Subharmonische verstehen

1. Definition: Was ist eine Subharmonische?

A Subharmonisch ist eine Frequenzkomponente in einem Vibration Spektrum die bei einem ganzzahligen Bruchteil einer Grundfrequenz auftritt. In der Maschinenanalyse ist diese Grundfrequenz fast immer die Laufgeschwindigkeit (1X).

Subharmonische treten bei Frequenzen wie 1/2X, 1/3X, 1/4X usw. auf und werden auch als subsynchron Vibrationen, da sie bei einer Frequenz unterhalb der Hauptsynchrondrehzahl (1X) auftreten. Das Vorhandensein einer Reihe von Subharmonischen (z. B. 1/2X, 3/2X, 5/2X) ist ein klassisches Zeichen für bestimmte Arten von Maschinenfehlern.

2. Hauptursachen für Subharmonische

Subharmonische sind nicht so häufig wie Harmonische (2X, 3X), aber wenn sie auftreten, sind sie oft ein starker Hinweis auf eines der folgenden Probleme:

a) Mechanische Lockerheit

Dies ist die häufigste Ursache für Subharmonische, insbesondere die 1/2X-Komponente. Wenn ein Bauteil locker ist, wie z. B. ein Lager im Gehäuse oder eine lose Befestigungsschraube, kann dies zu einem nichtlinearen „Hüpfen“ oder „Klappern“ führen. Diese Art von Aufprall kann das System so anregen, dass es mit einer Frequenz reagiert, die der Hälfte der Hauptantriebsfrequenz (1X) entspricht.

Ein Spektrum mit einem 1X-Peak, begleitet von einer Reihe von Subharmonischen bei 1/2X, 3/2X (1,5X), 5/2X (2,5X) usw., ist ein typisches Anzeichen für eine starke strukturelle Lockerheit. Diese Lockerheit ermöglicht Stöße, die praktisch bei jeder zweiten Umdrehung der Welle auftreten und die 1/2X-Spitzengruppe erzeugen.

b) Instabilität des Gleitlagers

Bei Maschinen mit Fluidfilm- oder Gleitlagern sind Subharmonische ein kritischer Indikator für Ölfilminstabilitäten. Dabei handelt es sich um selbsterregte Schwingungen, die durch die Dynamik des Ölkeils entstehen, der die Welle stützt.

• Ölwirbel: Dieses Phänomen tritt typischerweise bei einer Frequenz zwischen dem 0,42- und 0,48-Fachen der Laufgeschwindigkeit auf. Es wird dadurch verursacht, dass der Ölfilm im Lagerspiel zu rotieren beginnt und die Welle hin und her schiebt. Unter dem 0,5-Fachen tritt häufig ein starker, deutlicher Peak auf.
• Ölpeitsche: Dies ist eine schwerwiegendere Form der Instabilität, die auftritt, wenn die Ölwirbelfrequenz mit der ersten Eigenfrequenz des Rotors übereinstimmt (kritische Geschwindigkeit). In diesem Fall können die Vibrationen sehr heftig und zerstörerisch werden. Die Frequenz bleibt auf der Eigenfrequenz „fixiert“ und ändert sich auch dann nicht, wenn die Geschwindigkeit der Maschine erhöht wird.

c) Andere Ursachen

• Probleme mit dem Riemenantrieb: Ein abgenutzter oder beschädigter Riemen kann manchmal subharmonische Frequenzen erzeugen, die mit der Drehzahl des Riemens zusammenhängen, die normalerweise niedriger ist als die Drehzahl der Antriebs- oder Abtriebsscheibe.
• Schaufel- oder Flügeldurchgangsfrequenzen: In einigen Fällen können bei Pumpen oder Lüftern subsynchrone Spitzen auf Strömungsturbulenzen oder rotierende Strömungsabrisse zurückzuführen sein, die zwar nicht exakte Bruchteile von 1X betragen, aber immer noch unter der Betriebsgeschwindigkeit liegen.

3. Analyse und Bestätigung

Wenn in einem Spektrum Subharmonische beobachtet werden, ist es entscheidend, die genaue Frequenz zu bestimmen. Ein Peak bei genau 0,50X weist sehr wahrscheinlich auf Lockerheit hin. Ein Peak bei 0,47X ist mit ziemlicher Sicherheit ein Ölwirbel. Das Vorhandensein einer vollständigen Reihe (1/2X, 3/2X usw.) bestätigt eindeutig Lockerheit.

Analyse der Zeitwellenform kann ebenfalls hilfreich sein. Lockerheit weist häufig auf eine Aufprall- oder Abbruchstelle hin, während Ölwirbel als komplexeres, modulierendes Signal auftreten können.

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