Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Undersökning av resonansfenomen i en fläktkonstruktion, med förslag till optimering
Blekinge Institute of Technology, Faculty of Engineering, Department of Mechanical Engineering.
2017 (Swedish)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesis
Abstract [sv]

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. 

Abstract [en]

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. 

Place, publisher, year, edition, pages
2017. , 121 p.
Keyword [en]
Resonance, Natural frequency, Impulse response, Modal analysis
Keyword [sv]
Resonans, Naturliga frekvenser, Impulsrespons, Modalanalys
National Category
Mechanical Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:bth-14737OAI: oai:DiVA.org:bth-14737DiVA: diva2:1116804
External cooperation
Quant Service Sweden AB
Subject / course
Degree Project in Master of Science in Engineering 30.0
Educational program
MTACI Master of Science in Mechanical Engineering
Supervisors
Examiners
Available from: 2017-06-28 Created: 2017-06-27 Last updated: 2017-06-30Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(18631 kB)29 downloads
File information
File name FULLTEXT03.pdfFile size 18631 kBChecksum SHA-512
a04dfb484c37b81fcc4a51adb85dc0c2d3ddf481bf06920ea18374ffe48a444164cca886d6f8ac2a7713901d6b10bf36edc63302d4638f32d0e4472c5bd20308
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
Department of Mechanical Engineering
Mechanical Engineering

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 30 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

Total: 39 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf