Rezonans Tespiti – Vuruş Testi ve Coast-Down Ölçümü

Sahada en sık karışan iki durum şudur: dengesizlik kaynaklı yüksek 1X titreşimi ile rezonansa girmiş bir yapı. İkisinde de titreşim hızı yükselir, ama çözümü tamamen farklıdır. Biri balans düzeltmesi ister, diğeri sertlik veya sönüm değişikliği. Bu yazıdaki vuruş testi ve coast-down ölçümü adımlarını uygulayarak makinenizin doğal frekansını ölçebilir, çalışma hızının rezonansa yakınlığını sayılarla karar verebilirsiniz.

Rezonans neden balans hatası gibi görünür?

Dengesizlik kuvveti F = m · r · ω² ile döner. Burada m dengesiz kütle (kg), r kütle merkezinin mil ekseninden uzaklığı (m), ω açısal hızdır (rad/s). Kuvvet devir sayısının karesiyle büyür ve frekansı 1X'tir, yani devir frekansıyla aynıdır.

Yapının doğal frekansı fn = (1/2π) · √(k/m) formülüyle bulunur. k yay sertliği (N/m), m efekti kütledir (kg). Çalışma hızı bu doğal frekansa yaklaştığında genlik büyür, faz hızla döner. Sonuç: 1X genliği yüksek, fazı kararsız bir makine. Balans yaparsanız geçici düzelir, hız veya sıcaklık değişince sorun geri döner. Bu yüzden önce rezonansı elemeniz gerekir.

Karar kuralı basittir: doğal frekans, çalışma hızının %15'i içindeyse yapıyı rezonans bölgesinde sayın ve balans düzeltmesinden önce bu durumu çözün. ISO 21940-21, deneysel mod analizine ve ayrılma (separation) marjlarına rehberlik eder.

Vuruş testi ile doğal frekansı nasıl ölçersiniz?

Vuruş (bump) testi, yapıyı serbest bırakıp sönümlü salınımını kaydetme yöntemidir. Makine dururken uygulanır, ucuz ve hızlıdır. İhtiyacınız olanlar: ivmeölçer veya hız sensörü, 24-bit DAQ kartı, yumuşak uçlu bir tokmak veya tahta kalas.

1. Sensörü rezonanstan şüphelendiğiniz noktaya, titreşimin en yüksek görüldüğü yöne yerleştirin. Yatak gövdesi, karkas veya boru bağlantısı olabilir.
2. Makineyi durdurun, kaplini döndürmeyin. Yapıyı tokmakla keskin ve tek bir vuruşla uyarın.
3. Kaydı en az 2 saniye, yüksek örnekleme hızında (örneğin 5 kHz) alın.
4. Zaman sinyalinde sönümlü salınımı görün. FFT alın; en yüksek tepe doğal frekansı verir (Hz). Sönüm az olan yapılarda tepe keskin olur.
5. Vuruş yönünü değiştirip tekrarlayın. Yatay, düşey ve eksenel doğal frekanslar farklıdır; üçünü de kaydedin.
6. Sonucu çalışma hızıyla karşılaştırın. Örnek: 2960 d/dak çalışan bir fan 49,3 Hz'de döner. Vuruş testi 48 Hz tepe gösterirse yapı yatayda rezonansın içindedir.

Vuruş testinin sınırı şudur: makine dururken yatak yağ filmi ve mil-burç sertliği çalışma durumundan farklı olabilir. Kayıtlı makul bir yaklaşım değeridir, ama kesin doğrulama için coast-down ölçümü gerekir. Serbest Titreşim Simülatörü: Kütle–Yay–Sönümleyici aracıyla sönüm oranının tepe genliğine etkisini deneyebilirsiniz.

Coast-down ölçümü neyi gösterir?

Coast-down, makineyi çalışma hızından kapatıp yavaşlarken genlik ve fazı kaydetme yöntemidir. Makine kendi dengesizlik kuvvetiyle yapıyı sürekli uyarar; hız düştükçe doğal frekansın üzerinden geçer. Bu geçişte genlik tepe yapar, faz 90 dereceye kadar hızla döner. Tepe yaptığı hız, o yöndeki kritik hızdır.

Uygulama adımları:

1. Sensörleri her yatak yatayında ve düşeyde yerleştirin. Bir faz referansı (optik veya keyphasor sensörü) takın; faz olmadan coast-down değerinin yarısı kaybolur.
2. Makineyi normal çalışma hızına getirin, kaydı başlatın.
3. Güçü kesin ve makinenin serbestçe yavaşlamasını izleyin. Fren uygulamayın.
4. Hız azalırken 1X genlik ve fazı takip edin. Genlik tepe noktasını ve o andaki hızı not edin.
5. Fazın 90 derece döndüğü aralığı işaretleyin. Genlik tepesi ile faz dönüşü aynı hız bölgesindeyse kritik hızı doğrulamış olursunuz.
6. Kaydı duruş bitene kadar sürdürün; düşük hızda kalan sabit genlik, dengesizlik bileşenini gösterir.

