진동 분석에서 고조파 이해

정의: 하모닉이란 무엇인가?

진동 분석에서는 고조파 기본 주파수의 정수배인 주파수입니다. 기본 주파수는 일반적으로 샤프트의 회전 속도와 같이 시스템의 주요 구동 주파수입니다. 이 기본 주파수를 1차 고조파 또는 1배. 그 다음의 고조파는 다음과 같습니다.

• 그리고 2차 고조파(2x) 기본 주파수의 정확히 두 배인 주파수입니다.
• 그리고 3차 고조파(3x) 기본 주파수의 정확히 3배의 주파수입니다.
• 이런 식으로 (4배, 5배, 6배…).

예를 들어, 모터가 1,800RPM(30Hz)으로 작동하면 진동 스펙트럼에서 고조파는 60Hz(2배), 90Hz(3배), 120Hz(4배) 등으로 나타납니다.

고조파는 왜 생성되는가?

순수 사인파 강제 함수를 갖는 완벽하게 선형적인 시스템(완벽하게 균형 잡힌 회전자처럼)에서는 기본 주파수의 1배만 생성됩니다. 그러나 실제 기계는 완벽하게 선형적이지 않습니다. 고조파는 부품의 운동이 왜곡되거나 비사인파일 때 생성됩니다. 이러한 왜곡은 다양한 기계적 및 전기적 조건으로 인해 발생할 수 있습니다. 따라서 특정 고조파의 존재와 진폭은 강력한 진단 지표입니다.

고조파의 일반적인 원인 및 진단 가치

진동 스펙트럼의 고조파 패턴은 기계 고장의 근본 원인을 알아내는 데 귀중한 단서를 제공합니다.

높은 1x 진폭(기본)

1x에서의 지배적인 피크는 일반적으로 다음과 연관됩니다. 불균형편심과 구부러진 샤프트도 강력한 1x 신호를 생성합니다.

높은 2배 진폭(2차 고조파)

1x 피크와 진폭이 비슷한 경우가 많은 강력한 2차 고조파는 고전적 지표입니다. 샤프트 정렬 불량정렬 불량으로 인해 샤프트는 매 회전마다 두 번씩 휘어지며, 이로 인해 2배의 강한 주파수 성분이 생성됩니다. 심각한 평행 정렬 불량은 3배 및 4배의 고조파를 생성할 수도 있습니다.

하모닉의 "패밀리"(1x, 2x, 3x, 4x, 5x…)

여러 개의 실행 속도 고조파가 연속적으로 나타나는 경우 이는 다음의 주요 특징입니다. 기계적 느슨함느슨한 부품(예: 하우징 내 느슨한 베어링이나 기계 받침대의 느슨한 볼트)으로 인해 발생하는 충격과 비선형 운동은 진동 신호를 왜곡하고 풍부한 고조파 패턴을 생성합니다. 느슨함이 심할수록 고조파가 더 많이 발생합니다.

고조파의 다른 원인

• 오버헝 로터: 수직 펌프와 같이 돌출된 로터가 있는 기계의 구부러진 샤프트는 강한 1x, 2x, 3x 고조파를 생성할 수 있습니다.
• 왕복 운동 기계: 엔진과 압축기의 피스톤과 크랭크샤프트의 비사인파 운동은 자연스럽게 다양한 고조파 스펙트럼을 생성합니다.
• 전기 문제: AC 모터의 문제는 회선 주파수의 고조파를 생성할 수 있습니다(예: 60Hz 시스템에서 120Hz).
• 마찰: 가볍고 부분적인 마찰로 인해 일련의 고차 고조파가 생성될 수 있으며, 때로는 10배, 20배, 심지어 그 이상까지 발생할 수 있습니다.

분석 고려 사항

고조파를 분석할 때 다음 사항을 고려하는 것이 중요합니다.

• 어떤 고조파가 지배적입니까? 답변은 다양한 잠재적 결함을 지적합니다.
• 고조파는 몇 개나 존재합니까? 숫자가 많으면 느슨함이나 심각한 왜곡을 나타냅니다.
• 진폭 추세는 무엇입니까? 시간이 지남에 따라 고조파의 진폭이 증가하면 상황이 악화되고 있음을 나타냅니다.
• 방사형인가요, 축형인가요? 예를 들어, 정렬 불량은 종종 높은 축 진동을 나타내는 반면, 불균형은 주로 방사형입니다.

진동 분석가는 기본 주파수와 고조파 주파수의 전체 패턴을 조사하여 높은 신뢰도로 기계 문제를 진단할 수 있습니다.

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