Izolacja drgań: sprężyny, podkładki i skuteczność izolacji to praktyka odłączania drgającej maszyny od jej konstrukcji nośnej lub ochrony wrażliwego sprzętu przed drganiami już obecnymi w podłodze, poprzez zastosowanie elastycznych elementów pomiędzy nimi. Celem nie jest wyeliminowanie drgań u źródła, lecz ograniczenie ich części przenikającej przez mocowanie. Wykonana prawidłowo, izolacja zmniejsza hałas przenoszony przez konstrukcję i obciążenia zmęczeniowe fundamentów. Wykonana nieprawidłowo, izolator może wzmocnić drgania, które miał kontrolować.
Maszyny wirujące i posuwisto-zwrotne generują siły okresowe przy prędkości roboczej i jej harmonicznych (zęby przekładni, przelot łopatek, przelot łopni, częstotliwość spalania). Jeśli są sztywno przykręcone do podłogi lub stelaża, te siły przenoszą się do konstrukcji, pobudzając drgania budynku lub promieniując jako niskoczęstotliwościowy hałas.
Zachodzi też odwrotna sytuacja: stoły optyczne i inne wrażliwe urządzenia muszą być izolowane od drgań już obecnych w podłodze, pochodzących od pobliskich maszyn lub ruchu drogowego. W obu przypadkach działa ta sama fizyka, z zamienionymi rolami źródła i odbiornika.
Maszyna na izolatorze zachowuje się jak układ sprężyna-masa z własną częstotliwością naturalną fn, określoną przez sztywność izolatora i podtrzymywaną masę. Częstotliwość wymuszająca fd to częstotliwość wymuszenia maszyny, zwykle prędkość obrotowa. Stosunek r = fd / fn określa, jaka część drgań przechodzi przez mocowanie, wyrażona jako transmitancja T.
Dlatego miękkie izolatory o niskiej częstotliwości własnej (sprężyny stalowe, sprężyny powietrzne) nadają się do maszyn niskobiegowych, podczas gdy sztywniejsze podkładki elastomerowe działają dla urządzeń szybkobieżnych, których częstotliwość wymuszająca już leży powyżej częstotliwości własnej mocowania.
| Typ izolatora | Typowe ugięcie statyczne | Typowa częstotliwość własna | Najlepiej nadaje się do |
|---|---|---|---|
| Elastomer / gumowe podkładki | 2 do 6 mm | 6 do 11 Hz | Wentylatory, pompy, sprężarki przy >1 000, 1 500 obr./min |
| Stalowe sprężyny śrubowe | 10 do 100 mm | 1,5 do 5 Hz | Urządzenia niskobiegowe, duże chłodnice, maszyny montowane na dachu |
| Sprężyny powietrzne | Bardzo miękkie, regulowane przez ciśnienie powietrza | Poniżej 2 Hz osiągalne | Metrologia, urządzenia półprzewodnikowe, laboratoria niskoczęstotliwościowe |
| Izolatory linowe | Umiarkowane, nieliniowa sztywność | Zmienne, kilka Hz | Uderzenia plus drgania, zastosowania morskie i sejsmiczne |
| Podkładki korkowe lub z włókna szklanego | 0,3 do 1 mm | 15 do 30 Hz | Lekkie urządzenia, wtórne tłumienie hałasu |
Podstawa bezwładnościowa to wypełniona betonem stalowa rama umieszczona między maszyną a jej sprężynami, dodająca masy bez zwiększania sztywności.
Ponieważ częstotliwość własna maleje wraz ze wzrostem masy przy stałej sztywności sprężyny, podstawa bezwładnościowa obniża f n i zwiększa r, a także obniża środek ciężkości i redukuje kołysanie na miękkich sprężynach, powszechne w przypadku dużych wentylatorów, chłodnic i zespołów pomp z przesuniętym silnikiem.
Częstotliwość własna jest też bezpośrednio związana z ugięciem statycznym, czyli ilością, o jaką izolator się ugina pod obciążeniem: w przybliżeniu f n (Hz) jest równa około 15,76 podzielone przez pierwiastek z ugięcia w milimetrach (lub 3,13 podzielone przez pierwiastek z ugięcia w calach).
