Määritelmä: Mikä on harmoninen yliaalto?

Värähtelyanalyysissä harmoninen on taajuus, joka on perustaajuuden täsmällinen kokonaislukukerta. Pyörivissä koneissa perustaajuus on tyypillisesti akselin pyörimisnopeus, jota kutsutaan 1. harmoniseksi taajuudeksi tai 1×. Seuraavat harmoniset yliaallot ovat kokonaislukukertoja: 2× (kaksi kertaa akselin nopeus), 3× (kolme kertaa) ja niin edelleen. Näitä taajuuksia kutsutaan myös tilaukset käyntinopeudesta tai synkroniset harmoniset yliaallot koska ne ovat synkronoitu tarkasti akselin pyörimisen kanssa.

Jos esimerkiksi moottori toimii 1 800 kierroksen minuutissa (30 Hz), sen harmoniset yliaallot esiintyvät 60 Hz:n (2×), 90 Hz:n (3×), 120 Hz:n (4×), 150 Hz:n (5×) ja niin edelleen. Harmoninen sarja on teoriassa ääretön, mutta käytännössä amplitudi pienenee suuremmilla kertaluvuilla, ja vain ensimmäiset muutamat harmoniset kertaluvut sisältävät diagnostista tietoa.

Harmonisen taajuuden määritelmä
fn = n × f1 = n × (RPM / 60)
jossa n = 1, 2, 3, 4... (harmoninen järjestys) ja f₁ = akselin pyörimistaajuus Hz:nä.

Harmoniset vs. aliharmoniset vs. ei-synkroniset huiput

Harmoniat ovat akselin nopeuden kokonaislukukertoja (2×, 3×, 4×…). Alisävelet ovat murtolukuja (½×, ⅓×, ¼×), ja ne osoittavat aina vakavia mekaanisia ongelmia. Epäsynkroniset huiput ovat taajuuksia, jotka eivät liity akselin nopeuteen — kuten laakerivikataajuudet, hammaskosketustaajuudet, verkkotaajuus (50/60 Hz) tai ominaistaajuudet - ja vaativat erilaisia diagnostisia lähestymistapoja. Huippu 3,57 x kierrosluvun kohdalla EI ole harmoninen; se on todennäköisesti laakerin vikataajuus.

Miksi harmonisia yliaaltoja syntyy?

Täydellisen lineaarisessa järjestelmässä, jota herättää puhdas sinimuotoinen voima (kuten täydellisesti tasapainotettu, täydellisesti kohdistettu roottori täydellisissä laakereissa), esiintyisi vain 1× perustaajuus. Todellinen koneisto ei ole koskaan täysin lineaarinen. Harmonisia yliaaltoja esiintyy aina, kun värähtelyn aaltomuoto vääristyy puhtaasta siniaallosta — aina kun järjestelmän vaste on epälineaarinen tai itse pakottava funktio ei ole sinimuotoinen.

Matematiikka: Fourierin lause

Fourierin lause mukaan mikä tahansa jaksollinen aaltomuoto — olipa se kuinka monimutkainen tahansa — voidaan purkaa siniaaltojen summaksi perustaajuudella ja sen kokonaislukukerrannaisia, joilla kullakin on tietty amplitudi ja vaihe. Värähtelyanalysaattoreiden käyttämä FFT-algoritmi (Fast Fourier Transform) suorittaa tämän hajotuksen laskennallisesti ja paljastaa signaalin harmonisen sisällön.

Puhtaassa siniaallossa on vain yksi taajuuskomponentti. Neliöaalto sisältää kaikki parittomat harmoniset aallot (1×, 3×, 5×, 7×...), joiden amplitudit pienenevät 1/n:nä. Sahalaita-aalto sisältää kaikki harmoniset aallot, joiden amplitudit pienenevät 1/n:nä. Särön erityinen muoto määrää, mitkä harmoniset aallot esiintyvät – tämä tekee harmonisesta analyysistä niin diagnostisesti tehokkaan.

