Oikealla asennuksella voidaan ehkäistä resonanssiin liittyvät puhallinvauriot
Tärinälle voimme kaikki altistua ajoittain. Joskus resonanssi voi johtua esim. kovasta musiikista ja olla vaaratonta. Joskus tärinä voi kuitenkin aiheuttaa suuria ongelmia. Yksi esimerkki on, kun auton huonosti tasapainotetut pyörät aiheuttavat ohjauspyörän ravistusta, ja auton tärinä voi vaurioittaa kuulalaakereita ja johtaa renkaiden pulttien irtoamiseen. Jopa suuret rakenteet voivat romahtaa, kun ne altistuvat rytmisille värähtelyille omalla resonanssitaajuudellaan. Dramaattinen esimerkki tästä on, että Yhdysvalloissa Tacoma Narrows -silta kaatui vuonna 1940 vain neljän kuukauden kuluttua käyttöönotosta. 7.11.1940 oli tuulinen päivä, tuuli noin 18 m/s, mikä oli kova mutta ei millään tavalla äärimmäinen tuulen nopeus. Valitettavasti tällä tuulen nopeudella muodostuneiden pyörteiden taajuus oli sama kuin sillan ominaisvärähtelytaajuus. Silta alkoi heilua värähdellen yhä enemmän aiheuttaen ajoradan kiertymisen. Sillan rakentamisen aikaan tietämys värähtelyprosesseista oli vähäistä, eikä silloin vielä tiedetty esim. värähtelyn vaikutuksesta sillan altistuessa ajoittain vaihtelevalle kuormitukselle kuten pyörteiselle tuulelle. Tämä johti sopimattomaan rakentamiseen ominaisvärähtelyyn tietyissä tuulennopeuksissa, aiheuttaen lopulta sillan romahtamisen.
Puhaltimet eivät ole immuuneja resonanssille
Tacoma Narrows on dramaattinen esimerkki tärinän aiheuttamista vaurioista, mutta sillan romahtaminen kuvaa myös sitä, kuinka tärkeää on ennustaa ja poistaa ei-toivotut tärinät. Tämä koskee myös puhaltimen asennusta. Puhaltimet eivät ole immuuneja resonansseihin liittyville vioille, vaikka niiden tarkkaan tasapainottamiseen käytetäänkin huipputeknologiaa. Näin toimitaan tietenkin myös ebm-papstilla esimerkiksi RadiPac-sarjan puhaltimien suhteen. Haasteena on, että ebm-papst ei voi ennustaa kaikkein sovellusten käyttöolosuhteita ja puhaltimen asennustapaa. Kun puhallin asennetaan laitteistoon, (kuten esim. aggregaattiin,) muodostuu käytännössä uusi konfiguraatio, joka tietyissä olosuhteissa voi värähdellä tietyllä rakenteellisella resonanssitaajuudella. Lisäksi puhaltimen resonanssiominaisuudet voivat muuttua, kun se on kiinnitetty tiettyyn asentoon.
Puhaltimen nopeuden säätämiseen nykyään käytettävissä olevilla mahdollisuuksilla on lisäksi todennäköistä, että puhallin tietyillä nopeuksilla altistuu vahinkoa aiheuttavalle resonanssille. Muita asennuksen jälkeistä ei-toivottua värähtelyä aiheuttavia tekijöitä voivat olla myös puhaltimen huolimaton käsittely kuljetuksen aikana ja siirrettäessä puhallinta asennuspaikkaan. Pienet vahingot voivat aiheuttaa suurta tärinää. Ei-toivottuun tärinään johtavaa epätasapainoa ja turbulenssia saattaa aiheuttaa myös siipipyörään muodostunut lika, jos puhallinta on säilytetty jonkin aikaa suojaamattomana. Tärinä voi myös siirtyä puhaltimelle ulkoisista järjestelmäkomponenteista, esimerkiksi kompressorista. Muita ei-toivotun tärinän syitä voivat olla liian pieni tila siipipyörän ja puhaltimen kotelon välissä, mikä voi johtaa turbulenssiin. On siis paljon tekijöitä, jotka voivat johtaa värähtelyyn ja ei-toivottuun resonanssiin. Siksi on tärkeää ymmärtää, kuinka tärkeää on poistaa ei-toivotut tekijät ja puhaltimen vaurioitumisen riskit.
Kriittiset resonanssialueet tulee välttää
Värähtelyä vaimentavilla elementeillä, kuten erityisesti suunnitelluilla jousilla tai kumikomponenteilla voidaan eristää puhaltimet niiden asennusympäristöjen aiheuttamilta tärinöiltä. Tällöin on tärkeää ottaa huomioon tietyt näkökohdat tärinänvaimentimien valinnassa. Puhallinsarjan luonnollisen taajuuden lisäksi värähtelyä eristävän komponentin kiinnike luo erillisen resonanssitaajuuden. Eräs tärkeää tarkastelua vaativa tekijä on käyttää värähtelyvaimennuselementtiä ja erityisesti sen tyyppistä elementtiä, joka sopii tietylle puhaltimelle ja sille nopeusalueelle, joka on merkityksellinen kyseisessä sovelluksessa.
