Definitsioon: Mis on harmooniline?

Vibratsioonianalüüsis on harmooniline on sagedus, mis on põhisageduse täpne täisarvuline kordaja. Pöörlevate masinate puhul on põhisageduseks tavaliselt võlli pöörlemiskiirus, mida nimetatakse 1. harmooniliseks või 1×. Järgnevad harmoonilised on täisarvulised kordsed: 2× (kahekordne võlli pöörlemissagedus), 3× (kolmekordne) jne. Neid sagedusi nimetatakse ka tellimused pöörlemiskiirusest, või sünkroonsed harmoonilised sest need on täpselt sünkroniseeritud võlli pöörlemisega.

Näiteks kui mootor töötab 1 800 pöörlemissagedusel (30 Hz), siis ilmnevad selle harmoonilised sagedused 60 Hz (2×), 90 Hz (3×), 120 Hz (4×), 150 Hz (5×) jne. Harmooniliste jada on teoreetiliselt lõpmatu, kuid praktikas väheneb amplituud kõrgemate astmete puhul ja ainult esimesed harmoonilised annavad diagnostilist teavet.

Harmoonilise sageduse määratlus
fn = n × f1 = n × (RPM / 60)
kus n = 1, 2, 3, 4... (harmooniline järjestus) ja f₁ = võlli pöörlemissagedus (Hz).

Harmoonikud vs. alaharmoonikud vs. mittesünkroonilised piigid

Harmoonilised on võlli kiiruse täisarvulised kordajad (2×, 3×, 4×…). Sub-harmoonika on murdosa kordajad (½×, ⅓×, ¼×) ja näitavad alati tõsiseid mehaanilisi probleeme. Mittesünkroonsed piigid on sagedused, mis ei ole seotud võlli pöörlemiskiirusega — näiteks laagririkete sagedused, hammasrataste haakumissagedused, võrgusagedus (50/60 Hz) või omasagedused - ja nõuavad erinevaid diagnostilisi lähenemisviise. Tipp 3,57× pöörlemissageduse juures EI ole harmooniline; see on tõenäoliselt laagri vea sagedus.

Miks tekivad harmoonilised signaalid?

Täiuslikult lineaarses süsteemis, mida ergutab puhas sinusoidne jõud (näiteks täiuslikult tasakaalustatud, täiuslikult joondatud rootor täiuslikes laagrites), ilmneks ainult 1× põhisignaal. Reaalsed masinad ei ole kunagi täiesti lineaarsed. Harmoonikud ilmnevad alati, kui vibratsiooni lainekuju on puhtast sinuslainest moonutatud - kui süsteemi reaktsioon on mittelineaarsed või sundfunktsioon ise on mittesinusoidne.

Matemaatika: Fourier’ teoreem

Fourier’ teoreem väidab, et iga perioodiline lainekuju - ükskõik kui keeruline see ka poleks - on võimalik dekompositsioonida põhisagedusega ja selle täisarvuliste kordajatega siinuslainete summaks, millest igaühel on kindel amplituud ja faas. Vibratsioonianalüsaatorites kasutatav FFT (Fast Fourier Transform) algoritm teostab selle dekompositsioon arvutuslikult, paljastades signaali harmoonilise sisu.

Puhas siinuslaine on ainult ühe sageduskomponendiga. Ruutlaine sisaldab kõiki paarituid harmoonikuid (1×, 3×, 5×, 7×...), mille amplituudid vähenevad 1/n-ga. Saehambulaine sisaldab kõiki harmoonikuid, mille amplituudid vähenevad 1/n. Moonutuse konkreetne kuju määrab, millised harmoonikud ilmnevad — see teeb harmoonilise analüüsi diagnostiliselt nii võimsaks.

