Una delle schede di errore Augury che può essere assegnata a qualsiasi componente (motore, cambio, pompa, ventola, un intero asset, ecc.) è chiamata Risonanza. È un argomento molto complicato; può essere difficile da capire, difficile da diagnosticare e talvolta può essere difficile o costoso da riparare.
Per capire cos'è la Risonanza, dobbiamo prima definire alcuni termini.
- Frequenza naturale: nota anche come frequenza di risonanza, è la frequenza dell'oscillazione libera di una struttura spostata dal suo equilibrio. Un esempio è un diapason o una campana... quando la colpisci, la frequenza che le tue orecchie sentono è la frequenza naturale. È indipendente da qualsiasi segnale di input ed è una proprietà di una struttura. È dettata dalla massa, dalla rigidità e dallo smorzamento di una struttura. Quando l'energia viene immessa nella struttura impattandola e le viene permesso di vibrare indisturbata, vibrerà (risuonerà) alla frequenza naturale.
- Frequenza di forzatura: ai fini di questa discussione, una frequenza di forzatura è la frequenza di immissione di energia in una struttura. Un esempio di ciò è la velocità di funzionamento (ovvero la frequenza operativa) di un albero in un'apparecchiatura rotante. Ogni albero ha un leggero squilibrio residuo e se l'albero ruota a 1800 giri/min, l'energia viene immessa dall'albero a 1800 giri/min. Se l'albero è collegato a una pompa a palette che ha 9 palette di pompaggio al suo interno, allora quelle palette passano una parte stazionaria di quell'apparecchiatura 9 volte per ogni rotazione dell'albero... quindi la frequenza di forzatura sarebbe 9 * velocità dell'albero = 9 * 1800 = 16.200 giri/min.
- Risonanza: la risonanza si verifica quando una frequenza di forzatura coincide con una frequenza naturale e causa l'amplificazione dell'entità della vibrazione di input forzata. Seguendo l'esempio precedente per un albero che ruota a 1800 giri al minuto, se la frequenza naturale della struttura è anche di 1800 giri al minuto, allora la macchina è in risonanza.
Ogni struttura ha Frequenze Naturali e ogni apparecchiatura rotante ha Frequenze Forzanti. Tuttavia, la Risonanza si verifica solo quando queste frequenze si allineano tra loro. Una frequenza naturale di una struttura è generalmente invariata per tutta la sua vita, ma una frequenza forzante può cambiare. Ad esempio, quando il motore funziona a velocità diverse (VFD), sta effettivamente cambiando la sua frequenza forzante.
Per complicare ulteriormente le cose, la risonanza può esistere in una struttura ma potrebbe non essere effettivamente un problema. Questo è il caso quando c'è un cambiamento evidente nella vibrazione a determinate velocità della macchina, ma l'ampiezza della vibrazione non è così elevata da essere pericolosa o causare danni alla macchina. Vedere l'immagine sopra, dove c'è una risonanza a 37 Hz, ma l'ampiezza della vibrazione per quel tipo di macchina non è un problema (0,25 ips contro 0,35 ips). La risonanza è un problema quando l'ampiezza della vibrazione durante le condizioni di risonanza crea così tanto movimento ed energia che può causare problemi di affidabilità. L'inizio di questo articolo ha menzionato che la risonanza è una carta di errore che Augury può assegnare. In realtà, la risonanza è una condizione e diventa un errore solo quando le ampiezze delle vibrazioni diventano un problema.
- La risonanza in Monitor potrebbe significare che ci sono prove di una possibile condizione di risonanza, ma forse non abbiamo visto abbastanza velocità di esecuzione per determinare se le ampiezze sono troppo elevate. Può anche significare che la risonanza è stata identificata, ma la stiamo osservando per vedere quanto tempo trascorre ad ampiezze elevate per valutare una decisione se vale la pena procedere con le riparazioni.
- La risonanza in caso di allarme o pericolo indica che le ampiezze delle vibrazioni sono elevate e potrebbero causare danni prematuri alla macchina, guasti immediati o essere pericolose dal punto di vista della sicurezza.
Quindi, pensi di avere una buona padronanza della Risonanza? Bene, lasciami aggiungere un altro elemento al mix. Ricordi quando sopra ho detto "Ogni struttura ha Frequenze Naturali e ogni apparecchiatura rotante ha Frequenze Forzanti?" Prendi nota del plurale in Frequenze. Non solo un'intera struttura può avere una Frequenza Naturale, ma diverse parti di un asset possono avere ciascuna la propria Frequenza Naturale, il che significa che non hai a che fare solo con una frequenza, ma con molte frequenze. E abbiamo già parlato di come ci possano essere più frequenze forzanti nelle apparecchiature rotanti, non solo velocità dell'albero e accoppiamento del rotore, ma frequenze di accoppiamento degli ingranaggi, frequenze dei cuscinetti o persino frequenze specifiche per la progettazione della macchina e per ciò che sta facendo (come le frequenze fluidodinamiche).
Ecco uno schema a corpo libero di una semplice pompa verticale con un tubo indipendente che fuoriesce lateralmente (ascoltate il disegno, è solo un esempio!).
