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 sukimosi 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 × (suk. per min. / 60)
kur n = 1, 2, 3, 4... (harmonikų eiliškumas) ir f₁ = veleno sukimosi dažnis Hz

Harmonikos prieš subharmonikas prieš nesinchronines viršūnes

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 įsipinimo dažniai, linijos dažnis (50/60 Hz) arba savieji 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× pagrindinė dažnio dedamoji. 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

Fourierio 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 harmonikas

  • 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 lyginės harmonikos (2×, 4×, 6×).
  • Smūginiai 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, progresyviosios standžio charakteristikos 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× dominuojantis — Disbalansas

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 disbalanso masei
  • Etapas: Stabilus, pasikartojantis, vienareikšmis. Prognozuojami pokyčiai pridedant bandomąjį svorį – tai yra viso to pagrindas. balansavimo procedūros
  • Kryptis: Daugiausia radialinė; ašinis 1× mažas, nebent rotorius yra su didele iškyša
  • Patvirtinimas: Reakcija į bandomuosius svorius patvirtina disbalansą. Jei 1× nereaguoja į bandomuosius svorius, svarstykite apie išlenktą veleną, ekscentriškumą arba rezonansą.
Ne visa 1× vibracija yra dėl disbalanso

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× dominuojantis — Nesutapimas

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

Kampinis ir lygiagretusis nesutapimas

  • Kampinis nesutapimas: Veleno ašinės linijos susikerta kampu ties mova. Susidaro didelė 1× ašinė vibracija. Fazė per movą rodo ~180° poslinkį ašine kryptimi.
  • Lygiagretus (poslinkio) ašių nesutapimas: 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× santykis Tikėtina būklė Veiksmas
< 0,25 Įprasta; 2× yra žemo lygio daugumoje mašinų Nereikia jokių veiksmų
0.25 - 0.50 Galimas nedidelis nesulygiavimas; kai kuriems movų tipams tai normalu. Patikrinkite išlygiavimą; palyginkite su baziniu lygiu
0.50 - 1.00 Tikėtinas žymus ašių nesulygiavimas Atlikite tikslų lazerinį lygiavimą
> 1,00 Didelis nesulygiuotumas; 2× viršija 1× Skubiai — sulygiuokite iš naujo; patikrinkite movos ir vamzdžio įtempį

Kelios harmonikos - mechaninis laisvumas

Gausi serija darbinis greitis harmonics (1×, 2×, 3×, 4×, 5×… to 10× or more) indicate 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: Atsilaisvinusi mašinos ir pagrindo jungtis (minkštas pagrindas, įtrūkęs pagrindas, atsilaisvinę inkariniai varžtai). Sukuriamas kryptinis 1× (didesnis laisvąja kryptimi). Pagrindinis bandymas: priveržkite / atlaisvinkite atskirus varžtus, stebėdami 1× amplitudę.
  • B tipas - sudedamoji dalis: Loose bearing liner in cap, loose cap on housing, excessive bearing clearance. Produces a family of harmonics, often with sub-harmonics (½×). Sub-harmonics are the key differentiator from misalignment (looseness, not misalignment, produces sub-harmonics).
  • C tipas - guolio lizdas: Atsilaisvinusi sparnuotė ant veleno, atsilaisvinusi movos stebulė, per didelis guolių tarpas, dėl kurio rotorius šokinėja. Susidaro daug harmonikų su plačiajuosčio triukšmo pado lygio pakilimu.
Subharmoninės: laisvumo požymiai

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 tiek 1×, tiek 2× vibraciją su didele ašine sudėtine dalimi. Skirtingai nei nesutapimas, sulenktas velenas rodo 1×, kurio neįmanoma ištaisyti balansavimu (geometrinis ekscentriškumas, o ne masės pasiskirstymas), ir ~180° ašinį fazių skirtumą tarp veleno galų. 2× nuokrypis atsiranda dėl asimetrinio standumo, nes lenkimas atsidaro ir užsidaro sukantis.

Stūmoklinės mašinos

Varikliai, kompresoriai ir stūmoklinės mašinos iš prigimties generuoja gausius harmoninius 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 yra lemiamas: elektrinė vibracija iš karto išnyksta, kai išjungiama elektra, o mechaninė vibracija išlieka išsisukimo metu.

Rotoriaus strypo defektai sukelia šonines juostas aplink 1× dažnį, išsidėsčiusias poliarinio pralaidumo dažniu (slydimo dažnis × polių skaičius). Šios šoninės juostos yra labai artimos 1× (1–5 Hz ribose), todėl reikalinga didelė skiriamoji geba zoom FFT analizė problemai išspręsti.

