Definícia: Čo je to prirodzená frekvencia?

Rýchla odpoveď

Prirodzená frekvencia je frekvencia, pri ktorej mechanický systém voľne kmitá po vychýlení z rovnováhy. Je určená frekvenciou systému omša a tuhosť: fn = (1/2π) × √(k/m), kde k je tuhosť (N/m) a m je hmotnosť (kg). Keď sa frekvencia vonkajšej sily zhoduje s vlastnou frekvenciou, rezonancia -amplitúda vibrácií sa môže zvýšiť 10-50× a spôsobiť katastrofickú poruchu. V rotujúcich strojoch sa kritická rýchlosť (RPM) = fn × 60. Rýchly odhad poľa využíva statickú výchylku: fn ≈ 15.76 / √δmm.

A prirodzená frekvencia je špecifická frekvencia, pri ktorej bude fyzikálny objekt alebo systém kmitať, keď sa vyruší zo svojej rovnovážnej polohy a potom sa nechá voľne kmitať bez akejkoľvek vonkajšej hnacej sily. Je to prirodzená, základná vlastnosť objektu, ktorá je úplne určená jeho fyzikálnymi vlastnosťami - hlavne jeho omša (zotrvačnosť) a jeho tuhosť (pružnosť). Každý fyzikálny objekt, od gitarovej struny cez rozpätie mosta až po podstavec stroja, má jednu alebo viac vlastných frekvencií.

Vlastné frekvencie sa niekedy nazývajú vlastné frekvencie (z nemeckého slova "eigen", čo znamená "vlastný" alebo "charakteristický") a zodpovedajúce vibračné vzory sa nazývajú tvary módu alebo vlastné módy. Zložitá konštrukcia, ako je základňa stroja, môže mať stovky vlastných frekvencií, z ktorých každá je spojená s jedinečným vzorom deformácie - ohyb, krútenie, dýchanie, kývanie atď.

Prečo je prirodzená frekvencia dôležitá pri analýze vibrácií

Problémy s vibráciami v rotujúcich strojoch často nespôsobujú nadmerné budiace sily (napríklad nevyváženosť), ale nešťastná zhoda budiacej frekvencie s vlastnou frekvenciou konštrukcie. Úplne prijateľné množstvo nevyváženosti môže spôsobiť deštruktívne vibrácie, ak stroj pracuje pri štrukturálnej rezonancii alebo v jej blízkosti. Identifikácia vlastných frekvencií je preto jedným z najdôležitejších diagnostických krokov pri skúmaní nevysvetliteľných vysokých vibrácií.

Vzťah medzi hmotnosťou, tuhosťou a prirodzenou frekvenciou

Základný vzťah medzi hmotnosťou, tuhosťou a vlastnou frekvenciou je jedným z najdôležitejších pojmov v oblasti vibračného inžinierstva. Je intuitívny a matematicky presný.

Intuitívne porozumenie

  • Tuhosť (k): Tuhší objekt má vyššie vlastná frekvencia. Predstavte si gitarovú strunu: napnutím struny (zvýšením jej napätia/tuhosti) sa zvýši jej výška (frekvencia). Hrubý oceľový nosník kmitá s oveľa vyššou frekvenciou ako tenký hliníkový pás rovnakej dĺžky.
  • Hmotnosť (m): Hmotnejší objekt má nižšie vlastná frekvencia. Predstavte si pravítko odlepené od okraja stola: dlhšie a ťažšie pravítko kmitá pomalšie (nižšia frekvencia) ako kratšie a ľahšie. Pridanie hmotnosti do konštrukcie vždy znižuje jej vlastné frekvencie.

Základný vzorec

Pre jednoduchý systém s jedným stupňom voľnosti (SDOF) - hmotnosť spojená s pružinou - je netlmená vlastná frekvencia:

Neutlmená prirodzená frekvencia
fn = (1 / 2π) × √(k / m)
fn v Hz, k v N/m, m v kg. Tiež: ωn = √(k/m) v rad/s

Tento vzorec má hlboké praktické dôsledky:

  • Na zvýšenie fn 2×, musíte zvýšiť tuhosť 4× (kvôli odmocnine) - alebo znížiť hmotnosť 4×
  • Na zníženie fn 2×, musíte znížiť tuhosť 4× - alebo zvýšiť hmotnosť 4×
  • Zmeny tuhosti a hmotnosti klesajúce výnosy: každé zdvojnásobenie hodnoty fn vyžaduje 4× zmenu parametra

Skratka statického vychýlenia

Jeden z najužitočnejších praktických vzorcov vo vibračnom inžinierstve priamo súvisí s vlastnou frekvenciou a statickým priehybom pod vplyvom gravitácie:

Vlastná frekvencia zo statickej deformácie
fn = (1 / 2π) × √(g / δ) ≈ 15,76 / √δ
fn v Hz, δ v mm, g = 9810 mm/s². Veľmi praktické na rýchle odhady!

