Ingineria plantelor Înțelegerea rezonanței esențiale pentru rezolvarea problemelor de vibrații
Nu este un secret faptul că vibrațiile severe pot distruge rulmenții, distruge arborii și pot perturba producția. Ceea ce este mai puțin cunoscut este că componentele rezonante ale mașinii și structurile de susținere pot mări chiar și probleme mici de vibrații suficient pentru a deteriora echipamentele conectate sau pentru a provoca defecțiuni catastrofale.
Nu este un secret faptul că vibrațiile severe pot distruge rulmenții, distruge arborii și pot perturba producția. Ceea ce este mai puțin cunoscut este că componentele rezonante ale mașinii și structurile de susținere pot mări chiar și mici probleme de vibrație suficient pentru a deteriora echipamentele conectate sau pentru a provoca defecțiuni catastrofale ale mașinii. Pentru a rezolva rapid o problemă a vibrațiilor și a evita astfel de rezultate nedorite, un prim pas important este să stabilim dacă sursa vibrației crescute este rezonanța în echipamentul rotativ sau într-o structură de susținere.
Vibrațiile rezonante în structurile mecanice, cum ar fi pompele, turbinele și motoarele, apar atunci când o frecvență naturală este la sau aproape de o frecvență de forțare, cum ar fi viteza rotorului. Atunci când este prezentă, această afecțiune poate provoca niveluri severe de vibrații prin amplificarea forțelor vibraționale mici din funcționarea mașinii. Astfel de probleme se dezvoltă adesea după ce a fost implementată o schimbare de viteză, la fel ca la montarea unei mașini cu o unitate cu viteză reglabilă (ASD) sau la acționarea unui motor de 50 Hz la o putere de 60 Hz. Soluția depinde adesea de capacitatea de a distinge între rezonanța structurală și viteza critică a rotorului.
Rezonanță structurală: Rezonanța structurală se referă la vibrațiile excesive ale componentelor care nu se rotesc, de obicei piese ale mașinii sau structuri de susținere. Datorită complexității acestor componente, este starea rezonantă mai frecventă și apare de obicei la viteza de rotație a mașinii sau aproape de ea. Chiar și forțele vibraționale ușoare cauzate de dezechilibrul rezidual și efectele de dezaliniere ale mașinii pot excita structura de bază rezonantă, rezultând vibrații severe. Un bun exemplu în acest sens este vibrația frecvenței stufului care apare adesea la pompele verticale cu turbină care au un motor montat deasupra cotului de descărcare. Componentele mașinii pot fi, de asemenea, rezonante; există multe exemple de motoare electrice cu doi poli în care un suport de capăt rezonant a provocat vibrații axiale foarte mari la 1 x rpm sau 2 x rpm.
Viteza critică a rotorului: O viteză critică a rotorului există atunci când elementul rotativ al unei mașini este componenta rezonantă și viteza sa se potrivește cu frecvența naturală a rotorului. Acest lucru este obișnuit cu pompele centrifuge, turbine cu gaz și abur și motoarele electrice mari, cu doi poli. În timp ce rezultatul este similar cu rezonanța structurală (vibrații mari la o anumită viteză de funcționare), viteza critică a rotorului este un fenomen mai complex. Când viteza de funcționare atinge frecvența de rezonanță a elementului rotativ, elementul rotativ se distorsionează și forțele vibratorii cresc semnificativ.
Este important să se facă distincția corectă între rezonanța structurală și viteza critică a rotorului. Termenul „viteză critică” (fără cuvântul „rotor”) este oarecum ambiguu. Din punct de vedere tehnic, o viteză critică ar putea fi fie o rezonanță structurală, fie o viteză critică a rotorului. Din motive de claritate, este bine să evitați utilizarea acestui termen. Termenul simplu „rezonanță” poate fi aplicat ambelor condiții pentru a evita confuzia.
Caracteristicile rezonanței
Așa cum s-a descris mai sus, cea mai notabilă caracteristică a rezonanței este vibrația crescută atunci când se atinge o anumită viteză de funcționare. De asemenea, se va observa că, pe măsură ce viteza de funcționare este crescută dincolo de frecvența de rezonanță, amplitudinea vibrațiilor va scădea oarecum. Graficul Bode din Figura 1 arată viteza de funcționare versus amplitudine. Din motive ilustrative, presupuneți că forța excitantă este dezechilibrul rezidual al rotorului la viteza de rotație.