Yorum kuralı: tepe hızı çalışma hızının %15 marjı içindeyse rezonans sorunu vardır. Çözüm sırası: önce sertlik (yatak, karkas, ankraj), sonra sönüm, en son çalışma hızını değiştirmek. Balans, rezonansın kendisini çözmez; yalnızca uyarım kuvvetini küçültür. ISO 10816-3 ve yerini alan ISO 20816-3, genlik değerlendirmesinde makine sınıfına göre sınır değerler verir; coast-down tepesindeki genliği bu sınırlarla karşılaştırın.

Vuruş testi mi, coast-down mı, hangi durumda?

İkisini birlikte kullanın; tek başına hiçbiri tam cevap vermez.

• Vuruş testi: hızlı tarama, boru hatları, koruyucu kapaklar, karkas ve temel gibi duran yapılar için. Makineyi durdurmanız gerekir.
• Coast-down: mil-yatak sistemi ve gerçek çalışma koşulları için. Faz bilgisi verir, kritik hızı doğrudan gösterir. Makinenin kapatılabilmesi gerekir.

Sahada pratik sıra: önce vuruş testiyle şüpheli frekansları toplayın, sonra coast-down ile çalışma hızındaki davranışı doğrulayın. Rezonans ve Kritik Hız Simülatörü üzerinde hız-genlik-faz eğrisini deneyerek coast-down kaydınızı karşılaştırabilirsiniz. Spektrumda 1X dışında tepler varsa Titreşim Arıza Spektrumu Simülatörü ve Makinem Neden Titriyor? Teşhis Sihirbazı ayırt etmede yardımcı olur.

Rezonansı balans düzeltmesinden nasıl ayırt edersiniz?

Sahada üç işaret rezonansa işaret eder:

1. Faz kararsızlığı: aynı hızda, yük ve sıcaklık değişmeden faz 30 dereceden fazla oynuyorsa yapı sertliği değişiyor veya makine rezonans yakınında sürtünüyor olabilir.
2. Hız duyarlılığı: devir sayısı küçük değişimlerinde genlik belirgin değişiyorsa, genlik-hız eğrisinde tepe var demektir. Dengesizlikte genlik ω² ile yumuşak artar, tepe yapmaz.
3. Balansın geçici etkisi: etki katsayısı yöntemiyle yapılan düzeltme birkaç hafta sonra bozuluyorsa, sorun kuvvet değil yapı cevabıdır.

ISO 17359 durum izleme stratejisi ve ISO 13373 ölçüm teknikleri, bu ayrımı veriyle yapmayı öngörür. Personel yeterliliği için ISO 18436 kapsamındaki titreşim analisti sertifikaları referanstır. Rezonans doğrulandıysa balans yine gerekebilir; ama önce doğal frekansı çalışma hızından uzaklaştırın. Sonra Tek Düzlem Balans Hesaplayıcı veya iki yataklı rotorlar için Çift Düzlem Balans Hesaplayıcı ile kalıcı düzeltmeyi yapın. Tolerans kararını ISO 21940-11 Balans Toleransı Hesaplayıcı ile verin.

Yerinde ölçüm ne zaman gerekir?

Aşağıdaki durumlarda sahada faz referanslı çok kanallı ölçüm yapılmalıdır:

• Genlik, ISO 10816-3 / ISO 20816-3 sınırının üzerinde ve 1X baskın; balans denemeleri kalıcı sonuç vermiyorsa.
• Vuruş testinde doğal frekans çalışma hızına yakınsa ve sertlik değişikliği (ankraj, braket, yatak) planlanıyorsa; değişiklik sonrası doğrulama ölçümü şarttır.
• Coast-down faz eğrisi okunamıyorsa veya makine kapatılamıyorsa; o zaman çekiç testi yerine frekans cevabı ölçümü (impact testi ile frekans cevabı fonksiyonu) gerekir.
• Fanlarda ve kanatlı makinalarda kanat geçiş frekansı yapısal tepeyle çakışıyorsa; ISO 14694 endüstriyel fan titreşim ve gürültü sınırlandırmasında kılavuzdur. Balans makinesi ve test kuleleri tarafında ISO 21940-14 rotor balans mekanik dengesizlik değerlendirmesini tanımlar.

REI Balance ekibi, faz referanslı coast-down kaydı, vuruş testi ve etki katsayısı tabanlı yerinde balansı tek seferde sahada yapar. Ölçüm raporu, doğal frekans tablosunu, ayrılma marjlarını ve önerilen yapısal müdahaleyi içerir. Ölçüm talebi için iletişim sayfamıza yazın; makine tipi, devir sayısı ve mevcut titreşim değerlerini eklemeniz işi hızlandırır.