Vibrodiagnostika

Rezonance a její měření přístrojem VIBXPERT II

• rezonance patří mezi 5 nejčastějších příčin poruch strojů
• rezonance může vážně poškodit stroj a ohrozit zdraví pracovníků
• rezonanci je třeba se během běžného provozování stroje vyhnout

Co je to rezonance?

Rezonance je ve fyzice snaha systému kmitat na větší amplitudě (mít větší vibrace) při určitých frekvencích než při ostatních frekvencích. Tyto frekvence jsou známy jako rezonanční frekvence. Při těchto frekvencích mohou i malé pravidelné síly způsobovat velké amplitudy kmitů (velké vibrace), protože systém uchovává energii kmitání.
Rezonance nastává, pokud je systém schopen uchovávat a jednoduše převádět energii mezi dvěma nebo více jejími podobami (například přeměnu potenciální energie na kinetickou a zpět v případě kyvadla). Jsou zde však ztráty mezi jednotlivými cykly, tzv. útlum. Pokud je tlumení (a tedy ztráty) malé, rezonanční frekvence je přibližně rovna vlastní frekvenci systému, což je frekvence volných kmitů. Některé systémy mají více rezonančních frekvencí a jsou zřetelnější.
(zdroj: https://cs.wikipedia.org/wiki/Rezonance)

Rezonance jako taková vibrace nezpůsobuje, ale zesiluje vibrace až do vysokých hodnot a je příčinou toho, že stroj je velmi citlivý na malé střídavé síly, pokud tyto mají rezonanční frekvenci.
Problém nastane tehdy, pokud se některá z rezonančních frekvencí (nebo dokonce několik z nich) blíží otáčkové frekvenci stroje nebo frekvenci nějaké střídavé síly, která vzniká při činnosti stroje. Rezonance na hřídeli má speciální název kritické otáčky.
Jednou z možných budících sil rezonance může být nevyváženost stroje.

Zjištění rezonance na vypnutém stroji

Pro zjištění rezonance u vypnutého stroje je nejvhodnější rázový test. Do stroje udeříme vhodným předmětem (trámek, kladívko…) a měříme „odezvu stroje“. Výsledkem je spektrum vibrací a 10 největších frekvencí (případně místo 10-ti největších frekvencí může být zobrazen časový signál). Pokud úder do stroje vybudil rezonanci, tak její frekvence bude ve spektru vidět jako vysoká špička.
Modul Rázový test je standardní výbavou 1 a 2 kanálového přístroje VIBXPERT II verze Advanced. Pro měření rezonance tímto způsobem stačí 1 kanál.
Další možností je provedení měření Provozního tvaru kmitů (Modální analýzy). U tohoto měření se navíc měří také „síla úderu“, proto je nutné použití rázového kladívka. Modul Provozní tvary kmitů je volitelný modul pro dvoukanálové provedení přístroje VIBXPERT II Advanced.

Zjištění rezonance na běžícím stroji

Pro zjištění rezonance u běžícího stroje je nejvhodnější měření rozběhu nebo doběhu. Pro toto měření je nutné měřit nejen vibrace, ale také otáčky stroje. V závislosti na konkrétní situaci se měří:

• vibrace/otáčky
• vibrace/fáze
• spektra/otáčky

3-D kaskádový diagram z měření spektra/otáčky. Kurzor je umístěn na rezonanci a indikuje rezonanční frekvenci.

Teoreticky se fáze při rezonanci změní o 180°. Nicméně, skutečné stroje nejsou „perfektní“ harmonické oscilátory (nechovají se lineárně) a proto je změna fáze často menší.

Zvýšená amplituda a změna fáze při 656 ot/min signalizuje přítomnost rezonance na této frekvenci.

Doporučení pro praxi

Při provozování strojů se obecně doporučuje, aby provozní otáčky stroje měly minimálně 20% až 30% odstup od rezonanční frekvence. Totéž platí i pro další střídavé síly vznikající činností stroje.
Pokud není možné změnit (upravit) provozní otáčky stroje, je potřeba stroj „přeladit“ například vyztužením, zatížením, změnou konstrukce, změnou komponent a tím změnit jeho rezonanční frekvenci.

Někdy se stává, že vysoké vibrace na otáčkové frekvenci stroje jsou mylně interpretovány jako nevyváženost, zatímco se ve skutečnosti jedná o rezonanci. V takovém případě je pro podrobnější analýzu vhodné změřit zároveň fázi a tím potvrdit nebo vyloučit, zda se opravdu jedná o nevyváženost.

Pokud se během vyvažování výrazně mění fáze i při malé změně závaží, zatímco amplituda se mění jen málo, jde o příznak toho, že se může spíše než o nevyváženost jednat o rezonanci.