Κατανόηση των Υποαρμονικών
A υποαρμονική είναι μια συνιστώσα συχνότητας σε ένα δόνηση φάσμα που εμφανίζεται σε ακέραιο κλάσμα της βασικής συχνότητας διέγερσης. Στην ανάλυση μηχανών, αυτή η βασική συχνότητα είναι σχεδόν πάντα η ταχύτητα λειτουργίας (1X), οπότε οι υποαρμονικές εμφανίζονται σε τάξεις όπως 1/2X, 1/3X ή 1/4X. Επειδή βρίσκονται κάτω από το κύριο σύγχρονο στοιχείο, ονομάζονται επίσης υποσύγχρονος δονήσεις, και αποτελούν μερικές από τις πιο σημαντικές κορυφές για διαγνωστικούς σκοπούς που μπορεί να εντοπίσει ένας αναλυτής — σπάνια εμφανίζονται χωρίς σαφή φυσική αιτία.
1. Ορισμός: Τι είναι μια Υποαρμονική;
Όπου συνηθισμένο αρμονικές είναι ακέραια πολλαπλάσια της ταχύτητας περιστροφής (2X, 3X, 4X), ενώ οι υποαρμονικές είναι το αντίστροφο: ακέραιες διαιρέσεις της. Μια κορυφή ακριβώς στο μισό της ταχύτητας του άξονα αποτελεί το κλασικό παράδειγμα, που συχνά γράφεται ως 1/2X ή 0,5X. Στην πράξη, το πιο ενδεικτικό μοτίβο δεν είναι μια μεμονωμένη υποσυγχρονική γραμμή, αλλά ένα οικογένεια από αυτά — κορυφές στα 1/2X, 3/2X (1,5X) και 5/2X (2,5X), όλες με απόσταση μισής τάξης μεταξύ τους. Η εμφάνιση ενός τέτοιου «χτένι» αποτελεί κλασικό χαρακτηριστικό συγκεκριμένων μηχανικών βλαβών και όχι τυχαίου θορύβου.
Αξίζει να γίνει διάκριση μεταξύ μιας πραγματικής υποαρμονικής και μιας υποσυγχρονικής συνιστώσας που δεν είναι ακέραιος αριθμός. Μια κορυφή που αντιστοιχεί ακριβώς στο 0,50X αποτελεί γνήσια υποαρμονική της ταχύτητας λειτουργίας· μια κορυφή, για παράδειγμα, στο 0,43X είναι υποσυγχρονική, αλλά δεν ένα ακριβές κλάσμα, και αυτή η διάκριση περιορίζει αμέσως τον κατάλογο των πιθανών αιτιών. Οι υποαρμονικές δεν είναι τόσο συχνές όσο οι αρμονικές, αλλά όταν εμφανίζονται, σχεδόν πάντα υποδηλώνουν μία από τις παρακάτω αιτίες.
2. Μηχανική χαλαρότητα — η πιο συνηθισμένη αιτία
Η κύρια πηγή ενός υποαρμονικού 1/2X είναι μηχανική χαλαρότητα. Όταν ένα εξάρτημα είναι χαλαρό — ένα ρουλεμάν που κουνιέται στο περίβλημά του, μια φθαρμένη εφαρμογή ή ένας χαλαρός κοχλίας στερέωσης — προκαλεί μια έντονα μη γραμμική αντίδραση «αναπήδησης» ή «κροταλίσματος». Το διάκενο επιτρέπει στο εξάρτημα να προσκρούει στην έδρασή του, και επειδή αυτή η πρόσκρουση τείνει να επαναλαμβάνεται ουσιαστικά κάθε άλλα επαναφορά, το σύστημα ανταποκρίνεται στο μισό της συχνότητας διέγερσης.
Το φάσμα που προκύπτει παρουσιάζει την κορυφή 1X, συνοδευόμενη από μια σειρά υποαρμονικών στις συχνότητες 1/2X, 3/2X, 5/2X και ούτω καθεξής. Αυτή η οικογένεια ημι-τάξεων αποτελεί ένα από τα πιο αξιόπιστα διακριτικά χαρακτηριστικά στη διάγνωση κραδασμών: υποδηλώνει σχεδόν χωρίς αμφιβολία σοβαρή δομική χαλαρότητα, ενώ η αύξηση της έντασής της με την πάροδο του χρόνου αντανακλά την επιδείνωση της εφαρμογής. Όσο πιο έντονες και πολυάριθμες είναι οι κορυφές ημι-τάξεων, τόσο πιο χαλαρή έχει γίνει η σύνδεση.
3. Αστάθεια λόγω τριβής
Σε μηχανές που λειτουργούν με μεμβράνη υγρού ή ρουλεμάν στροφέα, οι υποσυγχρονισμένες δονήσεις αποτελούν κρίσιμη ένδειξη αστάθειας του λιπαντικού φιλμ. Αυτές είναι αυτοδιεγερμένες δονήσεις — η ενέργεια που προέρχεται από τη σταθερή περιστροφή τροφοδοτεί άμεσα τη δόνηση, έτσι ώστε να μπορούν να αναπτυχθούν χωρίς καμία εξωτερική παρέμβαση.
