Înțelegerea vibrațiilor asincrone
Vibrații asincrone (numită și vibrație nesincronă) este vibrații la frecvențe care sunt nu multipli întregi exacți - ordine - a vitezei de rotație a arborelui. Spre deosebire de vibrații sincrone din dezechilibru sau nealiniere (care aterizează întotdeauna la 1×, 2×, 3× viteza de rulare), vibrațiile asincrone apar la frecvențe dictate de geometria componentelor, efectele electromagnetice sau sursele externe, mai degrabă decât de rotația arborelui în sine.
Distincția între conținutul sincron și cel asincron este una dintre cele mai fundamentale abilități în domeniul mașinilor diagnosticare, deoarece separarea restrânge imediat căutarea unei cauze. Componentele sincrone indică o masă rotativă sau probleme geometrice legate de rotor; componentele asincrone indică în schimb defecte ale elementelor de rulare, defecte electrice sau influențe provenite din afara rotorului. O clasificare corectă din timp scutește un analist, de exemplu, de la echilibrarea unei mașini a cărei problemă reală este un rulment defect.
1. Sincron vs. Asincron: Distincția de bază
Limita este definită în întregime de ordin - raportul dintre frecvența unei vibrații și frecvența vitezei de rotație. Un vârf la o ordine exactă a numărului întreg este sincron și blocat la rotația arborelui; un vârf la o ordine fracționară este asincron și se supune unui alt ceas.
- Sincron (comenzi întregi): 1.00×, 2.00×, 3.00× - dezechilibru, nealiniere, a arbore îndoit, anumite joc axial modele.
- Asincron (comenzi neîntregi): 2,47×, 3,57×, 0,45× - defecte ale rulmenților, linii electrice, instabilități sub-sincrone și surse externe.
O subcategorie utilă este subarmonică - energie mai jos 1× (de exemplu, un vârf de 0,5× din cauza unui joc mecanic sever sau a unei frecări). Subarmonicele sunt o formă de conținut asincron și se află alături de instabilitățile sub-sincrone discutate mai jos.
2. Surse comune de vibrații asincrone
Defecte ale rulmenților cu elemente rulante (cele mai frecvente)
De departe, sursa dominantă de vibrații asincrone:
- Frecvențele defectelor rulmenților: BPFO, BPFI, BSF și FTF sunt determinate de geometria rulmenților și nu sunt niciodată multipli exacți ai vitezei arborelui.
- Exemplu: un motor de 1800 RPM (30 Hz) ar putea afișa un BPFO la 107 Hz - adică 3,57× viteza arborelui, în mod clar nu este un număr întreg.
- Valoarea diagnostică: o frecvență asincronă ridică imediat suspiciunea unei probleme de rulment.
- Detectare: analiza anvelopei este principala tehnică de scoatere la suprafață a acestor componente, adesea cu mult înainte ca acestea să apară în spectrul obișnuit.
Frecvențe electrice
Vibrații electromagnetice fără legătură cu turația arborelui:
- De două ori frecvența de rețea: 120 Hz la alimentări de 60 Hz sau 100 Hz la alimentări de 50 Hz, independent de turația motorului.
- Exemplu: un motor cu 2 poli de 60 Hz funcționează la aproximativ 3550 RPM (59,2 Hz), însă vibrația sa la dublul frecvenței rețelei se situează la 120 Hz - 2,03× viteza arborelui, asincron.
- Frecvența de trecere a polului: nu poate fi un multiplu întreg exact.
- Armonici VFD: frecvențele de comutare ale acționării nu au nicio legătură cu turația arborelui.
Surse externe
- Echipament adiacent: vibrațiile transmise prin podea de utilajele din apropiere.
- Clădire sau fundație: rezonanțe structurale la frecvențe fixe.
- Pulsații de proces: unde de presiune care se deplasează în conducte.
- Rezonanțe acustice: unde staționare în conducte sau incinte.
Instabilități sub-sincrone
- Vârtej de ulei: de obicei 0,42-0,48× viteza arborelui (nu chiar jumătate).
- Biciuire de ulei: se fixează pe rotorul frecvență naturală, nu la viteza arborelui.
- Instabilitățile etanșărilor: adesea la frecvențe stabilite de dinamica fluidelor. Acestea sunt exemple clasice de instabilitatea rotorului.
Vibrații aleatorii
- Cavitație: prăbușire aleatorie a bulei, bandă largă.
- Turbulenţă: fluctuații aleatorii ale fluxului.
- Frecare: contact haotic care creează vibrații neperiodice.
3. Identificarea în spectre
Caracteristicile spectrului
- Frecvență fixă: Apare la aceeași valoare Hz indiferent de schimbările de viteză
- Variații de ordin: dacă viteza variază, o frecvență asincronă își schimbă ordinea (deoarece ordinea este frecvența ÷ viteza arborelui).
