Κατανόηση της ασύγχρονης δόνησης
Ασύγχρονη δόνηση (ονομάζεται επίσης μη σύγχρονη δόνηση) είναι δόνηση σε συχνότητες που είναι δεν ακριβή ακέραια πολλαπλάσια - τάξεις - της ταχύτητας περιστροφής του άξονα. Σε αντίθεση με το σύγχρονη δόνηση από ανισορροπία ή κακή ευθυγράμμιση (η οποία εμφανίζεται πάντα στο 1×, 2×, 3× της ταχύτητας περιστροφής), οι ασύγχρονοι κραδασμοί εμφανίζονται σε συχνότητες που υπαγορεύονται από τη γεωμετρία των εξαρτημάτων, τα ηλεκτρομαγνητικά φαινόμενα ή τις εξωτερικές πηγές και όχι από την περιστροφή του ίδιου του άξονα.
Η διάκριση μεταξύ σύγχρονων και ασύγχρονων συνιστωσών είναι μία από τις πιο θεμελιώδεις δεξιότητες στη διάγνωση μηχανημάτων. διαγνωστικά, επειδή η διάσπαση περιορίζει αμέσως την αναζήτηση της αιτίας. Τα σύγχρονα στοιχεία υποδεικνύουν περιστρεφόμενη μάζα ή γεωμετρικά προβλήματα που συνδέονται με τον ρότορα- τα ασύγχρονα στοιχεία υποδεικνύουν αντίθετα ελαττώματα στοιχείων κύλισης, ηλεκτρικά σφάλματα ή επιδράσεις που προέρχονται εκτός του ρότορα. Η σωστή ταξινόμηση από νωρίς σώζει τον αναλυτή από το να εξισορροπήσει, για παράδειγμα, μια μηχανή της οποίας το πραγματικό πρόβλημα είναι ένα ελαττωματικό ρουλεμάν.
1. Σύγχρονη vs Ασύγχρονη: Η βασική διάκριση
Το όριο ορίζεται εξ ολοκλήρου από το τάξη - ο λόγος μιας συχνότητας δόνησης προς τη συχνότητα της ταχύτητας λειτουργίας. Μια αιχμή σε μια ακριβή τάξη ακέραιου αριθμού είναι σύγχρονη και κλειδωμένη με την περιστροφή του άξονα- μια αιχμή σε μια κλασματική τάξη είναι ασύγχρονη και υπακούει σε κάποιο άλλο ρολόι.
- Σύγχρονες (ακέραιες τάξεις): 1.00×, 2.00×, 3.00× - ανισορροπία, κακή ευθυγράμμιση, α λυγισμένος άξονας, ορισμένα χαλαρότητα μοτίβα.
- Ασύγχρονες (μη ακέραιες τάξεις): 2,47×, 3,57×, 0,45× - ελαττώματα ρουλεμάν, ηλεκτρικές γραμμές, υποσύγχρονες αστάθειες και εξωτερικές πηγές.
Μια χρήσιμη υποκατηγορία είναι η υποαρμονική - ενέργεια κάτω από 1× (για παράδειγμα μια κορυφή 0,5× από σοβαρή χαλάρωση ή τριβή). Οι υποαρμονικές είναι μια μορφή ασύγχρονου περιεχομένου και βρίσκονται παράλληλα με τις υποσύγχρονες αστάθειες που εξετάζονται παρακάτω.
2. Συνήθεις πηγές ασύγχρονων κραδασμών
Ελαττώματα ρουλεμάν κυλιόμενου στοιχείου (τα πιο συνηθισμένα)
Μακράν η κυρίαρχη πηγή ασύγχρονων δονήσεων:
- Συχνότητες σφάλματος ρουλεμάν: BPFO, BPFI, BSF και FTF διέπονται από τη γεωμετρία των ρουλεμάν και δεν είναι ποτέ ακριβή πολλαπλάσια της ταχύτητας του άξονα.
- Παράδειγμα: ένας κινητήρας 1800 στροφών ανά λεπτό (30 Hz) μπορεί να εμφανίσει BPFO στα 107 Hz - δηλαδή 3,57× της ταχύτητας του άξονα, που σαφώς δεν είναι ακέραιος αριθμός.
- Διαγνωστική αξία: μια ασύγχρονη συχνότητα εγείρει αμέσως υποψίες για πρόβλημα ρουλεμάν.
- Ανίχνευση: ανάλυση περιβάλλουσας είναι η κύρια τεχνική για την ανάδειξη αυτών των συστατικών, συχνά πολύ πριν εμφανιστούν στο συνηθισμένο φάσμα.
Ηλεκτρικές συχνότητες
Ηλεκτρομαγνητική δόνηση που δεν σχετίζεται με την ταχύτητα του άξονα:
- 2× συχνότητα δικτύου: 120 Hz σε παροχές 60 Hz ή 100 Hz σε παροχές 50 Hz, ανεξάρτητα από την ταχύτητα του κινητήρα.
