Een van de Augury-foutkaarten die aan elk onderdeel (motor, versnellingsbak, pomp, ventilator, een hele asset, etc.) kan worden toegewezen, heet Resonantie. Het is een heel ingewikkeld onderwerp; het kan moeilijk te begrijpen zijn, moeilijk te diagnosticeren en soms moeilijk of kostbaar om te repareren.
Om te begrijpen wat resonantie is, moeten we eerst een aantal termen definiëren.
- Natuurlijke frequentie: Ook bekend als beltoonfrequentie, dit is de frequentie van de vrije oscillatie van een structuur die uit zijn evenwicht is verplaatst. Een voorbeeld is een stemvork of een bel... wanneer je erop slaat, is de frequentie die je oren horen de natuurlijke frequentie. Het is onafhankelijk van elk invoersignaal en is een eigenschap van een structuur. Het wordt bepaald door de massa, stijfheid en demping van een structuur. Wanneer energie wordt ingevoerd in de structuur door erop te slaan en het ongestoord mag trillen, zal het trillen (rinkelen) op de natuurlijke frequentie.
- Forcing Frequency: voor het doel van deze discussie is een forcing frequency de frequentie van energie-invoer naar een structuur. Een voorbeeld hiervan is de loopsnelheid (ook wel bedrijfsfrequentie genoemd) van een as in roterende apparatuur. Elke as heeft een lichte restonbalans en als de as draait met 1800 tpm, dan wordt er energie ingevoerd door de as met 1800 tpm. Als de as is aangesloten op een schoepenpomp met 9 pompschoepen erin, dan passeren die schoepen 9 keer een stationair deel van die apparatuur voor elke asrotatie... dus de forcing frequency zou zijn door 9 * assnelheid = 9 * 1800 = 16.200 tpm.
- Resonantie: Resonantie treedt op wanneer een forcerende frequentie samenvalt met een natuurlijke frequentie en ervoor zorgt dat de grootte van de geforceerde invoertrilling wordt versterkt. Volgend het bovenstaande voorbeeld voor een as die draait met 1800 rpm, als de natuurlijke frequentie van de structuur toevallig ook 1800 rpm is, dan is de machine in Resonantie.
Elke structuur heeft natuurlijke frequenties en elke roterende apparatuur heeft forcerende frequenties. Resonantie treedt echter alleen op als deze frequenties op elkaar zijn afgestemd. Een natuurlijke frequentie van een structuur blijft over het algemeen onveranderd gedurende de levensduur, maar een forcerende frequentie kan veranderen. Wanneer de motor bijvoorbeeld op verschillende snelheden draait (VFD), verandert deze effectief zijn forcerende frequentie.
Om het nog ingewikkelder te maken, kan er resonantie in een structuur bestaan, maar hoeft dit in werkelijkheid geen probleem te zijn. Dit is het geval wanneer er een merkbare verandering in trillingen is bij bepaalde machinesnelheden, maar de amplitude van de trilling niet zo hoog is dat het gevaarlijk is of schade aan de machine veroorzaakt. Zie de afbeelding hierboven, waar er een resonantie is bij 37 Hz, maar de amplitude van de trilling voor dat type machine is geen probleem (0,25 ips versus 0,35 ips). Resonantie is een probleem wanneer de amplitude van de trilling tijdens resonantieomstandigheden zoveel beweging en energie creëert dat het betrouwbaarheidsproblemen kan veroorzaken. Het begin van dit artikel vermeldde dat resonantie een foutkaart is die Augury kan toewijzen. In werkelijkheid is resonantie een conditie en wordt het pas een fout wanneer de trillingsamplitudes een probleem worden.
- Resonantie in Monitor kan betekenen dat er bewijs is van een mogelijke resonantieconditie, maar misschien hebben we nog niet genoeg van de loopsnelheden gezien om te bepalen of de amplitudes te hoog zijn. Het kan ook betekenen dat Resonantie is geïdentificeerd, maar dat we het in de gaten houden om te zien hoeveel tijd het doorbrengt bij hoge amplitudes om een beslissing te nemen of reparaties de moeite waard zijn.