Füüsikalised mehhanismid, mis tekitavad harmoonikuid

  • Lainekuju kärpimine / katkestamine: Kui võlli liikumine on füüsiliselt piiratud (laagrikorpus, hõõrdekontakt), on saadud lainekuju kärbitud, tekitades harmoonilisi signaale. Tugevam kärpimine tekitab rohkem harmoonikuid.
  • Asümmeetriline jäikus: Kui süsteemi jäikus erineb vibratsioonitsükli positiivse ja negatiivse poole vahel (võlli pragu avanemine/sulgemine, joondamatuse tõttu erinev pinge-/survejäikus), tekivad paaris harmoonilised (2×, 4×, 6×).
  • Mõjusündmused: Perioodilised löögid (lahtised poldid, laagri defektid) tekitavad teravaid, lühiajalisi lainekujusid, mis on äärmiselt rikkaliku harmoonilise sisuga - nagu trummipulk tekitab palju ülemhelisid.
  • Mittelineaarsed taastusjõud: Kui jäikus muutub koos nihkega (laagrid muutuva koormuse all, progressiivse jäikusega kummikinnitused), sisaldab vastus sinusoidaalsele jõule harmoonilisi komponente.
  • Parameetriline ergutus: Kui süsteemi omadused muutuvad perioodiliselt sagedusega, mis on seotud võlli pöörlemissagedusega, võivad need tekitada ergutussageduse harmoonilisi ja alamharmoonilisi signaale.
Peamine diagnostiline põhimõte

See, millised harmoonikud on olemas, nende suhtelised amplituudid ja millised puuduvad, näitab analüütikule, milline füüsikaline mehhanism tekitab mittelineaarsuse. Kogenud analüütikud uurivad spektri täielikku harmoonilist struktuuri – mitte ainult üldist vibratsioonitaset –, et tuvastada konkreetseid veamehhanisme.

Üksikasjalikud vea signatuurid - harmoonilised mustrid

1× domineeriv — tasakaalustamatus

Domineeriv piik 1× minimaalsete kõrgemate harmoonikutega on klassikaline tunnus, mis viitab massi tasakaalustamatus. Tasakaalustamata jõud on oma olemuselt sinusoidne (see pöörleb koos võlliga 1× sagedusega), tekitades sagedusalal puhta ühe piigi.

Diagnostilised üksikasjad

  • Amplituud: Proportsionaalne kiirusega² (kahekordne kiirus → 4× amplituud) ja proportsionaalne tasakaalustamata massiga.
  • Faas: Stabiilne, korratav, ühe väärtusega. Muutub etteaimatavalt proovkaalu lisamisega - see on kõigi aluste alus. tasakaalustusprotseduurid
  • Suund: Peamiselt radiaalne; aksiaalne 1× on väike, välja arvatud juhul, kui rootoril on märkimisväärne üleulatus.
  • Kinnitus: Vastus katse kaaludele kinnitab tasakaalustamatust. Kui 1× ei reageeri katseraskustele, kaaluge painutatud võlli, eksentrilisust või resonantsi.
Mitte kõik 1× vibratsioon ei ole tasakaalustamatus.

Mitmed tingimused tekitavad suure 1×, mida ei saa tasakaalustamisega korrigeerida: painutatud võll, võlli ekstsentrilisus, elektriline biie lähedussondidel, rootori kumerus termilistest mõjudest, haakeseadme ekstsentrilisus ja resonants võimendamine. Kontrollige alati diagnoosi enne tasakaalustamise katsetamist.

2× domineeriv — joondamisviga

Tugev 2. harmooniline, mille amplituud on sageli võrreldav või ületab 1× tippu, on peamine näitaja, et võlli joondushäire. Joondamisviga sunnib võlli iga pöörde ajal läbima mittesinusoidaalset rada, tekitades moonutusi, mis tekitavad 2× ja mõnikord ka suuremaid harmoonilisi signaale.

Nurga- vs. paralleelne joondusviga

  • Nurkjoondusviga: Võllide keskjooned lõikuvad siduri juures nurga all. Tekitab suurt 1× aksiaalvibratsiooni. Faas üle siduri näitab aksiaalses suunas ~180° nihet.
  • Paralleelne (nihkesuunaline) joondusviga: Võlli keskjooned on paralleelsed, kuid nihkes. Tekitab suurt 2× radiaalvibratsiooni, sageli 2× ≥ 1×. Rasketel juhtudel tekib 3× ja 4×. Radiaalne faas üle haakeseadise näitab ~180° nihet.
  • Kombineeritud: Tegelikkuses eksisteerivad mõlemad tavaliselt koos, tekitades signatuuride segu.

2×/1× suhe kui diagnostiline näitaja

2×/1× suhe Tõenäoline seisund Tegevus
< 0,25 Normaalne; 2× esineb madalal tasemel enamikus masinates. Pole vaja midagi teha
0.25 - 0.50 Võimalik kerge kõrvalekaldumine; mõne haakeseadise tüübi puhul tavaline. Kontrollida joondamist; võrrelda lähtejoonega
0.50 - 1.00 Tõenäoline telgede joondamatus Täpne laseriga joondamine
> 1,00 Tõsine joondamatusviga; 2× ületab 1×. Kiireloomuline — joondage uuesti; kontrollige ühendust ja torustiku pinget.

