Asinhronās vibrācijas izpratne
Asinhronā vibrācija (saukta arī par nesinhrono vibrāciju) ir vibrācija frekvencēs, kas ir ne precīzi veselo skaitļu reizinājumi — pasūtījumi — vārpstas rotācijas ātrums. Atšķirībā no sinhronā vibrācija no nelīdzsvarotība vai neatbilstība (kas vienmēr notiek pie 1×, 2× vai 3× darba ātruma), asinhronā vibrācija rodas frekvencēs, kuras nosaka detaļu ģeometrija, elektromagnētiskie efekti vai ārējie avoti, nevis paša vārpstas rotācija.
Sinhronā un asinhronā satura atšķiršana ir viena no visbūtiskākajām prasmēm mašīnbūvē diagnostika, jo šāda sadalīšana uzreiz sašaurina cēloņa meklējumus. Sinhronās komponentes norāda uz rotējošo masu vai ar rotoru saistītām ģeometriskām problēmām; savukārt asinhronās komponentes liecina par rullīšu defektiem, elektriskām kļūmēm vai ietekmēm, kas rodas ārpus rotora. Ja šo klasifikāciju izdodas pareizi noteikt jau sākumā, analītiķim nav jāveic, piemēram, mašīnas balansēšana, ja tās patiesā problēma ir bojāts gultnis.
1. Sinhronā un asinhronā darbība: galvenā atšķirība
Robežu pilnībā nosaka pasūtījums — vibrācijas frekvences attiecība pret rotācijas frekvenci. Maksimums, kas atrodas tieši vesela skaitļa kārtā, ir sinhrons un saistīts ar vārpstas rotāciju; maksimums, kas atrodas daļskaitļa kārtā, ir asinhrons un pakļauts kādam citam takts signālam.
- Sinhronā (veselo skaitļu secība): 1,00×, 2,00×, 3,00× — nelīdzsvarotība, nesakritība, a izliekta vārpsta, certain vaļīgums patterns.
- Asinhronā (neveselo skaitļu secība): 2,47×, 3,57×, 0,45× — gultņu defekti, elektropārvades līnijas, subsinhronās nestabilitātes un ārējie avoti.
Noderīga apakškategorija ir subharmonic — energy zem 1× (piemēram, 0,5× maksimums, kas rodas no stipras vaļīguma vai berzes). Subharmonikas ir asinhronā satura veids, un tās pastāv līdzās subsinhronajām nestabilitātēm, kas aprakstītas tālāk tekstā.
2. Bieži sastopami asinhronās vibrācijas avoti
Rullīšu gultņu defekti (visbiežāk sastopamie)
Pats galvenais asinhronās vibrācijas avots:
- Gultņu defektu frekvences: BPFO, BPFI, BSF un FTF tās nosaka gultņu ģeometrija un nekad nav precīzi vārpstas apgriezienu skaita daudzkārtņi.
- Piemērs: motors ar 1800 apgr./min. (30 Hz) var radīt BPFO ar frekvenci 107 Hz — tas ir 3,57 reizes lielāks par vārpstas apgriezienu skaitu, kas acīmredzami nav vesels skaitlis.
- Diagnostiskā nozīme: Asinhronā frekvence uzreiz liek domāt par gultņu problēmu.
- Atklāšana: aploksnes analīze ir galvenā metode šo komponentu noteikšanai, bieži vien jau ilgi pirms tie parādās parastajā spektrā.
Elektriskie frekvences
Elektromagnētiskās svārstības, kas nav saistītas ar vārpstas apgriezienu skaitu:
- 2× tīkla frekvence: 120 Hz pie 60 Hz barošanas avotiem vai 100 Hz pie 50 Hz barošanas avotiem, neatkarīgi no motora apgriezieniem.
- Piemērs: 2-polu 60 Hz motors darbojas ar apmēram 3550 apgr./min. (59,2 Hz), taču tā vibrācijas frekvence, kas ir divreiz lielāka par tīkla frekvenci, ir 120 Hz — 2,03 reizes lielāka par vārpstas apgriezienu skaitu, asinhronais motors.
- Pola caurlaides frekvence: var nebūt precīzs vesela skaitļa daudzkārtnis.
- VFD harmonics: dzinēja komutācijas frekvences nav saistītas ar vārpstas apgriezienu skaitu.
Ārējie avoti
- Papildu aprīkojums: vibrācija, kas no blakus esošajām iekārtām tiek pārnesta pa grīdu.
- Ēka vai pamati: strukturālās rezonanses noteiktās frekvencēs.
- Procesa svārstības: spiediena viļņi, kas izplatās cauruļvados.
- Akustiskās rezonanses: stāvošās viļņi kanālos vai korpusos.
Sub-sinhronās nestabilitātes
- Eļļas virpulis: parasti 0,42–0,48 reizes lielāks par vārpstas ātrumu (ne gluži puse).
- Oil whip: nostiprinās pie rotora dabiskā frekvence, nevis apgriezienu skaitu.
- Plombu nestabilitāte: bieži vien ar frekvencēm, ko nosaka šķidruma dinamika. Tie ir klasiski piemēri rotora nestabilitāte.
Nejaušas svārstības
- Kavitācija: nejauša burbuļa sabrukums, platjoslas internets.
- Turbulence: nejaušas plūsmas svārstības.
- Berzēšana: haotisks kontakts, kas rada neperiodiskas svārstības.
3. Identifikācija spektros
Spektra raksturojums
- Fiksēta frekvence: Parādās ar tādu pašu Hz vērtību neatkarīgi no ātruma izmaiņām
- Order shifts: ja apgriezienu skaits mainās, asinhronā frekvence maina savu attiecību (jo šī attiecība ir frekvence dalīta ar vārpstas apgriezienu skaitu).
