Forståelse af harmoniske elementer i vibrationsanalyse

Definition: Hvad er en harmonisk?

I vibrationsanalyse, en harmonisk er en frekvens, der er et helt multiplum af en grundfrekvens. Grundfrekvensen er typisk den primære drivfrekvens for et system, såsom rotationshastigheden af en aksel. Denne grundfrekvens kaldes den 1. harmoniske eller 1xDe efterfølgende harmoniske er:

• Den 2. harmoniske (2x) er frekvensen præcis dobbelt så stor som grundfrekvensen.
• Den 3. harmoniske (3x) er frekvensen præcis tre gange grundfrekvensen.
• Og så videre (4x, 5x, 6x…).

Hvis en motor for eksempel kører ved 1.800 omdr./min. (30 Hz), vil dens harmoniske svingninger forekomme i vibrationsspektret ved 60 Hz (2x), 90 Hz (3x), 120 Hz (4x) og så videre.

Hvorfor genereres harmoniske?

I et perfekt lineært system med en ren sinusformet tvangsfunktion (som en perfekt afbalanceret rotor) ville kun 1x grundfrekvensen blive genereret. Imidlertid er maskiner i den virkelige verden ikke perfekt lineære. Harmoniske genereres, når en komponents bevægelse er forvrænget eller ikke-sinusformet. Denne forvrængning kan være forårsaget af en række forskellige mekaniske og elektriske forhold. Tilstedeværelsen og amplituden af specifikke harmoniske er derfor stærke diagnostiske indikatorer.

Almindelige årsager og diagnostisk værdi af harmoniske

Mønsteret af harmoniske svingninger i et vibrationsspektrum giver værdifulde spor til den grundlæggende årsag til en maskinfejl.

Høj 1x amplitude (grundtonen)

En dominerende top ved 1x er oftest forbundet med ubalanceExcentricitet og bøjede aksler producerer også et stærkt 1x-signal.

Høj 2x amplitude (2. harmoniske)

En stærk 2. harmonisk, ofte sammenlignelig i amplitude med 1x-toppen, er en klassisk indikator for akselforskydningForskydningen tvinger akslen til at bøje to gange under hver omdrejning, hvilket producerer en stærk 2x frekvenskomponent. Alvorlig parallel forskydning kan også producere 3x og 4x harmoniske.

En "familie" af harmoniske frekvenser (1x, 2x, 3x, 4x, 5x…)

Når du ser en serie af mange harmoniske hastighedsvariationer, er det den primære signatur af mekanisk løshedStød og ikke-lineær bevægelse skabt af løse komponenter (såsom et løst leje i huset eller en løs bolt på en maskinfod) forvrænger vibrationssignalet og genererer et rigt mønster af harmoniske. Jo mere løsheden er, desto flere harmoniske vil der være til stede.

Andre årsager til harmoniske svingninger

• Overhængende rotorer: En bøjet aksel på en maskine med en overhængende rotor (som en vertikal pumpe) kan generere stærke 1x-, 2x- og 3x-harmoniske.
• Stempelmaskiner: Den ikke-sinusformede bevægelse af stempler og krumtapaksler i motorer og kompressorer genererer naturligt et rigt spektrum af harmoniske svingninger.
• Elektriske problemer: Problemer i vekselstrømsmotorer kan generere harmoniske svingninger i netfrekvensen (f.eks. 120 Hz i et 60 Hz-system).
• Gnidninger: En let, delvis gnidning kan generere en række højordens harmoniske, nogle gange op til 10x, 20x eller endda mere.

Analyseovervejelser

Når man analyserer harmoniske strømninger, er det vigtigt at overveje:

• Hvilken harmonisk er dominant? Svaret peger på forskellige potentielle fejl.
• Hvor mange harmoniske er der til stede? Et stort tal antyder løshed eller alvorlig forvrængning.
• Hvad er amplitude-trenden? En stigning i amplituden af harmoniske over tid indikerer en forværret tilstand.
• Er de radiale eller aksiale? For eksempel viser forkert justering ofte høj aksial vibration, mens ubalance primært er radial.

Ved at undersøge det komplette mønster af grundfrekvenser og harmoniske frekvenser kan en vibrationsanalytiker diagnosticere maskinproblemer med en høj grad af sikkerhed.

← Tilbage til hovedindekset