Comprensione delle armoniche nell'analisi delle vibrazioni

Definizione: Che cos'è un'armonica?

Nell'analisi delle vibrazioni, un armonico è una frequenza che è un multiplo intero di una frequenza fondamentale. La frequenza fondamentale è tipicamente la frequenza di pilotaggio primaria di un sistema, come la velocità di rotazione di un albero. Questa frequenza fondamentale è definita prima armonica o 1xLe armoniche successive sono:

• Il 2a armonica (2x) è la frequenza esattamente due volte quella fondamentale.
• Il 3a armonica (3x) è la frequenza esattamente tre volte quella fondamentale.
• E così via (4x, 5x, 6x…).

Ad esempio, se un motore funziona a 1.800 giri/min (30 Hz), le sue armoniche appariranno nello spettro delle vibrazioni a 60 Hz (2x), 90 Hz (3x), 120 Hz (4x) e così via.

Perché vengono generate le armoniche?

In un sistema perfettamente lineare con una funzione di forzatura sinusoidale pura (come un rotore perfettamente bilanciato), verrebbe generata solo la frequenza fondamentale 1x. Tuttavia, i macchinari reali non sono perfettamente lineari. Le armoniche vengono generate quando il movimento di un componente è distorto o non sinusoidale. Questa distorsione può essere causata da una varietà di condizioni meccaniche ed elettriche. La presenza e l'ampiezza di armoniche specifiche sono quindi potenti indicatori diagnostici.

Cause comuni e valore diagnostico degli armonici

Lo schema delle armoniche in uno spettro di vibrazioni fornisce indizi preziosi sulla causa principale di un guasto a una macchina.

Ampiezza elevata 1x (il fondamentale)

Un picco dominante a 1x è più comunemente associato a sbilanciareAnche l'eccentricità e gli alberi piegati producono un forte segnale 1x.

Ampiezza 2x elevata (2a armonica)

Una forte seconda armonica, spesso paragonabile in ampiezza al picco 1x, è un indicatore classico di disallineamento dell'alberoIl disallineamento costringe l'albero a piegarsi due volte durante ogni giro, producendo una forte componente di frequenza 2x. Un grave disallineamento parallelo può anche produrre armoniche 3x e 4x.

Una “famiglia” di armoniche (1x, 2x, 3x, 4x, 5x…)

Quando vedi una serie di molte armoniche di velocità di corsa, è la firma primaria di allentamento meccanicoGli impatti e il movimento non lineare creati da componenti allentati (come un cuscinetto allentato nel suo alloggiamento o un bullone allentato su un piede di macchina) distorcono il segnale di vibrazione e generano un ricco spettro di armoniche. Quanto più grave è l'allentamento, tanto più armoniche saranno presenti.

Altre cause di armoniche

• Rotori sporgenti: Un albero piegato su una macchina con un rotore sporgente (come una pompa verticale) può generare forti armoniche 1x, 2x e 3x.
• Macchine alternative: Il movimento non sinusoidale dei pistoni e degli alberi motore nei motori e nei compressori genera naturalmente un ricco spettro di armoniche.
• Problemi elettrici: I problemi nei motori a corrente alternata possono generare armoniche della frequenza di linea (ad esempio, 120 Hz in un sistema a 60 Hz).
• Strofinamenti: Uno sfregamento leggero e parziale può generare una serie di armoniche di ordine elevato, a volte fino a 10x, 20x o anche di più.

Considerazioni sull'analisi

Quando si analizzano le armoniche, è importante considerare:

• Quale armonica è dominante? La risposta indica diversi potenziali guasti.
• Quante armoniche sono presenti? Un numero elevato suggerisce allentamento o grave distorsione.
• Qual è l'andamento dell'ampiezza? Un aumento dell'ampiezza delle armoniche nel tempo indica un peggioramento della condizione.
• Sono radiali o assiali? Ad esempio, il disallineamento spesso provoca forti vibrazioni assiali, mentre lo squilibrio è principalmente radiale.

Esaminando il modello completo delle frequenze fondamentali e armoniche, un analista delle vibrazioni può diagnosticare i problemi delle macchine con un elevato grado di affidabilità.

← Torna all'indice principale