Subharmonikas izpratne
A subharmonic ir frekvences komponents vibrācija spektrs kas rodas kā vesela skaitļa daļa no pamatfrekvences. Mašīnbūves analīzē šī pamatfrekvence gandrīz vienmēr ir skriešanas ātrums (1X), tāpēc subharmonikas parādās kārtās, piemēram, 1/2X, 1/3X vai 1/4X. Tā kā tās atrodas zem galvenā sinhronā sastāvdaļa, tos sauc arī par subsinhronā svārstības, un tās ir vieni no diagnostiski vērtīgākajiem maksimumiem, ko analītiķis var atrast — tās reti parādās bez skaidra fizikāla iemesla.
1. Definīcija: Kas ir subharmonika?
Where ordinary harmonikas ir darbības ātruma veselu skaitļu reizinājumi (2X, 3X, 4X), tad subharmonikas ir to apgrieztā forma: veselu skaitļu dalījumi. Pīķis tieši pie puses no vārpstas ātruma ir klasisks piemērs, ko bieži raksta kā 1/2X vai 0.5X. Tāpēc īsta subharmonika vienmēr atrodas zem 1X — 0.5X, 0.33X, 0.25X. Praksē informatīvākais raksts nav tikai 1/2X līnija, bet gan puskārtas saime — pīķi pie 1/2X, 3/2X (1.5X) un 5/2X (2.5X), visi izvietoti ar pus kārtas intervālu. Stingri runājot, tikai 1/2X elements ir subharmonika un sub-sinhrona komponente; elementi virs 1X (1.5X, 2.5X, …) ir daļējas kārtas (puskārtas) harmonikas, nevis sub-sinhronas komponentes. Šādas ķemmes parādīšanās ir klasiska noteiktu mehānisku defektu pazīme, nevis nejaušs troksnis.
Ir vērts nošķirt patiesu subharmoniku no nesakārtotas sub-sinhronās komponentes. Maksimums, kas precīzi atrodas pie 0,50X, ir patiesa darba ātruma subharmonika; maksimums, piemēram, pie 0,43X ir sub-sinhrons, bet ne precīza daļa, un šī atšķirība uzreiz sašaurina iespējamo cēloņu loku. Subharmonikas nav tik izplatītas kā harmonikas, taču, ja tās parādās, tās gandrīz vienmēr norāda uz vienu no zemāk minētajiem cēloņiem.
2. Mehāniska vaļīgums — visbiežāk sastopamais iemesls
Galvenais 1/2X subharmonikas avots ir mehānisks vaļīgums. Ja kāda detaļa ir vaļīga — gultnis ir pārāk brīvs savā korpusā, savienojums ir nolietojies vai stiprinājuma skrūve ir vaļīga — rodas izteikti nelineāra „atsitiena” vai „klabēšanas” reakcija. Šis atstarpes dēļ detaļa atsitās pret savu vietu, un tā kā šis atsitiens faktiski atkārtojas gandrīz katru other revolūcijas gadījumā sistēma reaģē ar pusi no iedarbības frekvences.
Iegūtais spektrs rāda 1X pīķi kopā ar puskārtas sēriju pie 1/2X, 3/2X, 5/2X un tā tālāk — 1/2X subharmoniku kopā ar tās daļējās kārtas harmonikām virs 1X. Šī puskārtas saime ir viens no uzticamākajiem raksturlielumiem vibrāciju diagnostikā: tā gandrīz nepārprotami norāda uz izteiktu konstrukcijas vaļīgumu, un tās pieaugums laika gaitā atspoguļo stiprinājuma pasliktināšanos. Jo izteiktāki un daudzskaitlīgāki ir puskārtas pīķi, jo vaļīgāks ir kļuvis savienojums.
3. Gultņu nestabilitāte
Mašīnās, kurās tiek izmantota šķidruma plēve vai slīdgultņi, subsinhronās vibrācijas ir būtisks brīdinājums par eļļas plēves nestabilitāti. Tās ir pašizraisītas svārstības — enerģija, kas rodas no vienmērīgas rotācijas, tieši baro vibrāciju, tādējādi tās var attīstīties bez jebkāda ārēja spēka.
