Zrozumienie harmonicznych w analizie drgań

Definicja: Czym jest harmoniczna?

W analizie drgań, harmoniczny to częstotliwość będąca całkowitą wielokrotnością częstotliwości podstawowej. Częstotliwość podstawowa to zazwyczaj główna częstotliwość napędowa układu, np. prędkość obrotowa wału. Ta częstotliwość podstawowa jest nazywana pierwszą harmoniczną lub 1xNastępne harmoniczne to:

• The 2. harmoniczna (2x) jest częstotliwością dwukrotnie wyższą od częstotliwości podstawowej.
• The 3. harmoniczna (3x) jest częstotliwością dokładnie trzykrotnie wyższą od częstotliwości podstawowej.
• I tak dalej (4x, 5x, 6x…).

Na przykład, jeśli silnik pracuje z prędkością 1800 obr./min (30 Hz), jego harmoniczne pojawią się w widmie drgań przy częstotliwościach 60 Hz (2x), 90 Hz (3x), 120 Hz (4x) i tak dalej.

Dlaczego powstają harmoniczne?

W idealnie liniowym układzie z czysto sinusoidalną funkcją wymuszającą (jak idealnie wyważony wirnik), generowana byłaby jedynie 1-krotność częstotliwości podstawowej. Jednak rzeczywiste maszyny nie są idealnie liniowe. Harmoniczne powstają, gdy ruch elementu jest zniekształcony lub niesinusoidalny. Zniekształcenie to może być spowodowane różnymi warunkami mechanicznymi i elektrycznymi. Obecność i amplituda określonych harmonicznych stanowią zatem istotne wskaźniki diagnostyczne.

Najczęstsze przyczyny i znaczenie diagnostyczne harmonicznych

Układ harmonicznych w widmie drgań dostarcza cennych wskazówek na temat pierwotnej przyczyny usterki maszyny.

Wysoka amplituda 1x (podstawowa)

Dominujący szczyt przy 1x jest najczęściej kojarzony z brak równowagiMimośrodowość i wygięte wałki również dają silny sygnał 1x.

Wysoka amplituda 2x (druga harmoniczna)

Mocna druga harmoniczna, często porównywalna pod względem amplitudy do szczytu 1x, jest klasycznym wskaźnikiem niewspółosiowość wałuNiewspółosiowość zmusza wał do dwukrotnego zgięcia podczas każdego obrotu, generując silną składową częstotliwości 2x. Znaczne odchylenie równoległe może również powodować harmoniczne 3x i 4x.

„Rodzina” harmonicznych (1x, 2x, 3x, 4x, 5x…)

Kiedy widzisz serię wielu harmonicznych prędkości biegu, jest to podstawowy znak luźność mechanicznaUderzenia i ruch nieliniowy generowany przez luźne elementy (takie jak luźne łożysko w obudowie lub luźna śruba w stopie maszyny) zniekształcają sygnał drgań i generują bogaty wzór harmonicznych. Im większy luz, tym więcej harmonicznych będzie obecnych.

Inne przyczyny harmonicznych

• Wirniki zwisowe: Wygięty wał w maszynie z wirnikiem wystającym poza obrys (np. pompa pionowa) może generować silne harmoniczne 1x, 2x i 3x.
• Maszyny posuwisto-zwrotne: Niesinusoidalny ruch tłoków i wałów korbowych w silnikach i sprężarkach naturalnie generuje bogate spektrum harmonicznych.
• Problemy elektryczne: Problemy w silnikach prądu przemiennego mogą generować harmoniczne częstotliwości sieciowej (np. 120 Hz w systemie 60 Hz).
• Pocieranie: Lekkie, częściowe pocieranie może generować serię wyższych harmonicznych, czasami dochodzących do 10x, 20x lub nawet więcej.

Rozważania analityczne

Analizując harmoniczne, należy wziąć pod uwagę:

• Która harmoniczna jest dominująca? Odpowiedź wskazuje na różne potencjalne błędy.
• Ile harmonicznych jest obecnych? Duża liczba wskazuje na luzy lub poważne zniekształcenia.
• Jaki jest trend amplitudy? Wzrost amplitudy harmonicznych w czasie wskazuje na pogarszanie się stanu zdrowia.
• Czy są one promieniowe czy osiowe? Na przykład, brak współosiowości często objawia się dużymi drganiami osiowymi, podczas gdy niewyważenie ma głównie charakter promieniowy.

Analizując kompletny wzorzec częstotliwości podstawowych i harmonicznych, analityk drgań może z dużą pewnością zdiagnozować problemy z maszyną.

← Powrót do indeksu głównego