Nesinchroniniai dažniai - ne tikrosios harmonikos

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

Dažnio tipas Formulė Ryšys su RPM Pastabos
Guolių gedimų dažniai BPFO, BPFI, BSF, FTF Nesveikieji kartotiniai (pvz., 3,57×, 5,43×) Visada nesinchroniniai; priklauso nuo guolio geometrijos
Krumpliaračių susikabinimo dažnis GMF = #dantų × RPM Sveikasis skaičius, bet labai aukštos eilės Techniškai tai harmoninė sudedamoji, bet analizuojama atskirai
Geležtės / mentės praėjimas BPF = mentelių skaičius × apsisukimų skaičius per minutę Sveikųjų skaičių kartotinis Normalu; per didelė amplitudė rodo problemą
Tinklo dažnis FL = 50 arba 60 Hz Nesusiję su RPM Elektrinis; dingsta išjungus maitinimą
Savieji dažniai fn = √(k/m)/2π Pastovus; nepriklauso nuo RPM Pastovus dažnis, nepriklausomai nuo greičio pokyčių
Diržų dažniai fdiržas = s/min × π × D/L Subsinchroninis (< veleno greičio) Diržo dažnis ir jo harmonikos 2×, 3×, 4× BF

Analizės vadovas — kaip interpretuoti harmoninius modelius

1 žingsnis: nustatyti pagrindinį (1×)

Nustatykite 1× smailę, atitinkančią veleno sukimosi greitį. Patikrinkite naudodami tachometras arba variklio duomenų lentelėje. Mašinose su kintamu greičiu kiekvienam matavimui būtina tiksliai nustatyti 1× reikšmę.

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 pobūdį

  • Kuri harmoninė yra dominuojanti? → Nurodo konkretų gedimą
  • Kiek yra harmonikų? → Daugiau = didesni iškraipymai
  • Ar 2× viršija 1×? → Tikėtinas nesutapimas
  • Ar yra subharmonikų? → Laisvumas, trintis arba naftos sūkurys
  • Ar amplitudė mažėja didėjant eilei (1/n mažėjimas)? → Būdingas laisvumas

4 veiksmas: patikrinkite kryptingumą

  • Didelė radialinė, maža ašinė: Disbalansas arba laisvumas
  • Didelis ašinis: Nesulygiavimas (ypač kampinis) arba sulenktas velenas
  • Kryptinis radialinis: Struktūrinis laisvumas (didesnis laisvumo kryptimi)

5 veiksmas: tendencija laikui bėgant

  • Ar didėja harmonikų 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° fazių skirtumą per movą
  • Laisvumas: Fazė yra nestabili, gali atsitiktinai pasislinkti tarp matavimų

Praktiškai visus šešis etapus galima atlikti vietoje, naudojant nešiojamą dviejų kanalų prietaisą, pavyzdžiui, Balanset-1A: pritvirtinkite akselerometrus, užfiksuokite spektrą ir 1× fazę, kol mašina veikia, ir palyginkite harmonikų modelį tiesiogiai su aukščiau pateikta diagnostine lentele – tada ištaisykite bet kokį likusį disbalansą neišimant rotoriaus.

Atvejų analizė — realaus pasaulio harmoninė analizė

1 atvejis: variklis-siurblys — ar tai disbalansas, ar veleno nesutapimas?

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

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

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

Diagnozė: Kombinuotas kampinis ir lygiagretusis nesulygiavimas. 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× dažnio komponentas yra pagrindinis rodiklis.

Veiksmas: Atliktas lazerinis lygiavimas. Po lygiavimo: 1× = 0,8 mm/s, 2× = 0,3 mm/s. Bendras lygis sumažėjo iki 1,1 mm/s – 82% sumažėjimas.

2 atvejis: Ventiliatorius – kodėl balansavimas neveikia?

Mašina: Išcentrinio ventiliatoriaus greitis 1480 aps/min. Vibracija: 8,5 mm/s. Ankstesnis balansavimo bandymas sumažino 1× komponentą, 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× ties 24,75 Hz = 1,2 mm/s, šoninės juostos aplink 1×, išsidėsčiusios kas ±1,0 Hz.

Pagrindinis testas: Elektros maitinimo nutraukimas — 100 Hz pikas per vieną apsisukimą nukrito iki nulio. 1× šoninės juostos išliko lėtėjant po išjungimo.

Diagnozė: Dvi problemos: (1) elektrinė — statoriaus ekscentricitetas, sukeliantis 2FL. (2) mechaninė — 1× šoninės juostos ties ±1,0 Hz (= polių praėjimo dažnis 4 polių varikliui su 1,0 % slydimu) rodo besiformuojantį rotoriaus strypo defektą.

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× dėsningumus ir diagnozuoti gedimus. Prietaisuose derinama vibracijos analizė diagnostikai ir tikslumas balansavimas ištaisyti - nustatyti problemą ir ją išspręsti viena priemone.

← Grįžti į žodyno rodyklę