ความเข้าใจเกี่ยวกับการสั่นพ้องเชิงโครงสร้าง

อุปกรณ์

Portable balancer & Vibration analyzer Balanset-1A

$2,358.31

อะไหล่

Vibration sensor

$107.47

อะไหล่

Optical Sensor (Laser Tachometer)

$148.07

อุปกรณ์

Balanset-4

$8,123.32

อะไหล่

Magnetic Stand Insize-60-kgf

$54.93

อะไหล่

Reflective tape

$11.94

อุปกรณ์

Dynamic balancer “Balanset-1A” OEM

$2,071.73

คำจำกัดความ: การสั่นพ้องเชิงโครงสร้างคืออะไร?

การสั่นพ้องเชิงโครงสร้าง เป็นภาวะที่ การสั่นสะเทือน ความถี่จากเครื่องจักรที่หมุน (เช่น ความเร็วในการทำงาน 1 เท่า, 2 เท่าจาก การจัดตำแหน่งที่ไม่ถูกต้อง, หรือความถี่ในการเคลื่อนที่ของใบพัด) ตรงกับ ความถี่ธรรมชาติ ของโครงสร้างรองรับที่ไม่หมุน ซึ่งรวมถึงโครงเครื่อง แผ่นฐาน, ฐาน, ฐานราก หรือแม้แต่โครงสร้างใกล้เคียง เมื่อการจับคู่ความถี่นี้เกิดขึ้น, เสียงก้อง ขยายการสั่นสะเทือนของโครงสร้างให้ถึงระดับที่เกินกว่าที่ส่วนประกอบที่หมุนจะรับไหว.

การสั่นพ้องเชิงโครงสร้างเป็นปัญหาอย่างยิ่ง เพราะอาจทำให้เครื่องจักรที่มีความสมดุลและตั้งศูนย์ถ่วงล้ออย่างเหมาะสมมีปัญหาการสั่นสะเทือนอย่างรุนแรง การสั่นสะเทือนที่สูงในโครงสร้างอาจไม่ได้บ่งชี้ถึงปัญหาของโรเตอร์โดยตรง แต่การเคลื่อนไหวของโครงสร้างสามารถส่งผลย้อนกลับและส่งผลต่อพฤติกรรมของโรเตอร์และก่อให้เกิดความเสียหายทางกลในระยะยาวได้.

การสั่นพ้องเชิงโครงสร้างเกิดขึ้นได้อย่างไร

กลไกการสั่นพ้อง

1. แหล่งที่มาของการกระตุ้น: เครื่องจักรที่หมุนจะสร้างแรงเป็นระยะๆ (จาก ความไม่สมดุล, การจัดตำแหน่งที่ไม่ถูกต้อง ฯลฯ)
2. การส่งผ่านแรง: แรงเหล่านี้ส่งผ่านตลับลูกปืนเพื่อรองรับโครงสร้าง
3. การจับคู่ความถี่: หากความถี่การกระตุ้น ≈ ความถี่ธรรมชาติเชิงโครงสร้าง
4. การสะสมพลังงาน: โครงสร้างดูดซับพลังงานหลายรอบ
5. การขยายเสียง: แอมพลิจูดการสั่นสะเทือนเพิ่มขึ้น จำกัดโดยโครงสร้างเท่านั้น การลดแรงสั่นสะเทือน
6. ผลกระทบที่สังเกตได้: โครงสร้างสั่นสะเทือนที่แอมพลิจูดสูงกว่าแรงอินพุตปกติถึง 5-50 เท่า

ช่วงความถี่ทั่วไป

• โหมดพื้นฐาน: โดยทั่วไป 5-30 เฮิรตซ์ สำหรับฐานรากอุตสาหกรรมทั่วไป
• โหมดฐาน: 20-100 เฮิรตซ์ ขึ้นอยู่กับขนาดและโครงสร้าง
• โหมดฐาน: 30-200 เฮิรตซ์ สำหรับการรองรับตลับลูกปืนทั่วไป
• โหมดเฟรม/ปก: 50-500 เฮิรตซ์ สำหรับแผงและฝาครอบแผ่นโลหะ

สถานการณ์การสั่นพ้องทั่วไป

1X ความเร็วการวิ่งแบบเรโซแนนซ์

• ตัวอย่าง: เครื่องทำงานที่ 1800 รอบต่อนาที (30 เฮิรตซ์) ความถี่พื้นฐานธรรมชาติที่ 28-32 เฮิรตซ์
• อาการ: การสั่นสะเทือนสูงมากแม้จะมีความสมดุลที่ดี
• ผล: ความไม่สมดุลที่เหลืออยู่แม้เพียงเล็กน้อยก็สร้างการเคลื่อนไหวเชิงโครงสร้างขนาดใหญ่ได้
• สารละลาย: เปลี่ยนความแข็งของฐาน เพิ่มการหน่วง หรือเปลี่ยนความเร็วในการทำงาน

