Разбиране на асинхронните вибрации
Асинхронна вибрация (наричана още несинхронна вибрация) е вибрация at frequencies that are не exact integer multiples — поръчки — на оборотната скорост на вала. За разлика от синхронна вибрация от дисбаланс или несъответствие (която винаги се появява при 1×, 2×, 3× от работната скорост), асинхронната вибрация се проявява на честоти, диктувани от геометрията на компонентите, електромагнитните ефекти или външни източници, а не от въртенето на самия вал.
Разграничаването на синхронното от асинхронното съдържание е едно от най-фундаменталните умения в диагностиката на машини диагностика, тъй като това разделение незабавно стеснява търсенето на причина. Синхронните компоненти сочат към проблеми с въртяща се маса или геометрични проблеми, свързани с ротора; асинхронните компоненти сочат към дефекти на търкалящи елементи, електрически неизправности или влияния, произхождащи извън ротора. Правилното класифициране в началото спестява на анализатора, да речем, балансирането на машина, чийто истински проблем е повреден лагер.
1. Синхронни срещу асинхронни: основното разграничение
Границата се определя изцяло от поръчка — съотношението на честотата на вибрация към честотата на работната скорост. Пик при точен цял порядък е синхронен и свързан с въртенето на вала; пик при дробен порядък е асинхронен и следва друг ритъм.
- Synchronous (integer orders): 1.00×, 2.00×, 3.00× — unbalance, misalignment, a огънат вал, certain разхлабеност patterns.
- Asynchronous (non-integer orders): 2,47×, 3,57×, 0,45× — дефекти на лагери, електрически линии, подсинхронни нестабилности и външни източници.
Полезна подкатегория е субхармоничен — energy под 1× (например пик 0,5× при тежко хлабини или търкане). Субхармониците са форма на асинхронно съдържание и се намират заедно с подсинхронните нестабилности, разгледани по-долу.
2. Чести източници на асинхронна вибрация
Rolling-Element Bearing Defects (most common)
Безспорно доминиращият източник на асинхронна вибрация:
- Честоти на дефектите в лагерите: БПФО, БПФИ, ЧСФ и чуждестранен тероризъм се определят от геометрията на лагера и никога не са точни кратни на скоростта на вала.
- Пример: двигател 1800 об/мин (30 Hz) може да покаже BPFO при 107 Hz — това е 3,57× от скоростта на вала, очевидно не цяло число.
- Диагностична стойност: асинхронна честота незабавно поражда подозрение за проблем с лагера.
- Откриване: анализ на обвивката е основната техника за разкриване на тези компоненти, често преди да се появят в обикновения спектър.
Electrical Frequencies
Електромагнитни вибрации, несвързани с честотата на въртене на вала:
- 2× честотата на мрежата: 120 Hz при захранване 60 Hz или 100 Hz при захранване 50 Hz, независимо от скоростта на двигателя.
- Пример: a 2-pole 60 Hz motor runs at about 3550 RPM (59.2 Hz), yet its twice-line-frequency vibration sits at 120 Hz — 2.03× shaft speed, asynchronous.
- Честота на преминаване на полюса: може да не е точно цяло кратно.
- VFD harmonics: честотите на превключване на задвижването нямат връзка с честотата на въртене на вала.
External Sources
- Съседно оборудване: вибрации, предавани през пода от близко разположени машини.
- Сграда или фундамент: структурни резонанси at fixed frequencies.
- Process pulsations: ударни вълни на налягане, разпространяващи се в тръбопроводи.
- Acoustic resonances: стоящи вълни в канали или затворени пространства.
Sub-Synchronous Instabilities
- Маслен вихър: typically 0.42–0.48× shaft speed (not exactly half).
- Oil whip: синхронизира се с ротора’s собствена честота, а не с честотата на въртене на вала.
- Seal instabilities: често при честоти, определени от флуидната динамика. Това са класически примери за нестабилност на ротора.
Случайна вибрация
- Кавитация: случайно разрушаване на мехурчета, широколентово.
- Турбулентност: случайни колебания на потока.
- Търкане: хаотичен контакт, пораждащ непериодична вибрация.
3. Идентифициране в спектри
Характеристики на спектъра
- Фиксирана честота: Появява се със същата стойност в Hz, независимо от промените в скоростта
- Order shifts: ако скоростта се променя, асинхронната честота променя реда си (тъй като редът е честота ÷ честота на въртене на вала).