- Ūdenskrituma grafiks: asinkronās sastāvdaļas parādās kā vertical līnijas, sinhronās sastāvdaļas, piemēram diagonal līnijas — visintuitīvākais veids, kā tās atšķirt.
- Spektra secība: asinkronie pīķi atrodas pie neveselo skaitļu kārtām (2,47×, 3,57× utt.).
Diagnostikas procedūra
- Noteikt skriešanas ātrumu no 1× maksimuma vai, precīzāk, no tahometrs.
- Aprēķināt pasūtījumus dalot katras maksimālās frekvences vērtību ar braukšanas ātruma frekvenci.
- Integer orders (1,00×, 2,00×, 3,00×) darbojas sinhroni.
- Pasūtījumi, kas nav veseli skaitļi (2,47×, 3,57×) ir asinhroni.
- Saskaņot ar kļūdu veidiem salīdzinot aprēķinātās frekvences ar gultņu frekvencēm, elektropārvades līnijām un tamlīdzīgiem avotiem.
Mašīnās ar maināmu ātrumu šī nošķiršana ir precīzāka, ja pasūtījumu analīze, kas frekvences asi pārveido atbilstoši skriešanas ātruma daudzkārtņiem, tā ka sinhronajiem maksimumiem paliekot nemainīgiem, bet asinhronajiem — pārvietojoties.
4. Diagnostiskā nozīme
Gultņu defekti
- Asinhronijas maksimumi BPFO, BPFI vai BSF nekavējoties liecina par gultņa problēma.
- Aprēķiniet teorētiskās gultņu frekvences un salīdziniet tās ar novērotajiem maksimumiem.
- Atšķirība aptuveni ±5 % apstiprina gultņa defektu.
- Harmonikas un sānu joslas par defektu biežumu sniedz papildu apstiprinājumu.
Jūs varat apiet aprēķinus, izmantojot gultņu defektu biežuma kalkulators, kas, pamatojoties uz gultņu ģeometriju un vārpstas apgriezieniem, tieši aprēķina BPFO, BPFI, BSF un FTF.
Elektromagnētiskās problēmas
- 2× tīkla frekvences līnija ar 100/120 Hz norāda uz stator vai gaisa sprauga problēmas.
- Frekvence paliek nemainīga neatkarīgi no ātruma svārstībām.
- Motora strāvas analīze apstiprina, ka problēmas cēlonis ir elektrisks.
Ārējā vibrācija
- Pīķi, kas neatbilst ne iekārtas ātrumam, ne gultņu frekvencēm.
- Tie var sakrist ar blakus esošo iekārtu darbības ātrumu.
- Ir nepieciešams veikt cēloņa izmeklēšanu, kam jāseko problēmas novēršanai vai labošanai.
5. Asinhronās vibrācijas analīzes metodes
Aploksnes analīze
- Galvenā metode gultņu defektu noteikšanai.
- Pastiprina atkārtotus triecienus, kas rada asinhronu saturu.
- Samazina spēcīgas sinhronās zemas frekvences komponentes.
- Skaidri parāda gultņu frekvences iegūtajā aploksnes spektrs.
Augstas frekvences paātrinājums
- Asinhronajiem gultņiem raksturīgie defekti bieži vien parādās augstfrekvenču diapazonā (virs 1 kHz).
- Izmantojiet akselerometri ar augstu Fmax iestatījumu.
- Tādējādi tiek fiksētas tās ietekmes un augstfrekvences rezonanses, kuras netiek uztvertas, veicot zemas frekvences ātruma mērījumus.
Cepstrum analīze
- Cepstrum analīze efektīvi atklāj periodiskas sakarības, kas slēpjas asinhronos signālos.
- Tas vienlaikus atpazīst veselas harmoniku vai sānu joslu grupas.
- Īpaši noderīgi sarežģītiem gultņiem un aprīkojums signatures.
6. Praktiski piemēri
Motors ar gultņa defektu
- Running speed: 1750 apgr./min. (29,17 Hz).
- Sinhronās sastāvdaļas: 1 reizi pie 29,17 Hz, 2 reizes pie 58,34 Hz.
- Asinhronā komponente: pīķis pie 107 Hz (3,67 reizes lielāks par vārpstas apgriezienu skaitu).
- Diagnoze: 107 Hz atbilst aprēķinātajam BPFO → ārējās gredzenveida defektam.
- Apstiprinājums: asinkronais darbības veids liecina par gultņu problēmu, nevis rotora defektu.
VFD motors ar mainīgu ātrumu
- Motora apgriezienu skaits svārstās no 1200 līdz 1800 apgr./min.
- 1× maksimums mainās atkarībā no ātruma (sinhroni).
- 120 Hz maksimums paliek nemainīgs (asinkrons, 2× tīkla frekvence).
- Diagnoze: elektromagnētiskais komponents no 60 Hz barošanas avota.
Praksē šī atdalīšana ir pārnēsājama analizatora ikdienas uzdevums. Tā kā tāds instruments kā Balanset-1A vienlaikus ar vibrāciju spektru nolasot rotācijas ātrumu no optiskā tahometra, tas uz vietas var noteikt, vai konkrētais maksimums ir sinhrons vai asinhrons — tādējādi inženierim uzreiz norādot, vai risinājums ir rotora balansēšana vai gultņa nomaiņa. Asinhronā satura atpazīšana pēc tā neveselo skaitļu kārtām, fiksētās frekvences neatkarīgi no ātruma izmaiņām vai vertikālās paraksta līnijas ūdenskrituma diagrammā ļauj precīzi identificēt gultņu defektus, elektriskas problēmas un ārējus ietekmējošus faktorus — un norāda ceļu uz pareizo korektīvo rīcību.
