Razumijevanje asinkronih vibracija
Definicija: Što je asinkrona vibracija?
Asinkrone vibracije (također se naziva nesinkrona vibracija) je vibracija na frekvencijama koje nisu točni cjelobrojni višekratnici (redovi brojeva) brzine vrtnje osovine. Za razliku od sinkrone vibracije iz neravnoteža ili neusklađenost (što se uvijek pojavljuje pri 1×, 2×, 3× brzini rada), asinhrone vibracije se javljaju na frekvencijama određenim geometrijom komponente, elektromagnetskim efektima ili vanjskim izvorima, a ne rotacijom osovine.
Razumijevanje razlike između sinkronih i asinkronih vibracija temeljno je za dijagnostiku strojeva jer pomaže u identificiranju izvora vibracija: sinkrone komponente ukazuju na rotirajuću masu ili geometrijske probleme, dok asinkrone komponente ukazuju na probleme s kotrljajućim elementima, električne kvarove ili utjecaje izvan samog rotora.
Uobičajeni izvori asinkronih vibracija
1. Nedostaci ležaja kotrljajućih elemenata (najčešći)
Primarni izvor asinhronih vibracija:
- Frekvencije kvarova ležaja: BPFO, BPFI, BSF, FTF nisu točni višekratnici brzine vratila
- Primjer: Motor od 1800 o/min (30 Hz), BPFO može biti 107 Hz (3,57 × brzina osovine, nije cijeli broj)
- Dijagnostička vrijednost: Asinkrone frekvencije odmah ukazuju na problem s ležajem
- Analiza omotnice: Primarna tehnika za detekciju asinhronih komponenti ležaja
2. Električne frekvencije
Elektromagnetske vibracije koje nisu povezane s brzinom osovine:
- 2× Linijska frekvencija: 120 Hz (sustavi od 60 Hz) ili 100 Hz (50 Hz), neovisno o brzini motora
- Primjer: 2-polni motor od 60 Hz radi na 3550 okretaja u minuti (59,2 Hz), ali vibracije 2×f na 120 Hz (2,03× brzina osovine)
- Frekvencija prolaska kroz motku: Ne mora biti točan cijeli višekratnik
- VFD harmonici: Frekvencije preklapanja nisu povezane s brzinom osovine
3. Vanjski izvori
- Susjedna oprema: Vibracije koje se prenose s obližnjih strojeva
- Zgrada/Temelji: Strukturne rezonancije na fiksnim frekvencijama
- Pulsacije procesa: Valovi tlaka u cjevovodima
- Akustične rezonancije: Stojni valovi u kanalima ili kućištima
4. Subsinkrone nestabilnosti
- Uljni vrtlog: Tipično 0,42-0,48 × brzina osovine (ne točno polovica)
- Uljni bič: Blokira na prirodnoj frekvenciji, nije povezano s brzinom osovine
- Nestabilnosti brtvi: Često na frekvencijama određenim dinamikom fluida
5. Slučajne vibracije
- Kavitacija: Slučajni kolaps mjehurića, širokopojasni pristup
- Turbulencija: Slučajne fluktuacije protoka
- Trljanje: Kaotičan kontakt stvara neperiodične vibracije
Identifikacija u Spektri
Karakteristike spektra
- Fiksna frekvencija: Pojavljuje se na istoj vrijednosti Hz bez obzira na promjene brzine
- Promjene narudžbe: Ako se brzina mijenja, asinhrone frekvencije mijenjaju redoslijed (× omjer brzine osovine)
- Vodopadni prikaz: Asinkrone komponente se pojavljuju kao okomite linije; sinkrone kao dijagonalne
- Spektar narudžbe: Asinkroni vrhovi pri necijelobrojnim redovima (2,47×, 3,57×, itd.)
Dijagnostički postupak
- Odredite brzinu trčanja: Od 1× vršne vrijednosti ili tahometara
- Izračunaj narudžbe: Podijelite svaku vršnu frekvenciju s frekvencijom brzine rada
- Cjelobrojni nalozi: Sinkrone vibracije (1,00×, 2,00×, 3,00×)
- Narudžbe koje nisu cijeli brojevi: Asinkrone vibracije (2,47×, 3,57×, itd.)
- Podudaranje s vrstama kvarova: Usporedite izračunate frekvencije s frekvencijama ležajeva, električnim frekvencijama itd.
Dijagnostički značaj
Nedostaci ležaja
- Asinkrone frekvencije na BPFO, BPFI, BSF odmah ukazuju na problem s ležajem
- Izračunajte frekvencije ležajeva i usporedite ih s opaženim vrhovima
- Podudaranje unutar ±5% potvrđuje kvar ležaja
- Harmonici i bočni pojasevi pružaju dodatnu potvrdu
Elektromagnetski problemi
- 2× mrežna frekvencija na 100/120 Hz ukazuje na probleme sa statorom ili zračnim rasporom
- Fiksna frekvencija neovisna o promjenama brzine
- Trenutna analiza potvrđuje električno porijeklo
Vanjske vibracije
- Vrhovi koji nisu povezani s brzinom stroja ili ležajevima
- Može odgovarati brzinama obližnje opreme
- Potrebna je istraga izvora
- Potrebna je izolacija ili korekcija izvora
Tehnike analize asinkronih vibracija
Analiza omotnice
- Primarna tehnika za otkrivanje nedostataka ležaja
- Poboljšava asinhrone ponavljajuće udarce
- Potiskuje sinkrone niskofrekventne komponente
- Jasno prikazuje frekvencije ležajeva
Visokofrekventno ubrzanje
- Asinkroni defekti ležajeva često u visokofrekventnom području (> 1 kHz)
- Koristite akcelerometre i visoke Fmax postavke
- Detektira udarce i visokofrekventne rezonancije
Analiza kepstruma
- Učinkovito za pronalaženje periodičnih uzoraka u asinhronim signalima
- Detektira obitelji harmonika ili bočnih pojaseva
- Korisno za složene potpise ležajeva i zupčanika
Praktični primjeri
Motor s defektom ležaja
- Brzina trčanja: 1750 okretaja u minuti (29,17 Hz)
- Sinkrone komponente: 1× na 29,17 Hz, 2× na 58,34 Hz
- Asinkrona komponenta: Vrhunac na 107 Hz (3,67 × brzina osovine)
- Dijagnoza: 107 Hz odgovara izračunatom BPFO → defekt vanjskog prstena
- Potvrda: Asinkrona priroda potvrđuje problem s ležajem, a ne s rotorom
VFD motor s promjenjivom brzinom
- Brzina motora varira od 1200 do 1800 okretaja u minuti
- 1× vršni pomak brzinom (sinkrono)
- Vrh od 120 Hz ostaje fiksan (asinkrona 2× mrežna frekvencija)
- Dijagnoza: Elektromagnetska komponenta iz napajanja od 60 Hz
Asinkrone vibracije predstavljaju zasebnu klasu vibracija strojeva s jedinstvenim dijagnostičkim implikacijama. Prepoznavanje asinkronih komponenti putem njihovih necijelobrojnih odnosa reda, fiksnih frekvencija unatoč promjenama brzine ili vertikalnih značajki u vodopadnim dijagramima omogućuje točnu identifikaciju nedostataka ležajeva, električnih problema i vanjskih utjecaja, vodeći odgovarajuće dijagnostičke i korektivne strategije.