Apibrėžimas: Kas yra harmonika?

Vibracijos analizėje harmoninis tai dažnis, kuris yra tikslus sveikasis pagrindinio dažnio kartotinis. Sukamuosiuose mechanizmuose pagrindinis dažnis paprastai yra veleno sukimosi greitis, vadinamas 1-ąja harmonine arba 1×. Vėlesnės harmonikos yra sveikųjų skaičių kartotiniai: 2× (dvigubas veleno greitis), 3× (tris kartus) ir t. t. Šie dažniai taip pat vadinami užsakymai bėgimo greičio arba sinchroninės harmonikos nes jie tiksliai sinchronizuojami su veleno sukimu.

Pavyzdžiui, jei variklis dirba 1800 aps/min (30 Hz), jo harmonikos atsiranda 60 Hz (2×), 90 Hz (3×), 120 Hz (4×), 150 Hz (5×) ir t. t. Teoriškai harmonikų eilė yra begalinė, tačiau praktiškai amplitudė mažėja aukštesnėse eilėse ir diagnostinę informaciją teikia tik kelios pirmosios harmonikos.

Harmoninio dažnio apibrėžimas
fn = n × f1 = n × (RPM / 60)
kur n = 1, 2, 3, 4... (harmonikų eiliškumas) ir f₁ = veleno sukimosi dažnis Hz
Harmonikos ir subharmonikos ir nesinchroninės viršūnės

Harmonikos yra sveikieji veleno greičio kartotiniai (2×, 3×, 4×...). Subharmonijos yra daliniai kartotiniai (½×, ⅓×, ¼×) ir visada rodo rimtas mechanines problemas. Nesinchroninės viršūnės tai dažniai, nesusiję su veleno sūkių dažniu, pvz. guolių gedimų dažniai, krumpliaračių akių dažniai, linijos dažnis (50/60 Hz) arba natūralieji dažniai - ir reikalauja skirtingų diagnostikos metodų. 3,57× apsisukimų per minutę smailė NĖRA harmoninė; tai greičiausiai yra guolio gedimo dažnis.

Kodėl susidaro harmonika?

Tobulai tiesinėje sistemoje, kurią žadina grynai sinusinė jėga (pavyzdžiui, tobulai subalansuotame, tobulai suderintame rotoriuje su tobulais guoliais), pasireikštų tik 1× fundamentalioji jėga. Tikrieji mechanizmai niekada nebūna tobulai tiesiniai. Harmoninės atsiranda tada, kai vibracijos bangos forma iškreipiama nuo grynos sinusinės bangos - kai sistemos atsakas yra nelinijinis arba pati forsuojamoji funkcija yra nesinusoidinė.

Matematika: Furjė teorema

Furjė teorema teigiama, kad bet kokią periodinę bangos formą, kad ir kokia sudėtinga ji būtų, galima išskaidyti į sinusinių bangų, kurių pagrindinis dažnis ir jo sveikieji kartotiniai yra tam tikros amplitudės ir fazės, sumą. Vibracijos analizatoriuose naudojamas FFT (greitosios Furjė transformacijos) algoritmas atlieka šį išskaidymą skaičiavimo būdu, atskleisdamas harmoninį signalo turinį.

Gryna sinusinė banga turi tik vieną dažnio komponentę. Kvadratinė banga turi visas nelygines harmonines (1×, 3×, 5×, 7×...), kurių amplitudės mažėja kaip 1/n. Pjūklo formos bangą sudaro visos harmoninės, kurių amplitudės mažėja kaip 1/n. Konkreti iškraipymo forma lemia, kurios harmonikos atsiranda - dėl to harmoninė analizė yra tokia veiksminga diagnostinė priemonė.