Mitu harmooniat - mehaaniline lõtvus

Rikkalik sari töökiirus harmonics (1×, 2×, 3×, 4×, 5×… to 10× or more) indicate mehaaniline lõtvus. Löögid, kolinad ja mittelineaarsed kontakt-/eraldustsüklid tekitavad äärmuslikke lainekuju moonutusi, mis lagunevad paljudeks harmoonilisteks komponentideks.

Kolm lõtvuse tüüpi

  • Tüüp A - struktuurne: Lahtine ühendus masina ja aluse vahel (pehme jalg, pragunenud alus, lahtised ankurduspoldid). Tekitab suunda 1× (suurem lahtises suunas). Võtmekatse: pingutage/lõdvendage üksikuid polte, jälgides samal ajal 1× amplituudi.
  • Tüüp B - komponent: Lahtine laagri võimas korugis, lahtine korugis, liiga suur laagri vahe. Tekitab harmoonikate perekonna, sageli alamharmoniliste (½×) abil. Alamharmonilised on peamine eristaja mittejoondusest (lahtumine, mitte mittejoondus, tekitab alamharmonilised).
  • Tüüp C — laagripesa: Lahtine tiivik võllile, lahtine haakeseadise naba, liigne laagri vahe, mis võimaldab rootori põrklemist. Tekitab palju harmoonilisi helisid koos lairiba mürataseme tõusuga.
Sub-Harmoonikad: lõtvuse sõrmejälg

Alaharmooniate (½×, ⅓×) esinemine on kõige usaldusväärsem vahend, mis eristab lõtvust ja joondamisviga. Joondamisviga tekitab 2× ja 3×, kuid harva tekitab subharmoonikat. Lahtisus (B- ja C-tüüp) tekitab tavaliselt ½×, sest rootor puutub ühel poolel pööretel laagri ühe küljega kokku ja põrkab järgmisel poolel teisele küljele – see tekitab mustri, mis kordub iga kahe pöörde järel, seega ½×.

Muud harmooniat tekitavad tingimused

Painutatud võll

Tekitab nii 1× kui ka 2× vibratsiooni, millel on tugev telgkomponent. Erinevalt joondusveast, painutatud võll näitab 1×-suurust, mida tasakaalustamisega parandada ei saa (geomeetriline eksentrisus, mitte massijaotus), ning umbes 180°-list teljefaasi erinevust võlli otste vahel. 2×-suurus tuleneb asümmeetrilisest jäikusest, kuna paine avaneb ja sulgub pöörlemise ajal.

Kolbmootoriga masinad

Mootorid, kompressorid ja kolbmasinad tekitavad loomupäraselt rikkalikke harmoonilisi spektreid, sest kolvi/väntvõlli liikumine on põhimõtteliselt mittesinuseline. Harmooniline muster sõltub silindrite arvust, süütamise järjekorrast ja löögi tüübist (2-taktiline vs. 4-taktiline).

Rootori hõõrumine

Osaline hõõrdumine (kokkupuude osa iga pöörde jooksul) tekitab palju kõrgemaid harmoonikaid – mõnikord kuni 10×, 20× või rohkem. Täielik ringikujuline hõõrdumine (pidev 360° kontakt) tekitab pöördpretsessioonimehhanismide kaudu domineerivaid alaharmoonikaid (½×, ⅓×, ¼×).

Elektriprobleemid mootorites

Vahelduvvoolumootorid tekitavad vibratsiooni võrgusageduse (50 või 60 Hz) mitmekordsete väärtuste juures, sõltumata võlli pöörlemiskiirusest. Kõige tavalisem on 2× võrgusagedus (100 Hz 50 Hz süsteemides, 120 Hz 60 Hz süsteemides). See EI ole võlli kiiruse harmooniline - see on liinisageduse harmooniline, mis on võti elektrilise ja mehaanilise vibratsiooni eristamiseks. . elektrikatkestuse test on lõplik: elektriline vibratsioon langeb koheselt, kui toide eemaldatakse, mehaaniline vibratsioon jääb püsima ka väljakäigu (inertsiaalse aeglustumise) ajal.

