Pochopenie štrukturálnej rezonancie
Definícia: Čo je štrukturálna rezonancia?
Štrukturálna rezonancia je stav, kedy vibrácie frekvencia z rotujúcich strojov (napríklad 1× rýchlosť chodu, 2× z nesprávne zarovnanie, alebo frekvencia prechodu čepele) zodpovedá prirodzená frekvencia neotáčajúcej sa nosnej konštrukcie – vrátane rámu stroja, základovej dosky, podstavce, základy alebo dokonca blízke stavby. Keď dôjde k tomuto frekvenčnému prispôsobeniu, rezonancia zosilňuje štrukturálne vibrácie na úrovne ďaleko prevyšujúce to, čo zažívajú samotné rotujúce komponenty.
Štrukturálna rezonancia je obzvlášť problematická, pretože môže spôsobiť, že dobre vyvážený a správne zarovnaný stroj bude vyzerať, akoby mal vážne problémy s vibráciami. Vysoké vibrácie sú v konštrukcii, čo nemusí nevyhnutne naznačovať problémy s rotorom, ale štrukturálny pohyb môže spätne ovplyvniť správanie rotora a časom spôsobiť skutočné mechanické poškodenie.
Ako dochádza k štrukturálnej rezonancii
Rezonančný mechanizmus
- Zdroj excitácie: Rotujúce stroje generujú periodické sily (z nevyváženosť, nesprávne zarovnanie atď.)
- Prenos sily: Tieto sily sa prenášajú cez ložiská na nosnú konštrukciu
- Zhoda frekvencií: Ak je budiaca frekvencia ≈ štrukturálna vlastná frekvencia
- Akumulácia energie: Štruktúra absorbuje energiu počas viacerých cyklov
- Zosilnenie: Amplitúda vibrácií sa zvyšuje, obmedzená iba konštrukčnými podmienkami tlmenie
- Pozorovaný účinok: Konštrukcia vibruje s 5-50-krát vyššou amplitúdou, než akú by normálne vyvolala vstupná sila.
Typické frekvenčné rozsahy
- Základné režimy: Zvyčajne 5 – 30 Hz pre typické priemyselné základy
- Režimy základnej dosky: 20 – 100 Hz v závislosti od veľkosti a konštrukcie
- Režimy podstavca: 30 – 200 Hz pre typické ložiskové podpery
- Režimy rámu/obalu: 50 – 500 Hz pre plechové panely a kryty
Bežné rezonančné scenáre
1X Rezonancia rýchlosti behu
- Príklad: Stroj beží pri 1800 ot./min. (30 Hz), základná vlastná frekvencia 28 – 32 Hz
- Príznak: Veľmi vysoké vibrácie napriek dobrému vyváženiu
- Účinok: Aj malá zostatková nevyváženosť vytvára veľký štrukturálny pohyb
- Riešenie: Zmena tuhosti základov, pridanie tlmenia alebo zmena prevádzkovej rýchlosti
2X rezonancia (frekvencia nesprávneho zarovnania)
- Nesprávne zarovnanie generuje 2× frekvenčné budenie
- Ak 2× zodpovedá štrukturálnemu módu, dôjde k amplifikácii
- Vysoké vibrácie môžu byť chybne diagnostikované ako závažné vychýlenie
- Zlepšenie zarovnania pomáha, ale neodstraňuje rezonanciu
Rezonancia frekvencie prechodu lopatky/lopatky
- Ventilátory, čerpadlá, turbíny generujú frekvenciu otáčania lopatiek (N × otáčky za minútu, kde N = počet lopatiek)
- Často v rozsahu 50 – 500 Hz
- Môže excitovať štrukturálne módy v tomto frekvenčnom rozsahu
- Vysokofrekvenčné hrkotanie alebo bzučanie
Diagnostická identifikácia
Príznaky štrukturálnej rezonancie
- Neprimerané vibrácie: Vibrácie konštrukcie sú oveľa vyššie ako vibrácie ložísk
- Úzky rozsah rýchlostí: Vysoké vibrácie iba pri špecifickej rýchlosti (±5-10%)
- Smerová závislosť: Silné v jednom smere, minimálne v kolmom smere (tvar zodpovedajúceho módu)
- Závislosť od lokality: Vibrácie sa značne líšia na povrchu konštrukcie (antidózy vs. uzly)
- Minimálny vplyv ložiska: Ložiská a rotor môžu vykazovať prijateľné vibrácie, aj keď je konštrukcia náročná
Diagnostické testy
1. Skúška nárazom (Bump Test)
- Úderová štruktúra kladivom, meranie odozvy
