Capire le subarmoniche

1. Definizione: Che cosa è un subarmonico?

A Subarmonico è una componente di frequenza in un vibrazione spettro che si verifica a una frazione intera di una frequenza forzante fondamentale. Nell'analisi dei macchinari, quella frequenza fondamentale è quasi sempre la velocità di corsa (1X).

Le subarmoniche appaiono a frequenze come 1/2X, 1/3X, 1/4X, ecc. e sono anche chiamate sub-sincrono vibrazioni perché si verificano a una frequenza inferiore alla velocità sincrona principale (1X). La presenza di una serie di subarmoniche (ad esempio, 1/2X, 3/2X, 5/2X) è un segno classico di specifici tipi di guasti alle macchine.

2. Cause primarie delle subarmoniche

Le subarmoniche non sono comuni quanto le armoniche (2X, 3X), ma quando compaiono, sono spesso un forte indicatore di uno dei seguenti problemi:

a) Allentamento meccanico

Questa è la causa più comune di subarmoniche, in particolare la componente 1/2X. Quando un componente è allentato, come un cuscinetto nel suo alloggiamento o un bullone di montaggio allentato, può introdurre un effetto di "rimbalzo" o "sferragliamento" non lineare. Questo tipo di impatto può eccitare il sistema in modo tale che risponda a una frequenza pari alla metà della frequenza di forzatura principale (1X).

Uno spettro che mostra un picco 1X accompagnato da una serie di subarmoniche a 1/2X, 3/2X (1,5X), 5/2X (2,5X), ecc., è un chiaro segno di grave lasco strutturale. La lascosità consente impatti che si verificano effettivamente a ogni due giri dell'albero, generando la famiglia di picchi 1/2X.

b) Instabilità del cuscinetto portante

Nelle macchine con cuscinetti a film fluido o cuscinetti portanti, le subarmoniche sono un indicatore critico di instabilità del film d'olio. Si tratta di vibrazioni autoeccitate che derivano dalla dinamica del cuneo d'olio che sostiene l'albero.

• Vortice d'olio: Questo fenomeno si verifica in genere a una frequenza compresa tra 0,42 e 0,48 volte la velocità di rotazione. È causato dal film d'olio stesso che inizia a ruotare (turbinare) all'interno del gioco del cuscinetto, spingendo l'albero. Spesso si verifica un picco netto e distinto al di sotto di 0,5 volte.
• Frusta d'olio: Questa è una forma più grave di instabilità che si verifica quando la frequenza del vortice dell'olio coincide con la prima frequenza naturale del rotore (velocità critica). Quando ciò accade, la vibrazione può diventare molto violenta e distruttiva. La frequenza si "blocca" sulla frequenza naturale e non cambia nemmeno se si aumenta la velocità della macchina.

c) Altre cause

• Problemi alla trasmissione a cinghia: Una cinghia usurata o danneggiata può talvolta generare frequenze subarmoniche correlate alla velocità di rotazione della cinghia, che è solitamente inferiore alla velocità della puleggia motrice o condotta.
• Frequenze di passaggio delle pale o delle palette: In alcuni casi, con pompe o ventilatori, i picchi sub-sincroni possono essere correlati alla turbolenza del flusso o alle condizioni di stallo rotante, che potrebbero non essere frazioni esatte di 1X ma sono comunque al di sotto della velocità di funzionamento.

3. Analisi e conferma

Quando si osservano subarmoniche in uno spettro, è fondamentale identificarne la frequenza esatta. Un picco esattamente a 0,50X è molto probabilmente correlato a un'assenza di armoniche. Un picco a 0,47X è quasi certamente correlato a un vortice d'olio. La presenza di una serie completa (1/2X, 3/2X, ecc.) conferma fortemente l'assenza di armoniche.

Analizzando il forma d'onda del tempo può anche essere utile. L'allentamento spesso mostra segni di impatto o troncamento, mentre il vortice d'olio può apparire come un segnale modulante più complesso.

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