Kun puhallin käynnistyy, se kulkee kolmen tärinään liittyvän nopeusalueen läpi. Resonanssitaajuuden alapuolella oleva värähtelyarvo on alle sallitun rajan 3,5 mm/s (ISO 14694:n mukaisesti). Puhaltimen toiminta on varmistettu tällä alueella, mutta tietyistä fyysisistä syistä tärinää eristävillä elementeillä ei ole todellista vaikutusta. Lähes samalla resonanssinopeuden alueella värähtelynopeus on joskus kuitenkin huomattavasti sallitun rajan yläpuolella. Puhaltimelle ei ole siitä välitöntä vahinkoa, mutta pitkäaikainen toiminta tällä alueella lyhentää puhaltimen käyttöikää. Lisäksi esiintyy suuria melutasoja. Siksi tällaista nopeusaluetta olisi käytettävä hyvin rajoitetusti, ja jatkuvaa toimintaa alueella vältettävä. Reilusti värähtelyn raja-arvon alittava nopeusalue alkaa riittävän kaukana resonanssin huipusta. Vain tällä alueella, vähimmäisnopeuden yläpuolella, tärinää vaimentavat elementit voivat eristää puhaltimen ei-toivotuista tärinöistä. Oikean tärinänvaimennuselementin valitsemiseksi puhaltimen pyörimisnopeus käyttösovelluksessa on tiedettävä. Jokaiselle puhaltimelle löytyy sopivia vaimennuselementtejä, ja on tärkeää ymmärtää esimerkiksi jousien ja kumikomponenttien oikeaan valintaan vaikuttavat periaatteet.
Mittaukset voivat osoittaa resonanssin riskin
Siksi on olemassa useita syitä, miksi tärinä voi tapahtua, joka voi vahingoittaa puhaltinta, mutta ne eivät aina ole ennakoitavissa ja jotkut värähtelyt voivat myös olla väistämättömiä. Puhaltimen asennuksen jälkeen tärinämittaukset ja / tai kriittisten resonanssipisteiden etsiminen on tehtävä nopeusalueella, joka on merkityksellinen tietyn sovelluksen tuulettimelle. Tämä antaa yleiskuvan tuulettimen järjestelmän värähtelyominaisuuksista ja voi paljastaa kaikki arvaamattomat vaikutukset ja myös mahdolliset asennusviat, jotka saat vaaraksi käynnistysvaiheen aikana käyttöönottoon saakka. Mittaukset on tärkeää toteuttaa, koska ne mahdollistavat sellaisten toimenpiteiden toteuttamisen, jotka vähentävät tai poistavat tärinän riskejä, joilla voi olla suuri negatiivinen vaikutus puhaltimen käyttöikään, ja jotka voivat myös johtaa liian korkeisiin melutasoihin.
Koska mittaustulos on riippuvainen värähtelyantureiden sijainnista, on tärkeää, että anturit sijoitetaan ja kiinnitetään oikein. Myös tärinänmittaus on suoritettava useaan otteeseen pidemmän ajanjakson aikana, jotta mittaukset antavat hyvän kuvan erilaisista käytön aikana syntyvistä olosuhteista. Esimerkiksi pölyn muodostuminen voi johtaa odottamattomiin värähtelyihin. ebm-papst suosittelee RadiPac-keskipakopuhaltimien tärinäanalyysissä ja mittauksissa, että mittaukset suoritettaisiin vähintään kahdesta eri kohdasta. Jos mittaukset paljastavat liiallista epätasapainoa ja tärinää, saattaa korjaustoimenpiteenä olla puhaltimen tasapainotus tai rakenteiden vahvistaminen ja eristäminen. Mittausten avulla on myös mahdollista tarkistaa, että tärinää vaimentavat elementit toimivat oikein.
Mittauksilla tunnistetut haitallista tärinää aiheuttavat nopeusalueet voidaan myös välttää ohjaamalla puhaltimia integroidun elektroniikan avulla. ebm-papst-insinöörit antavat mielellään neuvoja ja ehdotuksia siitä, miten mittaukset on suoritettava ja miten käyttökohteeseen sovellettua ohjausta voidaan käyttää tärinäriskin minimoimiseksi. On aina syytä pohtia puhaltimen käytössä tapahtuvan tärinän riskejä. Asianmukaisella asennuksella puhaltimet toimivat luotettavasti koko niiden käyttöiän ja odottamattomat viat voidaan estää ja melutasot minimoidaan!