- Identifikuje všetky štrukturálne vlastné frekvencie
- Porovnajte s prevádzkovými frekvenciami stroja
- Najpresnejší test štrukturálnej rezonancie
2. Porovnanie miest merania
- Zmerajte vibrácie na ložiskovom telese (blízko zdroja)
- Meranie na základni podstavca, základovej doske a základe
- Ak vibrácie konštrukcie >> vibrácie ložiska, indikuje to rezonanciu konštrukcie
- Prenosnosť > 2-3 naznačuje rezonančné zosilnenie
3. Tvar prevádzkovej deformácie (ODS)
- Merajte vibrácie súčasne na viacerých miestach konštrukcie
- Vytvorte animovanú vizualizáciu štrukturálneho pohybu
- Zobrazuje, ktorý štrukturálny režim je aktívny
- Identifikuje uzly a antinódy
Riešenia a zmierňovanie
Frekvenčné oddelenie
Zmena prevádzkovej rýchlosti
- Ak je zariadenie s premenlivou rýchlosťou, prevádzkujte ho mimo dosahu rezonancie
- Zmeňte veľkosť remenice motora pre nastavenie rýchlosti
- Použite VFD na výber nerezonančnej rýchlosti
- Nemusí byť praktické, ak je rýchlosť určená požiadavkami procesu
Upraviť štrukturálnu prirodzenú frekvenciu
- Pridajte hmotnosť: Znižuje prirodzenú frekvenciu (f ∝ 1/√m)
- Pridajte tuhosť: Zvyšuje prirodzenú frekvenciu (f ∝ √k)
- Odstrániť materiál: V niektorých prípadoch môže zníženie hmotnosti posunúť rezonanciu
- Štrukturálna úprava: Pridajte výstuhy, kliny alebo výstuže
Pridanie tlmenia
Tlmenie obmedzenou vrstvou
- Viskoelastický tlmiaci materiál spojený so konštrukciou
- Účinné pre plechové panely a rámy
- Znižuje amplitúdu rezonančného píku
- Komerčne dostupné tlmiace úpravy
Vyladené tlmiče hmotnosti
- Pridajte sekundárny systém hmoty a pružiny naladený na problematickú frekvenciu
- Absorbuje energiu, znižuje vibrácie hlavnej konštrukcie
- Efektívne, ale vyžaduje starostlivý návrh a ladenie
Konštrukčné tlmiace materiály
- Gumové podložky alebo izolátory na strategických miestach
- Tlmiace zmesi aplikované na povrchy
- Tlmiče trenia v kĺboch
Izolácia
- Nainštalujte izolátory vibrácií medzi stroj a základňu
- Oddeľuje vibrácie stroja od konštrukcie
- Účinné, ak je vlastná frekvencia izolátora < 0,5× budiaca frekvencia
- Vyžaduje starostlivý návrh, aby sa predišlo vzniku nových problémov s rezonanciou
Znížte excitáciu
- Zlepšiť kvalita rovnováhy na zníženie 1× excitácie
- Presné zarovnanie na zníženie 2× budenia
- Oprava mechanických problémov znížením amplitúd sily
- Znižuje príznaky, ale neodstraňuje rezonančný potenciál
Prevencia v dizajne
Kritériá návrhu základov
- Vlastná frekvencia základu > 2× maximálna prevádzková frekvencia (vyhnite sa rezonancii nad touto hodnotou)
- Alebo < 0,5× minimálna prevádzková frekvencia (izolovaný základ)
- Vyhnite sa rozsahu 0,5 – 2,0, kde je pravdepodobná rezonancia
- Zahrnutie dynamickej analýzy do fázy návrhu
Štrukturálny návrh
- Návrh pre primeranú tuhosť vzhľadom na frekvencie pôsobenia
- Vyhnite sa ľahko zaťaženým konštrukciám náchylným na rezonanciu
- Na zvýšenie frekvencie použite rebrovanie a kliny
- Zvážte pridanie inherentného tlmenia (kompozitné materiály, spoje s trením)
Štrukturálna rezonancia môže premeniť drobné zdroje vibrácií na závažné problémy prostredníctvom zosilňovacích efektov. Identifikácia štrukturálnych rezonancií pomocou nárazových skúšok a prevádzkových meraní v kombinácii so správnymi stratégiami zmiernenia je nevyhnutná na dosiahnutie prijateľných úrovní vibrácií v inštaláciách, kde štrukturálna dynamika významne ovplyvňuje celkové vibračné správanie stroja.
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 