Att konstruktioner som innehållande roterande element riskerar att utsättas för resonans är något en konstruktör alltid bör ha i åtanke. Alla konstruktioner har naturliga frekvenser även kallat egenfrekvenser, naturliga rörelsemönster, vars frekvens beror på dess massa och styvhet. Resonans uppstår då dessa naturliga frekvenser ligger nära angripande krafters frekvens. Resonansfenomenet amplifierar den dynamiska lasten och ofta uppstår väldigt höga påfrestningar på konstruktionen. Denna rapport redogör för en vibrationsanalys av en fläktkonstruktion, samt ett utvecklingsarbete för att optimera denna fläkt utifrån uppsatta krav från samarbetspartnern Quant Service Sweden AB. Fläktkonstruktionen finns hos kabeltillvärkaren NKT i Karlskrona. Arbetet har utförts tillsammans med Quant Service, ansvariga för underhållet på NKT. Fläktkonstruktionen har under flera tillfällen havererat genom att motorfästets skruvförband har gett vika efter allt för stora påfrestningar. Mycket tyder på att konstruktionen utsätts för stora vibrationer, där man tror att orsaken är resonans. Detta eftersom roterande delar enligt leverantör och egna tester ska vara balanserade inom givna gränsvärden. Samarbetspartnern Quant vill nu ha en redogörelse för om de höga vibrationerna orsakas av resonans eller inte, samt hur problemet kan lösas på bästa sätt. Arbetet innehåller två olika experiment, ett impulstest med impulshammare och ett test där fläktens motor startas och körs under två minuter. Konstruktionens respons har mätts med en accelerometer och den erhållna datan har använts för att beräkna en frekvensresponsfunktion, samt ett Power Spectra Density (PSD) i Matlab. Syftet med dessa experiment var att kartlägga konstruktionens egenfrekvenser och dynamiska laster för att se om dessa ligger nära varandra, och på så vis bekräfta att resonansfenomenet orsakat de kraftiga vibrationerna. Det experimentella resultatet visar på att konstruktionen har en dynamisk last på 48,3 Hz vilket motsvarar motorns varvtal på 2900 rpm. Denna dynamiska last ligger väldigt nära en utav konstruktionens egenfrekvenser, 45 Hz, vilket stärker hypotesen om resonans. De experimentella resultaten har validerats med hjälp av en modalanalys gjord i FEM-programmet Simulation Mechanical. Det experimentella impulstestet har också simulerats i programmet. Arbetet innehåller även utveckling av tre olika typer av förstärkning av fläktkonstruktionen. Syftet var att förstärka konstruktionen för att höja dess naturliga frekvenser och på så vis undvika resonansfenomenet. De tre konstruktionerna är rankade utifrån uppsatta krav med hjälp av en konceptbedömningsmatris enligt modellen concept scooring. Modalanalyser i FEM-programmet har gjorts för samtliga tre konstruktioner för att undersöka dess egenfrekvenser. Samtliga tre konstruktioner har inga egenfrekvenser under 100 Hz. Efter arbetet har Quant möjligheten att välja en utav de tre konstruktionerna för vidare implementering. / A designer must have in mind that constructions containing rotating elements risks being subjected to resonance. All constructions have got natural frequencies, also called eigenfrequencies, natural motions, where the frequency depends on its mass and stiffness. This report describes a work consisting a vibrational analysis of a fan construction. The fan construction is located at the cable manufacture NKT in Karlskrona. The work has been performed together with Quant Service, a company responsible for the maintenance at NKT. The fan construction struggle with recurrent breakdowns where the screw joints for the engine attachment were broken after large vibrations. The problem seems to occur due to the resonance phenomena, this because the rotating elements are balanced within limits according to the supplier of the fan wheels and own test performed by Quant themselves. The partner Quant service want to know if the large vibrations occurs due to resonance. The work contains two different experiments, one impulse test with an impulse hammer, and one experiment where the fan’s engine was running and driven for 2 minutes. The construction response was sampled with an accelerometer and the obtained data was used to calculate a frequency response function, and a power spectra density (PSD) in Matlab. The aim of these experiments were to obtain a survey of the constructions natural frequencies and dynamic force to analyse if they are close to each other, and by that confirm that resonance is the causing factor. The experimental result show that the construction has got a dynamic force acting with 48,3 Hz, which corresponds to the engine speed at 2900 rpm. This dynamic force is very close to one of the constructions natural frequencies at 45 Hz. This supports the hypothesis that the problems occur due to resonance. The experimental results have been validated with a modal analysis in the FEM program Simulation Mechanical. The experimental impulse test has been simulated in the program as well. The work also consists a development of three different types of strengthening of the fan construction. The aim is to increase the natural frequencies and by that avoid the resonance phenomena. The three constructions are ranked based on the requirements set by using a concept scooring matrix. Modal analysis for each of the three new constructions were created to confirmed the increased natural frequencies. The constructions all seems to have the first natural frequencies over 100 Hz. When the work was finished Quant had the possibility to pick one of the new constructions for further implementation.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:bth-14737 |
| Date | January 2017 |
| Creators | Svensson, Max |
| Publisher | Blekinge Tekniska Högskola, Institutionen för maskinteknik |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | Swedish |
| Detected Language | English |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
Page generated in 0.003 seconds