Rootoririba defektid tekitavad 1× sageduse ümber külgribasid, mis on paigutatud poolusläbipääsusageduse intervallidega (libisemissagedus × pooluste arv). Need külgribad asuvad väga lähedal sagedusele 1× (vahemikus 1–5 Hz), mistõttu on vaja kõrget eraldusvõimet zoom FFT analüüs lahendamiseks.

Mittesünkroonsed sagedused — mitte tõelised harmoonikud

Mitmeid olulisi sagedusi aetakse mõnikord segamini harmooniliste sagedustega, kuid tegelikult on need võlli pöörlemiskiirusest sõltumatud:

Sagedus Tüüp Valem Seos pöörlemissagedusega Märkused
Laagrivigade sagedused BPFO, BPFI, BSF, FTF Mittetäisarvulised kordajad (nt 3,57×, 5,43×) Alati mittesünkroonne; sõltub laagri geomeetriast.
Hammasratta hambumissagedus GMF = hammaste arv × pöörlemiskiirus Täisarvuline, kuid väga kõrge järk Tehniliselt harmoonik, kuid analüüsitakse eraldi
Tera/laba läbimine BPF = labade arv × RPM täisarvu kordne Normaalne; liigne amplituud näitab probleemi
Liinisagedus FL = 50 või 60 Hz Ei ole seotud pöörlemissagedusega Elektriline; kaob elektrikatkestuse korral
Omasagedused fn = √(k/m)/2π Püsiv; ei ole seotud pöörlemissagedusega Konstantne sagedus sõltumata kiiruse muutustest
Rihma sagedused fvöö = pöörlemiskiirus × π × läbimõõt / pikkus Alasünkroonne (< võlli pöörlemiskiirus) Rihma sagedus ja selle harmoonilised 2×, 3×, 4× BF

Analüüsi juhend — Kuidas tõlgendada harmoonilisi mustreid

1. samm: Põhisageduse (1×) tuvastamine

Leidke võlli pöörlemiskiirusele vastav 1× piik. Kontrollige seda, kasutades tahhomeeter või mootori tüüpplaadil. Pöörlemiskiirust reguleeritavatel masinatel tuleb iga mõõtmise puhul täpselt kindlaks määrata 1×.

2. samm: loetle kõik piigid

Määrake iga olulise piigi puhul: kas see on täpne täisarvuline kordne 1× (tõeline harmooniline)? Kas see on murdosa kordne (subharmooniline)? Kas see ei ole seotud võlli pöörlemiskiirusega (mittesünkroonne)? Kasutage analüsaatori harmoonilise kursori funktsioone tõhususe tagamiseks.

3. samm: Amplituudimustri uurimine

  • Milline harmooniline on domineeriv? → Osutab konkreetsele veale
  • Mitu harmoonilist on olemas? → Rohkem = tugevam moonutus
  • Kas 2× ületab 1×? → Tõenäoline väärjoondus
  • Kas esineb alaharmoonikuid? → Lõtvus, hõõrdumine või õli keeris
  • Kas amplituud kahaneb kordisega (1/n kahanemine)? → Tüüpiline lõtvusele

4. samm: Kontrollige suunitlust

  • Kõrge radiaalne, madal aksiaalne: Tasakaalustamatus või lõtvus
  • Kõrge aksiaalne: Joondumatus (eriti nurkliku) või painutatud võll
  • Suunatud radiaal: Struktuuriline lõtvus (suurem lõtvas suunas)

5. samm: Aja jooksul toimuv suundumus

  • Kas harmoonilised amplituudid suurenevad? → Rikkestus on edenemas
  • Kas ilmuvad uued harmooniad? → Uus veamehhanism areneb
  • Kas müratase tõuseb? → Üldine kulumine või hilisfaasi rike

6. samm: korreleeri faasiandmetega

  • Tasakaalustamatus: 1× faas on stabiilne ja korratav
  • Joondumatuse: 1× või 2× faas näitab ~180° üle haakumise
  • Lõtvus: Faas on ebastabiilne, võib mõõtmiste vahel juhuslikult nihkuda.

Praktikas on võimalik kõiki kuut etappi läbi viia kohapeal, kasutades kaasaskantavat kahekanalilist mõõteseadet, nagu näiteks Balanset-1A: paigaldage kiirendusandurid, salvestage spekter ja 1× faas masina töötamise ajal ning lugege harmooniline muster otse ülaltoodud diagnostilisest tabelist – seejärel korrigeerige mis tahes järelejäänud tasakaalustamatus ilma rootorit eemaldamata.