- Diagramă în cascadă: componentele asincrone apar ca vertical linii, componente sincrone ca diagonală linii - cel mai intuitiv mod de a le deosebi.
- Spectrul ordinelor: vârfurile asincrone se situează la ordine neîntregi (2,47×, 3,57× și așa mai departe).
Procedura de diagnostic
- Identificarea vitezei de funcționare de la vârful 1× sau, mai fiabil, un tahometru.
- Calculați ordinele prin împărțirea fiecărei frecvențe de vârf la frecvența vitezei de funcționare.
- Ordine întregi (1.00×, 2.00×, 3.00×) sunt sincrone.
- Ordine neîntregi (2,47×, 3,57×) sunt asincrone.
- Potrivire cu tipurile de defecte prin compararea frecvențelor calculate cu frecvențele rulmenților, liniilor electrice și altele asemenea.
La mașinile cu turație variabilă, această separare este mai curată sub analiza ordinelor, care raportează axa frecvenței la multiplii vitezei de rulare, astfel încât vârfurile sincrone să stea pe loc, în timp ce vârfurile asincrone să se miște.
4. Semnificația diagnostică
Defecte ale rulmenților
- Vârfurile asincrone la BPFO, BPFI sau BSF sugerează imediat o problemă de rulment.
- Calculați frecvențele teoretice ale rulmenților și comparați-le cu vârfurile observate.
- O potrivire în limita a ±5% confirmă o defecțiune a rulmentului.
- Armonice și benzi laterale a frecvenței defectului oferă o confirmare suplimentară.
Puteți scurtcircuita aritmetica cu un calculator frecvență defecte rulmenți, care returnează BPFO, BPFI, BSF și FTF direct din geometria rulmentului și viteza arborelui.
Probleme electromagnetice
- O linie de frecvență de linie 2× la 100/120 Hz indică stator sau întrefier probleme.
- Frecvența rămâne fixă indiferent de variațiile de viteză.
- Analiza curentului motorului confirmă originea electrică.
Vibrații externe
- Vârfuri care nu corespund nici vitezei mașinii, nici frecvențelor rulmenților.
- Acestea pot coincide cu viteza de funcționare a echipamentelor din apropiere.
- Este necesară investigarea sursei, urmată de izolare sau corecție.
5. Tehnici de analiză pentru vibrații asincrone
Analiza anvelopei
- Tehnica principală de detectare a defectelor rulmenților.
- Îmbunătățește impacturile repetitive care produc conținut asincron.
- Suprimă componentele sincrone puternice de joasă frecvență.
- Evidențiază clar frecvențele de rulment în rezultatul spectrul anvelopei.
Accelerație de înaltă frecvență
- Defectele asincrone ale rulmenților apar adesea în domeniul frecvențelor înalte (peste 1 kHz).
- Utilizați accelerometre cu o setare Fmax ridicată.
- Acest lucru surprinde impacturile și rezonanțele de înaltă frecvență pe care măsurătorile vitezei de joasă frecvență le ratează.
Analiza Cepstrului
- Analiza cepstrului este eficient pentru a găsi modele periodice îngropate în semnale asincrone.
- Acesta detectează familii întregi de armonici sau benzi laterale simultan.
- Util în special pentru rulmenți complecși și roată dințată semnături.
6. Exemple practice
Motor cu o defecțiune a rulmentului
- Viteza de rotație: 1750 RPM (29,17 Hz).
- Componente sincrone: 1× la 29,17 Hz, 2× la 58,34 Hz.
- Componentă asincronă: un vârf la 107 Hz (3,67× viteza arborelui).
- Diagnostic: 107 Hz corespunde BPFO calculat → defect pe pista exterioară.
- Confirmare: natura asincronă confirmă o problemă de rulment, nu de rotor.
Motor VFD la viteză variabilă
- Viteza motorului variază de la 1200 la 1800 RPM.
- Vârful 1× se deplasează cu viteză (sincron).
- Vârful de 120 Hz rămâne pe loc (asincron, 2× frecvența de linie).
- Diagnostic: o componentă electromagnetică din alimentarea de 60 Hz.
Pe teren, această separare este activitatea de zi cu zi a unui analizor portabil. Deoarece un instrument precum Balanset-1A citește viteza de rotație din tahometrul său optic în același timp cu spectrul de vibrații, acesta poate indica pe loc dacă un anumit vârf este sincron sau asincron — spunând imediat inginerului dacă soluția este echilibrarea rotorului sau înlocuirea unui rulment. Recunoașterea conținutului asincron prin ordinele sale neîntregi, frecvența sa fixă în ciuda schimbărilor de viteză sau semnătura sa verticală pe un grafic în cascadă este ceea ce permite identificarea precisă a defectelor rulmenților, a problemelor electrice și a influențelor externe — și indică calea către acțiunea corectivă corectă.