Je to mimoriadne užitočné, pretože statický priehyb sa často dá ľahko zmerať alebo odhadnúť: stačí zmerať, ako veľmi sa konštrukcia vychýli pod váhou stroja. Stroj, ktorý sa na svojich podperách prehýba o 1 mm, má vertikálnu vlastnú frekvenciu približne 15,8 Hz (948 ot./min.). Stroj, ktorý sa prehne o 0,25 mm, má fn ≈ 31,5 Hz (1890 ot./min.).

Rýchly odhad v teréne

Potrebujete rýchly odhad vlastnej frekvencie bez prístrojov? Umiestnite číselníkový indikátor pod ložiskovú skriňu stroja a sledujte statickú výchylku pri zaťažení stroja (napr. počas inštalácie). Vzorec fn ≈ 15.76/√δmm poskytuje pozoruhodne dobrú prvú aproximáciu základnej vertikálnej vlastnej frekvencie.

Viacero stupňov voľnosti

Skutočné konštrukcie nie sú jednoduché SDOF systémy - majú mnoho hmôt spojených prostredníctvom rozloženej tuhosti, čo vedie k mnohým vlastným frekvenciám. Jednoduché tuhé teleso na pružných podperách má šesť vlastných frekvencií zodpovedajúcich šiestim stupňom voľnosti: tri translačné (vertikálne, bočné, axiálne) a tri rotačné (nakláňanie, náklon, odklon). Pružná konštrukcia má nekonečne veľa módov, hoci praktický význam má zvyčajne len niekoľko najnižších.

Hlavnou zásadou je: počet vlastných frekvencií sa rovná počtu stupňov voľnosti v modeli. Jednoduchý nosník modelovaný pomocou 10 jednotkových hmôt má 10 vlastných frekvencií; model konečných prvkov s 10 000 uzlami má 30 000 vlastných frekvencií (3 DOF na uzol), hoci len niekoľko desiatok z nich môže byť v záujmovom frekvenčnom rozsahu.

Vplyv tlmenia

Reálne systémy majú vždy určité tlmenie - trenie, hysteréza materiálu, vyžarovanie do okolitej štruktúry, odpor kvapaliny atď. Tlmenie má dva účinky:

  • Mierne znižuje skutočnú rezonančnú frekvenciu: Tlmená vlastná frekvencia je fdeň = fn × √(1 - ζ²), kde ζ je koeficient tlmenia. Pre typické mechanické konštrukcie (ζ = 0,01 - 0,05) je tento účinok zanedbateľný - zníženie o menej ako 0,1%.
  • Obmedzuje amplitúdu pri rezonancii: Bez tlmenia by bola amplitúda rezonancie teoreticky nekonečná. Činiteľ zosilnenia Q (činiteľ kvality) pri rezonancii je približne Q = 1/(2ζ). Pre slabo tlmenú konštrukciu s ζ = 0,02 je Q = 25 - čo znamená, že amplitúda kmitov v rezonancii je 25× väčšia, ako by bola mimo rezonancie. To je dôvod, prečo aj malé nevyváženosti môžu pri kritických rýchlostiach spôsobiť obrovské vibrácie.

Vlastná frekvencia a rezonancia: Kritické spojenie

Pojem vlastnej frekvencie je v strojárstve mimoriadne dôležitý najmä pre jeho priamu súvislosť s fenoménom rezonancia.

Čo je rezonancia?

K rezonancii dochádza, keď na systém pôsobí periodická vonkajšia sila s frekvenciou, ktorá sa rovná jednej z jeho vlastných frekvencií alebo je veľmi blízka jednej z nich. Keď k tomu dôjde, systém absorbuje energiu z vonkajšej sily s maximálnou účinnosťou, čo spôsobí dramatický nárast amplitúdy vibrácií. Každý cyklus silovej funkcie pridáva do systému energiu v presnej synchronizácii s vlastným kmitaním systému, pričom amplitúda rastie cyklus za cyklom, až kým tlmenie neobmedzí ďalší rast alebo konštrukcia nezlyhá.

