Tərif: Harmonik nədir?

Vibrasiya təhlilində harmonik fundamental tezliyin tam ədəd qatı olan tezlikdir. Fırlanan maşınlarda fundamental tezlik adətən valın fırlanma sürəti olub 1-ci harmonik və ya adlandırılır 1×. Sonrakı harmoniklər tam ədəd qatlarıdır: 2× (val sürətinin ikiqatı), 3× (üç dəfə) və s. Bu tezliklər də adlanır sifarişlər işçi sürətinin və ya sinxron harmoniklər çünki onlar milin fırlanması ilə dəqiq sinxronlaşdırılıblar.

Məsələn, əgər mühərrik 1800 RPM (30 Hz) ilə işləyirsə, onun harmonikləri 60 Hz (2×), 90 Hz (3×), 120 Hz (4×), 150 Hz (5×) və s. tezliklərdə görünür. Harmonik seriya nəzəri olaraq sonsuzdur, lakin praktikada amplituda daha yüksək sıralarda azalır və yalnız ilk bir neçə harmonik diaqnostik məlumat daşıyır.

Harmonik Tezlik Tərifi
fn = n × f1 = n × (RPM / 60)
burada n = 1, 2, 3, 4… (harmonik sıra) və f₁ = Hz ilə valın fırlanma tezliyi

Harmonikalar və Alt Harmonikalar və Sinxron olmayan Zirvələr

Harmoniklər val sürətinin tam ədəd qatlarıdır (2×, 3×, 4×…). Alt harmoniklər kəsr qatlarıdır (½×, ⅓×, ¼×) və həmişə ciddi mexaniki problemləri göstərir. Sinxron olmayan piklər val sürəti ilə əlaqəsi olmayan tezliklərdir — məsələn rulmanların nasazlıq tezlikləri, dişli örgü tezlikləri, xətt tezliyi (50/60 Hz) və ya təbii tezliklər — və fərqli diaqnostik yanaşmalar tələb edir. 3.57× RPM-də pik harmonik DEYİL; çox güman ki, bu, podşipnik nasazlığı tezliyidir.

Harmoniklər niyə yaradılır?

Təmiz sinusoidal qüvvə ilə həyəcanlanan mükəmməl xətti sistemdə (məsələn, mükəmməl yastıqlarda mükəmməl balanslaşdırılmış, mükəmməl hizalanmış rotor) yalnız 1× fundamental görünərdi. Həqiqi maşın heç vaxt mükəmməl xətti olmur. Harmoniklər vibrasiya dalğa forması təmiz sinus dalğasından təhrif edildikdə - sistemin cavabı olduqda görünür. qeyri-xətti və ya məcburetmə funksiyasının özü sinusoidal deyil.

Riyaziyyat: Fourier teoremi

Furye teoremi nə qədər mürəkkəb olursa olsun, istənilən dövri dalğa formasının fundamental tezlikdə sinus dalğalarının cəminə və onun tam ədəd qatlarına parçalana biləcəyini bildirir, hər biri müəyyən amplituda və fazaya malikdir. Vibrasiya analizatorları tərəfindən istifadə edilən FFT (Sürətli Furye Çevrilməsi) alqoritmi bu parçalanmanı hesablama yolu ilə həyata keçirir və siqnalın harmonik tərkibini aşkar edir.

Təmiz sinus dalğasının yalnız bir tezlik komponenti var. Kvadrat dalğa amplitudaları 1/n azalan bütün tək harmonikləri (1×, 3×, 5×, 7×…) ehtiva edir. Mişar dişli dalğa amplitudaları 1/n azalan bütün harmonikləri ehtiva edir. Təhrifin spesifik forması hansı harmoniklərin göründüyünü müəyyən edir - harmonik analizi diaqnostik cəhətdən bu qədər güclü edən də budur.