- Παράδειγμα: ένας 2-πολικός κινητήρας 60 Hz λειτουργεί σε περίπου 3550 στροφές ανά λεπτό (59,2 Hz), αλλά η δόνηση της συχνότητας διπλής γραμμής βρίσκεται στα 120 Hz - 2,03× ταχύτητα άξονα, ασύγχρονη.
- Συχνότητα διέλευσης πόλων: μπορεί να μην είναι ακριβές ακέραιο πολλαπλάσιο.
- Αρμονικές VFD: οι συχνότητες μεταγωγής του κινητήρα δεν έχουν καμία σχέση με την ταχύτητα του άξονα.
Εξωτερικές πηγές
- Παρακείμενος εξοπλισμός: δονήσεις που μεταδίδονται μέσω του δαπέδου από κοντινά μηχανήματα.
- Κτίριο ή θεμέλιο: δομικών συντονισμών σε σταθερές συχνότητες.
- Παλμοί διεργασίας: κύματα πίεσης που ταξιδεύουν σε σωληνώσεις.
- Ακουστικές αντηχήσεις: στάσιμα κύματα σε αγωγούς ή περιβλήματα.
Υποσύγχρονες αστάθειες
- Στροβιλισμός λαδιού: συνήθως 0,42-0,48× ταχύτητα άξονα (όχι ακριβώς το μισό).
- Μαστίγιο λαδιού: κλειδώνει πάνω στο ρότορα φυσική συχνότητα, όχι στην ταχύτητα του άξονα.
- Αστάθεια σφραγίδων: συχνά σε συχνότητες που καθορίζονται από τη δυναμική των ρευστών. Αυτά είναι κλασικά παραδείγματα αστάθεια του ρότορα.
Τυχαία δόνηση
- Σπηλαίωση: τυχαία κατάρρευση φούσκας, ευρυζωνικότητα.
- Τυρβώδης ροή: τυχαίες διακυμάνσεις ροής.
- Τριβή: χαοτική επαφή που δημιουργεί μη περιοδικές δονήσεις.
3. Ταυτοποίηση σε φάσματα
Χαρακτηριστικά φάσματος
- Σταθερή συχνότητα: Εμφανίζεται στην ίδια τιμή Hz ανεξάρτητα από τις αλλαγές ταχύτητας
- Μεταβολές τάξης: αν η ταχύτητα μεταβάλλεται, μια ασύγχρονη συχνότητα αλλάζει την τάξη της (επειδή η τάξη είναι συχνότητα ÷ ταχύτητα άξονα).
- Διάγραμμα καταρράκτη: τα ασύγχρονα στοιχεία εμφανίζονται ως κάθετη γραμμές, σύγχρονα στοιχεία όπως διαγώνια γραμμές - ο πιο διαισθητικός τρόπος για να τα ξεχωρίσετε.
- Φάσμα τάξεων: οι ασύγχρονες κορυφές καταλήγουν σε μη ακέραιες τάξεις (2,47×, 3,57× κ.ο.κ.).
Διαγνωστική Διαδικασία
- Προσδιορίστε την ταχύτητα περιστροφής από την κορυφή 1× ή, πιο αξιόπιστα, ένα ταχύμετρο.
- Υπολογίστε τις τάξεις διαιρώντας κάθε συχνότητα αιχμής με τη συχνότητα ταχύτητας λειτουργίας.
- Ακέραιες τάξεις (1.00×, 2.00×, 3.00×) είναι σύγχρονες.
- Μη ακέραιες τάξεις (2,47×, 3,57×) είναι ασύγχρονες.
- Αντιστοίχιση με τύπους σφαλμάτων συγκρίνοντας τις υπολογισμένες συχνότητες με τις συχνότητες των ρουλεμάν, των ηλεκτρικών γραμμών και τα παρόμοια.
Στις μηχανές μεταβλητής ταχύτητας ο διαχωρισμός αυτός είναι καθαρότερος υπό ανάλυση τάξεων, η οποία επαναπροσδιορίζει τον άξονα συχνότητας σε πολλαπλάσια της ταχύτητας λειτουργίας, έτσι ώστε οι σύγχρονες κορυφές να παραμένουν ακίνητες, ενώ οι ασύγχρονες να κινούνται.
4. Διαγνωστική σημασία
Ελαττώματα ρουλεμάν
- Οι ασύγχρονες κορυφές στα BPFO, BPFI ή BSF υποδηλώνουν αμέσως μια πρόβλημα ρουλεμάν.
- Υπολογίστε τις θεωρητικές συχνότητες ρουλεμάν και συγκρίνετε τις με τις παρατηρούμενες κορυφές.
- Μια ταύτιση εντός ±5% επιβεβαιώνει σφάλμα ρουλεμάν.
- Αρμονικές και πλευρικές ζώνες της συχνότητας των ελαττωμάτων δίνουν περαιτέρω επιβεβαίωση.
Μπορείτε να βραχυκυκλώσετε την αριθμητική με ένα υπολογιστής συχνότητας ελαττωμάτων ρουλεμάν, το οποίο επιστρέφει τα BPFO, BPFI, BSF και FTF απευθείας από τη γεωμετρία του εδράνου και την ταχύτητα του άξονα.
