Förstå strukturell resonans

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 strukturell resonans?

Strukturell resonans är ett tillstånd där vibration frekvens från roterande maskiner (t.ex. 1× körhastighet, 2× från feljustering, eller bladpasseringsfrekvens) matchar en naturlig frekvens av den icke-roterande stödstrukturen – inklusive maskinramen, bottenplattan, piedestaler, fundament eller till och med närliggande strukturer. När denna frekvensmatchning sker, resonans förstärker den strukturella vibrationen till nivåer som vida överstiger vad de roterande komponenterna själva upplever.

Strukturell resonans är särskilt problematisk eftersom den kan få en välbalanserad, korrekt uppriktad maskin att verka ha allvarliga vibrationsproblem. Den höga vibrationen finns i strukturen och indikerar inte nödvändigtvis rotorproblem, men den strukturella rörelsen kan återkoppla rotorns beteende och orsaka verkliga mekaniska skador över tid.

Hur strukturell resonans uppstår

Resonansmekanismen

1. Excitationskälla: Roterande maskiner genererar periodiska krafter (från obalans, feljustering, etc.)
2. Kraftöverföring: Dessa krafter överförs genom lager till stödstrukturen
3. Frekvensmatchning: Om excitationsfrekvensen ≈ strukturell egenfrekvens
4. Energiackumulering: Strukturen absorberar energi över flera cykler
5. Förstärkning: Vibrationsamplituden byggs upp, begränsad endast av strukturella dämpning
6. Observerad effekt: Strukturen vibrerar med 5–50 gånger högre amplitud än vad ingångskraften normalt skulle producera

Typiska frekvensområden

• Grundlägen: Vanligtvis 5–30 Hz för typiska industriella fundament
• Basplattans lägen: 20–100 Hz beroende på storlek och konstruktion
• Piedestallägen: 30–200 Hz för typiska lagerstöd
• Ram-/omslagslägen: 50–500 Hz för plåtpaneler och skydd

Vanliga resonansscenarier

1X löphastighetsresonans

• Exempel: Maskinen körs vid 1800 varv/min (30 Hz), grundfrekvensen är 28–32 Hz
• Symptom: Mycket höga vibrationer trots god balans
• Effekt: Även liten kvarvarande obalans skapar stor strukturell rörelse
• Lösning: Ändra grundens styvhet, lägg till dämpning eller ändra driftshastigheten

2X resonans (feljusteringsfrekvens)

• Feljustering genererar 2× frekvensexcitation
• Om 2× matchar strukturellt läge sker amplifiering
• Hög vibration kan feldiagnostiseras som allvarlig feljustering
• Förbättrad uppriktning hjälper men eliminerar inte resonans

Resonans för blad-/vingpasseringsfrekvens

• Fläktar, pumpar, turbiner genererar bladpassagefrekvens (N × varv/min, där N = antal blad)
• Ofta i intervallet 50-500 Hz
• Kan excitera strukturella lägen i detta frekvensområde
• Högfrekvent skrammel eller surrande

Diagnostisk identifiering

Symtom på strukturell resonans

• Oproportionerlig vibration: Strukturvibrationer är mycket högre än lagervibrationer
• Smalt hastighetsområde: Hög vibration endast vid specifik hastighet (±5-10%)
• Riktningsberoende: Svår i en riktning, minimal i vinkelrät riktning (matchande lägesform)
• Platsberoende: Vibrationer varierar kraftigt över strukturytan (antinoder kontra noder)
• Minimal lagereffekt: Lager och rotor kan uppvisa acceptabla vibrationer även om strukturen är svår att hantera.

Diagnostiska tester

1. Stötprovning (stötprovning)

• Slå strukturen med hammare, mät responsen
• Identifierar alla strukturella naturliga frekvenser
• Jämför med maskinens driftsfrekvenser
• Det mest definitiva testet för strukturell resonans

2. Jämförelse av mätplatser

• Mät vibrationer vid lagerhuset (nära källan)
• Mät vid piedestalens bas, bottenplatta, fundament
• Om strukturell vibration >> lagervibration, indikerar det strukturell resonans
• Transmissibilitet > 2-3 antyder resonansförstärkning

3. Driftsavböjningsform (ODS)

• Mät vibrationer på flera punkter på konstruktionen samtidigt
• Skapa animerad visualisering av strukturell rörelse
• Avslöjar vilket strukturellt läge som är aktivt
• Identifierar noder och antinoder

Lösningar och begränsningar

Frekvensseparation

Ändra driftshastighet

• Om utrustning med variabel hastighet ska användas, kör borta från resonans.
• Ändra motorns skivstorlekar för att justera hastigheten
• Använd VFD för att välja icke-resonant hastighet
• Kanske inte praktiskt om hastigheten bestäms av processkraven

Ändra strukturell naturlig frekvens

• Lägg till massa: Sänker egenfrekvensen (f ∝ 1/√m)
• Lägg till styvhet: Höjer den naturliga frekvensen (f ∝ √k)
• Ta bort material: I vissa fall kan minskad massa förskjuta resonansen
• Strukturell modifiering: Lägg till förstärkning, kilar eller avstängning

Dämpningstillägg

Begränsad lagerdämpning

• Viskoelastiskt dämpande material bundet till strukturen
• Effektiv för plåtpaneler och ramar
• Minskar resonanstoppamplituden
• Kommersiellt tillgängliga dämpningsbehandlingar

Avstämda massdämpare

• Lägg till sekundärt massfjädersystem inställt på problematisk frekvens
• Absorberar energi, minskar vibrationer i huvudstrukturen
• Effektiv men kräver noggrann design och finjustering

Strukturella dämpningsmaterial

• Gummikuddar eller isolatorer på strategiska platser
• Dämpningsmedel som appliceras på ytor
• Friktionsdämpare vid leder

Isolering

• Installera vibrationsdämpare mellan maskin och fundament
• Frikopplar maskinvibrationer från strukturen
• Effektiv om isolatorns naturliga frekvens < 0,5× excitationsfrekvens
• Kräver noggrann design för att undvika att skapa nya resonansproblem

Minska excitation

• Förbättra balanskvalitet för att minska 1× excitation
• Precisionsjustering för att minska 2× excitation
• Åtgärda mekaniska problem som minskar tvångsamplituder
• Minskar symtom men eliminerar inte resonanspotentialen

Förebyggande i design

Kriterier för grundkonstruktion

• Grundens egenfrekvens > 2× maximal driftsfrekvens (undvik resonans ovan)
• Eller < 0,5× minsta driftsfrekvens (isolerat fundament)
• Undvik området 0,5–2,0 där resonans är sannolikt
• Inkludera dynamisk analys i designfasen

Strukturell design

• Konstruktion för tillräcklig styvhet i förhållande till påfrestningsfrekvenser
• Undvik lätt belastade strukturer som är benägna att orsaka resonans
• Använd ribbstickning och kilar för att öka frekvensen
• Överväg att lägga till inbyggd dämpning (kompositmaterial, fogar med friktion)

Strukturell resonans kan omvandla mindre vibrationskällor till större problem genom förstärkningseffekter. Att identifiera strukturella resonanser genom stötprovning och driftsmätningar, i kombination med lämpliga begränsningsstrategier, är avgörande för att uppnå acceptabla vibrationsnivåer i installationer där strukturell dynamik avsevärt påverkar maskinens övergripande vibrationsbeteende.

---

← Tillbaka till huvudmenyn