Fizikiniai mechanizmai, sukuriantys harmoniką

  • Bangos formos apkarpymas / sutrumpinimas: Kai veleno judėjimas yra fiziškai apribotas (guolio korpusas, trinamasis kontaktas), gaunama bangos forma yra apkarpyta, todėl atsiranda harmonikos. Stipresnis apkarpymas sukelia daugiau harmonikų.
  • Asimetrinis standumas: Jei sistemos standumas teigiamoje ir neigiamoje vibracijų ciklo pusėse skiriasi (įtrūkęs velenas atsidaro/užsidaro, dėl nesuderinamumo atsiranda skirtingas įtempimo/suspaudimo standumas), susidaro net harmoninės (2×, 4×, 6×).
  • Poveikio įvykiai: Periodiniai smūgiai (atsilaisvinusių varžtų, guolių defektų smūgiai) sukuria aštrias, trumpos trukmės bangų formas, kuriose yra labai daug harmoninio turinio - panašiai kaip būgnų lazdelė sukuria daugybę obertonų.
  • Netiesinės atstatomosios jėgos: Kai standumas keičiasi su poslinkiu (guoliai, veikiami kintančios apkrovos, progresyvaus greičio guminiai laikikliai), atsakas į sinusinę jėgą turi harmonikų.
  • Parametrinis sužadinimas: Kai sistemos savybės periodiškai kinta su veleno sukimosi dažniu, jos gali generuoti sužadinimo dažnio harmonikas ir subharmonikas.
Pagrindinis diagnostikos principas

Pagal tai, kokios harmonikos yra, kokios jų santykinės amplitudės ir kokių nėra, analitikas gali nustatyti, koks fizikinis mechanizmas lemia netiesiškumą. Patyrę analitikai nagrinėja visą spektro harmoninę struktūrą, o ne tik bendrą virpesių lygį, kad nustatytų konkrečius gedimų mechanizmus.

Išsamios gedimų signatūros - harmoniniai modeliai

1× dominuojanti - Pusiausvyros nebuvimas

Dominuojanti viršūnė ties 1× su minimaliu aukštesnių harmonikų kiekiu yra klasikinis požymis. masės disbalansas. Disbalanso jėga iš esmės yra sinusinė (ji sukasi kartu su velenu 1× dažniu), todėl dažnių srityje susidaro viena gryna viršūnė.

Diagnostikos informacija

  • Amplitudė: Proporcinga greičiui² (dvigubas greitis → 4× amplitudė) ir proporcinga nesubalansuotai masei
  • Etapas: Stabilus, pasikartojantis, vienareikšmis. Prognozuojami pokyčiai pridedant bandomąjį svorį - tai yra visų bandomųjų svorių pagrindas. balansavimo procedūros
  • Kryptis: Daugiausia radialiniai; ašiniai 1× yra nedideli, nebent rotorius turi didelę iškyšą
  • Patvirtinimas: Reakcija į bandomuosius svorius patvirtina disbalansą. Jei 1× nereaguoja į bandomuosius svorius, svarstykite apie išlenktą veleną, ekscentriškumą arba rezonansą.
Ne visos 1× vibracijos yra nesubalansuotos

Keletas sąlygų lemia didelį 1×, kurio NEGALIMA ištaisyti balansuojant: išlenktas velenas, veleno ekscentriškumas, elektrinis artumo zondų bėgimas, rotoriaus išlinkimas dėl šiluminio poveikio, movos ekscentriškumas ir rezonansas stiprinimas. Prieš bandydami balansuoti, visada patikrinkite diagnozę.

2× Dominant - Nesuderinamumas

Stipri antroji harmoninė, kurios amplitudė dažnai prilygsta arba viršija 1× viršūnę, yra pagrindinis rodiklis, rodantis, kad veleno nesutapimas. Dėl neteisingo sureguliavimo velenas kiekvieno apsisukimo metu eina nesinusoidiniu keliu, todėl atsiranda iškraipymai, dėl kurių susidaro 2×, o kartais ir didesnės harmonikos.

Kampinis ir lygiagretusis nesutapimas

  • Kampinis nuokrypis: Veleno ašinės linijos susikerta kampu ties sukabinimo įtaisu. Susidaro didelė 1× ašinė vibracija. Fazė per movą rodo ~ 180° poslinkį ašine kryptimi.
  • Lygiagretus (poslinkio) nuokrypis: Velenų ašys yra lygiagrečios, bet pasislinkusios. Susidaro didelė 2× radialinė vibracija, dažnai 2× ≥ 1×. Sunkiais atvejais atsiranda 3× ir 4×. Radialinė fazė per jungtį pasislenka ~180°.
  • Kombinuoti: Praktikoje paprastai abu šie požymiai egzistuoja kartu, todėl susidaro jų mišinys.

