Harmonischen begrijpen in trillingsanalyse
Definitie: Wat is een harmonische?
Bij trillingsanalyse wordt een harmonische is een frequentie die een geheel veelvoud is van een grondfrequentie. De grondfrequentie is doorgaans de primaire aandrijffrequentie van een systeem, zoals de rotatiesnelheid van een as. Deze grondfrequentie wordt de 1e harmonische of 1xDe daaropvolgende harmonischen zijn:
- De 2e harmonische (2x) is de frequentie op precies twee keer de grondtoon.
- De 3e harmonische (3x) is de frequentie op precies drie maal de grondtoon.
- En zo verder (4x, 5x, 6x…).
Als een motor bijvoorbeeld draait met 1800 toeren per minuut (30 Hz), verschijnen de harmonischen in het trillingsspectrum bij 60 Hz (2x), 90 Hz (3x), 120 Hz (4x), enzovoort.
Waarom worden harmonischen gegenereerd?
In een perfect lineair systeem met een zuiver sinusvormige forceringsfunctie (zoals een perfect gebalanceerde rotor) zou alleen de 1x fundamentele frequentie worden gegenereerd. Echte machines zijn echter niet perfect lineair. Harmonischen ontstaan wanneer de beweging van een component vervormd of niet-sinusvormig is. Deze vervorming kan worden veroorzaakt door diverse mechanische en elektrische omstandigheden. De aanwezigheid en amplitude van specifieke harmonischen zijn daarom krachtige diagnostische indicatoren.
Veelvoorkomende oorzaken en diagnostische waarde van harmonischen
Het patroon van harmonischen in een trillingsspectrum biedt waardevolle aanwijzingen over de oorzaak van een machinestoring.
Hoge 1x amplitude (de basis)
Een dominante piek bij 1x wordt het meest geassocieerd met onevenwichtExcentriciteit en gebogen assen produceren ook een sterk 1x-signaal.
Hoge 2x amplitude (2e harmonische)
Een sterke 2e harmonische, vaak vergelijkbaar in amplitude met de 1x piek, is een klassieke indicator van verkeerde uitlijning van de asDe scheefstand zorgt ervoor dat de as twee keer per omwenteling buigt, wat een sterke frequentiecomponent van 2x oplevert. Ernstige parallelle scheefstand kan ook harmonischen van 3x en 4x veroorzaken.
Een “familie” van harmonischen (1x, 2x, 3x, 4x, 5x…)
Als je een reeks van veel lopende snelheidsharmonischen ziet, is dit de primaire signatuur van mechanische losheidDe schokken en niet-lineaire bewegingen die worden veroorzaakt door losse componenten (zoals een los lager in de behuizing of een losse bout op een machinevoet) vervormen het trillingssignaal en genereren een rijk patroon van harmonischen. Hoe ernstiger de losheid, hoe meer harmonischen er aanwezig zullen zijn.
Andere oorzaken van harmonischen
- Overhangende rotoren: Een gebogen as op een machine met een overhangende rotor (zoals een verticale pomp) kan sterke 1x, 2x en 3x harmonischen genereren.
- Reciprocating Machines: De niet-sinusvormige beweging van zuigers en krukassen in motoren en compressoren genereert van nature een rijk spectrum aan harmonischen.
- Elektrische problemen: Problemen met wisselstroommotoren kunnen harmonischen in de netfrequentie veroorzaken (bijvoorbeeld 120 Hz in een 60 Hz-systeem).
- Wrijven: Een lichte, gedeeltelijke wrijving kan een reeks hogere harmonischen genereren, soms tot wel 10x, 20x of zelfs meer.
Analyse-overwegingen
Bij het analyseren van harmonischen is het belangrijk om rekening te houden met:
- Welke harmonische is dominant? Het antwoord wijst op verschillende mogelijke fouten.
- Hoeveel harmonischen zijn er? Een groot aantal duidt op losheid of ernstige vervorming.
- Wat is de amplitudetrend? Een toename van de amplitude van harmonischen in de loop van de tijd duidt op een verslechterende toestand.
- Zijn ze radiaal of axiaal? Zo uit zich bij een verkeerde uitlijning vaak een sterke axiale trilling, terwijl onbalans voornamelijk radiaal optreedt.
Door het volledige patroon van grondfrequenties en harmonische frequenties te onderzoeken, kan een trillingsanalist machineproblemen met een hoge mate van zekerheid diagnosticeren.