Ηλεκτρομαγνητικά Θέματα
- Μια γραμμή συχνότητας 2× γραμμής στα 100/120 Hz δείχνει στάτη ή διάκενο αέρα προβλήματα.
- Η συχνότητα παραμένει σταθερή ανεξάρτητα από τις μεταβολές της ταχύτητας.
- Η ανάλυση ρεύματος κινητήρα επιβεβαιώνει την ηλεκτρική προέλευση.
Εξωτερική δόνηση
- Αιχμές που δεν ταιριάζουν ούτε με την ταχύτητα του μηχανήματος ούτε με τις συχνότητες των ρουλεμάν.
- Μπορεί να συμπίπτουν με την ταχύτητα λειτουργίας του κοντινού εξοπλισμού.
- Απαιτείται διερεύνηση της πηγής, ακολουθούμενη από απομόνωση ή διόρθωση.
5. Τεχνικές ανάλυσης για ασύγχρονες δονήσεις
Ανάλυση Φακέλου
- Η κύρια τεχνική για την ανίχνευση ελαττωμάτων ρουλεμάν.
- Ενισχύει τις επαναλαμβανόμενες κρούσεις που παράγουν ασύγχρονο περιεχόμενο.
- Καταστέλλει τις ισχυρές σύγχρονες συνιστώσες χαμηλής συχνότητας.
- Αποκαλύπτει καθαρά τις συχνότητες ρουλεμάν στο προκύπτον φάσμα περιβλήματος.
Επιτάχυνση Υψηλής Συχνότητας
- Τα ελαττώματα των ασύγχρονων ρουλεμάν βρίσκονται συχνά στην περιοχή υψηλών συχνοτήτων (πάνω από 1 kHz).
- Χρήση επιταχυνσιόμετρα με υψηλή ρύθμιση Fmax.
- Αυτό καταγράφει τις κρούσεις και τους συντονισμούς υψηλής συχνότητας που οι μετρήσεις ταχύτητας χαμηλής συχνότητας δεν καταγράφουν.
Ανάλυση Cepstrum
- Ανάλυση Cepstrum είναι αποτελεσματική στην εύρεση περιοδικών μοτίβων θαμμένων σε ασύγχρονα σήματα.
- Ανιχνεύει ταυτόχρονα ολόκληρες οικογένειες αρμονικών ή πλευρικών ζωνών.
- Ιδιαίτερα χρήσιμο για πολύπλοκα ρουλεμάν και γρανάζι υπογραφές.
6. Πρακτικά παραδείγματα
Κινητήρας με ελάττωμα ρουλεμάν
- Ταχύτητα περιστροφής: 1750 RPM (29,17 Hz).
- Σύγχρονα στοιχεία: 1× στα 29,17 Hz, 2× στα 58,34 Hz.
- Ασύγχρονο στοιχείο: κορυφή στα 107 Hz (3,67× ταχύτητα άξονα).
- Διάγνωση: 107 Hz ταιριάζουν με την υπολογισμένη BPFO → ελάττωμα εξωτερικού δακτυλίου.
- Επιβεβαίωση: ο ασύγχρονος χαρακτήρας επιβεβαιώνει πρόβλημα ρουλεμάν και όχι ρότορα.
Κινητήρας VFD σε μεταβλητή ταχύτητα
- Η ταχύτητα του κινητήρα κυμαίνεται από 1200 έως 1800 RPM.
- Η κορυφή 1× μετακινείται μαζί με την ταχύτητα (σύγχρονη).
- Η αιχμή των 120 Hz παραμένει στη θέση της (ασύγχρονη, συχνότητα γραμμής 2×).
- Διάγνωση: ένα ηλεκτρομαγνητικό στοιχείο από την παροχή 60 Hz.
Στο πεδίο ο διαχωρισμός αυτός είναι η καθημερινή εργασία ενός φορητού αναλυτή. Επειδή ένα όργανο όπως το Balanset-1A διαβάζει την ταχύτητα λειτουργίας από το οπτικό στροφόμετρο ταυτόχρονα με το φάσμα των κραδασμών, μπορεί να επισημάνει επιτόπου αν μια δεδομένη κορυφή είναι σύγχρονη ή ασύγχρονη - λέγοντας στον μηχανικό αμέσως αν η λύση είναι η ζυγοστάθμιση του ρότορα ή η αντικατάσταση ενός ρουλεμάν. Η αναγνώριση του ασύγχρονου περιεχομένου μέσω των μη ακέραιων τάξεών του, της σταθερής συχνότητάς του παρά τις αλλαγές της ταχύτητας ή της κάθετης υπογραφής του σε ένα διάγραμμα καταρράκτη είναι αυτό που επιτρέπει τον ακριβή εντοπισμό ελαττωμάτων ρουλεμάν, ηλεκτρικών προβλημάτων και εξωτερικών επιδράσεων - και δείχνει τον δρόμο για τη σωστή διορθωτική ενέργεια.
