Pochopení harmonických v analýze vibrací

Definice: Co je to harmonická?

Ve vibrační analýze, a harmonický je frekvence, která je celočíselným násobkem základní frekvence. Základní frekvence je obvykle primární hnací frekvence systému, například rychlost otáčení hřídele. Tato základní frekvence se označuje jako 1. harmonická nebo 1xNásledující harmonické jsou:

• Na stránkách 2. harmonická (2x) je frekvence přesně dvojnásobku základní frekvence.
• Na stránkách 3. harmonická (3x) je frekvence přesně trojnásobku základní frekvence.
• A tak dále (4x, 5x, 6x…).

Například pokud motor běží při 1 800 ot./min (30 Hz), jeho harmonické složky se objeví ve vibračním spektru při 60 Hz (2x), 90 Hz (3x), 120 Hz (4x) atd.

Proč se generují harmonické?

V dokonale lineárním systému s čistě sinusovou vynucovací funkcí (jako je dokonale vyvážený rotor) by se generovala pouze základní frekvence 1x. Reálné stroje však nejsou dokonale lineární. Harmonické kmitočty vznikají, když je pohyb součásti zkreslený nebo nesinusový. Toto zkreslení může být způsobeno řadou mechanických a elektrických podmínek. Přítomnost a amplituda specifických harmonických kmitočtů jsou proto silnými diagnostickými indikátory.

Časté příčiny a diagnostická hodnota harmonických

Vzor harmonických ve vibračním spektru poskytuje cenné vodítka k určení hlavní příčiny poruchy stroje.

Vysoká 1x amplituda (základní)

Dominantní vrchol při 1x je nejčastěji spojován s nevyváženostExcentricita a ohnuté hřídele také produkují silný signál 1x.

Vysoká 2x amplituda (2. harmonická)

Silná druhá harmonická, často srovnatelná amplitudou s vrcholem 1x, je klasickým indikátorem nesouosost hřídeleNesouosost nutí hřídel se během každé otáčky dvakrát ohnout, což vytváří silnou 2x frekvenční složku. Silná paralelní nesouosost může také produkovat 3x a 4x harmonické.

„Rodina“ harmonických (1x, 2x, 3x, 4x, 5x…)

Když vidíte sérii mnoha harmonických kmitočtů rychlosti běhu, je to primární znak mechanická vůleRázy a nelineární pohyb vyvolané uvolněnými součástmi (jako je uvolněné ložisko v jeho pouzdře nebo uvolněný šroub na patce stroje) zkreslují vibrační signál a generují bohatý vzorec harmonických. Čím větší je uvolnění, tím více harmonických bude přítomno.

Jiné příčiny harmonických

• Letmo převislé rotory: Ohnutá hřídel u stroje s letmým rotorem (jako je vertikální čerpadlo) může generovat silné harmonické složky 1x, 2x a 3x.
• Vratné stroje: Nesinusový pohyb pístů a klikových hřídelí v motorech a kompresorech přirozeně generuje bohaté spektrum harmonických.
• Elektrické problémy: Problémy s motory na střídavý proud mohou generovat harmonické složky síťové frekvence (např. 120 Hz v systému s frekvencí 60 Hz).
• Tření: Lehké, částečné tření může generovat sérii vyšších harmonických, někdy až 10x, 20x nebo i více.

Analytické aspekty

Při analýze harmonických je důležité zvážit:

• Která harmonická je dominantní? Odpověď poukazuje na různé potenciální chyby.
• Kolik harmonických je přítomno? Velké číslo naznačuje uvolnění nebo silnou deformaci.
• Jaký je trend amplitudy? Zvýšení amplitudy harmonických složek v průběhu času naznačuje zhoršení stavu.
• Jsou radiální nebo axiální? Například nesouosost často vykazuje vysoké axiální vibrace, zatímco nevyváženost je primárně radiální.

Prozkoumáním kompletního vzorce základních a harmonických frekvencí může vibrační analytik s vysokou mírou jistoty diagnostikovat problémy se strojem.

← Zpět na hlavní index