Förstå interferensdiagram

Anordningar

Bärbar balanserare & vibrationsanalysator Balanset-1A

$2,358.31

Delar

Vibrationssensor

$107.47

Delar

Optisk sensor (laservarvtalsmätare)

$148.07

Anordningar

Balanset-4

$8,123.32

Delar

Magnetiskt stativ i storlek 60 kgf

$54.93

Delar

Reflekterande tejp

$11.94

Anordningar

Dynamisk balanserare "Balanset-1A" OEM

$2,071.73

Definition: Vad är ett interferensdiagram?

En interferensdiagram är ett grafiskt verktyg som används i rotordynamik att identifiera rotationshastighetsområden där excitationsfrekvenser "stör" (matchar) systemets naturliga frekvenser, skapar förutsättningar för resonans. Termen "interferens" hänvisar till den problematiska interaktionen mellan en forceringsfrekvens (från obalans, bladpassage eller andra källor) och en naturlig frekvens som kan orsaka överdriven vibration.

Medan den är nära besläktad med Campbell-diagrammet, fokuserar ett interferensdiagram ofta specifikt på att markera skärningspunkterna (interferenser) och tillhörande hastighetszoner som bör undvikas eller passeras snabbt under drift.

Förhållande till Campbell-diagram

I praktiken används termerna "interferensdiagram" och "Campbelldiagram" ofta synonymt, eftersom de visar liknande information. Det finns dock subtila skillnader:

Campbell-diagrammets betoning

• Visar en komplett bild av hur egenfrekvenser varierar med hastighet
• Visar naturliga frekvenskurvor som kontinuerliga funktioner av hastigheten
• Används främst för omfattande rotordynamisk analys och design

Interferensdiagram Betoning

• Fokuserar uppmärksamheten på de specifika problemområdena – skärningspunkterna
• Innehåller ofta skuggade "förbjudna zoner" runt kritiska hastigheter
• Mer operativt fokus, med betoning på hastighetsområden för att undvika
• Kan inkludera flera excitationskällor utöver bara obalans

Konstruktion av ett interferensdiagram

Ett interferensdiagram är konstruerat på liknande sätt som ett Campbell-diagram men med ytterligare operationellt sammanhang:

Grundläggande element

• Horisontell axel: Rotationshastighet (varv/min eller Hz)
• Vertikal axel: Excitation eller naturlig frekvens (Hz eller CPM)
• Naturliga frekvenslinjer: Visar hur systemets naturliga frekvenser förändras med hastighet
• Excitationsorderrader: Diagonala linjer för 1X, 2X, 3X och andra excitationskällor

Ytterligare funktioner

• Markerade korsningspunkter: Kritiska hastigheter tydligt markerade med symboler eller anteckningar
• Hastighetszoner med förbjuden körning: Skuggade band runt varje kritisk hastighet som visar intervall att undvika
• Driftshastighetsområde: Tydligt markerat, ofta som ett vertikalt band eller markerat område
• Snabbkorsningszoner: Hastighetsintervall att snabbt passera genom vid start/avstängning
• Flera excitationskällor: Linjer för bladpassagefrekvens, kugghjulsingreppsfrekvens, lagerfelfrekvenser

Typer av störningar

Ett interferensdiagram kan identifiera olika typer av problematiska interaktioner:

1. Synkron interferens (1X)

Den vanligaste typen, där obalanskrafter som uppstår en gång per varv sammanfaller med en egenfrekvens. Detta är den klassiska kritisk hastighet skick.

2. Harmonisk störning (2X, 3X, etc.)

Högre övertoner i körhastigheten kan också excitera resonanser. Vanliga källor inkluderar:

• 2X: Från feljustering, mekanisk glapphet eller asymmetrisk styvhet
• 3X, 4X: Från kuggkontakter, flerloblager eller strukturella asymmetrier

3. Störning vid passering av blad/vinge

För turbomaskiner kan bladpasseringsfrekvensen (antal blad × varv/min) excitera strukturella lägen. Interferensdiagrammet visar var bladpasseringsfrekvenslinjer korsar naturliga frekvenser.

4. Subsynkron interferens

Fenomen som oljevirvel (vanligtvis vid 0,43X-0,48X) kan skapa subsynkrona störningar som måste identifieras och hanteras.

5. Störningar från taktfrekvensen

I kopplade system eller system med flera roterande element kan svävfrekvenser från små hastighetsskillnader skapa störningar.

Praktisk användning inom maskindesign

Tillämpningar i designfasen

1. Undvikande av kritisk hastighet: Se till att driftshastighetsområdet inte överlappar störningszoner
2. Verifiering av separationsmarginal: Bekräfta tillräckliga marginaler (vanligtvis ±15% till ±30%) runt alla kritiska hastigheter
3. Hantering av excitationskällor: Om en störning inte kan undvikas, minska excitationskällans amplitud (förbättra balansen, minska feljusteringen etc.)
4. Dämpningskrav: Identifiera var förbättrats dämpning behövs för att kontrollera resonansvibrationer

Modifiering och felsökning

När befintliga maskiner upplever vibrationsproblem kan interferensdiagram hjälpa:

