Rezonance
Rezonance jako taková vibrace nezpůsobuje, pouze zesiluje, až do vysokých hodnot a zapříčiňuje vysokou citlivost stroje na silové působení s rezonanční frekvencí. Je možno říci, že rezonance je velmi častá, ale někdy neznámá příčina velkých vibrací.
Každá část strojního systému (pohonné jednotky) má svoji tuhost a hmotnost, tzn. při silovém působení na tyto části se rozkmitají a doby kmitání závisí na již uvedené tuhosti a hmotnosti, a na které frekvenci silového působení je ta či ona část obzvlášť citlivá. V praxi tzn. že když se otáčková frekvence stroje (části stroje) přiblíží této obzvlášť citlivé frekvenci (rezonanční frekvence) nebo frekvenci nějaké střídavé budící síly, nastávají vibrační problémy – rezonanční problémy. Rezonance na hřídeli má svůj název – kritické otáčky, což znamená, že se otáčková frekvence hřídele přiblíží jeho rezonanční frekvenci, takže nastává vážný problém. Pak je zřejmé, že i tření hraje důležitou úlohu tím, že redukuje vibrace při rezonanci, tzn. způsobuje ztlumení, které má vliv daný svojí velikostí.
Pokud je otáčková frekvence stroje blízká rezonanční frekvenci, bude chování vibrací nepředvídatelné a budou se měnit bez zřejmého důvodu, což vede k jednoznačnému závěru:
Pokud jsou pracovní otáčky stroje shodné s kritickými otáčkami (rezonanční frekvencí) nebo se jim blíží, znamená to vždy problémy s velkými vibracemi stroje.
Příznaky těchto problémů mohou být v následující podobě:
- nestálá úroveň vibrací
- citlivost na teplotu
- značná citlivost na nevývahu
- obtížné vyvažování
- značné opotřebení těsnění
- občas dojde k poškození rotoru
Vlastní postupy jednoduchého testu na rezonanci jsou následující:
- Zvyšujeme otáčky stroje a zároveň měřme vibrace ve vertikálním směru, ty se zpočátku zvětšují úměrně otáčkám, pak při přiblížení rezonanční frekvenci nastává její zesilovací účinek a po dalším zvýšení otáček se vibrace snižují.
- Na ložiskovém domku měřme velikost vibrací v V, H, A směru, a následně vyhodnoťme, jak bude uvedeno dále.
- Realizace tzv. jednoduchého testu na rezonanci, jehož podstatou je měření velikostí vibrací jako odezvy na budící sílu (úder). Úder a snímač se musí umístit pokud možno, asymetricky, tzn. např. na ložiskovém domku úder z jedné strany a z druhé strany snímač, ale nesmí být zase blízko sebe. Opakování úderu v intervalu cca 3 sekund po dobu měření měřícím přístrojem a prováděním měření frekvenčního spektra docílíme vlastně s určitou nadsázkou provedení provozní modální analýzy. Omezení je dáno celou řadou faktorů, ale především možností vybuzení budící síly v objektu. Ne každý úder u velkých a hmotných objektů vybudí změřitelnou odezvu.
Z daných postupů získáme určité odpovědi, z kterých lze udělat následující závěry.
- Rezonanční frekvenci můžeme zjistit tak, že změříme otáčkovou frekvenci, při které jsou vibrace největší,
- Změříme úroveň vibrací ve vertikálním, horizontálním a axiálním směru. Porovnáme jejich velikost. Pokud je vibrace v jednom z těchto směrů alespoň třikrát větší než ve dvou zbývajících směrech, jedná se pravděpodobně o důsledek rezonance.
- Měřením dostaneme spektrum, kde největší úrovně vibrací odpovídají rezonančním frekvencím.
Je určitě logické, že existují-li dva příznaky rezonance, tak se naše jistota rozhodnutí zvyšuje. Po zodpovězení této zásadní otázky musíme hledat odpověď na druhou otázku: „Jak blízko mohou být pracovní otáčky k rezonanční frekvenci?“. Nejdříve ale ještě shrneme výchozí fakta:
- Pokud je zesílení vibrací alespoň trojnásobné, mohou být pracovní otáčky blízko k rezonanční frekvenci.
- Pokud je tlumení kmitů malé, je rezonanční křivka štíhlá a pracovní otáčky mohou být blízko k rezonanční frekvenci i bez toho, že by se zesílení vibrací nějak výrazně projevilo.
- Pokud je tlumení kmitů značné, pracovní otáčky mohou být blízko k rezonanční frekvenci a zesílení vibrací může být velmi malé.
Vzhledem k tomu, že v podstatě nikdy neznáme úroveň tlumení, tak se řídíme následující úmluvou: Pracovní otáčky by měly mít odstup ± 30% od rezonanční frekvence. Totéž platí i pro další budící síly, které vznikají činností stroje.
Řešení celého problému je tzv. dynamické ladění strojů, jehož jednoznačným cílem je snížení velikosti vibrací. Určitě je zřejmé, že změnou frekvence buzení se dosáhne požadovaného efektu. V provozní praxi se jedná např. o změnu pracovních otáček, o změnu tuhosti konstrukce, o konstrukční řešení tlumení vibrací apod.