Asinchroninės vibracijos supratimas
Asinchroninė vibracija (dar vadinama nesinchronine vibracija) yra vibracija dažniais, kurie yra ne tikslūs sveikųjų skaičių kartotiniai — užsakymai — veleno sukimosi greičio. Skirtingai nei sinchroninė vibracija iš disbalansas arba nesutapimas (kuris visada pasiekia 1×, 2×, 3× važiavimo greitį), asinchroninis virpesys atsiranda dažniais, kuriuos lemia ne pats veleno sukimasis, o komponentų geometrija, elektromagnetiniai reiškiniai arba išoriniai šaltiniai.
Gebėjimas atskirti sinchroninį turinį nuo asinchroninio yra vienas iš pagrindinių įgūdžių mašinų srityje diagnostika, nes toks suskirstymas iš karto susiaurina priežasties paiešką. Sinchroninės sudedamosios dalys rodo, kad problema susijusi su besisukančia mase arba su rotoriumi susijusiais geometriniais trūkumais; tuo tarpu asinchroninės sudedamosios dalys rodo, kad problema susijusi su ritininių elementų defektais, elektriniais gedimais arba veiksniais, kylančiais už rotoriaus ribų. Teisingas šis klasifikavimas ankstyvoje stadijoje padeda analitikui išvengti, pavyzdžiui, mašinos balansavimo, kai tikroji problema yra gedimas guolyje.
1. Sinchroninis ir asinchroninis: pagrindinis skirtumas
Riba visiškai apibrėžiama užsakymas — vibracijos dažnio ir sukimosi dažnio santykis. Piko vertė, atitinkanti tikslų sveikąjį laipsnį, yra sinchroninė ir susieta su veleno sukimusi; piko vertė, atitinkanti trupmeninį laipsnį, yra asinchroninė ir priklauso nuo kito dažnio.
- Sinchroninis (sveikųjų skaičių eilės): 1,00×, 2,00×, 3,00× — disbalansas, nesutapimas, a sulenktas velenas, certain laisvumas patterns.
- Asinchroninis (ne sveikųjų skaičių užsakymai): 2,47×, 3,57×, 0,45× — guolių defektai, elektros linijos, subsinchroninis nestabilumas ir išoriniai šaltiniai.
Naudinga pakategorė yra subharmoninis — energy žemiau 1× (pavyzdžiui, 0,5× piko vertė, atsirandanti dėl didelio laisvumo ar trinties). Subharmonikos yra asinchroninio turinio forma, ir jos egzistuoja kartu su toliau aptariamomis subsinchroninėmis nestabilumais.
2. Dažniausi asinchroninių vibracijų šaltiniai
Ritininiai guoliai: defektai (dažniausiai pasitaikantys)
Neabejotinai pagrindinis asinchroninių vibracijų šaltinis:
- Guolių gedimų dažniai: BPFO, BPFI, BSF ir FTF priklauso nuo guolio geometrijos ir niekada nėra lygūs tikslūs veleno sukimosi dažnio kartotuvai.
- Pavyzdys: 1800 aps/min variklis (30 Hz) gali rodyti BPFO dažnį 107 Hz – tai yra 3,57 kartus didesnis už veleno greitį, o tai akivaizdžiai nėra sveikas skaičius.
- Diagnostinė vertė: Asinchroninis dažnis iš karto kelia įtarimą, kad yra guolio gedimas.
- Aptikimas: gaubtinės analizė yra pagrindinis būdas aptikti šiuos elementus, dažnai gerokai anksčiau, nei jie pasirodo įprastiniame spektre.
Elektros dažniai
Elektromagnetiniai virpesiai, nesusiję su veleno greičiu:
- 2× tinklo dažnis: 120 Hz, kai maitinimas yra 60 Hz, arba 100 Hz, kai maitinimas yra 50 Hz, nepriklausomai nuo variklio sūkių skaičiaus.
- Pavyzdys: 2-polių 60 Hz variklis sukasi maždaug 3550 aps/min (59,2 Hz) greičiu, tačiau jo vibracijos dažnis, lygus dvigubam tinklo dažniui, yra 120 Hz – tai 2,03 karto didesnis už veleno greitį (asinchroninis variklis).
- Polių praėjimo dažnis: gali nebūti tikslus sveikasis kartotinis.
- VFD harmonics: Pavaros perjungimo dažniai neturi jokio ryšio su veleno greičiu.
Išoriniai šaltiniai
- Prie gaminio pridedama įranga: vibracija, perduodama per grindis iš netoliese esančių mašinų.
- Pastatas arba pamatai: struktūriniai rezonansai fiksuotais dažniais.
- Proceso svyravimai: vamzdynuose sklindančios slėgio bangos.
- Akustiniai rezonansai: stovinčiosios bangos ortakiuose ar uždarose erdvėse.
Pusiau sinchroniniai nestabilumai
- Alyvos sūkurys: paprastai 0,42–0,48 kartus didesnis už veleno greitį (ne visai pusė).
- Aliejaus bičas: prisitvirtina prie rotoriaus savasis dažnis, o ne sukimosi greičiui.
- Plombų nestabilumas: dažnai dažniais, kuriuos nulemia skysčių dinamika. Tai yra klasikiniai pavyzdžiai rotoriaus nestabilumas.
Atsitiktinis virpesys
- Kavitacija: atsitiktinis burbulo sprogimas, plačiajuostis ryšys.
- Turbulencija: atsitiktiniai srauto svyravimai.
- Trina: chaotiškas sąlytis, sukuriantis neperiodinius virpesius.