• Identifiera om problemet beror på att man kör för nära en kritisk hastighet
• Utvärdera föreslagna modifieringar (lagerändringar, ökad massa, styvhetsmodifieringar)
• Förutsäg effekterna av hastighetsförändringar eller drift med variabel hastighet
• Avgör om problemet kommer från en oväntad excitationskälla

Upprättande av förbjudna hastighetszoner

En viktig egenskap i störningsdiagram är att definiera förbjudna eller begränsade hastighetszoner:

Bestämning av zonbredd

Bredden på varje förbjuden zon beror på flera faktorer:

• Systemdämpning: Låg dämpning kräver bredare zoner; hög dämpning möjliggör smalare zoner
• Excitationsamplitud: Starka excitationskällor kräver bredare undvikningszoner
• Operativa konsekvenser: Kritisk utrustning kan kräva mer konservativa (bredare) zoner
• Typiska värden: ±15% för väldämpade system, ±20-30% för dåligt dämpade system

Driftsprocedurer

Baserat på interferensdiagrammet fastställs driftsprocedurer:

• Kontinuerlig drift tillåten: Hastighetsområden utan störningar
• Snabb förflyttning krävs: Förbjudna zoner som måste passeras snabbt vid uppstart/avstängning
• Absolut förbjudet: Svåra resonanszoner där drift aldrig är tillåten

Exempel: Diagram över turbininterferens

Betrakta en ångturbin med följande egenskaper:

• Driftshastighet: 3000 varv/min (50 Hz)
• Första kritiska hastigheten: 2400 varv/min (40 Hz)
• Andra kritiska hastigheten: 4200 varv/min (70 Hz)
• Antal blad: 60
• Bladpasseringsfrekvens vid 3000 varv/min: 60 × 50 Hz = 3000 Hz

Interferensdiagrammet visar:

• 1X Linjen korsar den första naturliga frekvensen: Kritisk hastighet vid 2400 varv/min – Förbjuden zon: 2040–2760 varv/min (±15%)
• 1X Linjen korsar den andra naturliga frekvensen: Kritisk hastighet vid 4200 varv/min – Inget problem eftersom driftshastigheten är långt under
• Driftshastighet (3000 varv/min): Säkert mellan två kritiska hastigheter med goda separationsmarginaler
• Bladpasseringsfrekvens: Vid 3000 Hz, ingen störning av strukturella lägen inom driftsområdet

Operativ vägledning:

• Accelerera genom varvtalsområdet 2040–2760 varv/min på mindre än 30 sekunder under uppstart
• Kontinuerlig drift mellan 2800-3200 varv/min är acceptabelt
• Försök inte att använda kontinuerligt mellan 2040-2760 varv/min.

Avancerade överväganden

Temperatureffekter

Vissa interferensdiagram innehåller flera kurvor som visar hur naturliga frekvenser förändras med temperaturförändringar (termisk tillväxt påverkar styvhet och lageregenskaper). Kritiska hastigheter kan ändras när maskinen värms upp.

Ladda effekter

För maskiner där processbelastningen avsevärt påverkar lagerstyvhet eller rotorns nedböjning kan interferensdiagram visa kurvfamiljer för olika belastningsförhållanden.

Kopplade system

När flera rotorer är kopplade (motor-pumpsatser, turbin-generatorsatser) måste interferensdiagrammet ta hänsyn till kopplade torsions- och laterala lägen som kan skapa ytterligare kritiska hastigheter.

Skapa ett interferensdiagram

Från analytiska modeller

1. Utveckla finita elementmodell av rotorlagersystem
2. Beräkna egenfrekvenser vid flera hastigheter
3. Rita egenfrekvenskurvor kontra hastighet
4. Överlagring av excitationsorderlinjer (1X, 2X, bladpassering, etc.)
5. Markera korsningspunkter och etablera förbjudna zoner
6. Kommentera med driftshastighetsområde och procedurer

Från experimentella data

1. Utför start- och frihjulstester med vibrationsövervakning
2. Generera vattenfallstomter eller Bode-diagram
3. Identifiera kritiska hastighetsplatser från amplitudotoppar och fasförskjutningar
4. Skapa interferensdiagram som markerar observerade kritiska hastigheter
5. Upprätta empiriska förbjudna zoner baserat på uppmätta vibrationsnivåer

Fördelar för drift och underhåll

Interferensdiagram ger värdefull vägledning för maskinoperatörer och underhållspersonal:

• Tydliga driftsgränser: Visuell indikation av säkra och osäkra hastighetsområden
• Start-/avstängningsprocedurer: Identifierar hastigheter att snabbt överbrygga
• Variabel hastighetsdrift: Definierar acceptabla hastighetsområden för drivenheter med justerbar hastighet
• Felsökningsverktyg: Hjälper till att diagnostisera om vibrationsproblem är hastighetsrelaterade
• Modifieringsplanering: Visar effekten av föreslagna ändringar före implementering
• Träningshjälp: Utbildningsverktyg för att förstå maskiners dynamiska beteende

För kritiska roterande maskiner är interferensdiagrammet ett viktigt dokument som bör vara tillgängligt för operatörer, underhållstekniker och teknisk personal, vilket säkerställer att alla förstår maskinens dynamiska egenskaper och använder den inom säkra hastighetsområden.

---

← Tillbaka till huvudmenyn