Fysikaaliset mekanismit, jotka tuottavat harmonioita

  • Aaltomuodon leikkaus / katkaisu: Kun akselin liikettä rajoitetaan fyysisesti (laakeripesä, hankauskosketus), tuloksena oleva aaltomuoto leikataan, jolloin syntyy harmonisia yliaaltoja. Voimakkaampi leikkaus tuottaa enemmän harmonisia yliaaltoja.
  • Epäsymmetrinen jäykkyys: Jos järjestelmän jäykkyys vaihtelee värähtelyjakson positiivisen ja negatiivisen puoliskon välillä (halkeilleen akselin avautuminen/sulkeutuminen, erilainen jännitys- tai puristusjäykkyys kohdistusvirheiden vuoksi), syntyy parillisia harmonisia yliaaltoja (2×, 4×, 6×).
  • Vaikutustapahtumat: Jaksoittaiset iskut (löysät pultit, laakerivikojen iskut) luovat teräviä, lyhytkestoisia aaltomuotoja, joissa on erittäin runsaasti harmonista sisältöä - kuten rumpukepin tuottamat monet yläsävelet.
  • Epälineaariset palautusvoimat: Kun jäykkyys muuttuu siirtymän myötä (laakerit vaihtelevassa kuormituksessa, progressiivisen jousivakion kumikiinnikkeet), sinimuotoisen voiman vaste sisältää harmonisia yliaaltoja.
  • Parametrinen heräte: Kun järjestelmän ominaisuudet vaihtelevat jaksoittain akselin nopeuteen liittyvällä taajuudella, ne voivat synnyttää herätetaajuuden harmonisia yliaaltoja ja aliharmonisia.
Tärkein diagnostinen periaate

Se, mitkä harmoniat esiintyvät, niiden suhteelliset amplitudit ja mitkä puuttuvat, kertoo analyytikolle, mikä fysikaalinen mekanismi tuottaa epälineaarisuuden. Kokeneet analyytikot tutkivat spektrin koko harmonisen rakenteen – ei vain yleistä värähtelytasoa – tunnistaakseen erityiset vikamekanismit.

Yksityiskohtaiset vikasignatuurit — harmoniset kuviot

1× Dominoiva - epätasapaino

Hallitseva huippu 1×:n kohdalla ja minimaalinen määrä ylempiä harmonisia yliaaltoja on klassinen merkki siitä, että massan epätasapaino. Epätasapainovoima on luonnostaan sinimuotoinen (se pyörii akselin mukana 1 × taajuudella), mikä tuottaa taajuusalueelle puhtaan yksittäisen piikin.

Diagnostiset tiedot

  • Amplitudi: Proportionaalinen nopeuteen² (kaksinkertainen nopeus → 4 × amplitudi) ja verrannollinen epätasapainomassaan.
  • Vaihe: Vakaa, toistettava, yksiarvoinen. Muuttuu ennustettavasti koepainon lisäyksen myötä — tämä on kaikkien perusta. tasapainotusmenettelyt
  • Suunta: Pääasiassa säteittäinen; aksiaalinen 1× on vähäinen, ellei roottorissa ole merkittävää uloketta.
  • Vahvistus: Vastaus koepainoihin vahvistaa epätasapainon. Jos 1× ei reagoi koepainoihin, harkitse akselin taipumista, eksentrisyyttä tai resonanssia.
Kaikki 1×-tärinä ei ole epätasapainoa.

Useat olosuhteet aiheuttavat suuren 1 ×:n, jota EI voida korjata tasapainottamalla: taipunut akseli, akselin eksentrisyys, sähköinen juoksupoikkeama lähestymisantureissa, lämpövaikutuksista johtuva roottorin taipuma, kytkimen eksentrisyys ja resonanssi vahvistaminen. Varmista aina diagnoosi ennen tasapainottamisen aloittamista.