Mocowanie uginające się o 25 mm ma częstotliwość własną bliską 3,15 Hz, odpowiednią dla maszyn powyżej mniej więcej 600, 700 obr./min. Większe ugięcie oznacza lepszą izolację przy niskich prędkościach, ale też większe bujanie i wyższe, mniej stabilne mocowanie.
Najczęstszą awarią izolacji jest wybór mocowania, którego częstotliwość własna znajduje się blisko prędkości roboczej maszyny lub prędkości startu/wybiegów, przez które maszyna przechodzi. Napędy o zmiennej prędkości są szczególnie narażone: nawet przy dobrej transmitancji przy pełnej prędkości, maszyna może przez pewien czas znajdować się blisko fn podczas rozruchu lub zwalniania, chwilowo wzmacniając drgania ponad poziom bez izolacji. Dobór powinien uwzględniać pełen zakres prędkości i zawierać tłumienie ograniczające amplitudę przy rezonansie.
Izolatory działają zgodnie z założeniami tylko wtedy, gdy maszyna stoi wypoziomowana i jest równomiernie obciążona na wszystkich mocowaniach; nierówny tor obciążenia obala obliczoną częstotliwość własną i może wprowadzić niepożądane zjawisko miękkiej podstawy (soft foot) po przykręceniu.
Wyrównanie sprzęgła należy sprawdzić na ostatecznych izolatorach pod normalnym obciążeniem, ponieważ miękkie mocowania pozwalają na większe przemieszczenia wału między stanem zimnym a roboczym niż sztywne podkłady.
Stopień nasilenia drgań powinien być nadal monitorowany zgodnie z kryteriami ISO 10816-3 na samej maszynie, ponieważ izolatory ograniczają transmisję do konstrukcji, ale nie zmniejszają drgań u źródła.
Stan izolatorów (pęknięty elastomer, skorodowane sprężyny, niedopompowane sprężyny pneumatyczne) wymaga odrębnego zadania inspekcyjnego z określonym interwałem wymiany, ponieważ zużyty izolator zmienia sztywność i częstotliwość własną, cicho przesuwając układ w stronę rezonansu. Fabrico umożliwia zespołom ds. niezawodności planowanie inspekcji izolatorów obok tras pomiarów drgań i kontroli wyrównania.
Zarezerwuj demonstrację Fabrico , aby zobaczyć, jak te kontrole mieszczą się w jednym przepływie pracy.
Izolacja zaczyna działać, gdy stosunek częstotliwości (częstotliwość wymuszająca podzielona przez częstotliwość własną izolatora) przekroczy pierwiastek z 2, około 1,41. Poniżej tej wartości transmitancja wynosi 1 lub większa, więc mocowanie nie daje korzyści lub wzmacnia drgania przy stosunku bliskim 1. W praktycznych rozwiązaniach celuje się w stosunek 3, 5 lub większy.
Sprężyny stalowe osiągają znacznie większe ugięcie statyczne niż podkładki elastomerowe przy tym samym obciążeniu, co daje niższą częstotliwość własną i pozwala osiągnąć wymagany stosunek częstotliwości przy niższej prędkości roboczej. Podkładki elastomerowe na wolnoobrotowej maszynie pozostawiłyby układ w pobliżu lub poniżej rezonansu.
Dodaje masę bez zmiany sztywności sprężyny, obniżając częstotliwość własną i poprawiając stosunek częstotliwości. Dodatkowo stabilizuje maszynę przeciwko kołysaniu na miękkich sprężynach i równomiernie rozkłada obciążenie.
Tak. Jeśli częstotliwość własna izolatora znajduje się blisko prędkości roboczej maszyny lub prędkości, przez które przechodzi podczas rozruchu, układ pracuje blisko rezonansu i transmitancja rośnie znacznie powyżej 1, wzmacniając drgania zamiast je redukować.
Zaloguj
Blog