- Στροβιλισμός λαδιού: Συνήθως εμφανίζεται μεταξύ 0,42X και 0,48X της ταχύτητας λειτουργίας, ως μια έντονη, ευδιάκριτη κορυφή ακριβώς κάτω από τη μισή τάξη. Προκύπτει όταν η σφήνα λαδιού που στηρίζει τον άξονα αρχίζει να περιστρέφεται (στροβιλίζεται) εντός του διακένου του ρουλεμάν, σύροντας τον άξονα γύρω από τον άξονά του. Επειδή βρίσκεται ελαφρώς κάτω από το 0,5X και όχι ακριβώς σε αυτό, η ακριβής συχνότητα αποτελεί το διακριτικό στοιχείο που διαχωρίζει τη στροβιλισμό από τη χαλαρότητα.
- Μαστίγιο λαδιού: Μια πολύ πιο σοβαρή και καταστροφική μορφή αστάθειας. Εμφανίζεται όταν η συχνότητα περιστροφής συμπίπτει με την πρώτη φυσική συχνότητα του ρότορα, ή κρίσιμη ταχύτητα. Στη συνέχεια, η δόνηση «συγχρονίζεται» με αυτή τη φυσική συχνότητα και παραμένει εκεί ακόμη και όταν αυξάνεται η ταχύτητα του μηχανήματος — ένα χαρακτηριστικό που διακρίνει τη δόνηση τύπου «μαστίγιο» από την περιστροφή που ακολουθεί την ταχύτητα. Τα πλάτη των δονήσεων μπορεί να γίνουν τόσο έντονα ώστε να προκαλέσουν βλάβη στο ρουλεμάν ή στον άξονα.
Οι συχνότητες των εδράνων που οριοθετούν αυτές τις αστάθειες μπορούν να υπολογιστούν εκ των προτέρων με τη χρήση ενός ειδικού Υπολογιστής συχνότητας ελαττωμάτων στα έδρανα, το οποίο βοηθά να επιβεβαιωθεί αν μια υποσυγχρονική κορυφή εμπίπτει στη ζώνη στροβιλισμού.
4. Άλλες πηγές υποσυγχρονικών κορυφών
- Προβλήματα με τη μετάδοση κίνησης μέσω ιμάντα: Ένας φθαρμένος ή κατεστραμμένος ιμάντας μπορεί να δημιουργήσει υποσυγχρονισμένες συνιστώσες που συνδέονται με την ίδια την ταχύτητα περιστροφής του ιμάντα, η οποία είναι χαμηλότερη από την ταχύτητα οποιασδήποτε τροχαλίας. Υπάρχει υποψία ελαττώματα του συστήματος μετάδοσης κίνησης με ιμάντα — και κυρίως Βλάβες ιμάντα ιμάντα — μπορεί να επαληθευτεί σε σύγκριση με την υπολογισμένη συχνότητα του ιμάντα χρησιμοποιώντας ένα υπολογιστής συχνότητας εμφάνισης βλαβών στον ιμάντα.
- Επιδράσεις που σχετίζονται με τη ροή: Στις αντλίες και τους ανεμιστήρες, η υποσύγχρονη ενέργεια μπορεί να προέρχεται από αναταραχή της ροής ή στροβιλιστική απώλεια στήριξης. Αυτά τα εξαρτήματα είναι συνήθως δεν ακριβείς κλάσματα του 1X, γεγονός που αποτελεί από μόνο του χρήσιμη ένδειξη ότι η πηγή είναι υδραυλική ή αεροδυναμική και όχι μηχανική. Στους συμπιεστές, το σχετικό φαινόμενο της Ώθηση μπορεί επίσης να αυξήσει το κατώτατο όριο της ταχύτητας τρεξίματος.
5. Ανάλυση και επιβεβαίωση
Επειδή η διάγνωση βασίζεται σε μικρές διαφορές συχνότητας, το πρώτο βήμα είναι να προσδιοριστεί με ακρίβεια η μέγιστη συχνότητα. Μια γραμμή ακριβώς στα 0,50X υποδηλώνει έντονα χαλαρότητα· μια στα 0,47X υποδηλώνει σχεδόν σίγουρα στροβιλισμό λαδιού· μια πλήρης σειρά 1/2X, 3/2X, 5/2X επιβεβαιώνει τη χαλαρότητα με μεγάλη βεβαιότητα. Επομένως, η υψηλή φασματική ανάλυση και μια ακριβής αναφορά ταχύτητας είναι απαραίτητες, καθώς τα 0,48X και 0,50X μπορεί να φαίνονται πανομοιότυπα σε χαμηλή ανάλυση.
Το χρονική κυματομορφή παρέχει πολύτιμη επιβεβαίωση. Η χαλαρότητα συνήθως παρουσιάζει σαφείς κρούσεις ή αποκοπές — κορυφές που έχουν ισοπεδωθεί ή κοπεί στο σημείο όπου το χαλαρό τμήμα φτάνει στο κατώτατο σημείο — ενώ ο στροβιλισμός λαδιού εμφανίζεται ως ένα πιο ομαλό, κυμαινόμενο σήμα χωρίς απότομες κρούσεις. Στο πεδίο, ένας φορητός αναλυτής δύο καναλιών όπως ο Balanset-1A επιτρέπει σε έναν μηχανικό να καταγράψει τόσο το φάσμα όσο και την κυματομορφή του συγχρονισμένου χρόνου σε πραγματικές συνθήκες λειτουργίας, ώστε να είναι δυνατή η ταυτόχρονη αξιολόγηση της ακριβούς υποσυγχρονισμένης συχνότητας και των χαρακτηριστικών της κυματομορφής πριν προγραμματιστεί οποιαδήποτε αποσυναρμολόγηση.
