena: $200 v materiáloch oproti $8 000 pri výmene motora
Rezonancia rámu je bežný, ale často nesprávne diagnostikovaný problém s vibráciami. Rozpoznanie charakteristických symptómov (vysoké vibrácie rámu v porovnaní s vibráciami ložiska, frekvenčne špecifické, závislé od miesta) a použitie vhodných diagnostických techník (nárazové skúšky, analýza ODS) umožňuje cielené riešenia, ktoré môžu dramaticky znížiť vibrácie pri nízkych nákladoch.
Kategórie:
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 