#HeryerdenEğitim
Endüstriyel Ekipmanların Doğal Frekans Bölgelerinin Tayini
Doğal frekans nedir?
•Yapıların dinamik karakteristiklerinden en önemlisi doğal frekanstır. Doğal frekanslar, yapıların kütlesine ve esnekliğine bağlı olan serbest titreşim frekanslarıdır.
•Her yapının doğal frekansı vardır ve doğal frekans bir durum değil özelliktir. Doğal frekanslar tetiklenmediği sürece ortaya çıkmazlar ve yapıya zarar vermezler.
•Doğal frekanslar yönseldir. Bir yapının yatay yöndeki doğal frekansı dikey ve eksenel yöndeki doğal frekanslarından farklı olabilir.
Rezonans nedir?
•Ekipman ve yapılarda karşılaşılan rezonans durumu, sistemin mekanik doğal frekanslarının, yapıya uygulanan tahrik frekansları ile çakışması sonucu oluşmaktadır. Ekipmanın mekanik yapısının, rijitlik - kütle gibi özellikleri nedeniyle var olan doğal frekanslar, makinenin çalışması sonucunda oluşan periyodik kuvvetler nedeniyle tahrik edilir ve sonuç olarak istenmeyen yüksek titreşim seviyelerine ulaşılır.
•Rezonanstan kaçınabilmek için yapılabilecek birkaç aksiyon bulunmaktadır. Bunlar aşağıda belirtilmiştir:
•Yapının mekanik özelliklerinin değiştirilmesi: Bu yöntemde yapının direngenliği (k=yay katsayısı) ve kütlesi değiştirilebilir. Sağ yukarıdaki grafikte verilmiş doğal frekans formülü gereğince, doğal frekansın arttırılması istenirse ya sistemin kütlesi azaltılır ya da yapı destek elemanları ile daha da sağlamlaştırılır. Doğal frekansın azaltılması istenirse ya sisteme kütle eklenir, ya da yapının rijitliği azaltılır (bağlantılar gevşetilir).
•Doğal frekans bölgesinden kaçınmak için uygulanabilecek ikinci yol ise ekipmanın çalışma devrini ve bu çalışma nedeniyle oluşan titreşim frekanslarını, doğal frekansla çakıştırmamaktır.
Doğal frekansların tespiti
•Döner ekipmanların doğal frekans bölgelerinin tespiti için iki farklı yöntem kullanılabilir:
1)Modal Test
2)Hızlanma / Yavaşlama Testi
•Modal test yönteminin endüstriyel ekipmanlar için uygulanması zor ve pahalı bir yöntemdir. Bir modal çekiç yardımıyla sisteme impuls girdi verilir ve sistemin titreşim cevabı bir ivmeölçer yardımıyla ölçülerek doğal frekans bölgeleri tespit edilir.
•
•Hızlanma / Yavaşlama testi ile, makinanın çalışma aralığında olan kritik hızlar (doğal frekanslar) tespit edilebilir. Bu yöntem ile sadece şaftın çıkabileceği maksimum hız ile minimum hız arasındaki doğal frekanslar tespit edilebilir. Ancak endüstriyel uygulamalara uygun oluşu sebebiyle, çok sık tercih edilen bir yöntemdir. Bir ivmeölçer ve bir takometre yardımıyla, her RPM’e karşılık gelen titreşim genliği ve faz bilgisi ölçülerek doğal frekans bölgeleri tespit edilebilir.
•Bu çalışmada, hızlanma / test yöntemleri kullanılarak, iki adet endüstriyel ekipmanın doğal frekans bölgeleri tespit edilmiştir.
•Hızlanma yavaşlama testi sonucunda elde edilen Bode Diyagramı incelenerek doğal frekanslar tespit edilebilir. Doğal frekansın tespitinde iki şart aranır:
1)Doğal frekans bölgesinde titreşim genlikleri yükselir ve tepeler oluşturur.
2)Doğal frekans bölgesinin başlangıç ve bitiş noktaları arasındaki faz ölçümleri arasında yaklaşık 180o farklılık olmalıdır.
•İlk olarak bir yassı çelik üretim tesisinde bulunan ‘‘Shape Meter Roll’’ isimli ekipmanın doğal frekanslarının tespiti için yavaşlama testi uygulanmıştır. Elde edilen sonuçlar incelendiğinde ekipmanın rezonans altında çalıştığı ve bu durumun yüksek titreşime sebep olduğu anlaşılmıştır.
•Bir diğer çalışma da ise endüstriyel ağaç işleme makineleri üreten bir firmanın ürettiği bir testerede yatay ve dikey yönde yavaşlama testi uygulanmış ve doğal frekans bölgelerinin yönsel olduğu bu uygulama da görülmüştür. Ayrıca testler testere takılı değil iken ve testere takılı iken tekrarlanmış ve böylece ağırlık (m) artışının doğal frekans bölgelerine etkisi de görülmüştür.
Ekipmanların doğal frekans bölgelerinin tespit edilmesi, ekipmanın dinamik ve statik karakteristikleri hakkında birçok bilgi edinmemiz sağlar. Sonuç olarak ekipmanın kritik hızlarda çalıştırılmaması veya zayıf yönlerin güçlendirilmesi gibi aksiyonlar alınabilir.
Shape Meter Roll – Ölçüm Noktaları
Shape Meter Roll – Ölçüm Sonuçları
•10-2 yatağında yatay yönde yapılan hızlanma/yavaşlama testi sonucunda, 1350 – 1550 RPM aralığında (~1486 RPM = 24,76Hz) bir doğal frekansın varlığı tespit edilmiştir.
•Ekipman tahrik frekansları (1X, 2X...) doğal frekans bölgesine girdiği zaman (22,5-25,8 Hz) , yüksek titreşim oluşmasına neden olmaktadır. Bu duruma rezonans adı verilmektedir.
•Sonuçlar incelendiğinde, ekipmanın mevcut çalışma hızında çalıştırılmaması gerektiği veya doğal frekans bölgelerinin kaydırılması için çalışmalar yapılması gerektiği anlaşılmaktadır.
Endüstriyel Testere – Ölçüm Noktaları
Endüstriyel Testere – Ölçüm Sonuçları
3-H Yavaşlama Testi (Testere yok iken)
3-V Yavaşlama Testi (Testere yok iken)
Endüstriyel Testere – Ölçüm Yorumları
•Alınan ölçüm sonuçları incelendiğinde, yapının yatay yönde rezonans altında çalıştığı çok net şekilde görülmektedir.
•Testere sisteme takılı değilken, yatay yöndeki doğal frekans bölgesi 3080 RPM 3900 RPM aralığında iken, testere takıldığında yapılan testlerde doğal frekans bölgesinin 2400 RPM – 3200 RPM aralığına kaymıştır. ağrılık artışı doğal frekansı düşürmüştür.
•Dikey yöndeki yavaşlama testinde ise doğal frekans bölgesine rastlanmamıştır.
•Bu durumun sebebi yapının, özellikle 3. kasnak tarafında yatay yönde çok esnek olmasıdır. Dikey yönde bağlantılar ile güçlendirilen yapı, yatay yönde de motorun solundaki gibi bir destek ile güçlendirilebilirse, muhtemelen rezonans durumundan kaçınılacaktır.
•Rezonanstan kaçınmanın diğer yolu ise, motor hızını değiştirmektir. Böylece doğal frekanslar tetiklenmeyecek ve rezonans durumu ortaya çıkmayacaktır.
