Eine der Augury-Fehlerkarten, die jedem Bauteil (Motor, Getriebe, Pumpe, Lüfter, einem ganzen Vermögenswert usw.) zugewiesen werden kann, heißt Resonanz. Dies ist ein sehr kompliziertes Thema; es kann schwer zu verstehen und zu diagnostizieren sein und die Reparatur kann manchmal schwierig oder kostspielig sein.
Um zu verstehen, was Resonanz ist, müssen wir zunächst einige Begriffe definieren.
- Eigenfrequenz: Auch als Klingelfrequenz bekannt. Dies ist die Frequenz der freien Schwingung einer aus ihrem Gleichgewicht gebrachten Struktur. Ein Beispiel ist eine Stimmgabel oder eine Glocke … wenn Sie darauf schlagen, ist die Frequenz, die Ihre Ohren hören, die Eigenfrequenz. Sie ist unabhängig von jedem Eingangssignal und eine Eigenschaft einer Struktur. Sie wird durch die Masse, Steifheit und Dämpfung einer Struktur bestimmt. Wenn der Struktur durch Stöße Energie zugeführt wird und sie ungestört schwingen kann, schwingt (klingelt) sie mit der Eigenfrequenz.
- Erregungsfrequenz: Für die Zwecke dieser Diskussion ist die Erregungsfrequenz die Frequenz der Energiezufuhr zu einer Struktur. Ein Beispiel hierfür ist die Laufgeschwindigkeit (auch Betriebsfrequenz genannt) einer Welle in rotierenden Geräten. Jede Welle hat eine leichte Restunwucht, und wenn sich die Welle mit 1800 U/min dreht, wird von der Welle mit 1800 U/min Energie zugeführt. Wenn die Welle mit einer Flügelzellenpumpe verbunden ist, die 9 Pumpenflügel enthält, passieren diese Flügel bei jeder Wellendrehung 9 Mal einen stationären Teil dieses Geräts … die Erregungsfrequenz wäre also 9 * Wellengeschwindigkeit = 9 * 1800 = 16.200 U/min.
- Resonanz: Resonanz tritt auf, wenn eine erzwungene Frequenz mit einer Eigenfrequenz übereinstimmt und dadurch die Stärke der erzwungenen Eingangsschwingung verstärkt wird. Wenn im obigen Beispiel einer Welle, die sich mit 1800 U/min dreht, die Eigenfrequenz der Struktur zufällig ebenfalls 1800 U/min beträgt, befindet sich die Maschine in Resonanz.
Jede Struktur hat Eigenfrequenzen und jedes rotierende Gerät hat Antriebsfrequenzen. Resonanz tritt jedoch nur auf, wenn diese Frequenzen übereinstimmen. Die Eigenfrequenz einer Struktur bleibt im Allgemeinen während ihrer gesamten Lebensdauer unverändert, die Antriebsfrequenz kann sich jedoch ändern. Wenn der Motor beispielsweise mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten (VFD) läuft, ändert er effektiv seine Antriebsfrequenz.
Um die Sache noch komplizierter zu machen, kann in einer Struktur Resonanz vorhanden sein, die aber vielleicht kein Problem darstellt. Das ist der Fall, wenn bei bestimmten Maschinengeschwindigkeiten eine merkliche Veränderung der Vibration auftritt, die Vibrationsamplitude aber nicht so hoch ist, dass sie gefährlich ist oder Maschinenschäden verursacht. Siehe Bild oben, wo eine Resonanz bei 37 Hz auftritt, die Vibrationsamplitude für diesen Maschinentyp aber kein Problem darstellt (0,25ips gegenüber 0,35ips). Resonanz ist ein Problem, wenn die Vibrationsamplitude unter Resonanzbedingungen so viel Bewegung und Energie erzeugt, dass es zu Zuverlässigkeitsproblemen kommen kann. Am Anfang dieses Artikels wurde erwähnt, dass Resonanz eine Fehlerkarte ist, die Augury zuweisen kann. Tatsächlich ist Resonanz ein Zustand und wird nur dann zu einem Fehler, wenn die Vibrationsamplituden ein Problem darstellen.