Harmonikləri Yaradan Fiziki Mexanizmlər

  • Dalğa formasının kəsilməsi / budanması: Şaftın hərəkəti fiziki olaraq məhdudlaşdırıldıqda (yataq korpusu, sürtünmə təması), nəticədə yaranan dalğa forması kəsilir və harmoniklər yaranır. Daha sərt kəsmə daha çox harmoniklər yaradır.
  • Asimmetrik sərtlik: Əgər sistem sərtliyi vibrasiya dövrünün müsbət və mənfi yarımları arasında fərqlənirsə (çatlamış valın açılması/bağlanması, uyğunsuzluq fərqli gərginlik/sıxılma sərtliyinə səbəb olur), cüt harmoniklər (2×, 4×, 6×) yaranır.
  • Təsirli hadisələr: Dövri təsirlər (boş boltlar, yastıq qüsuru zərbələri) harmonik tərkiblə olduqca zəngin olan kəskin, qısamüddətli dalğa formaları yaradır - məsələn, baraban çubuğunun bir çox oberton yaratması kimi.
  • Qeyri-xətti bərpaedici qüvvələr: Sərtlik yerdəyişmə ilə dəyişdikdə (dəyişən yük altında yastıqlar, mütərəqqi sürətli rezin dayaqlar), sinusoidal qüvvəyə cavab harmonikləri ehtiva edir.
  • Parametrik həyəcan: Sistem xüsusiyyətləri val sürəti ilə əlaqəli bir tezlikdə vaxtaşırı dəyişdikdə, onlar həyəcanlanma tezliyinin harmoniklərini və subharmoniklərini yarada bilərlər.
Əsas Diaqnostik Prinsip

Harmoniklərin mövcudluğu, nisbi amplitudaları və hansılarının olmaması analitikə qeyri-xəttiliyi hansı fiziki mexanizmin yaratdığı barədə məlumat verir. Təcrübəli analitiklər spesifik nasazlıq mexanizmlərini müəyyən etmək üçün spektrin tam harmonik strukturunu - yalnız ümumi vibrasiya səviyyəsini deyil - araşdırırlar.

Ətraflı Nasazlıq İmzaları — Harmonik Naxışlar

1× Dominant — Disbalans

Minimal yüksək harmoniklərlə 1×-də dominant pik, klassik əlamətdir kütlə disbalansı. Balanssızlıq qüvvəsi mahiyyət etibarilə sinusoidaldır (val ilə birlikdə 1× tezlikdə fırlanır) və tezlik sahəsində təmiz tək bir pik yaradır.

Diaqnostik Təfərrüatlar

  • Amplituda: Sürət²-yə mütənasib (ikiqat sürət → 4× amplituda) və disbalans kütləsinə mütənasib
  • Faza: Sabit, təkrarlana bilən, tək dəyərli. Sınaq çəkisinin əlavə edilməsi ilə proqnozlaşdırıla bilən dəyişikliklər — bu, hamısının təməlidir balanslaşdırma prosedurları
  • İstiqamət: Əsasən radial; rotorun əhəmiyyətli dərəcədə çıxıntısı olmadığı təqdirdə ox 1× aşağıdır
  • Təsdiq: Sınaq çəkilərinə reaksiya balanssızlığı təsdiqləyir. Əgər 1× sınaq çəkilərinə reaksiya vermirsə, əyilmiş mil, eksantriklik və ya rezonans nəzərə alın.
Bütün 1× Vibrasiyalar Disbalansdan Deyil

Balanslaşdırma ilə düzəldilə bilməyən yüksək 1× dəyəri bir neçə şərt yaradır: əyilmiş val, valın eksantrikliyi, yaxınlıq zondlarında elektrik bienti, istilik effektlərindən rotor əyilməsi, birləşmə eksantrikliyi və rezonans gücləndirmə. Balanslaşdırmaya cəhd etməzdən əvvəl həmişə diaqnozu təsdiqləyin.