Faktor zosilnenia

Zväčšenie vibrácií pri rezonancii závisí v rozhodujúcej miere od tlmenia systému. Faktor dynamického zväčšenia (DMF) opisuje, o koľko je dynamická odozva väčšia v porovnaní so statickou výchylkou, ktorú by vyvolala rovnaká sila:

Dynamický faktor zväčšenia
DMF = 1 / √[(1 - r²)² + (2ζr)²]
r = fvynútenie/fn (frekvenčný pomer), ζ = koeficient tlmenia. Pri r = 1: DMF ≈ 1/(2ζ)
Tlmiaci pomer (ζ) Typický systém Faktor Q (≈ 1/2ζ) Zosilnenie pri rezonancii
0.005 Zváraná oceľová konštrukcia, netlmená 100 100× statická deformácia
0.01 Oceľový rám, skrutkové spoje 50 50× statická deformácia
0.02 Typická štruktúra strojového zariadenia 25 25× statická deformácia
0.05 Betónový základ, skrutkové spoje 10 10× statická deformácia
0.10 Gumené, dobre tlmené 5 5× statická deformácia
0.20 Vysoko tlmené (viskózny tlmič) 2.5 2,5× statická deformácia

Prečo je rezonancia nebezpečná

Rezonancia je obzvlášť zradná, pretože amplitúda vibrácií môže byť 10-100× väčšia, ako sa očakáva len na základe veľkosti sily. Rotor s excentricitou nevyváženosti 50 µm, ktorý pri nerezonančných otáčkach vytvára vibrácie 1 mm/s, môže pri rezonancii vytvárať 25 - 50 mm/s - čo je dosť na to, aby zničil ložiská, unavil skrutky, popraskal zvary a spôsobil kaskádové zlyhanie zariadenia.

Historický príklad - Tacoma Narrows Bridge (1940)

Zrútenie mosta Tacoma Narrows Bridge zostáva jednou z najdramatickejších ukážok rezonancie v histórii inžinierstva. Sily vetra s frekvenciou blízkou vlastnej torznej frekvencii mosta spôsobili, že mostovka kmitala s narastajúcou amplitúdou, až došlo k zlyhaniu konštrukcie. Táto udalosť viedla k zásadným zmenám v mostnom inžinierstve a študuje sa v každom kurze stavebnej dynamiky na celom svete. Moderní inžinieri bežne vykonávajú modálnu analýzu, aby zabezpečili, že konštrukcie sú navrhnuté mimo predvídateľných budiacich frekvencií.

Kritické otáčky rotujúcich strojov

V rotačných strojoch je najdôležitejším prejavom vlastnej frekvencie kritická rýchlosť - rýchlosť otáčania, pri ktorej sa frekvencia otáčania hriadeľa (1× ot./min.) zhoduje s vlastnou frekvenciou systému rotor - ložisko - nosná konštrukcia. Keď stroj pracuje pri kritických otáčkach, nevyvážená sila 1× vyburcuje vlastnú frekvenciu a spôsobuje silné rezonančné vibrácie.

Typy kritických rýchlostí

  • Kritické body tuhého telesa: Nastáva vtedy, keď sa otáčky hriadeľa zhodujú s vlastnou frekvenciou rotora na jeho ložiskových podperách, pričom samotný hriadeľ zostáva v podstate rovný. Zvyčajne ide o prvý a druhý kritický režim (režim odrazu a rock) a vyskytujú sa pri nižších otáčkach. Kritické hodnoty tuhého telesa sa dajú modifikovať zmenou tuhosti ložiska alebo hmotnosti nosnej konštrukcie.
  • Pružné kritické hodnoty rotora (kritické hodnoty ohybu): Nastáva, keď sa otáčky hriadeľa zhodujú s vlastnou frekvenciou spojenou s ohybovou deformáciou hriadeľa. Prvý kritický ohyb zvyčajne zahŕňa ohyb hriadeľa do tvaru polosínusoidy. Tie sú nebezpečnejšie, pretože zahŕňajú veľké deformácie v strednom rozpätí hriadeľa a nedajú sa kontrolovať len zmenami ložiska - musí sa upraviť samotná geometria hriadeľa.