- Resonanz im Monitor könnte bedeuten, dass es Hinweise auf einen möglichen Resonanzzustand gibt, wir aber vielleicht nicht genügend von den Laufgeschwindigkeiten gesehen haben, um zu bestimmen, ob die Amplituden zu hoch sind. Es kann auch bedeuten, dass Resonanz identifiziert wurde, wir sie aber beobachten, um zu sehen, wie viel Zeit sie bei hohen Amplituden verbringt, um eine Entscheidung darüber abzuwägen, ob Reparaturen sinnvoll sind.
- Resonanz bei Alarm oder Gefahr bedeutet, dass die Schwingungsamplituden hoch sind und vorzeitige Maschinenschäden oder sofortige Ausfälle verursachen oder aus Sicherheitsgründen gefährlich sein können.
Sie glauben also, Sie haben Resonanz gut im Griff? Dann möchte ich noch einen weiteren Knüppel zwischen die Beine werfen. Erinnern Sie sich, als ich oben sagte: „Jede Struktur hat Eigenfrequenzen und jedes rotierende Gerät hat erzwungene Frequenzen“? Beachten Sie die Mehrzahl von Frequenzen. Nicht nur eine ganze Struktur kann eine Eigenfrequenz haben, sondern auch verschiedene Teile eines Vermögenswerts können jeweils ihre eigene Eigenfrequenz haben. Das heißt, Sie haben es nicht nur mit einer Frequenz zu tun, sondern mit vielen Frequenzen. Und wir haben bereits darüber gesprochen, dass es in rotierenden Geräten mehrere erzwungene Frequenzen geben kann, nicht nur Wellendrehzahl und Rotoreingriff, sondern auch Zahnradeingriffsfrequenzen, Lagerfrequenzen oder sogar Frequenzen, die für das Maschinendesign und die Funktion der Maschine spezifisch sind (wie etwa fluiddynamische Frequenzen).
Hier ist ein Freikörperdiagramm einer einfachen vertikalen Pumpe mit einem freistehenden Rohr, das seitlich herauskommt (nehmen Sie die Zeichnung ernst, es ist nur ein Beispiel!).
Motor, Pumpe und Rohr haben jeweils ihre eigene Eigenfrequenz. Nicht nur das, auch Kombinationen von Anbauteilen haben jeweils eine Eigenfrequenz und schließlich hat die gesamte an der Basis montierte Struktur eine Eigenfrequenz. Tests, um herauszufinden, welcher Teil des Anlageguts möglicherweise Resonanz verursacht und welche Art von Resonanz vorliegt, können äußerst anstrengend sein und mehrere sehr fortschrittliche Testmethoden erfordern. Wenn eine Augury-Maschine mit einer Resonanz-Fehlerkarte gekennzeichnet ist, können wir nicht wirklich sagen, welche Komponente möglicherweise fehlerhaft ist oder wo Verbesserungen vorgenommen werden sollten. Daher muss die Fehlersuche wahrscheinlich damit beginnen, dass Sie jeweils ein paar Anpassungen vornehmen und auf Veränderungen der Vibration achten.
Was zu tun
Was zu der großen Frage führt.Was tun wir bei einem Resonanzfehler?Wenn Resonanz also nur dann vorliegt, wenn eine Eigenfrequenz und eine Erregungsfrequenz übereinstimmen, … dann verschieben Sie einfach eine Frequenz, sodass sie nicht mehr übereinstimmen. Das ist leicht gesagt, aber schwerer umzusetzen. Versuchen wir zunächst, die Erregungsfrequenz zu verschieben. Dies kann durch die Festlegung von Betriebsanweisungen oder die Implementierung von Drehzahlsperren erfolgen (um zu verhindern, dass sich die Maschine bei den bekannten problematischen Frequenzen dreht). Wenn Augury Resonanz erkennt, können wir auch Informationen bereitstellen, beispielsweise den Frequenzbereich, in dem Resonanz ein Problem darstellt. Wenn eine Eigenfrequenz bei 32 Hz liegt, könnte die Mitteilung darin bestehen, Geschwindigkeiten zwischen 28 und 36 Hz zu vermeiden. Trenddaten und wie diese Daten aussehen, wenn Geschwindigkeit und Vibration zusammen dargestellt werden, finden Sie weiter unten.
Im obigen Diagramm sehen Sie scheinbar zufällige Spitzen im Schwingungsamplitudentrend (oberer Trend). Aber diese sind nicht zufällig. Bei genauerer Betrachtung dieser Daten und der entsprechenden Geschwindigkeiten (unterer Trend) sind diese hohen Schwingungsamplituden auf eine Resonanz bei etwa 32 Hz zurückzuführen!