2× Dominantlıq edən — Uyğunsuzluq

Çox vaxt amplitudası 1× pik ilə müqayisə edilə bilən və ya onu aşan güclü 2-ci harmonik, əsas göstəricidir milin yanlış hizalanması. Yanlış düzülmə hər dövr ərzində valı qeyri-sinusoidal yoldan keçirərək 2× və bəzən daha yüksək harmoniklər yaradan təhrif yaradır.

Bucaqlı və Paralel Uyğunsuzluq

  • Bucaq uyğunsuzluğu: Valın mərkəz xətləri muftada müəyyən bir bucaq altında kəsişir. Yüksək 1× ox istiqamətində vibrasiya yaradır. Mufta üzərindəki faza ox istiqamətində ~180° sürüşmə göstərir.
  • Paralel (ofset) uyğunsuzluq: Milin mərkəz xətləri paralel, lakin yerdəyişməlidir. Çox vaxt 2× ≥ 1× ilə yüksək 2× radial vibrasiya yaradır. Ağır hallarda 3× və 4× vibrasiyalar yaranır. Mufta üzrə radial faza ~180° sürüşmə göstərir.
  • Birləşdirilmiş: Praktikada, hər ikisi adətən birlikdə mövcuddur və imzaların qarışığını yaradır.

Diaqnostik Göstərici Kimi 2×/1× Nisbəti

2×/1× Nisbət Ehtimal olunan vəziyyət Fəaliyyət
<0.25 Normal; Əksər maşınlarda aşağı səviyyədə 2 dəfə mövcuddur Heç bir tədbir tələb olunmur
0.25 – 0.50 Yüngül mərkəzsizlik mümkündür; bəzi birləşmə növləri üçün normaldır Hizalanmanı yoxlayın; əsas göstərici ilə müqayisə edin
0.50 – 1.00 Əhəmiyyətli uyğunsuzluq ehtimalı var Dəqiq lazer uyğunlaşdırmasını yerinə yetirin
1.00 Ciddi uyğunsuzluq; 2x 1x-dən çoxdur Təcili — yenidən düzləndirin; muftanı və boru gərginliyini yoxlayın

Çoxlu Harmoniklər — Mexaniki Boşluq

Zəngin bir sıra İş sürəti harmonics (1×, 2×, 3×, 4×, 5×… to 10× or more) indicate mexaniki boşluq. Zərbələr, gurultu və qeyri-xətti təmas/ayrılma dövrləri bir çox harmonik komponentlərə parçalanan həddindən artıq dalğa forması təhrifinə səbəb olur.

Üç növ boşluq

  • A Tipi — Struktur: Maşınla təməl arasında boş birləşmə (yumşaq ayaq, çatlamış əsas, boş anker boltları). 1× istiqamətli hərəkət yaradır (boş istiqamətdə daha yüksək). Əsas sınaq: 1× amplitudanı izləyərkən fərdi boltları sıxın/boşaldın.
  • B Tipi — Komponent: Yatağın açarması, gövdədə boş qapaq, aşırı yataq qapanması. Harmoniklərin ailəsini yaradır, tez-tez alt-harmoniklərlə (½×). Alt-harmoniklər sürüşmədən (sıyrılma, sürüşmə deyil, alt-harmoniklər yaradır) fərqləndirən əsas göstəricidir.
  • C Tipi — Yastıq oturacağı: Valda boş pervanel, boş mufta mərkəzi, rotorun sıçramasına imkan verən həddindən artıq yastıq boşluğu. Genişzolaqlı səs-küyün döşəmə səviyyəsində yüksəlməsi ilə bir çox harmoniklər yaradır.
Alt Harmoniklər: Boşluq Barmaq İzi

Subharmoniklərin (½×, ⅓×) olması boşluq və uyğunsuzluq arasında ən etibarlı fərqdir. Uyğunsuzluq 2× və 3× yaradır, lakin nadir hallarda subharmoniklər yaradır. Boşluq (B və C tipləri) xarakterik olaraq ½× yaradır, çünki rotor bir yarım dövrədə yastığın bir tərəfi ilə təmasda olur və növbəti yarımda digər tərəfə sıçrayır - bu da hər iki dövrədə təkrarlanan bir nümunə yaradır, deməli, ½×.