Oddeľovacie rozpätie

Priemyselné normy (napr. API 610, API 617) vyžadujú minimálne oddeľovacie rozpätie medzi prevádzkovými a kritickými otáčkami:

  • Typická požiadavka API: Prevádzková rýchlosť musí byť aspoň 15-20% vzdialená od akejkoľvek bočnej kritickej rýchlosti (netlmená)
  • Všeobecné osvedčené postupy: Za minimálnu rezervu sa považuje 20%; v prípade kritických zariadení sa uprednostňuje 30%
  • Zariadenia poháňané VFD: Pohony s premenlivou frekvenciou menia prevádzkové otáčky a potenciálne prechádzajú cez kritické hodnoty. Musí sa skontrolovať celý prevádzkový rozsah a kritické hodnoty v rámci rozsahu sa musia identifikovať a vylúčiť alebo naprogramovať rýchly prechod.
Praktický význam pre vyvažovanie poľa

Pri vyvažovaní stroja, ktorý pracuje v blízkosti kritickej rýchlosti (ale bezpečne nad ňou), sa fázový vzťah medzi nevyváženosťou a vibračnou odozvou bude líšiť od toho, čo sa očakáva pri stroji "pod rezonanciou". Vibračný signál môže byť skôr 90 - 180° pred ťažkým miestom ako vo fáze. Dobré vyvažovacie zariadenia to zvládne automaticky prostredníctvom merania odozvy skúšobnej váhy, ale analytik by si mal uvedomiť, že takmer kritická operácia komplikuje jednoduchú vektorovú analýzu.

Ako sa identifikujú prirodzené frekvencie?

Určenie vlastných frekvencií stroja alebo konštrukcie je základnou diagnostickou zručnosťou. K dispozícii je niekoľko metód, od jednoduchých až po zložité:

1. Skúška nárazom (Bump Test)

Najbežnejšia a najpraktickejšia experimentálna metóda na určenie vlastných frekvencií konštrukcie. Postup zahŕňa údery na stroj alebo konštrukciu (keď je nie beh) pomocou nárazového kladiva s prístrojom a meranie výsledných vibrácií pomocou akcelerometra. Úder kladiva vnáša energiu v širokom frekvenčnom rozsahu súčasne a konštrukcia prirodzene "zvoní" na svojich vlastných frekvenciách, čo vytvára jasné vrcholy vo výslednom spektre FFT.

Praktický postup

Príprava zariadenia

Namontujte akcelerometer na konštrukciu v bode záujmu (zvyčajne na ložiskovú skriňu alebo nosnú konštrukciu). Pripojte sa k analyzátoru FFT alebo zberaču údajov nakonfigurovanému na nárazové testovanie (spúšťanie v časovej oblasti, vhodný frekvenčný rozsah, zvyčajne 0-1000 Hz pre rezonancie konštrukcie).

Vyberte hrot kladiva

Hroty rázových kladív s rôznou tvrdosťou vyvolávajú rôzne frekvenčné rozsahy. Mäkké gumové hroty budia frekvenciu 0-200 Hz; stredne tvrdé plastové hroty budia frekvenciu 0-500 Hz; tvrdé oceľové hroty budia frekvenciu 0-5000 Hz. Vyberte si hrot, ktorý pokrýva frekvenčný rozsah záujmu pre konkrétnu skúšku.

Štrajk a záznam

Jediným čistým úderom pevne zasiahnite konštrukciu. Vyhnite sa dvojitým zásahom (odskakovaniu). Analyzátor by mal zachytiť časový priebeh zobrazujúci náraz a následný rozpad voľných vibrácií. FFT tejto odozvy odhalí vlastné frekvencie ako špičky.

Priemerné viacnásobné zásahy

Urobte 3-5 priemerov, aby ste zlepšili pomer signál/šum a potvrdili konzistenciu. Ak sa funkcia frekvenčnej odozvy (FRF) medzi jednotlivými zásahmi výrazne líši, skontrolujte, či nedošlo k dvojitému zásahu, zlému upevneniu akcelerometra alebo zmene okrajových podmienok.