2× Dominoiva - Kohdistusvirhe

Voimakas 2. harmoninen, jonka amplitudi on usein verrattavissa 1× huippuun tai ylittää sen, on ensisijainen indikaattori akselin linjausvirhe. Kohdistusvirhe pakottaa akselin kulkemaan ei-sinusoidista reittiä jokaisen kierroksen aikana, mikä aiheuttaa vääristymiä, jotka tuottavat 2 × ja joskus suurempia harmonisia yliaaltoja.

Kulma- vs. yhdensuuntainen linjausvirhe

  • Kulmavirhe: Akselin keskilinjat leikkaavat kulmassa kytkimen kohdalla. Aiheuttaa suuren 1 × aksiaalivärähtelyn. Vaihe kytkimen poikki osoittaa ~180° siirtymää aksiaalisuunnassa.
  • Rinnakkainen (sivuttainen) epäkohdistus: Akselien keskilinjat ovat yhdensuuntaiset, mutta siirtyneet toisistaan. Aiheuttaa voimakasta 2 × säteittäistä värähtelyä, usein 2 × ≥ 1 ×. Vakavissa tapauksissa syntyy 3× ja 4× värähtelyä. Radiaalinen vaihe kytkimen yli osoittaa ~180° siirtymää.
  • Yhdistetty: Käytännössä molemmat ovat yleensä rinnakkain, jolloin syntyy eräänlainen sekoitus tunnuskuvista.

2×/1×-suhde diagnostisena indikaattorina

2×/1× suhde Todennäköinen tila Toiminta
< 0,25 Normaali; 2× esiintyy matalalla tasolla useimmissa koneissa. Ei toimenpiteitä vaadita
0.25 - 0.50 Lievä linjausvirhe mahdollinen; normaalia joillekin kytkintyypeille. Tarkista kohdistus; vertaa perustasoon
0.50 - 1.00 Todennäköisesti merkittävä kohdistusvirhe Suorita tarkka laserkohdistus
> 1,00 Vakava linjausvirhe; 2 × ylittää 1 ×:n arvon Kiireellinen - Kohdista uudelleen; tarkista kytkimen ja putken jännitys.

Useita harmonisia yliaaltoja - mekaaninen löysyys

Laaja sarja käyntinopeus harmonics (1×, 2×, 3×, 4×, 5×… to 10× or more) indicate mekaaninen löysyys. Iskut, kolina ja epälineaariset kosketus-/erotussyklit tuottavat äärimmäistä aaltomuodon vääristymää, joka hajoaa moniin harmonisiin komponentteihin.

Kolme erilaista löysyyttä

  • Tyyppi A - Rakenteellinen: Koneen ja perustuksen välinen yhteys on löysä (pehmeä jalka, halkeillut pohja, löysät ankkuripultit). Tuottaa suunnan 1× (suurempi löysässä suunnassa). Tärkein testi: kiristä/ löysää yksittäisiä pultteja ja seuraa samalla 1 × amplitudia.
  • Tyyppi B — Komponentti: Loose bearing liner in cap, loose cap on housing, excessive bearing clearance. Produces a family of harmonics, often with sub-harmonics (½×). Sub-harmonics are the key differentiator from misalignment (looseness, not misalignment, produces sub-harmonics).
  • Tyyppi C - laakerin istuin: Löysä juoksupyörä akselilla, löysä kytkentänapa, liiallinen laakerivälys, joka mahdollistaa roottorin pomppimisen. Tuottaa monia harmonisia yliaaltoja, joissa on laajakaistainen kohinalattian kohoaminen.
Aliharmoniset: Löysyyden tunnuspiirre

Subharmonisten (½×, ⅓×) äänien esiintyminen on luotettavin erottaja löysyyden ja virheen välillä. Virheellinen linjaus tuottaa 2× ja 3×, mutta harvoin subharmonisia ääniä. Löysyys (tyyppi B ja C) tuottaa tyypillisesti ½×, koska roottori koskettaa laakerin toista puolta yhdellä puolikierroksella ja pomppaa toiselle puolelle seuraavalla kierroksella - luoden kuvion, joka toistuu joka toinen kierros, joten ½×.

