Pochopenie interferenčných diagramov

Zariadenia

Prenosný vyvažovač a analyzátor vibrácií Balanset-1A

$2,353.83

Diely

Senzor vibrácií

$107.26

Diely

Optický senzor (laserový tachometer)

$147.78

Zariadenia

Balanset-4

$8,107.90

Diely

Magnetický stojan Insize-60-kgf

$54.82

Diely

Reflexná páska

$11.92

Zariadenia

Dynamický balancer "Balanset-1A" OEM

$2,067.80

Definícia: Čo je to interferenčný diagram?

Jeden interferenčný diagram je grafický nástroj používaný v dynamika rotora identifikovať rozsahy rýchlosti otáčania, kde budiace frekvencie “interferujú” (zhodujú sa) s frekvenciami systému prirodzené frekvencie, vytvárajúc podmienky pre rezonancia. Termín “interferencia” sa vzťahuje na problematickú interakciu medzi vynucovacou frekvenciou (z nevyváženosť, prechádzanie čepele alebo iné zdroje) a prirodzená frekvencia, ktorá môže spôsobiť nadmerné vibrácie.

Hoci úzko súvisí s Campbellov diagram, Diagram interferencie sa často zameriava konkrétne na zvýraznenie priesečníkov (interferencií) a súvisiacich rýchlostných zón, ktorým sa treba počas prevádzky vyhnúť alebo cez ktoré treba rýchlo prejsť.

Vzťah k Campbellovým diagramom

V praxi sa pojmy “interferenčný diagram” a “Campbellov diagram” často používajú zameniteľne, pretože zobrazujú podobné informácie. Existujú však jemné rozdiely:

Dôraz na Campbellov diagram

• Zobrazuje kompletný obraz o tom, ako sa prirodzené frekvencie menia s rýchlosťou
• Zobrazuje krivky vlastnej frekvencie ako spojité funkcie rýchlosti
• Používa sa predovšetkým na komplexnú analýzu a návrh dynamických rotorov

Dôraz na interferenčný diagram

• Zameriava pozornosť na konkrétne problémové oblasti – priesečníky
• Často zahŕňa tieňované “zakázané zóny” okolo kritických rýchlostí
• Operatívnejšie zameranie s dôrazom na rozsahy rýchlostí, ktorým sa treba vyhnúť
• Môže zahŕňať viacero zdrojov budenia okrem nevyváženosti

Zostavenie interferenčného diagramu

Interferenčný diagram sa zostavuje podobne ako Campbellov diagram, ale s dodatočným operačným kontextom:

Základné prvky

• Horizontálna os: Rýchlosť otáčania (ot./min. alebo Hz)
• Vertikálna os: Budiaca alebo prirodzená frekvencia (Hz alebo CPM)
• Čiary prirodzenej frekvencie: Ukazuje, ako sa vlastné frekvencie systému menia s rýchlosťou
• Riadky objednávky budenia: Diagonálne čiary pre 1X, 2X, 3X a iné zdroje excitácie

Ďalšie funkcie

• Zvýraznené body priesečníka: Kritické rýchlosti jasne označené symbolmi alebo anotáciami
• Zakázané rýchlostné zóny: Tieňované pásy okolo každej kritickej rýchlosti zobrazujú rozsahy, ktorým sa treba vyhnúť
• Rozsah prevádzkových rýchlostí: Jasne označené, často ako zvislý pás alebo zvýraznená oblasť
• Zóny rýchleho pohybu: Rozsahy rýchlosti, ktorými sa má rýchlo prepínať počas spúšťania/vypínania
• Viaceré zdroje budenia: Čiary pre frekvenciu prechodu lopatiek, frekvenciu záberu ozubených kolies, frekvencie porúch ložísk

Typy interferencií

Interferenčný diagram dokáže identifikovať rôzne typy problematických interakcií:

1. Synchrónne rušenie (1X)

Najbežnejší typ, kde sa sily nevyváženosti, ktoré vznikajú raz za otáčku, zhodujú s prirodzenou frekvenciou. Toto je klasický prípad. kritická rýchlosť stav.