ความถี่เรโซแนนซ์ 2X (ความถี่การจัดตำแหน่งที่ไม่ถูกต้อง)

• การจัดตำแหน่งที่ไม่ถูกต้องทำให้เกิดการกระตุ้นความถี่ 2 เท่า
• หาก 2× ตรงกับโหมดโครงสร้าง การขยายจะเกิดขึ้น
• การสั่นสะเทือนสูงอาจได้รับการวินิจฉัยผิดว่าเป็นการจัดตำแหน่งที่ไม่ถูกต้องร้ายแรง
• การปรับปรุงการจัดตำแหน่งช่วยได้แต่ไม่ได้ขจัดการสั่นพ้อง

ความถี่การสั่นพ้องของใบพัด/ใบพัด

• พัดลม ปั๊ม กังหัน สร้างความถี่ในการเคลื่อนที่ของใบพัด (N × RPM โดยที่ N = จำนวนใบพัด)
• บ่อยครั้งในช่วง 50-500 เฮิรตซ์
• สามารถกระตุ้นโหมดโครงสร้างในช่วงความถี่นี้ได้
• เสียงสั่นหรือเสียงหึ่งความถี่สูง

การระบุการวินิจฉัย

อาการของการสั่นพ้องเชิงโครงสร้าง

• การสั่นสะเทือนที่ไม่สมส่วน: โครงสร้างสั่นสะเทือนสูงกว่าการสั่นสะเทือนของลูกปืนมาก
• ช่วงความเร็วแคบ: การสั่นสะเทือนสูงเฉพาะที่ความเร็วที่กำหนด (±5-10%)
• การพึ่งพาทิศทาง: รุนแรงในทิศทางเดียว น้อยที่สุดในทิศทางตั้งฉาก (รูปร่างโหมดจับคู่)
• ตำแหน่งที่ตั้ง: การสั่นสะเทือนจะแตกต่างกันอย่างมากตามพื้นผิวโครงสร้าง (แอนติโนดเทียบกับโนด)
• เอฟเฟกต์การรับน้ำหนักขั้นต่ำ: ตลับลูกปืนและโรเตอร์อาจแสดงการสั่นสะเทือนที่ยอมรับได้ในขณะที่โครงสร้างรุนแรง

การทดสอบวินิจฉัย

1. การทดสอบแรงกระแทก (Bump Test)

• โครงสร้างตีด้วยค้อน วัดการตอบสนอง
• ระบุความถี่ธรรมชาติของโครงสร้างทั้งหมด
• เปรียบเทียบกับความถี่การทำงานของเครื่องจักร
• การทดสอบที่ชัดเจนที่สุดสำหรับการสั่นพ้องของโครงสร้าง

2. การเปรียบเทียบตำแหน่งการวัด

• วัดการสั่นสะเทือนที่ตัวเรือนลูกปืน (ใกล้แหล่งกำเนิด)
• วัดที่ฐานรอง, แผ่นฐาน, รากฐาน
• หากโครงสร้างสั่นสะเทือน >> สั่นสะเทือนแบบแบริ่ง แสดงว่าโครงสร้างสั่นสะเทือน
• ความสามารถในการส่งผ่าน > 2-3 แสดงให้เห็นถึงการขยายเสียงเรโซแนนซ์

3. รูปร่างการเบี่ยงเบนการทำงาน (ODS)

• วัดการสั่นสะเทือนที่จุดต่างๆ บนโครงสร้างพร้อมกัน
• สร้างภาพเคลื่อนไหวของการเคลื่อนไหวโครงสร้าง
• เผยโหมดโครงสร้างที่ใช้งานอยู่
• ระบุโหนดและแอนติโหนด

แนวทางแก้ไขและการบรรเทาผลกระทบ

การแยกความถี่

เปลี่ยนความเร็วในการทำงาน

• หากเป็นอุปกรณ์ปรับความเร็ว ให้ทำงานห่างจากจุดเรโซแนนซ์
• เปลี่ยนขนาดรอกมอเตอร์เพื่อปรับความเร็ว
• ใช้ VFD เพื่อเลือกความเร็วที่ไม่เกิดการสั่นพ้อง
• อาจไม่สามารถใช้งานได้จริงหากความเร็วถูกกำหนดโดยข้อกำหนดของกระบวนการ