3. Identifikavimas spektruose
Spektro charakteristikos
- Fiksuotas dažnis: Rodoma ta pačia Hz verte, nepriklausomai nuo greičio pokyčių
- Order shifts: jei greitis kinta, asinchroninio variklio dažnis keičia jo apsisukimų skaičių (nes apsisukimų skaičius yra lygus dažniui padalintam iš veleno greičio).
- Krioklių diagrama: asinchroniniai komponentai rodomi kaip vertical linijos, sinchroniniai komponentai, pavyzdžiui, diagonal linijos — pats intuityviausias būdas jas atskirti.
- Užsakymo spektras: asinchroniniai pikai pasiekiami ne sveikųjų skaičių eilėse (2,47×, 3,57× ir t. t.).
Diagnostinė procedūra
- Nustatyti bėgimo greitį nuo 1× piko arba, tiksliau, nuo tachometras.
- Apskaičiuoti užsakymus padalijant kiekvieną maksimalią dažnio vertę iš važiavimo greičio dažnio.
- Integer orders (1,00×, 2,00×, 3,00×) veikia sinchroniškai.
- Ne sveikųjų skaičių užsakymai (2,47×, 3,57×) yra asinchroniniai.
- Suderinti su gedimų tipais palyginant apskaičiuotus dažnius su elektros linijų dažniais ir pan.
Mašinose su kintamu greičiu šis atskyrimas yra aiškesnis, kai užsakymų analizė, kuri dažnių ašį susieja su bėgimo greičio kartotuvais taip, kad sinchroniniai pikai lieka nejudantys, o asinchroniniai – juda.
4. Diagnostinė reikšmė
Guolių defektai
- Asinchroniniai pikai BPFO, BPFI arba BSF rodo, kad guolio problema.
- Apskaičiuokite teorinius guolių dažnius ir palyginkite juos su stebėtais maksimais.
- Jei nuokrypis neviršija ±5 %, tai patvirtina guolio gedimą.
- Harmonikos ir šoninės juostos defektų dažnio duomenys tai dar kartą patvirtina.
Aritmetiką galima sutrumpinti naudojant guolių gedimų dažnio skaičiuoklė, kuri tiesiogiai iš šarnyro geometrijos ir veleno sukimosi greičio apskaičiuoja BPFO, BPFI, BSF ir FTF vertes.
Elektromagnetinės problemos
- 2× tinklo dažnio linija, veikianti 100/120 Hz dažniu, nurodo stator arba air-gap problemų.
- Dažnis išlieka pastovus, nepriklausomai nuo greičio svyravimų.
- Variklio srovės analizė patvirtina, kad gedimas yra elektrinės kilmės.
Išorinė vibracija
- Smailės, kurios neatitinka nei mašinos greičio, nei guolių dažnių.
- Jie gali sutapti su šalia esančios įrangos veikimo greičiu.
- Reikia ištirti šaltinį, o po to jį izoliuoti arba ištaisyti.
5. Asinchroninių vibracijų analizės metodai
Vokų analizė
- Pagrindinis guolių defektų nustatymo metodas.
- Padidina pasikartojančių smūgių, kuriančių asinchroninį turinį, intensyvumą.
- Slopina stiprius sinchroninius žemo dažnio komponentus.
- Gautame rezultate aiškiai parodo guolių dažnius apvalkalo spektras.
Aukšto dažnio pagreitis
- Asinchroninių guolių gedimai dažniausiai pasireiškia aukšto dažnio diapazone (virš 1 kHz).
- Naudokite akcelerometrai esant dideliam Fmax nustatymui.
- Tai leidžia užfiksuoti smūgius ir aukšto dažnio rezonansus, kurių nepastebi žemo dažnio greičio matavimai.
Cepstrum analizė
- Cepstrum analizė yra veiksmingas nustatant periodinius dėsningumus, paslėptus asinchroniniuose signaluose.
- Jis vienu metu aptinka ištisas harmonikų ar šoninių juostų grupes.
- Ypač naudinga sudėtingų guolių ir įranga signatures.
6. Praktiniai pavyzdžiai
Variklis su guolio gedimu
- Running speed: 1750 aps/min (29,17 Hz).
- Sinchroniniai komponentai: 1 kartą esant 29,17 Hz, 2 kartus esant 58,34 Hz.
- Asinchroninis komponentas: maksimalus dažnis – 107 Hz (3,67 kartų didesnis už veleno greitį).
- Diagnozė: 107 Hz atitinka apskaičiuotą BPFO → išorinio žiedo defektą.
- Patvirtinimas: asinchroninis veikimas rodo, kad problema susijusi su guoliais, o ne su rotoriumi.
VFD variklis kintamu greičiu
- Variklio sūkių skaičius svyruoja nuo 1200 iki 1800 aps/min.
- 1× pikas juda kartu su greičiu (sinchroniškai).
- 120 Hz piko dažnis išlieka nepakitęs (asinchroninis, dvigubas tinklo dažnis).
- Diagnozė: elektromagnetinis komponentas, maitinamas 60 Hz srovės šaltiniu.
Praktikoje šis atskyrimas yra nešiojamojo analizatoriaus kasdienė užduotis. Kadangi toks prietaisas kaip Balanset-1A jis vienu metu nuskaito sukimosi greitį iš optinio tachometro ir vibracijos spektrą, todėl gali iš karto nustatyti, ar tam tikras pikas yra sinchroninis, ar asinchroninis, ir nedelsiant pranešti inžinieriui, ar problemą galima išspręsti subalansavus rotorių, ar reikia pakeisti guolį. Asinchroninio turinio atpažinimas pagal jo ne sveikųjų skaičių eilės, pastovų dažnį nepaisant greičio pokyčių arba vertikalųjį pėdsaką krioklio diagramoje leidžia tiksliai nustatyti guolių defektus, elektrines problemas ir išorinius veiksnius bei nurodo tinkamą taisomąjį veiksmą.
