Forstå harmoniske i vibrasjonsanalyse

Definisjon: Hva er en harmonisk?

I vibrasjonsanalyse, en harmonisk er en frekvens som er et heltallsmultiplum av en grunnfrekvens. Grunnfrekvensen er vanligvis den primære drivfrekvensen til et system, for eksempel rotasjonshastigheten til en aksel. Denne grunnfrekvensen refereres til som den første harmoniske eller 1xDe påfølgende harmoniske frekvensene er:

• Den 2. harmoniske (2x) er frekvensen nøyaktig dobbelt så stor som grunnfrekvensen.
• Den 3. harmoniske (3x) er frekvensen nøyaktig tre ganger grunnfrekvensen.
• Og så videre (4x, 5x, 6x…).

Hvis for eksempel en motor kjører med 1800 o/min (30 Hz), vil dens harmoniske svingninger vises i vibrasjonsspekteret ved 60 Hz (2x), 90 Hz (3x), 120 Hz (4x) og så videre.

Hvorfor genereres harmoniske?

I et perfekt lineært system med en ren sinusformet tvangsfunksjon (som en perfekt balansert rotor) ville bare 1x grunnfrekvensen bli generert. Imidlertid er ikke maskiner i den virkelige verden perfekt lineære. Harmoniske genereres når bevegelsen til en komponent er forvrengt eller ikke-sinusformet. Denne forvrengningen kan være forårsaket av en rekke mekaniske og elektriske forhold. Tilstedeværelsen og amplituden av spesifikke harmoniske er derfor kraftige diagnostiske indikatorer.

Vanlige årsaker og diagnostisk verdi av harmoniske

Mønsteret av harmoniske svingninger i et vibrasjonsspektrum gir verdifulle ledetråder til den underliggende årsaken til en maskinfeil.

Høy 1x amplitude (grunntonen)

En dominant topp ved 1x er oftest assosiert med ubalanseEksentrisitet og bøyde aksler produserer også et sterkt 1x-signal.

Høy 2x amplitude (2. harmoniske)

En sterk andre harmonisk, ofte sammenlignbar i amplitude med 1x-toppen, er en klassisk indikator på akselfeiljusteringSkjevjusteringen tvinger akselen til å bøye seg to ganger under hver omdreining, noe som produserer en sterk 2x frekvenskomponent. Alvorlig parallell feiljustering kan også produsere 3x og 4x harmoniske.

En «familie» av harmoniske frekvenser (1x, 2x, 3x, 4x, 5x…)

Når du ser en serie med mange harmoniske hastighetsvariasjoner, er det den primære signaturen til mekanisk løshetStøt og ikke-lineær bevegelse skapt av løse komponenter (som et løst lager i huset eller en løs bolt på en maskinfot) forvrenger vibrasjonssignalet og genererer et rikt mønster av harmoniske. Jo mer løsheten er, desto flere harmoniske vil være tilstede.

Andre årsaker til harmoniske

• Overhengende rotorer: En bøyd aksel på en maskin med en overhengende rotor (som en vertikal pumpe) kan generere sterke 1x-, 2x- og 3x-harmoniske.
• Stempelgående maskiner: Den ikke-sinusformede bevegelsen til stempler og veivaksler i motorer og kompressorer genererer naturlig et rikt spekter av harmoniske svingninger.
• Elektriske problemer: Problemer i vekselstrømsmotorer kan generere harmoniske svingninger i nettfrekvensen (f.eks. 120 Hz i et 60 Hz-system).
• Gnier: En lett, delvis gnidning kan generere en serie med høyere orden harmoniske, noen ganger opptil 10x, 20x eller enda mer.

Analysehensyn

Når man analyserer harmoniske strømninger, er det viktig å vurdere:

• Hvilken harmonisk er dominant? Svaret peker på forskjellige potensielle feil.
• Hvor mange harmoniske er tilstede? Et stort tall antyder løshet eller alvorlig forvrengning.
• Hva er amplitudetrenden? En økning i amplituden til harmoniske over tid indikerer en forverret tilstand.
• Er de radiale eller aksiale? For eksempel viser feiljustering ofte høy aksial vibrasjon, mens ubalanse primært er radial.

Ved å undersøke det komplette mønsteret av grunnfrekvenser og harmoniske frekvenser, kan en vibrasjonsanalytiker diagnostisere maskinproblemer med høy grad av sikkerhet.

← Tilbake til hovedindeksen