- Водопаден график: асинхронни компоненти се появяват като vertical линии, синхронни компоненти като diagonal линии — най-интуитивният начин да се разграничат едните от другите.
- Спектър на реда: асинхронните пикове попадат при нецелочислени редове (2,47×, 3,57× и т.н.).
Диагностична процедура
- Определяне на оборотната скорост от пика 1× или, по-надеждно, от a тахометър.
- Изчисляване на порядките като разделите честотата на всеки пик на честотата на работната скорост.
- Integer orders (1,00×, 2,00×, 3,00×) са синхронни.
- Нецели порядки (2,47×, 3,57×) са асинхронни.
- Съпоставяне с видове отказ като сравните изчислените честоти с честотите на лагерите, електрическите линии и подобни.
При машини с променлива скорост това разделяне е по-ясно при анализ на поръчките, която преизчислява честотната ос като кратни на работната скорост, така че синхронните пикове остават неподвижни, докато асинхронните се преместват.
4. Диагностична значимост
Дефекти на лагерите
- Асинхронни пикове при BPFO, BPFI или BSF незабавно указват на проблем с лагера.
- Изчислете теоретичните честоти на лагерите и ги сравнете с наблюдаваните пикове.
- Съответствие в граници на ±5% потвърждава лагерен дефект.
- Хармоници и странични ленти на дефектната честота предоставят допълнително потвърждение.
Можете да съкратите изчисленията с помощта на калкулатор за честотата на дефектите в лагерите, която връща BPFO, BPFI, BSF и FTF директно от геометрията на лагера и скоростта на вала.
Електромагнитни проблеми
- Линия с двойна честота на мрежата при 100/120 Hz сочи към статор или въздушна междина проблеми.
- Честотата остава постоянна независимо от промените в скоростта.
- Анализът на тока на двигателя потвърждава електрическия произход.
Външни вибрации
- Пикове, които не съответстват нито на работната скорост на машината, нито на честотите на лагерите.
- Те могат да съвпадат с работната скорост на близко оборудване.
- Необходимо е да се установи източникът, след което да се извърши изолиране или корекция.
5. Техники за анализ на асинхронни вибрации
Анализ на обвивката
- Основната техника за откриване на дефекти в лагери.
- Усилва повтарящите се удари, които генерират асинхронно съдържание.
- Потиска силни синхронни нискочестотни компоненти.
- Ясно разкрива честотите на лагерите в получения обвиващ спектър.
Високочестотно ускорение
- Дефектите на асинхронните лагери често се намират във високочестотния диапазон (над 1 kHz).
- Използвайте акселерометри с висока настройка на Fmax.
- Това улавя ударите и високочестотните резонанси, които нискочестотните измервания на скорост пропускат.
Анализ на кепструма
- Анализ на кепструма е ефективен при намирането на периодични модели, скрити в асинхронни сигнали.
- Той открива цели семейства от хармоници или странични ленти наведнъж.
- Особено полезен за сложни дефекти на лагери и екипировка signatures.
6. Практически примери
Двигател с дефект на лагер
- Running speed: 1750 RPM (29,17 Hz).
- Синхронни компоненти: 1× at 29.17 Hz, 2× at 58.34 Hz.
- Асинхронна компонента: пик при 107 Hz (3,67× оборотна скорост на вала).
- Диагноза: 107 Hz съответства на изчисленото BPFO → дефект на външна обойма.
- Потвърждение: асинхронният характер потвърждава проблем с лагера, а не с ротора.
VFD мотор с променлива скорост
- Скоростта на двигателя се изменя от 1200 до 1800 RPM.
- Пикът 1× се премества заедно със скоростта (синхронен).
- Пикът от 120 Hz остава на място (асинхронен, 2× честота на захранващата мрежа).
- Диагноза: електромагнитна компонента от захранването 60 Hz.
На практика това разграничаване е ежедневната работа на преносим анализатор. Тъй като уред като Балансет-1а отчита работната скорост от оптичния си тахометър едновременно с вибрационния спектър, той може да установи на място дали даден пик е синхронен или асинхронен — веднага казвайки на инженера дали решението е балансиране на ротора или подмяна на лагер. Разпознаването на асинхронното съдържание чрез нецелочислени ордери, фиксирана честота при промяна на скоростта или вертикална сигнатура на водопаден график е това, което позволява точно идентифициране на дефекти на лагери, електрически проблеми и външни влияния — и посочва пътя към правилното коригиращо действие.