- Eļļas virpulis: Parasti tas novērojams ātruma diapazonā no 0,42X līdz 0,48X, izpaužoties kā spēcīgs, izteikts maksimums nedaudz zem puskārtas. Tas rodas, kad eļļas slānis, kas atbalsta vārpstu, sāk cirkulēt (griezties) gultņa spēles robežās, velkot vārpstu ap tās kakliņu. Tā kā tas ir nedaudz zem 0,5X, nevis tieši uz tā, precīzā frekvence ir izšķirošais rādītājs, kas ļauj atšķirt griešanos no vaļīguma.
- Oil whip: Daudz smagāka un postošāka nestabilitātes forma. Tā rodas, ja virpuļa frekvence sakrīt ar rotora pirmo dabisko frekvenci, vai kritiskais ātrums. Tad vibrācija „nostabilizējas“ uz šo dabisko frekvenci un saglabājas pat tad, ja mašīnas apgriezieni palielinās — tas ir pazīme, kas atšķir šādu vibrāciju no apgriezienu izraisītas virpošanas. Amplitūdas var kļūt tik spēcīgas, ka var sabojāt gultni vai vārpstu.
Līkumu parādīšanās biežumus, kas ierobežo šīs nestabilitātes, var iepriekš aprēķināt, izmantojot speciālu Žurnāla gultņu defektu biežuma aprēķinātājs, kas palīdz pārliecināties, vai subsinhronais maksimums atrodas virpuļjoslā.
4. Citi sub-sinhronisko maksimumu avoti
- Problēmas ar siksnas piedziņu: Nolietota vai bojāta siksna var radīt subsinhronās komponentes, kas saistītas ar paša siksnas rotācijas ātrumu, kurš ir zemāks nekā jebkura no skriemeļu ātrumiem. Ja rodas aizdomas jostas piedziņas defekti — un jo īpaši V-belt faults — var pārbaudīt, salīdzinot ar aprēķināto siksnas frekvenci, izmantojot Jostas defektu biežuma aprēķinātājs.
- Ar plūsmu saistītie efekti: Sūkņos un ventilatoros subsinhronā enerģija var nākt no plūsmas turbulence vai rotācijas apstāšanās. Šīs detaļas parasti ir ne precīzas 1X daļas, kas jau pati par sevi ir noderīga norāde uz to, ka avots ir hidraulisks vai aerodinamisks, nevis mehānisks. Kompresoros saistītā parādība surging var arī paaugstināt pamatlīmeni zem darba ātruma.
5. Analīze un apstiprināšana
Tā kā diagnoze ir atkarīga no nelielām frekvences atšķirībām, pirmā uzdevums ir precīzi noteikt maksimālo frekvenci. Līnija tieši pie 0,50X skaidri liecina par vaļīgumu; līnija pie 0,47X gandrīz noteikti norāda uz eļļas virpuļošanu; pilnīga 1/2X, 3/2X, 5/2X sērija ar augstu ticamību apstiprina vaļīgumu. Tāpēc ir būtiska augsta spektrālā izšķirtspēja un precīzs ātruma etalons, jo 0,48X un 0,50X var izskatīties identiski pie zemākas izšķirtspējas.
Portāls laika viļņa forma sniedz vērtīgu apstiprinājumu. Nehermētiskumam parasti raksturīgi ir skaidri redzami triecieni vai signāla pārtraukumi — saplacināti vai nogriezti pīķi vietās, kur nehermētiskā daļa sasniedz zemāko punktu —, savukārt eļļas virpuļošana izpaužas kā vienmērīgāks, modulēts signāls bez asiem triecieniem. Darba apstākļos var izmantot pārnēsājamo divkanālu analizatoru, piemēram, Balanset-1A ļauj inženierim reģistrēt gan spektru, gan sinhronizēto laika signāla formu darbības ātrumā, tādējādi pirms jebkādas iekārtas izjaukšanas ir iespējams kopīgi novērtēt precīzo subsinhrono frekvenci un tās signāla formas raksturlielumus.