2. Harmonické rušenie (2X, 3X atď.)

Vyššie harmonické frekvencie rýchlosti jazdy môžu tiež vyvolať rezonancie. Medzi bežné zdroje patria:

• 2x: Z adresy nesprávne zarovnanie, mechanická uvoľnenosť alebo asymetrická tuhosť
• 3x, 4x: Z kontaktov zubov ozubených kolies, viaclamelových ložísk alebo štrukturálnych asymetrií

3. Interferencia medzi lopatkami/krídlami

V prípade turbínových strojov môže frekvencia prechodu lopatiek (počet lopatiek × otáčky za minútu) vyvolať štrukturálne módy. Interferenčný diagram ukazuje, kde čiary frekvencie prechodu lopatiek pretínajú vlastné frekvencie.

4. Subsynchrónne rušenie

Fenomény ako olejový vír (typicky pri 0,43X-0,48X) môžu vytvárať subsynchrónne interferencie, ktoré je potrebné identifikovať a riadiť.

5. Interferencia frekvencie úderov

V prepojených systémoch alebo systémoch s viacerými rotujúcimi prvkami môžu frekvencie pulzov spôsobené malými rozdielmi v rýchlosti vytvárať rušenie.

Praktické využitie v konštrukcii strojov

Aplikácie vo fáze návrhu

1. Vyhýbanie sa kritickej rýchlosti: Zabezpečte, aby sa rozsah prevádzkových otáčok neprekrýval s interferenčnými zónami
2. Overenie oddeľovacej rezervy: Potvrďte primerané rezervy (zvyčajne ±15% až ±30%) okolo všetkých kritických rýchlostí.
3. Riadenie zdroja budenia: Ak sa rušeniu nedá vyhnúť, znížte amplitúdu zdroja budenia (zlepšite vyváženie, znížte nesúososť atď.)
4. Požiadavky na tlmenie: Identifikujte, kde sa vylepšilo tlmenie je potrebný na kontrolu rezonančných vibrácií

Úprava a riešenie problémov

Keď existujúce stroje majú problémy s vibráciami, interferenčné diagramy pomáhajú:

• Zistite, či je problém spôsobený prevádzkou príliš blízko kritickej rýchlosti
• Vyhodnoťte navrhované úpravy (zmeny ložísk, pridaná hmotnosť, úpravy tuhosti)
• Predpovedať účinky zmien rýchlosti alebo prevádzky s premenlivou rýchlosťou
• Zistite, či problém pochádza z neočakávaného zdroja budenia

Stanovenie zón zakázanej rýchlosti

Kľúčovou vlastnosťou interferenčných diagramov je definovanie zakázaných alebo obmedzených rýchlostných zón:

Určenie šírky zóny

Šírka každej zakázanej zóny závisí od niekoľkých faktorov:

• Tlmenie systému: Nízke tlmenie vyžaduje širšie zóny; vysoké tlmenie umožňuje užšie zóny
• Amplitúda budenia: Silné zdroje budenia vyžadujú širšie vyhýbacie zóny
• Prevádzkové dôsledky: Kritické zariadenia môžu vyžadovať konzervatívnejšie (širšie) zóny
• Typické hodnoty: ±151 TP3T pre dobre tlmené systémy, ±20 – 301 TP3T pre slabo tlmené systémy

Prevádzkové postupy

Na základe interferenčného diagramu sa stanovujú prevádzkové postupy:

• Povolená nepretržitá prevádzka: Rozsahy rýchlostí bez rušenia
• Vyžaduje sa rýchly posun: Zakázané zóny, cez ktoré je potrebné rýchlo prejsť počas spúšťania/vypínania
• Absolútne zakázané: Zóny so silnou rezonanciou, kde prevádzka nie je nikdy povolená

Príklad: Diagram interferencie turbíny

Predstavte si parnú turbínu s nasledujúcimi charakteristikami:

• Prevádzková rýchlosť: 3000 ot./min. (50 Hz)
• Prvá kritická rýchlosť: 2400 ot./min. (40 Hz)
• Druhá kritická rýchlosť: 4200 ot./min. (70 Hz)
• Počet čepelí: 60
• Frekvencia prechodu čepele pri 3000 ot./min.: 60 × 50 Hz = 3000 Hz

Diagram interferencie zobrazuje:

