如何确定旋转机械的临界频率

当旋转机器达到共振频率时,可能会导致机器(和工厂)严重损坏、员工受伤以及巨大的经济损失。必须不惜一切代价防止这种情况发生。虽然大多数旋转机器的设计都能保证共振频率不会与机器的速度相吻合,但由于设计缺陷、速度变化或外部影响(如地基的固有频率),共振仍有可能发生。

关键频率

每台机器(装置)都有一个或多个固有频率;在没有任何驱动力或阻尼力的情况下,系统倾向于振动的频率。当旋转机器运行时,会产生一定的振动频率。当该振动频率与机器(结构)的固有频率一致时,就会产生机械共振。在这种情况下,机器会与振动源一起强烈振动,产生放大振动。放大的振动可能非常强烈,以至于对机器产生破坏性影响。

造成旋转机器振动的原因多种多样。了解 振动原因的更多信息。

解决方案

显然,必须避免共振。为此,加速度计可用于监测机器振动。通过 transmitter ,加速度计可与 PLC、DCS 或 SCADA 系统通信,以便在必要时快速采取适当措施。了解临界(共振)频率非常重要,因为这些频率用于设置报警值。这些报警值旨在防止旋转机器达到共振频率。

有关加速度计及其用途的更多信息,请参阅以下网页:

确定谐振频率的方法

有几种方法可以确定机器的谐振频率。下面讨论最常用的几种方法。

碰撞试验(冲击试验)

碰撞测试有助于找到机器的临界频率。进行撞击测试的方法多种多样。最简单的方法是用橡胶锤敲击材料(机器)。然后,设备可以采集几秒钟的样本(时域图),即旋转机器旋转一圈的周期。采样持续时间取决于确定的共振频率。在多个位置测试机器非常重要;应在驱动点和传递点进行测量,以确定机器的共振频率。进行此测试时,机器必须停止运行,以避免错误数据,并更容易确定机器的固有频率。

上行/下行测试

在所谓的 "沿岸下降峰值保持 "中,从机器运行到停机的整个过程中都会对振动进行监测。在没有共振的情况下,预计振动水平将保持恒定。如果振动水平在停机期间增加,振幅增加的速度可能表示固有频率。除此测试外,还有更全面的 "峰值相位下降 "测试,即同时测量振动水平和机器的相移。通过这种方法可以确定自然(共振)频率,该频率位于 180 度相移的中间。

固有频率公式

第三种方法是使用公式计算固有频率。然而,这并不像公式所显示的那样简单。要计算机器的固有频率 (ωn),必须知道刚度 (k) 和质量 (m) 参数。但实际情况往往并非如此。特别是,确定结构的刚度非常困难。此外,当两个参数中的一个发生变化时,固有频率也会发生变化。因此,这种方法很少使用。

改变固有频率

例如,可以通过改变机器的刚度或质量来改变固有频率。增加质量或降低刚度,固有频率就会降低。反之,减少质量和增加刚度则会增加固有频率。

并非总能改变其中一个参数(刚度或质量)。在这种情况下,可以改变机器的旋转速度。然而,这往往不是一种选择;机器以一定的速度旋转是有原因的。此外,还可以选择在机器上安装动态减震器,以显著降低振动水平。

共振频率是导致机器异常振动的最常见原因之一,因此必须避免在共振频率范围内运行。要确定这一频率,必须进行精确测量,以确定固有频率。除共振外,不平衡、不对中或损坏的部件通常也是导致异常振动的主要原因。

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