ปรับเปลี่ยนความถี่ธรรมชาติของโครงสร้าง

• เพิ่มมวล: ลดความถี่ธรรมชาติ (f ∝ 1/√m)
• เพิ่มความแข็ง: เพิ่มความถี่ธรรมชาติ (f ∝ √k)
• ลบวัสดุ: ในบางกรณี การลดมวลอาจทำให้การสั่นพ้องเปลี่ยนไป
• การปรับเปลี่ยนโครงสร้าง: เพิ่มการเสริมความแข็งแรง, เสริมคาน, หรือเสริมแรง

การเสริมแรงหน่วง

การหน่วงชั้นที่จำกัด

• วัสดุลดแรงสั่นสะเทือนหนืดหยุ่นที่ยึดติดกับโครงสร้าง
• มีประสิทธิภาพสำหรับแผงและกรอบแผ่นโลหะ
• ลดแอมพลิจูดพีคเรโซแนนซ์
• การบำบัดแบบลดแรงสั่นสะเทือนที่มีจำหน่ายในเชิงพาณิชย์

โช้คอัพมวลแบบปรับแต่ง

• เพิ่มระบบสปริงมวลรองที่ปรับให้เข้ากับความถี่ที่มีปัญหา
• ดูดซับพลังงาน ลดการสั่นสะเทือนของโครงสร้างหลัก
• มีประสิทธิภาพแต่ต้องมีการออกแบบและปรับแต่งอย่างระมัดระวัง

วัสดุลดแรงสั่นสะเทือนโครงสร้าง

• แผ่นยางหรือฉนวนที่จุดยุทธศาสตร์
• สารลดแรงสั่นสะเทือนที่ใช้กับพื้นผิว
• ตัวลดแรงเสียดทานที่ข้อต่อ

การแยกตัว

• ติดตั้งอุปกรณ์ป้องกันการสั่นสะเทือนระหว่างเครื่องจักรและฐานราก
• แยกการสั่นสะเทือนของเครื่องจักรออกจากโครงสร้าง
• มีผลถ้าตัวแยกความถี่ธรรมชาติ < 0.5× ความถี่การกระตุ้น
• ต้องมีการออกแบบอย่างระมัดระวังเพื่อหลีกเลี่ยงการสร้างปัญหาการสั่นพ้องใหม่

ลดการกระตุ้น

• ทำให้ดีขึ้น คุณภาพสมดุล เพื่อลดการกระตุ้น 1×
• การจัดตำแหน่งที่แม่นยำเพื่อลดการกระตุ้น 2 เท่า
• แก้ไขปัญหาทางกลโดยลดแอมพลิจูดการบังคับ
• ช่วยลดอาการแต่ไม่ขจัดศักยภาพการสั่นพ้อง

การป้องกันในการออกแบบ

เกณฑ์การออกแบบฐานราก

• ความถี่ธรรมชาติของฐานราก > 2× ความถี่การทำงานสูงสุด (หลีกเลี่ยงการสั่นพ้องข้างต้น)
• หรือ < 0.5× ความถี่การทำงานขั้นต่ำ (ฐานรากแยก)
• หลีกเลี่ยงช่วง 0.5-2.0 ที่มีโอกาสเกิดการสั่นพ้อง
• รวมการวิเคราะห์แบบไดนามิกในขั้นตอนการออกแบบ

การออกแบบโครงสร้าง

• ออกแบบให้มีความแข็งที่เหมาะสมเมื่อเทียบกับความถี่ในการบังคับ
• หลีกเลี่ยงโครงสร้างที่มีน้ำหนักบรรทุกเบาซึ่งมีแนวโน้มที่จะเกิดการสั่นพ้อง
• ใช้ซี่โครงและเสริมผ้าเพื่อเพิ่มความถี่
• พิจารณาเพิ่มการหน่วงโดยธรรมชาติ (วัสดุผสม ข้อต่อที่มีแรงเสียดทาน)

การสั่นพ้องเชิงโครงสร้างสามารถเปลี่ยนแหล่งกำเนิดการสั่นสะเทือนเล็กน้อยให้กลายเป็นปัญหาใหญ่ได้ด้วยเอฟเฟกต์การขยายสัญญาณ การระบุการสั่นพ้องเชิงโครงสร้างผ่านการทดสอบแรงกระแทกและการวัดผลการปฏิบัติงาน ร่วมกับกลยุทธ์การลดแรงสั่นสะเทือนที่เหมาะสม เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการบรรลุระดับการสั่นสะเทือนที่ยอมรับได้ในสถานที่ซึ่งพลวัตเชิงโครงสร้างมีอิทธิพลอย่างมากต่อพฤติกรรมการสั่นสะเทือนของเครื่องจักรโดยรวม.

---

← กลับสู่ดัชนีหลัก