2×/1× santykis kaip diagnostinis rodiklis

2×/1× santykisTikėtina būklėVeiksmas
< 0.25Įprasta; 2× yra žemo lygio daugumoje mašinųNereikia jokių veiksmų
0.25 - 0.50Galimas nedidelis nuokrypis; kai kuriems movų tipams tai normalu.Patikrinkite suderinimą; palyginkite su baziniu lygiu
0.50 - 1.00Tikėtinas didelis nuokrypisAtlikite tikslų derinimą lazeriu
> 1.00Didelis neatitikimas; 2× viršija 1×Skubiai - pergrupuokite; patikrinkite movos ir vamzdžio įtempį

Kelios harmonikos - mechaninis laisvumas

Gausios bėgimo greičio harmonikų serijos (1×, 2×, 3×, 4×, 5×... iki 10× ar daugiau) rodo, kad mechaninis laisvumas. Smūgiai, trenksmas ir netiesiniai kontakto ir atskyrimo ciklai sukelia itin didelius bangos formos iškraipymus, kurie suskyla į daugybę harmoninių komponentų.

Trys laisvumo tipai

  • A tipas - struktūrinis: Nesandari mašinos ir pagrindo jungtis (minkštas pagrindas, įtrūkęs pagrindas, atsilaisvinę inkariniai varžtai). Sukuriamas kryptinis 1× (didesnis laisvosios krypties). Pagrindinis bandymas: priveržkite / atlaisvinkite atskirus varžtus, stebėdami 1× amplitudę.
  • B tipas - sudedamoji dalis: Atsilaisvinęs guolio įdėklas dangtelyje, atsilaisvinęs dangtelis ant korpuso, per didelis guolio tarpas. Susidaro harmonikų šeima, dažnai su subharmonikomis (½×). Subharmonikos yra pagrindinis skirtumas nuo nesuderinamumo.
  • C tipas - guolio lizdas: Atsilaisvinęs sparnuotės velenas, atsilaisvinusi movos stebulė, per didelis guolių tarpas, dėl kurio rotorius šokinėja. Susidaro daug harmonikų su plačiajuosčiu triukšmo grindų pakilimu.
Subharmonijos: Laisvumo pirštų atspaudai

Patikimiausiai laisvumą ir nesuderinamumą atskiria subharmonikų (½×, ⅓×) buvimas. Dėl nesuderinimo susidaro 2× ir 3×, tačiau retai susidaro subharmonikos. Dėl laisvumo (B ir C tipo) paprastai susidaro ½×, nes rotorius per vieną pusę apsisukimo paliečia vieną guolio pusę, o per kitą atšoka į kitą - susidaro modelis, kuris kartojasi kas du apsisukimus, taigi ½×.

Kitos harmonines generuojančios sąlygos

Išlenktas velenas

Sukelia 1× ir 2× vibraciją su didele ašine komponente. Skirtingai nuo nesutapimo, sulenktam velenui būdingas 1×, kurio negalima ištaisyti balansuojant (geometrinis ekscentriškumas, o ne masės pasiskirstymas), ir ~180° ašinis fazių skirtumas tarp veleno galų. 2× atsiranda dėl asimetrinio standumo, kai lenkimas atsidaro ir užsidaro sukantis.

Stūmoklinės mašinos

Varikliai, kompresoriai ir stūmoklinės mašinos iš prigimties generuoja gausius harmoninių spektrus, nes stūmoklio (alkūninio veleno) judėjimas iš esmės nėra sinusinis. Harmoninis modelis priklauso nuo cilindrų skaičiaus, degimo eiliškumo ir eigos tipo (dvitaktis ir keturtaktis).

Rotoriaus trintis

Dalinis trynimas (kontaktas per dalį kiekvieno apsisukimo) sukuria daug aukštų harmonikų - kartais 10×, 20× ar daugiau. Visiškas žiedinis trynimas (nepertraukiamas 360° kontaktas) dėl atvirkštinės precesijos mechanizmų sukuria dominuojančias subharmonikas (½×, ⅓×, ¼×).

Elektros problemos varikliuose

Kintamosios srovės varikliai generuoja vibraciją, kurios dažnis yra daugkartinis tinklo dažniui (50 arba 60 Hz), nepriklausomai nuo veleno sukimosi dažnio. Labiausiai paplitęs yra 2× linijinis dažnis (100 Hz 50 Hz sistemose, 120 Hz 60 Hz sistemose). Tai NĖRA veleno greičio harmonika - tai linijos dažnio harmonika, kuri yra raktas, padedantis atskirti elektrinę vibraciją nuo mechaninės. . maitinimo nutraukimo bandymas elektrinė vibracija iš karto sumažėja, kai išjungiama elektra, o mechaninė vibracija išlieka išjungimo metu.