- Resonantie bij alarm of gevaar betekent dat de trillingsamplitudes hoog zijn en voortijdige schade aan de machine kunnen veroorzaken, onmiddellijke storingen kunnen veroorzaken of gevaarlijk kunnen zijn vanuit een veiligheidsperspectief.
Dus, denk je dat je Resonantie goed onder de knie hebt? Nou, laat me nog een spaak in het wiel steken. Weet je nog dat ik hierboven zei: "Elke structuur heeft natuurlijke frequenties en elke roterende apparatuur heeft dwingende frequenties?" Let op het meervoud van frequenties. Niet alleen kan een hele structuur een natuurlijke frequentie hebben, maar verschillende delen van een asset kunnen ook elk hun eigen natuurlijke frequentie hebben, wat betekent dat je niet alleen met één frequentie te maken hebt, maar met meerdere frequenties. En we hebben het er al over gehad dat er meerdere dwingende frequenties kunnen zijn in roterende apparatuur, niet alleen assnelheid en rotoringrijping, maar ook tandwielingrijpingsfrequenties, lagerfrequenties of zelfs frequenties die specifiek zijn voor het ontwerp van de machine en wat deze doet (zoals vloeistofdynamische frequenties).
Hier ziet u een vrijlichaamsdiagram van een eenvoudige verticale pomp met een vrijstaande pijp die aan de zijkant uitkomt (let op de tekening, het is slechts een voorbeeld!).
De motor, de pomp en de pijp hebben elk hun eigen natuurlijke frequentie. Niet alleen dat, maar combinaties van bevestigingen hebben elk een natuurlijke frequentie, en ten slotte heeft de hele structuur die aan de basis is bevestigd een natuurlijke frequentie. Testen om erachter te komen welk deel van het bezit resonantie kan veroorzaken en wat voor soort resonantie het is, kan extreem vermoeiend zijn en kan verschillende zeer geavanceerde testmethoden vereisen. Elke keer dat een Augury-machine is gemarkeerd met een Resonantie-foutkaart, kunnen we niet echt zien welk onderdeel defect zou kunnen zijn of waar verbeteringen moeten worden aangebracht. Dus probleemoplossing moet waarschijnlijk beginnen met het maken van een paar aanpassingen tegelijk en het letten op veranderingen in trillingen.
Wat te doen
En dat brengt ons bij de grote vraag.Wat doen we bij een resonantiefout?Nou, als resonantie alleen bestaat wanneer een natuurlijke frequentie en een dwingende frequentie op één lijn liggen… verplaats dan gewoon een frequentie zodat ze niet meer op één lijn liggen. Simpel gezegd, moeilijker om te doen. Laten we beginnen met het proberen te verplaatsen van de dwingende frequentie, wat kan worden gedaan door bedieningsinstructies in te stellen of snelheidsvergrendelingen te implementeren (om te voorkomen dat de machine draait op de bekende problematische frequenties). Wanneer Augury resonantie identificeert, kunnen we ook informatie verstrekken zoals het frequentiebereik waar resonantie een probleem is. Als een natuurlijke frequentie op 32 Hz ligt, kan de communicatie zijn om snelheden tussen 28 en 36 Hz te vermijden. Zie hieronder voor trendgegevens en hoe die gegevens eruitzien als de snelheid en trilling samen zijn uitgezet.
In de bovenstaande grafiek ziet u schijnbaar willekeurige pieken in de trend van de trillingsamplitude (bovenste trend). Maar deze zijn niet willekeurig. Als u die gegevens en de bijbehorende snelheden (onderste trend) nader bekijkt, worden die hoge trillingsamplitudes veroorzaakt door een resonantie rond de 32 Hz!