Digər Harmonik Yaradan Şərtlər

Bükülmüş mil

Yüksək ox komponentinə malik həm 1×, həm də 2× titrəmə yaradır. Düzülmə pozğunluğundan fərqli olaraq, a Əyilmiş mil Düzəldilə bilməyən 1× sapma (geometrik ekssentrisitet, kütlə paylanmasından deyil) və şaft ucları arasında təxminən 180°-lik ox faz fərqi göstərir. 2× isə dönmə zamanı əyilmə açıldıqca və bağlandıqca yaranan asimmetrik sərtlikdən qaynaqlanır.

Porşenli Maşınlar

Mühərriklər, kompressorlar və irəli-geri hərəkətli (porsionlu) maşınlar zəngin harmonik spektrlər yaradır, çünki piston/krank mili hərəkəti əsasən sinusoidal deyil. Harmonik model silindr sayından, atəş sırasından və vuruş növündən (2 vuruşlu və 4 vuruşlu) asılıdır.

Rotor sürtmə

Qismən sürtünmə (hər dövrənin bir hissəsi üçün təmas) bir çox yüksək tərtibli harmoniklər yaradır — bəzən 10×, 20× və ya daha çox. Tam halqavari sürtünmə (davamlı 360° təmas) tərs presessiya mexanizmləri vasitəsilə dominant altharmoniklər (½×, ⅓×, ¼×) yaradır.

Mühərriklərdə Elektrik Problemləri

AC mühərrikləri val sürətindən asılı olmayaraq xətt tezliyinin qatlarında (50 və ya 60 Hz) vibrasiya yaradır. Ən çox yayılmışı 2x xətt tezliyidir (50 Hz sistemlərində 100 Hz, 60 Hz sistemlərində 120 Hz). Bu, val sürətinin harmonikası DEYİL — elektrik vibrasiyasını mexaniki vibrasiyadan ayırmağın açarı olan xətt tezliyinin harmonikasıdır. elektrik kəsilməsi testi qətidir: elektrik kəsildikdə elektrik vibrasiyası dərhal düşür, mexaniki vibrasiya isə sərbəst dayanma (coast-down) zamanı davam edir.

Rotor bar qüsurları qütb keçid tezliyində təxminən 1× aralıqla yan zolaqlar yaradır (sürüşmə tezliyi × qütb sayı). Bu yan zolaqlar 1×-ə çox yaxındır (1–5 Hz daxilində), yüksək ayırdetmə qabiliyyəti tələb edir zoom FFT həll etmək üçün təhlil.

Sinxron olmayan tezliklər — Həqiqi harmoniklər deyil

Bir neçə vacib tezlik bəzən harmoniklərlə qarışdırılır, lakin əslində mil sürətindən asılı deyil:

Tezlik Növü Formula RPM ilə əlaqə Qeydlər
Rulmanların nasazlıq tezlikləri BPFO, BPFI, BSF, FTF Tam ədəd olmayan qatlar (məsələn, 3.57×, 5.43×) Həmişə sinxron deyil; rulman həndəsəsindən asılıdır
Dişli cütləşmə tezliyi GMF = # dişlər × RPM Tam ədəd, lakin çox yüksək dərəcəli Texniki cəhətdən harmonik, lakin ayrıca təhlil edilmişdir
Bıçaq/qanad keçidi BPF = #qanadlar × RPM Tam ədədin qatı Normal; həddindən artıq amplituda problemi göstərir
Xətt tezliyi FL = 50 və ya 60 Hz RPM ilə əlaqəli deyil Elektrik; elektrik kəsilməsi zamanı yox olur
Təbii tezliklər fn = √(k/m)/2π Düzəldildi; RPM ilə əlaqəli deyil Sürət dəyişikliklərindən asılı olmayaraq sabit tezlik
Kəmər tezlikləri fkəmər = RPM×π×G/L Alt-sinxron (< mil sürəti) Kəmər tezliyi və onun harmonikləri 2×, 3×, 4× BF

Təhlil Təlimatı — Harmonik Nümunələri Necə Şərh Etmək olar

Addım 1: Əsas (1×) müəyyən edin

Milin fırlanma sürətinə uyğun gələn 1× zirvəni tapın. Taxometr və ya takometr və ya mühərrik tip lövhəsi. Deyişkən sürətli maşınlarda, hər ölçmə üçün 1× dəqiq müəyyən edilməlidir.