Il motore, la pompa e il tubo hanno ciascuno la propria frequenza naturale. Non solo, ma anche le combinazioni di accessori hanno ciascuna una frequenza naturale e, infine, l'intera struttura montata sulla base ha una frequenza naturale. I test per scoprire quale parte della risorsa potrebbe causare risonanza e il tipo di risonanza possono essere estremamente estenuanti e potrebbero richiedere diversi metodi di test molto avanzati. Ogni volta che una macchina Augury viene contrassegnata con una scheda di errore di risonanza, non possiamo realmente dire quale componente potrebbe essere difettoso o dove dovrebbero essere apportati miglioramenti. Quindi, la risoluzione dei problemi probabilmente deve iniziare apportando un paio di regolazioni alla volta e osservando i cambiamenti nelle vibrazioni.
Cosa fare
Il che ci porta alla grande domanda.Cosa facciamo in caso di guasto di risonanza?Bene, se la risonanza esiste solo quando una frequenza naturale e una frequenza forzante si allineano... allora basta spostare una frequenza in modo che non si allineino più. Semplice a dirsi, più difficile a farsi. Cominciamo provando a spostare la frequenza forzante, cosa che può essere fatta impostando istruzioni operative o implementando interblocchi di velocità (per impedire alla macchina di girare alle note frequenze problematiche). Quando Augury identifica la risonanza, possiamo anche fornire informazioni come l'intervallo di frequenza in cui la risonanza è un problema. Se una frequenza naturale è a 32 Hz, la comunicazione potrebbe essere quella di evitare velocità tra 28 e 36 Hz. Vedi sotto per i dati di tendenza e come appaiono quei dati una volta che velocità e vibrazione sono tracciate insieme.
Nel grafico sopra, si vedono picchi apparentemente casuali nel trend dell'ampiezza della vibrazione (trend in alto). Ma non sono casuali. Osservando più attentamente quei dati e le velocità corrispondenti (trend in basso), quelle ampiezze di vibrazione elevate sono dovute a una risonanza intorno ai 32 Hz!
Se si tracciano i dati della velocità del motore rispetto all'ampiezza della vibrazione, si può vedere che la vibrazione è elevata quando il motore funziona tra 28 e 36 Hz. Se questa velocità è qualcosa di facile da evitare, allora semplicemente impostando delle limitazioni di velocità si migliorerà l'affidabilità della risorsa.
Il motivo per cui si tratta di un intervallo di frequenza anziché di una sola frequenza è dovuto a una proprietà strutturale chiamata smorzamento. Aumentare lo smorzamento in una struttura può ridurre l'ampiezza della vibrazione e potrebbe spostare leggermente la frequenza di risonanza. Tuttavia, aumentare lo smorzamento può rendere l'intervallo di frequenze in cui si verifica la risonanza ancora più ampio, il che significa che devi evitare di operare a velocità maggiori. Se riesci ad abbassare l'ampiezza causata dalla risonanza abbastanza da non creare più problemi, allora lo smorzamento potrebbe essere un'opzione. Altrimenti, aggiungere smorzamento potrebbe peggiorare le vibrazioni operative. Questo ci porta alla nostra seconda opzione per le frequenze da spostare durante la risonanza: la frequenza naturale.
La frequenza naturale può essere manipolata leggermente regolando lo smorzamento, ma non in modo apprezzabile. Il modo migliore per modificare una frequenza naturale è regolando la massa o la rigidità. Aumentare la massa o diminuire la rigidità sposta la frequenza naturale a una frequenza più bassa. Diminuire la massa o aumentare la rigidità sposta la frequenza naturale a una frequenza più alta. Un'analogia facile è una corda di chitarra. Se pizzichi la corda, quindi ruoti la manopola di accordatura per stringerla, ciò fa aumentare la frequenza (maggiore rigidità). Se aggiungi una massa alla corda e la suoni, vibrerà a una frequenza più bassa (maggiore massa). Spostando una frequenza naturale lontano dalle velocità in cui le frequenze di forzatura potrebbero allinearsi con essa, puoi impedire che si verifichi risonanza.
Frequenza naturale n= Rigidità (k)Massa (m)
Ogni volta che si tenta di regolare la frequenza naturale di una macchina, è importante discuterne con il produttore dell'attrezzatura originale (OEM). A volte hanno soluzioni o suggerimenti facili per combattere la risonanza. Oppure potrebbero farti sapere se le modifiche di progettazione previste potrebbero danneggiare la macchina.
Infine, se hai davvero bisogno di provare a regolare la tua frequenza naturale, è una buona idea eseguire ulteriori test o simulazioni per assicurarti che le modifiche che vuoi apportare avranno un effetto apprezzabile. Ulteriori forme di test includono l'analisi di impatto modale (la forma grezza di questo è chiamata Bump Test), l'analisi della forma di deflessione operativa (ODS) o eventualmente l'amplificazione del movimento per aiutare a identificare la modalità di flessione.
Riepilogo
La risonanza è una reazione fisica naturale che si verifica tra la frequenza naturale di una struttura e la frequenza di forzatura dell'attrezzatura rotante. Queste frequenze sono presenti in tutte le attrezzature rotanti e diventano un problema solo quando si allineano e causano ampiezze di vibrazione che aumentano lo stress sui componenti dell'attrezzatura. Può essere complicato identificarlo e correggerlo a causa dei molteplici componenti e delle molteplici frequenze che esistono per ogni componente. Quando vengono identificati guasti risonanti, è importante correggerli per evitare di sovraccaricare l'attrezzatura. Questo stress continuo per tempi di esecuzione di lunga durata alla fine porta a guasti ripetuti senza una causa principale evidente.