Als u de motorsnelheidsgegevens uitzet tegen de trillingsamplitude, ziet u dat de trillingen toenemen wanneer de motor draait tussen 28 en 36 Hz. Als deze snelheid gemakkelijk te vermijden is, verbetert het instellen van snelheidsbeperkingen de betrouwbaarheid van het asset.
De reden dat dit een frequentiebereik is in plaats van slechts één frequentie, is vanwege een structurele eigenschap die demping wordt genoemd. Toenemende demping in een structuur kan de amplitude van trillingen verminderen en de resonantiefrequentie enigszins verplaatsen. Toenemende demping kan echter het bereik van frequenties waarbij resonantie optreedt nog breder maken, wat betekent dat u moet vermijden om op hogere snelheden te werken. Als u de amplitude die wordt veroorzaakt door resonantie voldoende kunt verlagen zodat het geen probleem meer wordt, dan is demping mogelijk een optie. Anders kan het toevoegen van demping uw operationele trillingen erger maken. Dit brengt ons bij onze tweede optie voor frequenties om te bewegen tijdens resonantie: de natuurlijke frequentie.
De natuurlijke frequentie kan enigszins worden gemanipuleerd door demping aan te passen, maar niet merkbaar. De beste manier om een natuurlijke frequentie te veranderen is door de massa of stijfheid aan te passen. Massa verhogen of stijfheid verlagen verplaatst de natuurlijke frequentie naar een lagere frequentie. Massa verlagen of stijfheid verhogen verplaatst de natuurlijke frequentie naar een hogere frequentie. Een eenvoudige analogie is een gitaarsnaar. Als je de snaar plukt en vervolgens aan de afstemknop draait om hem strakker te maken, zorgt dat ervoor dat de frequentie stijgt (verhoogde stijfheid). Als je een massa aan de snaar toevoegt en hem bespeelt, zal hij trillen op een lagere frequentie (verhoogde massa). Door een natuurlijke frequentie weg te bewegen van snelheden waarbij forcerende frequenties ermee in lijn zouden kunnen zijn, kun je voorkomen dat er resonantie optreedt.
Natuurlijke frequentie n = Stijfheid (k) Massa (m)
Wanneer u de natuurlijke frequentie van een machine probeert aan te passen, is het belangrijk om dit te bespreken met de Original Equipment Manufacturer (OEM). Soms hebben zij eenvoudige oplossingen of suggesties om resonantie te bestrijden. Of ze laten u weten of uw beoogde ontwerpwijzigingen de machine kunnen beschadigen.
Als laatste, als u echt uw eigen frequentie moet aanpassen, is het een goed idee om extra testen of simulaties te laten doen om er zeker van te zijn dat de veranderingen die u wilt maken een merkbaar effect zullen hebben. Extra vormen van testen omvatten Modal Impact Analysis (de ruwe vorm hiervan wordt een Bump Test genoemd), Operating Deflection Shape-analyse (ODS) of mogelijk Motion Amplification om de buigmodus te helpen identificeren.
Samenvatting
Resonantie is een natuurlijk voorkomende fysieke reactie die optreedt tussen de natuurlijke frequentie van een structuur en de dwingende frequentie van de roterende apparatuur. Deze frequenties bestaan in alle roterende apparatuur en worden alleen een probleem wanneer ze worden uitgelijnd en trillingsamplitudes veroorzaken die de spanning op de componenten van de apparatuur vergroten. Het kan ingewikkeld zijn om te identificeren en te corrigeren vanwege de meerdere componenten en meerdere frequenties die voor elk component bestaan. Wanneer resonantiefouten worden geïdentificeerd, is het belangrijk om deze te corrigeren om overbelasting van de apparatuur te voorkomen. Deze continue spanning gedurende lange looptijden leidt uiteindelijk tot herhaalde storingen zonder duidelijke oorzaak.
