Razumevanje strukturne resonance

Naprave

Prenosni balanser in analizator vibracij Balanset-1A

$2,358.31

Deli

Senzor vibracij

$107.47

Deli

Optični senzor (laserski tahometer)

$148.07

Naprave

Balanset-4

$8,123.32

Deli

Magnetno stojalo velikosti 60 kgf

$54.93

Deli

Reflektivni trak

$11.94

Naprave

Dinamični balanser "Balanset-1A" OEM

$2,071.73

Definicija: Kaj je strukturna resonanca?

Strukturna resonanca je stanje, pri katerem vibracije frekvenca vrtečih se strojev (na primer 1× hitrost delovanja, 2× od neusklajenost, ali frekvenca prehoda lopatic) se ujema z naravna frekvenca nevrtljive nosilne konstrukcije – vključno z okvirjem stroja, osnovno ploščo, podstavki, temeljev ali celo bližnjih struktur. Ko pride do tega frekvenčnega ujemanja, resonanca ojača strukturne vibracije na ravni, ki daleč presegajo tiste, ki jih doživljajo sami vrteči se sestavni deli.

Strukturna resonanca je še posebej problematična, ker lahko povzroči, da ima dobro uravnotežen in pravilno poravnan stroj resne težave z vibracijami. Visoke vibracije so v strukturi, kar ne pomeni nujno težav z rotorjem, vendar se lahko strukturno gibanje odraža v delovanju rotorja in sčasoma povzroči resne mehanske poškodbe.

Kako pride do strukturne resonance

Resonančni mehanizem

1. Vir vzbujanja: Vrteči se stroji ustvarjajo periodične sile (iz neravnovesje, nepravilna poravnava itd.)
2. Prenos sile: Te sile se prenašajo skozi ležaje na nosilno konstrukcijo
3. Ujemanje frekvence: Če je vzbujevalna frekvenca ≈ strukturna naravna frekvenca
4. Kopičenje energije: Struktura absorbira energijo v več ciklih
5. Ojačanje: Amplituda vibracij se povečuje, omejena je le s strukturo dušenje
6. Opaženi učinek: Struktura vibrira s 5–50-krat večjo amplitudo, kot bi jo običajno povzročila vhodna sila.

Tipična frekvenčna območja

• Načini fundacije: Običajno 5–30 Hz za tipične industrijske temelje
• Načini osnovne plošče: 20–100 Hz, odvisno od velikosti in konstrukcije
• Načini podstavka: 30–200 Hz za tipične ležajne nosilce
• Načini okvirja/pokrivala: 50–500 Hz za pločevinaste plošče in pokrove

Pogosti resonančni scenariji

1X Resonanca hitrosti teka

• Primer: Stroj deluje s 1800 vrt/min (30 Hz), naravna frekvenca temelja pa pri 28–32 Hz
• Simptom: Zelo visoke vibracije kljub dobremu ravnovesju
• Učinek: Že majhna preostala neravnovesja povzročijo veliko strukturno gibanje
• Rešitev: Spremenite togost temeljev, dodajte blaženje ali spremenite obratovalno hitrost

2X resonanca (frekvenca neusklajenosti)

• Neusklajenost povzroči 2× frekvenčno vzbujanje
• Če se 2× ujema s strukturnim načinom, pride do ojačanja
• Visoke vibracije se lahko napačno diagnosticirajo kot huda neusklajenost
• Izboljšanje poravnave pomaga, vendar ne odpravi resonance

Resonanca frekvence prehajanja lopatic/krilc

• Ventilatorji, črpalke, turbine ustvarjajo frekvenco vrtenja lopatic (N × vrtljaji na minuto, kjer je N = število lopatic)
• Pogosto v območju 50-500 Hz
• V tem frekvenčnem območju lahko vzbudi strukturne mode
• Visokofrekvenčno ropotanje ali brenčanje

Diagnostična identifikacija

Simptomi strukturne resonance

• Nesorazmerne vibracije: Vibracije konstrukcije so veliko višje od vibracij ležajev
• Ozko območje hitrosti: Visoke vibracije samo pri določeni hitrosti (±5-10%)
• Smerna odvisnost: Hudo v eni smeri, minimalno v pravokotni smeri (ujemajoča se oblika)
• Odvisnost od lokacije: Vibracije se zelo razlikujejo po površini strukture (antinode v primerjavi z vozlišči)
• Minimalni učinek ležaja: Ležaji in rotor lahko kažejo sprejemljive vibracije, medtem ko je konstrukcija težka