Identifikácia prirodzených frekvencií

Vlastné frekvencie sa na grafe veľkosti FRF zobrazujú ako vrcholy. Potvrďte to pomocou fázového grafu (prirodzené frekvencie vykazujú 180° fázový posun) a funkcie koherencie (pri prirodzených frekvenciách by mala byť blízko 1,0). Zaznamenajte frekvencie a porovnajte ich s prevádzkovou rýchlosťou a harmonickými.

Tipy na nárazové testy z terénu

Nárazový test vždy vykonávajte so strojom zmontované ale nie je v prevádzke. Vlastné frekvencie sa môžu výrazne meniť pri odstránení rotora (zmena hmotnosti) alebo pri chode stroja (gyroskopické účinky, zmeny tuhosti ložiska s rýchlosťou, tepelné účinky). Testujte vo viacerých smeroch (vertikálny, horizontálny, axiálny), aby ste našli všetky relevantné režimy. Opakujte po akejkoľvek konštrukčnej úprave, aby ste overili, či zmena dosiahla požadovaný účinok.

2. Test rozbiehania a klesania

V prípade bežiacich strojov je najpraktickejším spôsobom identifikácie vlastných frekvencií, ktoré sú vyvolané rotačnými silami, skúška rozbehu alebo rozjazdu. Pri zmene otáčok stroja prechádza nevyvážená sila 1× (a všetky ostatné sily závislé od otáčok) rozsahom frekvencií. Keď frekvencia pôsobenia sily prekročí vlastnú frekvenciu, amplitúda vibrácií vykazuje zreteľný vrchol - táto vlastná frekvencia sa identifikuje ako kritická rýchlosť.

Test si vyžaduje súčasné meranie vibrácií a signálu tachometra (keyphasor), aby bolo možné korelovať amplitúdu a fázu vibrácií s otáčkami hriadeľa. Údaje sa zvyčajne zobrazujú ako Bodeho graf (amplitúda a fáza v závislosti od otáčok) alebo polárny graf (vektor amplitúda × fáza v závislosti od otáčok). Obidva jasne ukazujú kritické otáčky ako vrcholy amplitúdy sprevádzané fázovými posunmi o ~180°.

3. Analýza vodopádu / kaskádového grafu

Vodopádový (alebo kaskádový) graf je 3D znázornenie viacerých spektier FFT, ktoré boli nasnímané pri rôznych rýchlostiach stroja počas nábehu alebo spúšťania. Zobrazuje frekvenciu (horizontálna os), amplitúdu (vertikálna os) a rýchlosť (hĺbková os). V tomto formáte:

  • Linky závislé od rýchlosti (príkazy) sa zobrazujú ako diagonálne čiary: 1×, 2×, 3× atď., ktoré sa so zvyšujúcou sa rýchlosťou posúvajú doprava
  • Prirodzené frekvencie sa prejavujú ako vertikálne špičky (pevná frekvencia bez ohľadu na rýchlosť) - so zmenou rýchlosti sa nepohybujú
  • Rezonancie sú viditeľné tam, kde čiara poradia závislá od rýchlosti pretína prirodzenú frekvenciu, čím vzniká lokalizovaný amplitúdový skok

Ide o jeden z najúčinnejších diagnostických nástrojov na rozlíšenie vibrácií závislých od rýchlosti (od nevyváženosti, nesúososti atď.) od problémov s rezonanciou konštrukcie.

4. Analýza metódou konečných prvkov (MKP)

Vo fáze návrhu inžinieri používajú počítačové modely na predpovedanie vlastných frekvencií komponentov, strojov a podporných konštrukcií pred ich výstavbou. Metóda konečných prvkov diskretizuje konštrukciu na tisíce malých prvkov, aplikuje správne vlastnosti materiálu (hustota, modul pružnosti, Poissonov pomer), modeluje okrajové podmienky (skrutkové spoje, nosné podpery, základy) a rieši problém vlastných hodnôt na získanie vlastných frekvencií a tvarov módov.

