Ce este rezonanța și de ce poate distruge echipamentul

Ce este rezonanța: o explicație simplă

Orice structură mecanică (cadru, fundație, suporturi) are propriile frecvențe naturale de vibrație. Acestea sunt frecvențele la care structura „dorește" să vibreze.

O analogie: gândiți-vă la un leagăn. Dacă îl împingeți în ritmul oscilațiilor sale naturale, amplitudinea crește. Dacă îl împingeți în afara ritmului, leagănul abia se mișcă.

Rezonanța apare atunci când frecvența de rotație a rotorului coincide cu (sau este foarte apropiată de) una dintre frecvențele naturale de vibrație ale structurii. În acel caz, chiar și o forță perturbatoare mică, provenind dintr-un dezechilibru minim, produce vibrații enorme.

Pericolul: vibrațiile pot crește de 10–20 de ori. Aceasta conduce la:

• Distrugerea fixărilor și a fundațiilor
• Fisuri de oboseală în metal
• Distrugerea catastrofală a structurii

Viteza critică

Viteza critică este viteza de rotație la care frecvența de rotație a rotorului coincide cu frecvența naturală de vibrație a sistemului „rotor–suporturi".

Rotoare rigide și flexibile:

• Rotor rigid: viteza de lucru este cu mult sub prima viteză critică (de obicei de 2–3 ori). Un astfel de rotor nu se îndoaie sub forțele centrifuge
• Rotor flexibil: funcționează la o viteză apropiată de viteza critică sau superioară acesteia. Rotorul se îndoaie vizibil în timpul rotației

Cum se detectează rezonanța: metode de diagnosticare

Fig. 1. Grafic de rezonanță: un vârf brusc de vibrație la atingerea vitezei critice (în acest exemplu ~2250 rpm).

Semne ale funcționării în zona de rezonanță:

• O creștere bruscă a vibrațiilor la o anumită viteză de rotație
• Când viteza se modifică cu ±100 rpm, vibrațiile se schimbă de 5–10 ori
• Faza vibrației „sare" de la o măsurătoare la alta
• La traversarea rezonanței, faza se modifică cu 180°
• Citirile sunt instabile chiar și la viteză constantă

Metode de detectare:

1. Test de decelerare liberă (run-down):

• Echipamentul este oprit și se decelerează
• Vibrațiile sunt măsurate pe măsură ce viteza scade
• Vârfurile de vibrație la frecvențele de rezonanță sunt vizibile pe grafic

2. Test de impact (bump test):

• Echipamentul staționar este lovit cu un ciocan modal
• Răspunsul sistemului este analizat
• Frecvențele naturale sunt determinate

Metode de combatere a rezonanței

1. Modificarea vitezei de lucru

Acolo unde este posibil, modificați viteza astfel încât frecvența de lucru să fie bine departe de cea de rezonanță (de obicei cu ±15–20%).

2. Modificarea rigidității structurii

• Consolidarea cadrului și a fundațiilor: creșterea rigidității ridică frecvența naturală
• Adăugarea de masă: creșterea masei coboară frecvența naturală
• Modificarea suporturilor: utilizarea izolatoarelor de vibrații sau a fixărilor mai rigide

3. Amortizarea

• Montarea de amortizoare (absorbitori de vibrații)
• Utilizarea de suporturi izolatoare de vibrații

4. Metode speciale de echilibrare

Pentru lucrul în apropierea rezonanței există metode speciale de echilibrare care nu țin cont de fază (metoda celor patru rulări). Aceasta este însă o procedură complexă ce necesită experiență.