Muut harmonisia häiriöitä aiheuttavat olosuhteet

Taivutettu akseli

Tuottaa sekä 1×- että 2×-taajuista tärinää, jossa on voimakas aksiaalinen komponentti. Toisin kuin suuntausvirhe, taivutettu akseli ilmentää 1×:n suuruista värähtelyä, jota ei voida korjata tasapainottamalla (geometrinen epäkeskisyys, ei massan jakautuminen), sekä noin 180°:n aksiaalista vaihe-eroa akselin päiden välillä. 2×:n suuruinen värähtely johtuu epäsymmetrisestä jäykkyydestä, kun taivuma avautuu ja sulkeutuu pyörimisen aikana.

Mäntäkoneet

Moottorit, kompressorit ja edestakaiset koneet tuottavat luonnostaan runsaasti harmonisia spektrejä, koska männän ja kampiakselin liike on pohjimmiltaan ei-sinusmaista. Harmoninen kuvio riippuu sylinterien lukumäärästä, sytytysjärjestyksestä ja iskutyypistä (2-tahti vs. 4-tahti).

Roottorin hieronta

Osittainen hankaus (kosketus osan jokaisesta kierrosta) tuottaa monia korkeamman kertaluvun harmonisia yliaaltoja - joskus jopa 10×, 20× tai enemmän. Täydellinen rengasmainen hankaus (jatkuva 360°:n kosketus) tuottaa hallitsevia aliharmonisia (½×, ⅓×, ¼×) käänteisen prekessiomekanismin avulla.

Moottoreiden sähköiset ongelmat

Vaihtovirtamoottorit tuottavat värähtelyä verkkotaajuuden (50 tai 60 Hz) moninkertaisella taajuudella akselin nopeudesta riippumatta. Yleisin on 2 × verkkotaajuus (100 Hz 50 Hz:n järjestelmissä, 120 Hz 60 Hz:n järjestelmissä). Tämä EI ole akselin nopeuden harmoninen yliaalto - se on verkkotaajuuden harmoninen yliaalto, mikä on avain sähköisen ja mekaanisen värähtelyn erottamiseen toisistaan. . virran katkaisutesti on lopullinen: sähköinen tärinä vähenee välittömästi, kun virta katkaistaan, mutta mekaaninen tärinä säilyy sammutuksen aikana.

Roottorisauvojen viat aiheuttavat sivukaistoja noin 1×:n ympärille, joiden väli on napataajuudella (liukumataajuus × napojen lukumäärä). Nämä sivukaistat ovat hyvin lähellä 1×:ää (1–5 Hz:n sisällä), mikä edellyttää korkeaa resoluutiota zoom FFT analyysi ratkaisun löytämiseksi.

Epäsynkroniset taajuudet — eivät ole todellisia harmonisia taajuuksia.

Useita tärkeitä taajuuksia sekoitetaan joskus harmonisiin, mutta ne ovat itse asiassa riippumattomia akselin nopeudesta:

Taajuus Tyyppi Kaava Suhde RPM:ään Huomautukset
Laakerivikojen taajuudet BPFO, BPFI, BSF, FTF Muut kuin kokonaislukukertoimet (esim. 3,57×, 5,43×). Aina ei-synkroninen; riippuu laakerigeometriasta.
Vaihteiden kytkeytymistaajuus GMF = #hampaat × RPM Kokonaisluku, mutta hyvin korkea järjestys Teknisesti harmoninen, mutta analysoidaan erikseen
Terän/siiven läpikulku BPF = terien lukumäärä × kierrosluku Kokonaislukukerranne Normaali; liiallinen amplitudi osoittaa ongelmaa
Linjan taajuus FL = 50 tai 60 Hz Ei liity RPM:ään Sähköinen; katoaa, kun virta katkaistaan
Ominaistaajuudet fn = √(k/m)/2π Korjattu; ei liity RPM:ään Vakiotaajuus nopeuden muutoksista riippumatta
Hihnataajuudet fhihna = kierrosluku × π × halkaisija / pituus Alisynkroninen (< akselin nopeus) Hihnataajuus ja sen harmoniset 2×, 3×, 4× BF