Juhtumiuuringud - harmooniline analüüs reaalses maailmas

Juhtum 1: Mootor-pump - kas tegemist on tasakaalustamatuse või joondusveaga?

Masin: 30 kW mootor, mis ajab tsentrifugaalpumpa 2960 pööret minutis paindliku muhvi kaudu. Üldine vibratsioon: 6,2 mm/s mootori ajamipoolses laagris.

Spekter: 1× = 4,1 mm/s, 2× = 3,8 mm/s, 3× = 1,2 mm/s. Suhe 2×/1× = 0,93.

Suund: Kõrge radiaalne 2× mõlemas ajamipoolses laagris. Aksiaalne 1× muhvi juures: mootor = 2,8 mm/s, pump = 3,1 mm/s 165° faasierinevusega.

Diagnoos: Kombineeritud nurk- ja paralleelne teljetelg. 2×/1× suhe läheneb 1,0-le, kõrged aksiaalsed näidud ja ~180° faasimuutus üle ühenduse kinnitavad seda kõike. EI ole tasakaalustamatus — kuigi 1× on kõrgendatud, annab tõelise pildi 2× muster.

Toiming: Laseriga joondamine teostatud. Pärast joondamist: 1× = 0,8 mm/s, 2× = 0,3 mm/s. Üldine vähenes 1,1 mm/s-ni – 82% vähenemine.

Juhtum 2: Ventilaator – miks tasakaalustamine ei toimi?

Masin: Tsentrifugaalventilaator 1480 RPM. Vibratsioon: 8,5 mm/s. Eelmine tasakaalustamise katse vähendas 1×, kuid üldine vibratsioon jäi kõrgeks.

Spekter: 1× = 2,1 mm/s (madal pärast tasakaalustamist), ½× = 1,8 mm/s, 2× = 3,2 mm/s, 3× = 2,5 mm/s, 4× = 1,8 mm/s, 5× = 1,1 mm/s, 6× = 0,7 mm/s.

Diagnoos: Mehhaaniline lõtvus (tüüp B). Harmooniline perekond koos ½× alamharmoonilise on signatuur. Tasakaalustamine parandas 1×, kuid ei suutnud lahendada lõtvusest tulenevaid harmoonilisi, mis domineerivad üldvibratsiooni.

Toiming: Kontrollimine näitas, et laagrikorpus on 0,08 mm lõdvalt pjedestaali puuris. Korpus puuriti ümber ja paigaldati uus laager. Remondijärgne: kõik harmoonikud langesid põhitasemele. Üldine: 1,4 mm/s.

Juhtum 3: Kompressorimootor - elektriline või mehaaniline?

Masin: 4-pooluseline 50 Hz induktsioonmootor, mis töötab 1485 RPM juures ja ajab kruvikompressorit. Vibratsioon suurenes 3 kuu jooksul 2,0-lt 5,5 mm/s-ni.

Spekter: Domineeriv tipp 100 Hz juures (= 2FL). Samuti: 1× 24,75 Hz = 1,2 mm/s, külgribad 1× ümber ±1,0 Hz vahega.

Võtmetest: Toitekatkestus - 100 Hz tipp langes ühe pöörde jooksul nulli. 1× külgribad püsisid väljajooksu ajal.

Diagnoos: Kaks probleemi: (1) Elektriline - staatori eksentrilisus, mis põhjustab 2FL. (2) Mehaaniline - 1× külgribad ±1,0 Hz juures (= 4-pooluselise mootori pooluse läbimissagedus 1,0% libisemisega) viitavad rootorivarda defekti tekkimisele.

Toiming: Mootor saadetud ümbermähkimiseks. Kinnitatud: 2 purunenud rootori pulka + põhja läbipainest tingitud staatori eksentrilisus. Pärast ümbermähkimist ja alustükkide lisamist: vibratsioon 1,6 mm/s.

Vibromera seadmed harmoonilise analüüsi jaoks

The Balanset-1A ja Balanset-4 pakkuda reaalajas FFT spektrianalüüs koos harmoonilise kursori jälgimisega, mis võimaldab 1×, 2×, 3× mustrite tuvastamist ja vea diagnoosimist. Seadmed kombineerivad vibratsioonianalüüsi diagnostika ja täpsuse jaoks. tasakaalustamine parandamiseks — probleemi kindlakstegemine ja selle kõrvaldamine ühe vahendiga.

← Tagasi sõnastiku indeksisse