FEA je neoceniteľná pre:

  • Navrhovanie štruktúr s cieľom vyhnúť sa problémom s rezonanciou pred výrobou
  • Vykonanie analýzy "čo ak": čo sa stane, ak pridáme výstuhu? Zmeníme rozpätie ložiska? Použijeme iný materiál?
  • Predpovedanie modálneho správania zložitých geometrií, ktoré sa ťažko testujú experimentálne
  • Overenie experimentálnych výsledkov porovnaním nameraných a predpovedaných vlastných frekvencií

5. Prevádzková modálna analýza (OMA)

Relatívne moderná technika, ktorá extrahuje vlastné frekvencie a tvary módov z bežiaceho stroja len na základe údajov o odozve - nie je potrebné žiadne riadené budenie (kladivom alebo vibrátorom). OMA využíva pokročilé algoritmy (napr. stochastickú identifikáciu v podpriestore), ktoré považujú prevádzkové sily stroja za budenie "bielym šumom". To je obzvlášť cenné pre veľké alebo kritické zariadenia, ktoré nemožno odstaviť na nárazové testovanie alebo kde sa prevádzkové okrajové podmienky výrazne líšia od podmienok zastavenia.

Praktické príklady v priemyselných strojoch

Prípad 1: Nadmerné vibrácie vertikálneho čerpadla

problém: Vertikálne turbínové čerpadlo pracujúce pri 1780 otáčkach za minútu (29,7 Hz) vykazuje na hornej časti motora vibrácie 12 mm/s pri 1× otáčkach za minútu. Pokusy o vyváženie vibrácie dočasne znížia, ale v priebehu niekoľkých týždňov sa vrátia.

Vyšetrovanie: Nárazová skúška zostavy motora a čerpadla odhalila vlastnú frekvenciu 28,5 Hz - len 4% pod prevádzkovými otáčkami. Systém pracuje v rezonančnom pásme.

Riešenie: K motorovej stoličke je pridaná oceľová podpera, ktorá zvyšuje tuhosť. Nárazová skúška po úprave ukazuje, že vlastná frekvencia sa posunula na 42 Hz (42% nad prevádzkovú rýchlosť). Vibrácie klesli na 2,5 mm/s bez akejkoľvek korekcie vyváženia - čo potvrdzuje, že hlavnou príčinou bola rezonancia, nie nevyváženosť.

Prípad 2: Rezonancia nadácie ventilátora

problém: Veľký ventilátor s indukovaným ťahom na oceľovej konštrukcii pracuje pri 990 otáčkach za minútu (16,5 Hz). Základ vykazuje vibrácie 8 mm/s pri 1× otáčkach za minútu, zatiaľ čo samotný ventilátor vykazuje na ložiskovej skrini len 2 mm/s.

Vyšetrovanie: Skutočnosť, že základ vibruje viac ako zdroj (ventilátor), je klasickým indikátorom rezonancie. Nárazová skúška odhalila, že bočná vlastná frekvencia základu je 17,2 Hz - v rámci 4% prevádzkových otáčok.

Riešenie: Zvažovali sa dve možnosti: 1) pridať hmotu do základu (nižšia fn), alebo (2) pridať tuhosť (zvýšiť fn). K základovému rámu sa pridá priečna výstuha, čím sa zvýši fn na 24 Hz. Vibrácie základov klesajú na 1,8 mm/s.

Prípad 3: Rezonancia potrubia pri BPF čerpadla

problém: Potrubie pripojené k 5-lopatkovému odstredivému čerpadlu pracujúcemu pri 1480 otáčkach za minútu vykazuje silné vibrácie pri 123 Hz (= 5 × 24,7 Hz, frekvencia prechodu lopatiek). Potrubné svorky sa uvoľňujú a na zváraných podperách sa objavujú únavové trhliny.

Vyšetrovanie: Nárazová skúška na dotknutom rozpätí potrubia odhalila vlastnú frekvenciu 120 Hz - takmer presne na úrovni priechodovej frekvencie lopatiek čerpadla (5× ot./min = 123 Hz).

Riešenie: V strednom rozpätí je nainštalovaná ďalšia rúrková podpera, ktorá zvyšuje vlastnú frekvenciu rozpätia na 185 Hz. Alternatívne môže byť pri niektorých inštaláciách účinné pridanie vyladeného tlmiča vibrácií (dynamického absorbéra) v antinóde potrubia. Po pridaní podpery sa vibrácie potrubia znížia o 85%.