Wenn Sie die Motordrehzahldaten gegenüber der Schwingungsamplitude aufzeichnen, können Sie sehen, dass die Schwingung erhöht ist, wenn der Motor mit einer Frequenz zwischen 28 und 36 Hz läuft. Wenn diese Drehzahl leicht zu vermeiden ist, verbessert das einfache Festlegen von Drehzahlbegrenzungen die Zuverlässigkeit des Vermögenswerts.
Der Grund, warum dies ein Frequenzbereich und nicht nur eine Frequenz ist, ist eine strukturelle Eigenschaft namens Dämpfung. Eine Erhöhung der Dämpfung einer Struktur kann die Schwingungsamplitude verringern und die Resonanzfrequenz möglicherweise leicht verschieben. Eine Erhöhung der Dämpfung kann jedoch den Frequenzbereich, in dem Resonanz auftritt, noch größer machen, was bedeutet, dass Sie einen Betrieb bei höheren Geschwindigkeiten vermeiden müssen. Wenn Sie die durch Resonanz verursachte Amplitude so weit senken können, dass sie kein Problem mehr darstellt, kann Dämpfung eine Option sein. Andernfalls kann eine zusätzliche Dämpfung Ihre Betriebsschwingungen verschlimmern. Dies führt uns zu unserer zweiten Option für die Frequenzverschiebung während der Resonanz: der Eigenfrequenz.
Die Eigenfrequenz kann durch Anpassen der Dämpfung leicht, aber nicht spürbar, manipuliert werden. Die beste Möglichkeit, eine Eigenfrequenz zu ändern, ist durch Anpassen der Masse oder Steifheit. Eine Erhöhung der Masse oder Verringerung der Steifheit verschiebt die Eigenfrequenz zu einer niedrigeren Frequenz. Eine Verringerung der Masse oder Erhöhung der Steifheit verschiebt die Eigenfrequenz zu einer höheren Frequenz. Eine einfache Analogie ist eine Gitarrensaite. Wenn Sie die Saite zupfen und dann den Stimmknopf drehen, um sie zu spannen, steigt die Frequenz (erhöhte Steifheit). Wenn Sie der Saite Masse hinzufügen und sie spielen, schwingt sie mit einer niedrigeren Frequenz (erhöhte Masse). Indem Sie eine Eigenfrequenz von Geschwindigkeiten weg verschieben, bei denen erzwungene Frequenzen mit ihr übereinstimmen könnten, können Sie Resonanz verhindern.
Eigenfrequenz n= Steifigkeit (k)Masse (m)
Wenn Sie versuchen, die Eigenfrequenz einer Maschine anzupassen, sollten Sie dies unbedingt mit dem Originalhersteller besprechen. Manchmal haben sie einfache Lösungen oder Vorschläge, um die Resonanz zu bekämpfen. Oder sie sagen Ihnen, ob die von Ihnen beabsichtigten Konstruktionsänderungen die Maschine beschädigen könnten.
Wenn Sie Ihre Eigenfrequenz unbedingt anpassen müssen, ist es eine gute Idee, zusätzliche Tests oder Simulationen durchführen zu lassen, um sicherzustellen, dass die gewünschten Änderungen einen spürbaren Effekt haben. Weitere Testformen sind die Modal Impact Analysis (die grobe Form davon wird als Bump Test bezeichnet), die Operating Deflection Shape-Analyse (ODS) oder möglicherweise die Motion Amplification, um den Biegemodus zu identifizieren.
Zusammenfassung
Resonanz ist eine natürlich auftretende physikalische Reaktion, die zwischen der Eigenfrequenz einer Struktur und der Antriebsfrequenz des rotierenden Geräts auftritt. Diese Frequenzen sind in allen rotierenden Geräten vorhanden und werden nur dann zu einem Problem, wenn sie sich ausrichten und Schwingungsamplituden verursachen, die die Belastung der Gerätekomponenten erhöhen. Aufgrund der mehreren Komponenten und mehrerer Frequenzen, die für jede Komponente vorhanden sind, kann die Identifizierung und Korrektur kompliziert sein. Wenn Resonanzfehler identifiziert werden, ist es wichtig, sie zu beheben, um eine Überbeanspruchung des Geräts zu vermeiden. Diese kontinuierliche Belastung über lange Laufzeiten führt letztendlich zu wiederholten Ausfällen ohne offensichtliche Grundursache.
