Subharmonikų supratimas
A subharmoninis yra dažnio komponentas vibracija spektras kuris atsiranda esant sveikajam pagrindinio priverstinio dažnio daliniui. Mašinų analizėje tas pagrindinis dažnis beveik visada yra bėgimo greitis (1X), todėl subharmonikos atsiranda tokių laipsnių kaip 1/2X, 1/3X ar 1/4X. Kadangi jos yra žemiau pagrindinis sinchroninis komponentas, jie taip pat vadinami subsinchroninis vibracijos, ir tai yra vieni iš diagnostiniu požiūriu vertingiausių signalų, kuriuos gali aptikti analitikas – jie retai pasirodo be aiškios fizinės priežasties.
1. Apibrėžimas: Kas yra subharmonika?
Įprastos harmonikos yra sveiko skaičiaus kartotiniai darbinio greičio atžvilgiu (2X, 3X, 4X), subharmonikos yra jų atvirkštinė reikšmė: sveiko skaičiaus dalys nuo jo. Pikas tiksliai per pusę veleno greičio yra klasikinis pavyzdys, dažnai žymimas 1/2X arba 0.5X. Todėl tikra subharmonika visada yra žemiau 1X — 0.5X, 0.33X, 0.25X. Praktikoje informatyviausias modelis yra ne vien 1/2X linija, bet pusinės eilės šeima — pikai ties 1/2X, 3/2X (1.5X) ir 5/2X (2.5X), visi išdėstyti kas pusę eilės. Griežtai kalbant, tik 1/2X narys yra subharmoninis ir posinchroninis; aukščiau 1X esantys nariai (1.5X, 2.5X, …) yra trupmeninės eilės (pusinės eilės) harmonikos, o ne posinchroniniai komponentai. Tokios šukų struktūros atsiradimas yra klasikinis tam tikrų mechaninių gedimų požymis, o ne atsitiktinis triukšmas.
Verta atskirti tikrą subharmoniką nuo nesveikųjų skaičių sub-sinchroninės sudedamosios dalies. Piką, tiksliai sutampantį su 0,50X, galima laikyti tikra sukimosi greičio subharmonika; o pikas, tarkim, 0,43X, yra sub-sinchroninis, tačiau ne tikslią dalį, ir šis skirtumas iš karto susiaurina įtariamųjų sąrašą. Subharmonikos nėra tokios dažnos kaip harmonikos, tačiau kai jos pasirodo, jos beveik visada nurodo vieną iš toliau išvardytų priežasčių.
2. Mechaninis laisvumas — dažniausia priežastis
Pagrindinis 1/2X subharmonikos šaltinis yra mechaninis laisvumas. Kai detalė yra laisva – guolis laisvai juda korpuse, susidėvėjęs sandariklis arba laisvas tvirtinimo varžtas – atsiranda labai netiesinis „šoktelėjimas“ arba „barškėjimas“. Dėl tarpo detalė atsitrenkia į savo vietą, o kadangi toks smūgis iš esmės kartojasi kas antrą apsisukimą, sistema reaguoja puse priverstinio dažnio.
Gautame spektre matomas 1X pikas, lydimas pusinės eilės sekos ties 1/2X, 3/2X, 5/2X ir t. t. — 1/2X subharmonika kartu su jos trupmeninės eilės harmonikomis virš 1X. Ši pusinės eilės šeima yra vienas patikimiausių vibracijų diagnostikos požymių: ji beveik vienareikšmiškai rodo stiprų konstrukcinį laisvumą, o jos didėjimas laikui bėgant atspindi blogėjantį sujungimą. Kuo ryškesni ir gausesni pusinės eilės pikai, tuo labiau atsilaisvinusi jungtis.
3. Slydimo guolių nestabilumas
Mašinose, kuriose naudojamas skysčio plėvelės arba slankiojantys guoliai, subsinchroninis virpėjimas yra rimtas įspėjimas apie alyvos plėvelės nestabilumą. Tai yra savaiminiai virpesiai — energija, gaunama iš nuolatinio sukimosi, tiesiogiai maitina vibraciją, todėl jos gali stiprėti be jokio išorinio poveikio.