Analyysiopas — Harmonisten kuvioiden tulkitseminen

Vaihe 1: Tunnista peruskomponentti (1×)

Etsi akselin pyörimisnopeutta vastaava 1×-piikki. Tarkista käyttämällä kierroslukumittari tai moottorin tyyppikilvestä. Nopeussäädettävissä koneissa 1× on määritettävä tarkasti jokaisen mittauksen yhteydessä.

Vaihe 2: Luetteloi kaikki huiput

Määritä jokaisen merkittävän piikin osalta: onko se 1×:n (todellinen harmoninen) täsmällinen kokonaislukukerroin? Onko se murtolukukertainen (aliharmoninen)? Onko se riippumaton akselin nopeudesta (ei-synkroninen)? Käytä analysaattorin harmonisia kursoriominaisuuksia tehokkuuden varmistamiseksi.

Vaihe 3: Tutki amplitudikuviota.

  • Mikä harmoninen yliaalto on hallitseva? → Osoittaa tietyn vian
  • Kuinka monta harmoniaa on läsnä? → Enemmän = voimakkaampi särö
  • Onko 2× suurempi kuin 1×? → Todennäköinen linjausvirhe
  • Onko aliharmonisia komponentteja? → Löysyys, hankautuminen tai öljypyörre
  • Väheneekö amplitudi järjestyksen myötä (1/n vaimeneminen)? → Tyypillistä väljyydelle

Vaihe 4: Tarkista suuntaavuus

  • Suuri säteittäinen, pieni aksiaalinen: Epätasapaino tai löysyys
  • Korkea aksiaalinen: Linjausvirhe (erityisesti kulmalinjausvirhe) tai taipunut akseli.
  • Suuntainen säteittäinen: Rakenteellinen löysyys (suurempi löysän suuntaan)

Vaihe 5: Trendi ajan kuluessa

  • Ovatko harmoniset amplitudit kasvussa? → Vika etenee
  • Ilmestyykö uusia harmonisia komponentteja? → Uusi vikamekanismi kehittyy
  • Nouseeko kohinapohja? → Yleinen kuluminen tai myöhäisvaiheen vika

Vaihe 6: Korreloi vaihetietojen kanssa

  • Epätasapaino: 1× vaihe on vakaa ja toistettavissa
  • Väärin kohdistus: 1× tai 2× vaihe osoittaa ~180° kytkimen yli.
  • Löyhyys: Vaihe on epävakaa, voi siirtyä satunnaisesti mittausten välillä.

Käytännössä kaikki kuusi vaihetta voidaan suorittaa paikan päällä kannettavalla kaksikanavaisella mittalaitteella, kuten Balanset-1A: asenna kiihtyvyysanturit, mittaa taajuusspektri ja 1×-vaihe koneen käydessä ja vertaa harmonisten värähtelyjen kuviota suoraan yllä olevaan diagnoositaulukkoon — korjaa sitten mahdollinen jäännösepätasapaino ilman, että roottoria tarvitsee irrottaa.

Tapaustutkimukset - Harmoninen analyysi todellisessa maailmassa

Tapaus 1: Moottori-pumppu – onko kyseessä epätasapaino vai kohdistusvirhe?

Kone: 30 kW:n moottori, joka pyörittää keskipakopumppua 2960 kierrosta minuutissa joustavan kytkimen kautta. Kokonaisvärähtely: 6,2 mm/s moottorin vetopään laakerissa.

Spektri: 1× = 4,1 mm/s, 2× = 3,8 mm/s, 3× = 1,2 mm/s. Suhde 2×/1× = 0,93.

