Κατανόηση των Αρμονικών στην Ανάλυση Δονήσεων

Ορισμός: Τι είναι μια Αρμονική;

Στην ανάλυση κραδασμών, ένα αρμονικός είναι μια συχνότητα που είναι ένα ακέραιο πολλαπλάσιο μιας θεμελιώδους συχνότητας. Η θεμελιώδης συχνότητα είναι συνήθως η κύρια συχνότητα οδήγησης ενός συστήματος, όπως η ταχύτητα περιστροφής ενός άξονα. Αυτή η θεμελιώδης συχνότητα αναφέρεται ως η 1η αρμονική ή 1xΟι επόμενες αρμονικές είναι:

• Το 2η αρμονική (2x) είναι η συχνότητα ακριβώς διπλάσια από τη θεμελιώδη.
• Το 3η αρμονική (3x) είναι η συχνότητα ακριβώς τρεις φορές τη θεμελιώδη.
• Και ούτω καθεξής (4x, 5x, 6x…).

Για παράδειγμα, εάν ένας κινητήρας λειτουργεί στις 1.800 σ.α.λ. (30 Hz), οι αρμονικές του θα εμφανίζονται στο φάσμα δονήσεων στα 60 Hz (2x), 90 Hz (3x), 120 Hz (4x) και ούτω καθεξής.

Γιατί παράγονται οι αρμονικές;

Σε ένα τέλεια γραμμικό σύστημα με καθαρά ημιτονοειδή συνάρτηση εξαναγκασμού (όπως ένας τέλεια ισορροπημένος ρότορας), θα δημιουργούνταν μόνο η θεμελιώδης συχνότητα 1x. Ωστόσο, οι μηχανισμοί στον πραγματικό κόσμο δεν είναι τέλεια γραμμικοί. Οι αρμονικές παράγονται όταν η κίνηση ενός εξαρτήματος είναι παραμορφωμένη ή μη ημιτονοειδής. Αυτή η παραμόρφωση μπορεί να προκληθεί από μια ποικιλία μηχανικών και ηλεκτρικών συνθηκών. Η παρουσία και το πλάτος συγκεκριμένων αρμονικών αποτελούν επομένως ισχυρούς διαγνωστικούς δείκτες.

Συνήθεις αιτίες και διαγνωστική αξία των αρμονικών

Το μοτίβο των αρμονικών σε ένα φάσμα ταλάντωσης παρέχει πολύτιμες ενδείξεις για την αιτία ενός σφάλματος μηχανής.

Υψηλό πλάτος 1x (Το βασικό)

Μια κυρίαρχη κορυφή στο 1x συσχετίζεται συχνότερα με ανισορροπίαΗ εκκεντρικότητα και οι λυγισμένοι άξονες παράγουν επίσης ένα ισχυρό σήμα 1x.

Υψηλό πλάτος 2x (2η αρμονική)

Μια ισχυρή 2η αρμονική, συχνά συγκρίσιμη σε πλάτος με την κορυφή 1x, είναι ένας κλασικός δείκτης κακή ευθυγράμμιση άξοναΗ κακή ευθυγράμμιση αναγκάζει τον άξονα να κάμπτεται δύο φορές κατά τη διάρκεια κάθε περιστροφής, παράγοντας μια ισχυρή συνιστώσα συχνότητας 2x. Η σοβαρή παράλληλη κακή ευθυγράμμιση μπορεί επίσης να παράγει αρμονικές 3x και 4x.

Μια «Οικογένεια» Αρμονικών (1x, 2x, 3x, 4x, 5x…)

Όταν βλέπετε μια σειρά από πολλές αρμονικές ταχύτητας λειτουργίας, αυτή είναι η κύρια υπογραφή του μηχανική χαλαρότηταΟι κρούσεις και η μη γραμμική κίνηση που δημιουργούνται από χαλαρά εξαρτήματα (όπως ένα χαλαρό ρουλεμάν στο περίβλημά του ή ένα χαλαρό μπουλόνι στο πόδι μιας μηχανής) παραμορφώνουν το σήμα δόνησης και δημιουργούν ένα πλούσιο μοτίβο αρμονικών. Όσο πιο έντονη είναι η χαλαρότητα, τόσο περισσότερες αρμονικές θα υπάρχουν.

Άλλες αιτίες αρμονικών

• Προεξέχοντες ρότορες: Ένας λυγισμένος άξονας σε μια μηχανή με προεξέχοντα ρότορα (όπως μια κάθετη αντλία) μπορεί να δημιουργήσει ισχυρές αρμονικές 1x, 2x και 3x.
• Παλινδρομικές μηχανές: Η μη ημιτονοειδής κίνηση των εμβόλων και των στροφαλοφόρων αξόνων σε κινητήρες και συμπιεστές παράγει φυσικά ένα πλούσιο φάσμα αρμονικών.
• Ηλεκτρικά προβλήματα: Προβλήματα σε κινητήρες εναλλασσόμενου ρεύματος μπορούν να δημιουργήσουν αρμονικές της συχνότητας γραμμής (π.χ., 120 Hz σε σύστημα 60 Hz).
• Τρίψιμο: Ένα ελαφρύ, μερικό τρίψιμο μπορεί να δημιουργήσει μια σειρά από αρμονικές υψηλής τάξης, μερικές φορές έως και 10x, 20x ή και περισσότερο.

Ζητήματα Ανάλυσης

Κατά την ανάλυση των αρμονικών, είναι σημαντικό να λαμβάνονται υπόψη:

• Ποια αρμονική είναι κυρίαρχη; Η απάντηση υποδεικνύει διαφορετικά πιθανά σφάλματα.
• Πόσες αρμονικές υπάρχουν; Ένας μεγάλος αριθμός υποδηλώνει χαλαρότητα ή σοβαρή παραμόρφωση.
• Ποια είναι η τάση πλάτους; Η αύξηση του πλάτους των αρμονικών με την πάροδο του χρόνου υποδηλώνει επιδείνωση της κατάστασης.
• Είναι ακτινικά ή αξονικά; Για παράδειγμα, η κακή ευθυγράμμιση συχνά παρουσιάζει υψηλή αξονική δόνηση, ενώ η ανισορροπία είναι κυρίως ακτινική.

Εξετάζοντας το πλήρες μοτίβο των θεμελιωδών και αρμονικών συχνοτήτων, ένας αναλυτής κραδασμών μπορεί να διαγνώσει προβλήματα μηχανών με υψηλό βαθμό σιγουριάς.

← Επιστροφή στο Κύριο Ευρετήριο