- Alyvos sūkurys: Paprastai pasireiškia ties 0.42–0.48 darbinio sukimosi greičio, pasirodydamas kaip stiprus, aiškiai matomas pikas šiek tiek žemiau pusės eilės. Jis atsiranda, kai veleną palaikantis alyvos pleištas pradeda cirkuliuoti (sūkuriuoti) guolio tarpo viduje, traukdamas veleną aplink jo kaklelį. Kadangi jis yra šiek tiek žemiau 0,5X, o ne tiksliai ties šia riba, būtent tikslus dažnis yra požymis, leidžiantis atskirti sūkuriavimą nuo laisvumo.
- Aliejaus bičas: Kur kas rimtesnė ir žalingesnė nestabilumo forma. Ji atsiranda, kai sūkurio dažnis sutampa su rotoriaus pirmuoju savuoju dažniu, arba kritinis greitis. Tuomet vibracija „prisiderina“ prie to natūralaus dažnio ir išlieka tokia net ir didėjant mašinos greičiui – tai požymis, kuris skiria „plaktuko“ vibraciją nuo greičiui prisitaikančio sukimosi. Amplitudės gali tapti tokios stiprios, kad gali sugadinti guolį ar veleną.
Šiuos nestabilumus apibrėžiančius guolių dažnius galima iš anksto apskaičiuoti naudojant specialią slydimo guolių defektų dažnių skaičiuoklė, kuris padeda nustatyti, ar subsinchroninis pikas patenka į sūkurio juostą.
4. Kiti sub-sinchroninių smailių šaltiniai
- Problemos, susijusios su diržine pavara: Susidėvėjęs arba pažeistas diržas gali sukelti nesinchroninius komponentus, susijusius su pačio diržo sukimosi dažniu, kuris yra mažesnis už abiejų skriemulių greitį. Įtariama, kad diržinės pavaros gedimai — ir ypač V formos diržo gedimai — galima patikrinti, palyginus su apskaičiuotu diržo dažniu, naudojant diržo gedimų dažnio skaičiuoklė.
- Su srautu susiję reiškiniai: Siurbliuose ir ventiliatoriuose sub-sinchroninė energija gali būti gaunama iš srauto turbulencija arba sukamasis srauto atplėšimas. Šios sudedamosios dalys paprastai nėra ne tikslios 1X dalys, o tai savaime yra naudinga užuomina, kad šaltinis yra hidraulinis arba aerodinaminis, o ne mechaninis. Kompresoriuose susijęs reiškinys pompavimas taip pat gali pakelti spektrinį lygį žemiau darbinio sukimosi greičio.
5. Analizė ir patvirtinimas
Kadangi diagnozė priklauso nuo nedidelių dažnio skirtumų, pirmasis uždavinys – tiksliai nustatyti didžiausią dažnį. Linija, esanti tiksliai 0,50X dažnyje, aiškiai rodo laisvumą; linija 0,47X dažnyje beveik neabejotinai rodo alyvos sūkurį; o pilna 1/2X, 3/2X, 5/2X serija su dideliu tikslumu patvirtina laisvumą. Todėl būtina aukšta spektrinė skiriamoji geba ir tikslus greičio etalonas, nes 0,48X ir 0,50X gali atrodyti identiškai esant žemai skiriamajai gebai.
Svetainė laiko bangos forma yra vertingas patvirtinimas. Laisvumas paprastai pasireiškia aiškiais smūgiais arba signalo nutraukimais – suplokštintomis arba nukirptomis smailėmis ten, kur laisva dalis pasiekia žemiausią tašką, – tuo tarpu alyvos sūkurys atrodo kaip lygesnis, kintantis signalas be staigių smūgių. Lauke nešiojamas dviejų kanalų analizatorius, pavyzdžiui, Balanset-1A leidžia inžinieriui užfiksuoti tiek spektrą, tiek sinchronizuotą laiko bangos formą esant darbinio greičio sąlygomis, todėl dar prieš planuojant bet kokį išardymą galima kartu įvertinti tikslų sub-sinchroninį dažnį ir jo bangos formos charakteristikas.