• Čiara 1X pretína prvú prirodzenú frekvenciu: Kritická rýchlosť pri 2400 ot./min. – Zakázaná zóna: 2040 – 2760 ot./min. (±151 TP3T)
• Čiara 1X pretína druhú prirodzenú frekvenciu: Kritická rýchlosť pri 4200 ot./min. – Nie je to problém, pretože prevádzková rýchlosť je výrazne nižšia
• Prevádzková rýchlosť (3000 ot./min.): Bezpečne medzi dvoma kritickými rýchlosťami s dobrými odstupovými rezervami
• Frekvencia prechodu čepele: Pri 3000 Hz nedochádza k rušeniu štrukturálnych módov v prevádzkovom rozsahu

Prevádzkové usmernenie:

• Počas štartovania zrýchlite v rozsahu 2040 – 2760 ot./min za menej ako 30 sekúnd
• Nepretržitá prevádzka medzi 2800 – 3200 ot./min. je prijateľná
• Nepokúšajte sa prevádzkovať nepretržite medzi 2040 – 2760 ot./min.

Pokročilé úvahy

Teplotné účinky

Niektoré interferenčné diagramy obsahujú viacero kriviek znázorňujúcich, ako sa vlastné frekvencie menia so zmenami teploty (tepelný rast ovplyvňuje tuhosť a charakteristiky ložiska). Kritické rýchlosti sa môžu meniť s ohrievaním stroja.

Účinky zaťaženia

V prípade strojov, kde procesné zaťaženie významne ovplyvňuje tuhosť ložiska alebo priehyb rotora, môžu interferenčné diagramy zobrazovať skupiny kriviek pre rôzne podmienky zaťaženia.

Prepojené systémy

Keď je spojených viacero rotorov (agregáty motor-čerpadlo, agregáty turbína-generátor), interferenčný diagram musí zohľadňovať spojené torzné a laterálne režimy, ktoré môžu vytvárať ďalšie kritické rýchlosti.

Vytvorenie interferenčného diagramu

Z analytických modelov

1. Vypracovať model konečných prvkov systému rotor-ložisko
2. Vypočítajte prirodzené frekvencie pri viacerých rýchlostiach
3. Vykreslenie kriviek vlastnej frekvencie v závislosti od rýchlosti
4. Prekrývajúce sa čiary budenia (1X, 2X, prechod lopatiek atď.)
5. Označte križovatky a stanovte zakázané zóny
6. Anotácia s rozsahom prevádzkových rýchlostí a postupmi

Z experimentálnych údajov

1. Vykonávajte testy rozbehu a dobehu s monitorovaním vibrácií
2. Generovať vodopádové pozemky alebo Bodeho grafy
3. Identifikujte kritické miesta rýchlosti z amplitúdových špičiek a fázových posunov
4. Vytvorte interferenčný diagram s vyznačením pozorovaných kritických rýchlostí
5. Stanovenie empirických zakázaných zón na základe nameraných úrovní vibrácií

Výhody pre prevádzku a údržbu

Diagramy interferencie poskytujú cenné usmernenie pre obsluhu strojov a personál údržby:

• Jasné prevádzkové limity: Vizuálna indikácia bezpečných a nebezpečných rozsahov rýchlosti
• Postupy spustenia/vypnutia: Identifikuje rýchlosti pre rýchle prechádzanie
• Prevádzka s premenlivou rýchlosťou: Definuje prijateľné rozsahy rýchlosti pre meniče s nastaviteľnou rýchlosťou
• Nástroj na riešenie problémov: Pomáha diagnostikovať, či problémy s vibráciami súvisia s rýchlosťou
• Plánovanie úprav: Zobrazuje vplyv navrhovaných zmien pred implementáciou
• Pomôcka na školenie: Vzdelávací nástroj na pochopenie dynamického správania strojov

Pre kritické rotačné stroje je interferenčný diagram nevyhnutným dokumentom, ktorý by mal byť k dispozícii operátorom, technikom údržby a technickému personálu, aby sa zabezpečilo, že každý rozumie dynamickým vlastnostiam stroja a prevádzkuje ho v rámci bezpečných rozsahov rýchlostí.

---

← Späť na hlavný index