Stratégie na predchádzanie problémom s rezonanciou

Najlepší čas na riešenie rezonancie je počas návrhu, ale možno ju odstrániť aj v teréne. Existujú tri základné stratégie:

1. Detune - zmena prirodzenej frekvencie

Vlastná frekvencia sa vzdiali od budiacej frekvencie. Vyžadujte minimálnu oddeľovaciu rezervu (zvyčajne 20-30%). Medzi možnosti patria:

  • Zvýšenie tuhosti: Pridajte výstuhy, stužujúce prvky, kliny, hrubšie dosky alebo betónovú výplň. Tým sa zvýši fn. Najbežnejšia oprava pre konštrukcie, ktoré rezonujú pod prevádzkovou rýchlosťou.
  • Pridajte hmotnosť: Pripevnite ďalšiu hmotu (oceľové dosky, betón). Tým sa zníži fn. Používa sa, keď je vlastná frekvencia tesne nad budiacou frekvenciou a je jednoduchšie ju posunúť nižšie.
  • Úprava tuhosti ložiska: Pri kritických otáčkach hriadeľa môže zmena vôle, predpätia alebo typu ložiska spôsobiť posun kritických otáčok. Tuhšie ložiská zvyšujú kritické hodnoty, mäkšie ložiská ich znižujú.
  • Zmena geometrie hriadeľa: Pri kritických hodnotách ohybu sa zväčšovaním priemeru hriadeľa zvyšuje kritická rýchlosť (tuhosť rastie rýchlejšie ako hmotnosť). Skrátenie rozpätia ložiska tiež zvyšuje kritické hodnoty.

2. Tlmenie - zníženie amplitúdy pri rezonancii

Ak sa vlastná frekvencia nedá posunúť ďalej od budenia, pridajte tlmenie, aby ste obmedzili rezonančnú amplitúdu. Medzi možnosti patria:

  • Obmedzené tlmenie vrstvy: Viskoelastický materiál vložený medzi konštrukčné dosky - vysoko účinný pri rezonancii panelov a krytov
  • Viskózne tlmiče: Tlmiče so stláčacím filmom alebo viskózne tlmiče s dashpotom, ktoré sa bežne používajú v ložiskových podperách pre lopatkové stroje
  • Vyladené tlmiče vibrácií: Hmotnostný pružinový systém naladený na problémovú frekvenciu, pripojený k vibrujúcej konštrukcii. Absorbér kmitá protifázovo, čím ruší pohyb konštrukcie pri cieľovej frekvencii
  • Skrutkové spoje: Zvýšenie počtu skrutkových spojov (oproti zváraným) prináša tlmenie trenia prostredníctvom mikroskĺzov na stykoch spojov

3. Zníženie vzrušujúcej sily

Ak nie je praktické ani rozladenie, ani tlmenie, znížte veľkosť sily:

  • Lepšie vyváženie: Zníženie 1× excitácie vyvážením na tesnejšie G-trieda - aj keď nie je v rezonancii, znižuje to silu, ktorá je k dispozícii na excitáciu akejkoľvek rezonancie.
  • Presné zarovnanie: Zníženie 2× excitácie z nesprávneho nastavenia
  • Zmena rýchlosti: Ak je stroj poháňaný VFD, vylúčte rezonančné otáčky z pracovného rozsahu alebo naprogramujte rýchly prechod cez rezonančné pásmo
  • Izolácia: Inštalácia izolátorov vibrácií, ktoré zabránia tomu, aby sa budenie dostalo k rezonančnej konštrukcii.
Pravidlo 20%

V praxi sa snažte dosiahnuť aspoň 20% odstup medzi akoukoľvek vlastnou frekvenciou a akoukoľvek významnou budiacou frekvenciou. Pri kritických aplikáciách (výroba energie, na mori, letecký priemysel) sa uprednostňuje 30% alebo viac. To platí nielen pre 1× otáčky, ale aj pre 2× (nesúososť), frekvencie prechodu lopatiek/lopatiek, frekvencie ok ozubených kolies a akékoľvek iné periodické budenie. Komplexná analýza zamedzenia rezonancie porovnáva všetky budiace frekvencie voči všetky vlastné frekvencie v systéme.

Pochopenie vlastnej frekvencie - a jej nebezpečného vzťahu s rezonanciou - je základom pre vibračnú analýzu a spoľahlivosť strojov. Každý analytik vibrácií by mal byť kompetentný identifikovať vlastné frekvencie prostredníctvom testovania, interpretovať ich vzťah k prevádzkovým podmienkam a odporúčať vhodné nápravné opatrenia, ak sa zistí, že rezonancia prispieva k problému s vibráciami.

← Späť na index slovníka