Addım 2: Bütün Zirvələri Kataloqlaşdırın

Hər əhəmiyyətli pik üçün aşağıdakıları təyin edin: 1×-nin dəqiq tam ədəd qatıdırmı (həqiqi harmonik)? Kəsr qatıdırmı (subharmonik)? Val sürəti ilə əlaqəsi yoxdurmu (qeyri-sinxron)? Səmərəlilik üçün analizator harmonik kursor xüsusiyyətlərindən istifadə edin.

Addım 3: Amplituda Nümunəsini Araşdırın

  • Hansı harmonik dominantdır? → Xüsusi qüsuru göstərir
  • Neçə harmonik mövcuddur? → Daha çox = daha şiddətli təhrif
  • 2× 1×-dən çoxdurmu? → Ehtimal olunan ox uyğunsuzluğu
  • Alt harmonikalar varmı? → Boşalma, sürtünmə və ya yağ burulğanı
  • Amplituda ardıcıllıqla azalır (1/n azalma)? → Boşalma üçün tipikdir

Addım 4: İstiqaməti yoxlayın

  • Yüksək radial, aşağı oxlu: Disbalans və ya boşluq
  • Yüksək oxlu: Ox uyğunsuzluğu (xüsusilə bucaqlı) və ya əyilmiş mil
  • İstiqamətli radial: Struktur boşluq (boş istiqamətdə daha yüksəkdir)

Addım 5: Zamanla Trend

  • Harmonik amplitudalar artır? → Nasazlıq irəliləyir
  • Yeni harmoniklər meydana çıxır? → Yeni nasazlıq mexanizmi inkişaf edir
  • Səs-küy səviyyəsi yüksəlirmi? → Ümumi aşınma və ya gec mərhələli nasazlıq

Addım 6: Faza Məlumatları ilə əlaqələndirin

  • Balanssızlıq: 1× faza sabitdir və təkrarlana bilər
  • Yanlış düzülmə: 1× və ya 2× faza muftanın eninə ~180° göstərir
  • Boşluq: Faza qeyri-sabitdir, ölçmələr arasında təsadüfi olaraq dəyişə bilər

Praktikada, bütün altı addımı portativ iki kanallı alətlə, məsələn, yerində icra etmək olar. Balanset-1A: Akselerometrləri quraşdırın, maşın işləyərkən spektri və 1× fazanı tutun və yuxarıdakı diaqnostik cədvələ görə harmonik naxışını birbaşa oxuyun — sonra rotoru sökmədən qalıq disbalansı düzəldin.

Hal Tədqiqatları — Gerçək Dünyadan Harmonik Təhlil

1-ci hal: Motor-Nasos — Disbalansdır, yoxsa yanlış yanaşmadır?

Maşın: 30 kVt-lıq mühərrik, çevik mufta vasitəsilə 2960 dövr/dəq sürətlə mərkəzdənqaçma nasosu idarə edir. Ümumi vibrasiya: mühərrikin ötürücü ucundakı yastıqda 6,2 mm/s.

Spektr: 1× = 4.1 mm/s, 2× = 3.8 mm/s, 3× = 1.2 mm/s. 2×/1× nisbəti = 0.93-dür.

İstiqamət: Hər iki ötürücü uclu yastıqlarda yüksək radial 2×. Muftada ox istiqamətində 1×: mühərrik = 2.8 mm/s, nasos = 165° faza fərqi ilə 3.1 mm/s.