Diagnostični testi

1. Preizkus udarcev (preizkus udarcev)

• Udarite strukturo s kladivom, izmerite odziv
• Identificira vse strukturne naravne frekvence
• Primerjajte z delovnimi frekvencami stroja
• Najbolj dokončen test za strukturno resonanco

2. Primerjava lokacij meritev

• Izmerite vibracije na ohišju ležaja (blizu vira)
• Merjenje na podstavku, osnovni plošči, temeljih
• Če strukturne vibracije >> vibracije ležaja, to kaže na strukturno resonanco
• Prenosljivost > 2-3 kaže na resonančno ojačanje

3. Oblika obratovalnega odklona (ODS)

• Merjenje vibracij na več točkah na konstrukciji hkrati
• Ustvarite animirano vizualizacijo strukturnega gibanja
• Razkrije, kateri strukturni način je aktiven
• Identificira vozlišča in antinode

Rešitve in blaženje

Ločitev frekvenc

Spremenite delovno hitrost

• Če imate opremo s spremenljivo hitrostjo, jo uporabljajte stran od resonance.
• Spremenite velikosti jermenic motorja za prilagoditev hitrosti
• Z uporabo VFD izberite neresonančno hitrost
• Morda ni praktično, če hitrost določajo zahteve procesa

Spremeni strukturno naravno frekvenco

• Dodaj maso: Zniža naravno frekvenco (f ∝ 1/√m)
• Dodajte togost: Zviša naravno frekvenco (f ∝ √k)
• Odstranite material: V nekaterih primerih lahko zmanjšanje mase premakne resonanco
• Strukturna modifikacija: Dodajte opornike, vstavke ali ojačitev

Dodatek dušenja

Dušenje omejenih plasti

• Viskoelastični dušilni material, vezan na strukturo
• Učinkovito za pločevinaste plošče in okvirje
• Zmanjša amplitudo resonančnega vrha
• Komercialno dostopni dušilni tretmaji

Uglašeni blažilniki mase

• Dodajte sekundarni sistem mase in vzmeti, uglašen na problematično frekvenco
• Absorbira energijo, zmanjšuje vibracije glavne strukture
• Učinkovito, vendar zahteva skrbno načrtovanje in nastavitev

Strukturni dušilni materiali

• Gumijaste blazinice ali izolatorji na strateških mestih
• Dušilne mase, nanesene na površine
• Blažilniki trenja na spojih

Izolacija

• Namestitev izolatorjev vibracij med stroj in temelj
• Ločuje vibracije stroja od strukture
• Učinkovito, če je naravna frekvenca izolatorja < 0,5 × vzbujevalna frekvenca
• Zahteva skrbno načrtovanje, da se prepreči nastanek novih resonančnih težav

Zmanjšajte vzbujanje

• Izboljšaj kakovost ravnovesja za zmanjšanje 1× vzbujanja
• Natančna poravnava za zmanjšanje 2× vzbujanja
• Odpravite mehanske težave z zmanjšanjem amplitud sil
• Zmanjša simptome, vendar ne odpravi resonančnega potenciala

Preprečevanje v oblikovanju

Merila za načrtovanje temeljev

• Naravna frekvenca temelja > 2× najvišja delovna frekvenca (izogibajte se resonanci zgoraj)
• Ali < 0,5 × minimalna obratovalna frekvenca (izoliran temelj)
• Izogibajte se območju 0,5–2,0, kjer je verjetna resonanca
• Vključite dinamično analizo v fazo načrtovanja

Strukturna zasnova

• Zasnova za ustrezno togost glede na frekvence sil
• Izogibajte se rahlo obremenjenim strukturam, ki so nagnjene k resonanci
• Za povečanje frekvence uporabite rebra in vstavke
• Razmislite o dodajanju inherentnega dušenja (kompozitni materiali, spoji s trenjem)

Strukturna resonanca lahko zaradi učinkov ojačanja spremeni manjše vire vibracij v večje težave. Prepoznavanje strukturnih resonanc s preskusi udarcev in operativnimi meritvami, skupaj z ustreznimi strategijami za blaženje, je bistvenega pomena za doseganje sprejemljivih ravni vibracij v napravah, kjer strukturna dinamika pomembno vpliva na celotno vibracijsko obnašanje stroja.

---

← Nazaj na glavno kazalo