Rotoriaus strypų defektai sukuria šalutines juostas, kurių atstumas tarp polių praleidimo dažnio (slydimo dažnis × polių skaičius) yra maždaug 1×. Šios šalutinės juostos yra labai artimos 1× (per 1-5 Hz), todėl joms nustatyti reikia didelės skiriamosios gebos priartinimo FFT analizės.

Nesinchroniniai dažniai - ne tikrosios harmonikos

Keletas svarbių dažnių kartais painiojami su harmonika, tačiau iš tikrųjų jie nepriklauso nuo veleno sukimosi greičio:

Dažnio tipasFormulėRyšys su RPMPastabos
Guolių gedimų dažniaiBPFO, BPFI, BSF, FTFNeintegraliniai daugikliai (pvz., 3,57×, 5,43×)Visada nesinchroninis; priklauso nuo guolio geometrijos
Krumpliaračių sujungimo dažnisGMF = 1TP5 dantų × RPMSveikasis skaičius, bet labai aukštos eilėsTechniškai yra harmoninis, bet analizuojamas atskirai
Geležtės ir mentės perdavimasBPF = #blades × RPMSveikųjų skaičių kartotinisNormalu; per didelė amplitudė rodo problemą
Linijos dažnisFL = 50 arba 60 HzNesusiję su RPMElektra; dingsta nutraukus maitinimą
Natūralūs dažniaifn = √(k/m)/2πIštaisyta; nesusiję su RPMPastovus dažnis, nepriklausomai nuo greičio pokyčių
Diržų dažniaifdiržas = RPM×π×D/LSubsinchroninis (< veleno greitis)Diržo dažnis ir jo harmoninės 2×, 3×, 4× BF

Analizės vadovas - kaip interpretuoti harmoninius modelius

1 žingsnis: nustatyti pagrindinį (1×)

Suraskite 1× viršūnę, atitinkančią veleno sukimosi greitį. Patikrinkite naudodami tachometrą arba variklio vardinę lentelę. Kintamo greičio mašinose 1× turi būti tiksliai nustatytas kiekvienam matavimui.

2 veiksmas: kataloguokite visus viršūnių taškus

Nustatykite, ar kiekviena reikšminga viršūnė yra tikslus sveikasis 1× kartotinis (tikroji harmonika)? Ar tai yra dalinis kartotinis (subharmoninis)? Nesusijęs su veleno sūkių dažniu (nesinchroninis)? Efektyvumui užtikrinti naudokite analizatoriaus harmoninių žymeklio funkcijas.

3 veiksmas: išnagrinėkite amplitudės modelį

  • Kuri harmoninė yra dominuojanti? → Nurodo konkretų gedimą
  • Kiek yra harmonikų? → Daugiau = didesni iškraipymai
  • Ar 2× viršija 1×? → Tikėtinas nesutapimas
  • Ar yra subharmoninių garsų? → Laisvumas, trynimas ar alyvos sūkurys
  • Ar amplitudė mažėja su tvarka (1/n skilimas)? → Būdingas laisvumas

4 veiksmas: patikrinkite kryptingumą

  • Didelis radialinis, mažas ašinis: Pusiausvyros sutrikimas arba laisvumas
  • Didelis ašinis: Netinkamas (ypač kampinis) arba sulenktas velenas
  • Kryptinis radialinis: Struktūrinis laisvumas (didesnis laisvumo kryptimi)

5 veiksmas: tendencija laikui bėgant

  • Ar didėja harmoninių amplitudės? → Gedimas progresuoja
  • Ar atsiranda naujų harmonikų? → Atsiranda naujas gedimo mechanizmas
  • Ar didėja triukšmo lygis? → Bendras nusidėvėjimas arba vėlyvas gedimas

6 veiksmas: koreliacija su fazės duomenimis

  • Disbalansas: 1× fazė yra stabili ir pakartojama
  • Nesuderinimas: 1× arba 2× fazė rodo ~180° per jungtį
  • Laisvumas: Fazė yra nestabili, gali atsitiktinai pasislinkti tarp matavimų

Atvejo analizė - realaus pasaulio harmoninė analizė

1 atvejis: variklis-siurblys - ar tai yra disbalansas, ar nesubalansuotumas?