Diaqnoz: Bucaq və paralel uyğunsuzluğun birləşməsi. 1.0-a yaxınlaşan 2×/1× nisbəti, yüksək ox oxunuşları və muftada ~180° faza — hamısı bunu təsdiqləyir. DİSBALANS DEYİL — 1× yüksəldilsə də, 2× nümunəsi əsl mənzərəni göstərir.

Fəaliyyət: Lazerlə hizalanma həyata keçirildi. Hizalanma sonrası: 1× = 0.8 mm/s, 2× = 0.3 mm/s. Ümumi 1.1 mm/s-ə düşdü — 82% azalması.

2-ci hal: Ventilyator — Niyə balanslaşdırma işləmir?

Maşın: 1480 dövr/dəq-də mərkəzdənqaçma ventilyatoru. Vibrasiya: 8.5 mm/s. Əvvəlki balanslaşdırma cəhdi 1× komponenti azaltdı, lakin ümumi vibrasiya yüksək olaraq qaldı.

Spektr: 1× = 2.1 mm/s (balanslaşdırıldıqdan sonra aşağı), ½× = 1.8 mm/s, 2× = 3.2 mm/s, 3× = 2.5 mm/s, 4× = 1.8 mm/s, 5× = 1.1 mm/s, 6× = 0.7 mm/s.

Diaqnoz: Mexaniki boşluq (B Tipi). ½× subharmonikliyə malik harmonik ailəsi əsasdır. Balanslaşdırma 1× düzəldildi, lakin ümumi vibrasiyaya hakim olan boşluqdan yaranan harmonikləri aradan qaldıra bilmədi.

Fəaliyyət: Yoxlama zamanı yataq korpusunun dayaq dəliyində 0,08 mm boşluq aşkarlandı. Korpus yenidən rasточlandı və yeni rulman quraşdırıldı. Təmirdən sonra: bütün harmoniklər baza səviyyəsinə düşdü. Ümumi: 1,4 mm/s.

3-cü hal: Kompressor mühərriki — Elektrik, yoxsa Mexaniki?

Maşın: 1485 dövr/dəq sürətlə işləyən 4 qütblü, 50 Hz asinxron mühərrik, vintli kompressorla işləyir. Vibrasiya 3 ay ərzində 2,0 mm/s-dən 5,5 mm/s-ə qədər artıb.

Spektr: 100 Hz-də dominant pik (= 2FL). Həmçinin: 24.75 Hz-də 1× = 1.2 mm/s, yan zolaqlar ±1.0 Hz aralığında 1× ətrafındadır.

Əsas Test: Elektrik kəsilməsi — 100 Hs pik həddi bir inqilab ərzində sıfıra düşdü. 1× yan zolaqlar mühərrikin yavaşlama (run-down) zamanı da davam etdi.

Diaqnoz: İki problem: (1) Elektrik — statorun eksantrikliyi 2FL-ə səbəb olur. (2) Mexaniki — ±1.0 Hz-də 1× yan zolaqlar (= 1.0% sürüşməsi olan 4 qütblü mühərrik üçün qütb keçid tezliyi) rotor çubuğu qüsurunun inkişaf etdiyini göstərir.

Fəaliyyət: Motor geri sarılması üçün göndərildi. Təsdiqləndi: Əsas çökməsindən 2 rotor çubuğu qırıldı + statorun eksantrikliyi. Geri sarma və şimləmədən sonra: vibrasiya 1,6 mm/s.

Harmonik Analiz üçün Vibromera Avadanlığı

The Balanset-1A and Balanset-4 real vaxt rejimində təmin etmək FFT spektr analizi harmonik kursor izləmə ilə 1×, 2×, 3× nümunələrin sahə identifikasiyasına və nasazlıq diaqnozuna imkan verir. Cihazlar diaqnostika və dəqiqlik üçün vibrasiya təhlilini birləşdirir. balanslaşdırma düzəliş üçün — problemi müəyyən etmək və onu bir alətlə həll etmək.

← Lüğət indeksinə qayıt