Розуміння наростаючого резонансу
Наростаючий резонанс є резонанс стан, при якому система кріплення - віброізолятори, монтажні рейки, кронштейни, полози або весь вузол машини, що стоїть на опорах, - вібрує на одній з власних частот власні частоти у відповідь на збудження від обертового обладнання, яке вона несе. Коли це відбувається, вся машина підстрибує, гойдається або перекочується як жорстке тіло на своїх опорах, з амплітудами, набагато більшими, ніж та сама збуджувальна сила дала б на жорсткому фундаменті. Таке явище найчастіше трапляється на машинах, оснащених віброізоляторами, але воно також може виникати у звичайно закріпленій установці, якщо опорній конструкції бракує жорсткість. У будь-якому разі це центральне питання під час проєктування віброізоляції: його слід усувати на етапі проєктування або активно контролювати, а не виявляти вже в експлуатації.
1. Визначення: Що таке монтажний резонанс?
Ключ до розуміння монтажного резонансу полягає в тому, щоб розглядати машину та її опори як систему маса-пружина. Машина є масою; ізолятори або гнучкість опорної конструкції - пружиною. Як і будь-яка така система, цей вузол має власні частоти, і якщо робоча швидкість - або одна з її гармонік - збігається з однією з них, то вимушена вібрація посилюється. Резонанс кріплення відрізняється від резонансу ротора або вала тим, що вся машина рухається більш-менш як єдине ціле: вібрація, виміряна на кріпленнях, значно перевищує вібрацію самого ротора. Ця ознака вказує на те, що проблема полягає в опорі, а не в роторі. Вона тісно пов'язана з резонанс рами і структурний резонанс, які описують однакове підсилення, що виникає в рамі машини або навколишніх конструкціях.
2. Власні частоти системи кріплення
Режими жорсткого тіла на ізоляторах
Машина, що стоїть на віброізоляторах, поводиться як жорстке тіло на пружинах, а жорстке тіло в просторі має шість ступенів свободи - отже, воно має шість власних частот жорсткого тіла.
Поступальні режими (три)
- Вертикальний відскік: рух вгору-вниз, зазвичай найнижча частота - близько 5-15 Гц для загальної ізоляції.
- Горизонтальні переміщення (X і Y): рухи з боку в бік, зазвичай приблизно в 1,5-2 рази частіше за частоту вертикальних відскоків.
Режими обертання (три)
- Рулон: обертання навколо поздовжньої осі.
- Крок: обертання навколо поперечної осі.
- Низкання: обертання навколо вертикальної осі.
- Частоти: зазвичай 10-30 Гц, залежно від габаритів машини та розташування її центру ваги.
Зв'язані режими
- Якщо ізолятори розміщені несиметрично або центр ваги не знаходиться над ними, режими поєднуються.
- Тоді переміщення та обертання відбуваються разом.
- В результаті виходить складний візерунок руху.
- Такі сполучені режими важче аналізувати і виправляти, ніж чисті, незв'язані випадки.
3. Коли виникає монтажний резонанс
Резонанс ізоляційної системи
Найпоширеніший сценарій, і водночас іронічний, оскільки він виникає через ті самі ізолятори, призначені для зменшення вібрації:
- Проєктний задум: ізолятори підбирають так, щоб їхня власна частота становила приблизно від однієї третини до однієї п'ятої робочої швидкості, переводячи машину далеко в область ізоляції.
- проблема: якщо машина працює нижче проектної швидкості або просто проходить через частоту ізолятора під час запуску, примусова сила відповідає цій власній частоті.
- Симптом: Сильна вібрація на швидкостях, близьких до власної частоти ізолятора
- Тривалість: обмежений певним, зазвичай вузьким, діапазоном швидкостей.
Резонанс рейки або полозка
- Монтажні рейки та полози обладнання мають власні режими згинання.
- Типові частоти - 15-50 Гц, залежно від прольоту і жорсткості.
- Вся конструкція гойдається на згинальних рейках.
- Це характерно для модульного, упакованого обладнання, що постачається як єдине ціле.
Резонанс кронштейна або опори
- Особливо вразливим є настінне або стельове обладнання, що кріпиться на кронштейнах.
- Кронштейн або опорний кронштейн має власну власну частоту.
- Рух машини посилюється, коли швидкість руху відповідає швидкості бігу.
- Посилений рух може передавати вібрацію в саму конструкцію будівлі.
4. Діагностична ідентифікація
Ключові показники
- Посилення: вібрація, виміряна на кріпленні, набагато більша, ніж вібрація на верстаті, що є ознакою несправності.
- Гойдається або підстрибує: видимий рух всієї машини.
- Чутливість до швидкості: сильним лише у вузькому діапазоні швидкостей.
- Низька частота: зазвичай 5-30 Гц для ізольованих систем.
- Фазові співвідношення: всі точки кріплення рухаються у фазі для режиму відскоку або у протифазі для режиму гойдання.
Діагностична процедура
- Визначте резонансну частоту від піку в спектр вібрації.
- Випробуйте кріплення на удар: a тест на ударну чутливість показує власну частоту кріплення незалежно від машини, що працює.
- Порівняйте: якщо робоча резонансна частота збігається з виміряною власною частотою кріплення, резонанс кріплення підтверджено.
- Виміряйте кілька місць щоб встановити фаза взаємозв'язок між точками кріплення.
- Оцініть форму режиму: визначте, чи є рух відскоком, розгойдуванням або сполученим режимом.
Важливим раннім етапом діагностики є відокремлення проблеми опор від проблеми ротора. Наведена вище ознака - великий рух на опорах, помірний рух ротора, з піком, прив'язаним до структурної частоти, а не до швидкості, - однозначно вказує на опори. Слід також бути обережним, щоб не переплутати резонанс кріплення з м'яка стопа, де одна опора не сидить рівно і деформує раму; дві можуть співіснувати і обидві викликають вібрацію.