Mašina: 30 kW variklis, lanksčia jungtimi 2960 aps/min. sukantis išcentrinį siurblį. Bendra vibracija: 6,2 mm/s variklio pavaros galiniame guolyje.

Spektras: 1× = 4,1 mm/s, 2× = 3,8 mm/s, 3× = 1,2 mm/s. 2×/1× santykis = 0,93.

Kryptis: Didelis radialinis 2× abiejų pavaros galų guolių. Ašinis 1× ties sankaba: variklis = 2,8 mm/s, siurblys = 3,1 mm/s su 165° fazių skirtumu.

Diagnozė: Kombinuotas kampinis ir lygiagretusis nuokrypis. 2×/1× santykis artėja prie 1,0, dideli ašiniai rodmenys ir ~180° fazė per jungtį - visa tai patvirtina. NE disbalansas - nors 1× yra padidėjęs, 2× modelis yra tikroji istorija.

Veiksmas: Atliktas derinimas lazeriu. Po išlyginimo: 1× = 0,8 mm/s, 2× = 0,3 mm/s. Bendras sumažėjimas iki 1,1 mm/s - sumažėjimas 82%.

2 atvejis: Ventiliatorius - kodėl neveikia balansavimas?

Mašina: Išcentrinio ventiliatoriaus greitis 1480 aps/min. Vibracija: 8,5 mm/s. Ankstesniu bandymu balansavimas sumažintas 1×, tačiau bendra vibracija išliko didelė.

Spektras: 1× = 2,1 mm/s (mažas po balansavimo), ½× = 1,8 mm/s, 2× = 3,2 mm/s, 3× = 2,5 mm/s, 4× = 1,8 mm/s, 5× = 1,1 mm/s, 6× = 0,7 mm/s.

Diagnozė: Mechaninis laisvumas (B tipas). Harmoninė šeima su ½× subharmonine yra signatūra. Balansavimas ištaisė 1×, bet negalėjo išspręsti laisvumo sukeliamų harmonikų, kurios dominuoja bendroje vibracijoje.

Veiksmas: Patikrinimo metu nustatyta, kad guolio korpusas yra 0,08 mm laisvas pjedestalo angoje. Korpusas išgręžtas ir sumontuotas naujas guolis. Po remonto: visos harmonikos sumažėjo iki bazinės vertės. Bendras: 1,4 mm/s.

3 atvejis: Kompresoriaus variklis - elektrinis ar mechaninis?

Mašina: 4 polių, 50 Hz dažnio, 1485 apsisukimų per minutę indukcinis variklis, varantis sraigtinį kompresorių. Per 3 mėnesius vibracija padidėjo nuo 2,0 iki 5,5 mm/s.

Spektras: Dominuojanti viršūnė ties 100 Hz (= 2FL). Taip pat: 1 × 24,75 Hz = 1,2 mm/s, šalutinės juostos apie 1 × su ±1,0 Hz intervalu.

Pagrindinis testas: Maitinimo nutraukimas - 100 Hz dažnio smailė per vieną apsisukimą sumažėjo iki nulio. 1× šoninės juostos išliko ir išjungimo metu.

Diagnozė: Dvi problemos: 1) elektrinė - statoriaus ekscentriškumas, sukeliantis 2FL. (2) Mechaninė - 1× šoninės juostos ±1,0 Hz (= polių praleidimo dažnis 4 polių varikliui su 1,0% slydimu) rodo, kad atsiranda rotoriaus juostos defektas.

Veiksmas: Variklis siunčiamas pervynioti. Patvirtinta: 2 nulūžę rotoriaus strypai + statoriaus ekscentriškumas dėl pagrindo įlinkimo. Po pervyniojimo ir padėkliukų išlyginimo: vibracija 1,6 mm/s.

"Vibromera" įranga harmoninei analizei

Svetainė Balanset-1A ir Balanset-4 teikti realiuoju laiku FFT spektro analizė su harmoninio žymeklio sekimu, leidžiančiu nustatyti 1×, 2×, 3× modelius ir diagnozuoti gedimus. Prietaisuose derinama vibracijos analizė diagnostikai ir tikslumas balansavimas ištaisyti - nustatyti problemą ir ją išspręsti viena priemone.

← Grįžti į žodyno rodyklę