درک هارمونیک‌ها در تحلیل ارتعاشات

تعریف: هارمونیک چیست؟

در تحلیل ارتعاش، یک هارمونیک فرکانسی است که مضرب صحیحی از یک فرکانس اساسی است. فرکانس اساسی معمولاً فرکانس محرک اصلی یک سیستم است، مانند سرعت چرخش یک شفت. این فرکانس اساسی به عنوان هارمونیک اول یا ۱ عددهارمونیک‌های بعدی عبارتند از:

• The هارمونیک دوم (۲x) فرکانس دقیقاً دو برابر فرکانس پایه است.
• The هارمونیک سوم (3x) فرکانسی است که دقیقاً سه برابر فرکانس پایه است.
• و همینطور ادامه دارد (۴x، ۵x، ۶x…).

برای مثال، اگر یک موتور با سرعت ۱۸۰۰ دور در دقیقه (۳۰ هرتز) کار کند، هارمونیک‌های آن در طیف ارتعاش با فرکانس‌های ۶۰ هرتز (۲ برابر)، ۹۰ هرتز (۳ برابر)، ۱۲۰ هرتز (۴ برابر) و غیره ظاهر می‌شوند.

چرا هارمونیک‌ها تولید می‌شوند؟

در یک سیستم کاملاً خطی با تابع نیروی سینوسی خالص (مانند یک روتور کاملاً متعادل)، فقط فرکانس اصلی ۱ برابر تولید می‌شود. با این حال، ماشین‌آلات دنیای واقعی کاملاً خطی نیستند. هارمونیک‌ها زمانی تولید می‌شوند که حرکت یک جزء دچار اعوجاج یا غیر سینوسی شود. این اعوجاج می‌تواند ناشی از شرایط مکانیکی و الکتریکی مختلفی باشد. بنابراین، وجود و دامنه هارمونیک‌های خاص، شاخص‌های تشخیصی قدرتمندی هستند.

علل شایع و ارزش تشخیصی هارمونیک‌ها

الگوی هارمونیک‌ها در طیف ارتعاش، سرنخ‌های ارزشمندی برای علت اصلی خطای دستگاه ارائه می‌دهد.

دامنه بالا ۱x (مبانی)

یک پیک غالب در 1x معمولاً با ... مرتبط است. عدم تعادلانحراف از مرکز و خمیدگی شفت‌ها نیز سیگنال قوی ۱x تولید می‌کنند.

دامنه بالا ۲ برابر (هارمونیک دوم)

یک هارمونیک دوم قوی، که اغلب از نظر دامنه با پیک ۱x قابل مقایسه است، یک شاخص کلاسیک برای ... ناهمراستایی شفتاین ناهمراستایی، شفت را مجبور می‌کند که در هر چرخش دو بار خم شود و یک مولفه فرکانسی قوی ۲x تولید کند. ناهمراستایی موازی شدید همچنین می‌تواند هارمونیک‌های ۳x و ۴x تولید کند.

«خانواده‌ای» از هارمونیک‌ها (۱x، ۲x، ۳x، ۴x، ۵x…)

وقتی مجموعه‌ای از هارمونیک‌های سرعت دویدن را می‌بینید، این امضای اصلی ... است. شل‌شدگی مکانیکیضربات و حرکت غیرخطی ایجاد شده توسط اجزای شل (مانند یاتاقان شل در محفظه آن یا پیچ شل روی پایه دستگاه) سیگنال ارتعاش را تحریف کرده و الگوی غنی از هارمونیک‌ها را ایجاد می‌کند. هرچه شلی شدیدتر باشد، هارمونیک‌های بیشتری وجود خواهد داشت.

سایر علل هارمونیک‌ها

• روتورهای آویزان (overhung rotors): یک شفت خمیده در دستگاهی با روتور آویزان (مانند یک پمپ عمودی) می‌تواند هارمونیک‌های قوی ۱x، ۲x و ۳x تولید کند.
• ماشین‌های رفت و برگشتی: حرکت غیر سینوسی پیستون‌ها و میل‌لنگ‌ها در موتورها و کمپرسورها به طور طبیعی طیف وسیعی از هارمونیک‌ها را تولید می‌کند.
• مشکلات الکتریکی: مشکلات موجود در موتورهای AC می‌تواند هارمونیک‌هایی با فرکانس خط (مثلاً ۱۲۰ هرتز در یک سیستم ۶۰ هرتز) ایجاد کند.
• مالش‌ها: یک سایش جزئی و سبک می‌تواند مجموعه‌ای از هارمونیک‌های مرتبه بالا، گاهی تا 10 برابر، 20 برابر یا حتی بیشتر، تولید کند.

ملاحظات تحلیل

هنگام تجزیه و تحلیل هارمونیک‌ها، توجه به موارد زیر مهم است:

• کدام هارمونیک غالب است؟ پاسخ به خطاهای احتمالی مختلفی اشاره دارد.
• چند هارمونیک وجود دارد؟ عدد بزرگ نشان دهنده شل بودن یا اعوجاج شدید است.
• روند دامنه چیست؟ افزایش دامنه هارمونیک‌ها در طول زمان نشان دهنده بدتر شدن وضعیت است.
• آیا آنها شعاعی هستند یا محوری؟ برای مثال، ناهم‌ترازی اغلب ارتعاش محوری بالایی را نشان می‌دهد، در حالی که عدم تعادل عمدتاً شعاعی است.

با بررسی الگوی کامل فرکانس‌های پایه و هارمونیک، یک تحلیلگر ارتعاش می‌تواند مشکلات دستگاه را با درجه اطمینان بالایی تشخیص دهد.

← بازگشت به فهرست اصلی