Suunta: Korkea säteittäinen 2 × molemmissa vetopään laakereissa. Aksiaalinen 1× kytkimessä: moottori = 2,8 mm/s, pumppu = 3,1 mm/s 165° vaihe-erolla.

Diagnoosi: Yhdistetty kulma- ja yhdensuuntainen linjausvirhe. Lähelle 1,0:a lähestyvä 2×/1×-suhde, korkeat aksiaaliset lukemat ja ~180°:n vaihe kytkennän poikki vahvistavat kaiken. EI epätasapainoa — vaikka 1× on koholla, 2×-kuvio on todellinen tarina.

Toiminto: Laserkohdistus suoritettu. Suuntauksen jälkeen: 1× = 0,8 mm/s, 2× = 0,3 mm/s. Kokonaisarvo laski 1,1 mm/s:iin – 82 %:n vähennys.

Tapaus 2: Tuuletin – miksi tasapainotus ei toimi?

Kone: Keskipakopuhallin 1480 RPM. Tärinä: 8,5 mm/s. Edellinen tasapainotusyritys vähensi tärinää 1 ×, mutta kokonaistärinä pysyi korkeana.

Spektri: 1× = 2,1 mm/s (alhainen tasapainotuksen jälkeen), 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.

Diagnoosi: Mekaaninen löysyys (tyyppi B). Harmoninen perhe, jossa on ½ × aliharmoninen, on allekirjoitus. Tasapainotus korjasi 1×, mutta ei pystynyt puuttumaan löysyyden aiheuttamiin harmonisiin, jotka hallitsevat kokonaisvärähtelyä.

Toiminto: Tarkastuksessa havaittiin, että laakeripesä oli 0,08 mm löysällä jalustan reiässä. Laakeripesä porattiin suuremmaksi ja uusi laakeri asennettiin. Korjauksen jälkeen: kaikki harmoniset komponentit laskivat perustasolle. Kokonaisarvo: 1,4 mm/s.

Tapaus 3: Kompressorin moottori – sähköinen vai mekaaninen?

Kone: 4-napainen, 50 Hz:n induktiomoottori, jonka kierrosluku on 1485 kierrosta minuutissa ja joka käyttää ruuvikompressoria. Tärinä kasvoi 2,0 mm/s:stä 5,5 mm/s:ään 3 kuukauden aikana.

Spektri: Dominoiva huippu 100 Hz:ssä (= 2FL). Lisäksi: 1× 24,75 Hz:n taajuudella = 1,2 mm/s, sivukaistat 1×:n ympärillä ±1,0 Hz:n välein.

Tärkein testi: Virta katkesi - 100 Hz:n huippuarvo laski nollaan yhden kierroksen aikana. 1 × sivukaistat säilyivät myös alasajon aikana.

Diagnoosi: Kaksi ongelmaa: (1) Sähköinen - staattorin eksentrisyys aiheuttaa 2FL:n. (2) Mekaaninen - 1 × sivukaistat ±1,0 Hz:n taajuudella (= navan läpimenotaajuus 4-napaisessa moottorissa, jossa on 1,0%:n luisto) viittaavat roottoripalkin vian kehittymiseen.

Toiminto: Moottori lähetetään kelattavaksi. Vahvistettu: 2 rikkinäistä roottorijohdetta + staattorin eksentrisyys pohjan notkahduksen vuoksi. Kelauksen ja välilevytyksen jälkeen: tärinä 1,6 mm/s.

Vibromera-laitteet harmonista analyysia varten

The Balanset-1A ja Balanset-4 tarjota reaaliaikaista FFT-spektrianalyysi harmonisen kursorin seurannan avulla, mikä mahdollistaa 1×, 2× ja 3× kuvioiden kenttätunnistuksen ja vianmäärityksen. Laitteissa yhdistyvät värähtelyanalyysi diagnostiikkaa ja tarkkuutta varten. tasapainottaminen korjaus — ongelman tunnistaminen ja korjaaminen yhdellä laitteella.

← Takaisin sanastohakemistoon