5. Рішення
Для резонансу ізоляційної системи
Зміна жорсткості ізолятора
- Жорсткіші ізолятори підняти власну частоту вище робочої швидкості.
- М'якіші ізолятори опустити нижче діапазону запуску, якщо обладнання може витримати більший статичний прогин.
- Правило відбору: частота ізолятора повинна бути нижче однієї третини мінімальної робочої швидкості.
Додати демпфування
- Використовуйте ізолятори з вбудованими демпфування - еластомерні кріплення замість голих сталевих пружин.
- Додайте в'язкі або фрикційні демпфери паралельно з ізоляторами.
- Демпфування знижує резонансний пік навіть тоді, коли збіг частот неможливо усунути.
Покращення встановлення ізолятора
- Переконайтеся, що кожен ізолятор правильно навантажений - жоден не перекошений, не заклинений і не працює без навантаження.
- Переконайтеся, що ізолятори відповідають фактичній, а не передбачуваній вазі обладнання.
- Перевірте, чи немає заклинених або зруйнованих ізоляторів, які втратили розрахункову жорсткість.
- Переконайтеся в симетричному розміщенні відносно центру тяжіння, щоб уникнути сполучених режимів.
Для резонансу структурного монтажу
Посилення жорсткості монтажної конструкції
- Додайте кріплення до рейок або полозів.
- Збільште товщину кронштейна або додайте косинки.
- Укоротити безопорні прольоти.
- Зв'яжіть окремі точки кріплення разом, щоб вони діяли як одне ціле.
Змінити конфігурацію монтування
- Додайте проміжні опори, щоб зменшити довжину прольоту.
- Перемістіть точки кріплення на більш жорсткі частини конструкції.
- Використовуйте більш надійне кріпильне обладнання.
Оскільки всі ці дії працюють за рахунок зміщення власної частоти, жорсткість опорної конструкції жорсткість фундаменту це важіль, на який вони впливають; калькулятор власних частот фундаменту допомагає підтвердити, що зміна жорсткості дійсно відводить частоту від робочої швидкості.
Операційні рішення
- Обмеження швидкості: уникайте тривалої роботи на резонансній швидкості.
- Швидке прискорення: під час запуску швидко проходять через резонанс, тому накопичується мало енергії.
- Зменшити збудження: вдосконалюватися баланс щоб зменшити збуджувальну силу на резонансній частоті.
6. Конструкція ізоляції та сполучене обладнання
Віброізоляційна конструкція
Грамотне проєктування віброізоляції запобігає резонансу кріплення насамперед тим, що утримує робочі швидкості на достатній відстані від власних частот опор:
- Співвідношення частот: частота ізолятора повинна задовольняти fізолятор < 0.3 × fмінімальний робочий.
- Передаваність: саме в резонансі передавальність може перевищувати 10 - кріплення підсилює, а не ізолює, що є протилежним його призначенню.
- Робочий діапазон: для ефективної ізоляції всі робочі частоти повинні перевищувати частоту ізолятора в 2-3 рази.
- Пуск: короткий, високоамплітудний прохід через резонанс під час розгону допустимий за умови, що він нетривалий.
Вибір ізоляторів, які відповідають цим цілям, є звичайним завданням підбору; калькулятор вибору віброопори підбирає жорсткість опори під масу та швидкість машини, а калькулятор віброізоляції машин оцінює результуючу ефективність ізоляції.
Зчеплене обладнання
Устаткування з моторним приводом, встановлене на загальній фундаментній плиті, додає свої складнощі:
- Увесь вузол має режими жорсткого тіла на своїх опорах.
- Двигун і приводжувана машина передають вібрацію через спільну фундаментну плиту.
- Резонанс може збуджуватися будь-якою з машин, незалежно від того, яка з них є сильнішим джерелом.
- Тому до них слід ставитися як до однієї цілісної системи, а не як до двох незалежних машин.
7. Інструменти вимірювання та аналізу
Модальний аналіз
- Модальний аналіз повністю характеризує кожен режим роботи системи кріплення.
- Він визначає частоту, демпфування і форму режиму кожного з них.
- Ці дані безпосередньо лягають в основу конструктивних змін.
- Це можна зробити експериментально за допомогою ударне тестування або спрогнозовано за допомогою скінченно-елементного аналізу.
Робоча форма прогину (ODS)
- аналіз ODS візуалізує фактичну картину руху під час роботи машини.
- Він чітко відрізняє резонанс кріплення від резонансу ротора.
- Він показує, який режим активний - відскок, розгойдування або зчеплення.
- Він вказує, де саме слід додати жорсткості для досягнення найбільшого ефекту.
У польових умовах той самий портативний прилад, що використовується для рутинного балансування, підтримує більшу частину цієї роботи. Двоканальний аналізатор, такий як Balanset-1A вимірює амплітуду і фазу в кількох точках кріплення, а його можливість ударного тесту безпосередньо вимірює власну частоту опори - даючи інженеру змогу підтвердити підозру на резонанс кріплення, вирішити, що потрібно: жорсткіша опора чи краще балансування, і перевірити виправлення після його виконання.
Монтажний резонанс може спричинити сильну вібрацію навіть на добре доглянутому, збалансованому обладнанні, просто тому, що проблема криється в опорах, а не в роторі. Розуміння власних частот кріпильних систем - насамперед, віброізоляторів - і їх відокремлення від робочих швидкостей є важливим для успішного контролю вібрації в будь-якій установці з обертовим обладнанням.
