Înțelegerea subarmonicelor
A subarmonică este o componentă de frecvență într-un vibrații spectru care apare la o fracțiune întreagă a frecvenței de forțare fundamentale. În analiza mașinilor, acea frecvență fundamentală este aproape întotdeauna turația de funcționare (1X), astfel încât subarmonicele apar la ordine precum 1/2X, 1/3X sau 1/4X. Deoarece acestea se află mai jos componenta sincronă principală; acestea sunt denumite și subsincron vibrațiile, iar acestea sunt printre cele mai valoroase din punct de vedere diagnostic pe care un analist le poate identifica — ele apar rareori fără o cauză fizică clară.
1. Definiție: Ce este o subarmonică?
Where ordinary armonice sunt multipli întregi ai vitezei de rotație (2X, 3X, 4X), subarmonicele sunt reciprocul: diviziuni întregi ale acesteia. Un vârf exact la jumătate din viteza arborelui este exemplul clasic, adesea notat 1/2X sau 0.5X. Prin urmare, o subarmonică adevărată se află întotdeauna sub 1X — 0.5X, 0.33X, 0.25X. În practică, modelul cel mai informativ nu este doar linia 1/2X, ci o familie de semiordine — vârfuri la 1/2X, 3/2X (1.5X) și 5/2X (2.5X), toate spațiate la jumătate de ordin. Strict vorbind, doar elementul 1/2X este subarmonic și subsincron; elementele de peste 1X (1.5X, 2.5X, …) sunt armonici fracționare (de semiordin), nu componente subsincrone. Apariția unui astfel de pieptene este o semnătură clasică a unor defecte mecanice specifice, nu un zgomot aleator.
Merită să facem distincția între o subarmonică adevărată și o componentă subsincronă neîntreagă. Un vârf fixat exact la 0,50X este o subarmonică autentică a vitezei de funcționare; un vârf la, să zicem, 0,43X este subsincron, dar nu o fracție exactă, iar această distincție restrânge imediat lista posibilelor cauze. Subarmonicele nu sunt la fel de frecvente ca armonicele, dar atunci când apar, ele indică aproape întotdeauna una dintre cauzele de mai jos.
2. Jocul mecanic — cea mai frecventă cauză
Sursa principală a unui subarmonic de ordin 1/2X este joc mecanic. Atunci când o componentă este slăbită — un rulment cu joc în carcasă, o îmbinare uzată sau un șurub de fixare slăbit — aceasta generează o reacție puternic neliniară de “sărituri” sau “zgomot de clănțănit”. Jocul permite piesei să lovească suprafața de așezare, iar deoarece acest impact tinde să se repete efectiv la fiecare other rotație, sistemul răspunde la jumătate din frecvența de forțare.
Spectrul rezultat arată vârful 1X însoțit de o serie de semiordine la 1/2X, 3/2X, 5/2X și așa mai departe — subarmonica 1/2X împreună cu armonicile sale de ordin fracționar de peste 1X. Acea familie de semiordine este una dintre cele mai fiabile amprente în diagnosticarea vibrațiilor: indică aproape fără echivoc o slăbire structurală severă, iar creșterea ei în timp urmărește agravarea jocului de montaj. Cu cât vârfurile de semiordin sunt mai pronunțate și mai numeroase, cu atât îmbinarea a devenit mai slăbită.
3. Instabilitatea lagărelor cu alunecare
În mașinile care funcționează pe baza unui film de fluid sau lagare radiale cu alunecare, vibrațiile subsincrone constituie un semnal de avertizare critic privind instabilitatea filmului de ulei. Acestea sunt vibrații auto-excitate — energia provenită din rotația constantă alimentează direct vibrația, astfel încât acestea pot crește fără niciun impuls extern.
- Vârtej de ulei: De obicei, apare la valori cuprinse între 0,42X și 0,48X din viteza de funcționare, manifestându-se sub forma unui vârf puternic și distinct, situat chiar sub jumătatea de ordin. Acesta apare atunci când pana de ulei care susține arborele începe să circule (vârtej de ulei) în jocul lagărului, antrenând arborele în jurul fusului său. Deoarece se situează ușor sub 0,5X, și nu exact la această valoare, frecvența exactă este indicatorul care diferențiază vârtejul de jocul mecanic.
- Biciuire de ulei: O formă mult mai gravă și mai distructivă de instabilitate. Aceasta apare atunci când frecvența vârtejului coincide cu prima frecvență naturală a rotorului, sau viteză critică. Vibrația se “fixează” apoi pe acea frecvență naturală și rămâne acolo chiar și atunci când viteza mașinii crește — o caracteristică ce deosebește biciuirea de ulei de un vârtej care urmărește turația. Amplitudinile pot deveni suficient de puternice încât să deterioreze lagărul sau arborele.
Frecvențele lagărelor cu alunecare care delimitează aceste instabilități pot fi estimate dinainte cu ajutorul unui Calculator al frecvenței de defect a lagărelor cu alunecare, ceea ce ajută la confirmarea faptului că un vârf subsincron se încadrează în banda de vârtej.
4. Alte surse de vârfuri subsincrone
- Probleme legate de transmisia cu curea: O curea uzată sau deteriorată poate genera componente subsincrone legate de propria viteză de rotație a curelei, care este mai mică decât viteza oricăreia dintre roți. Se suspectează defecte ale transmisiei cu curea — și mai ales V-belt faults — poate fi verificată în raport cu frecvența calculată a curelei folosind un calculator al frecvenței defectelor curelei.
- Efecte legate de flux: În cazul pompelor și ventilatoarelor, energia subsincronă poate proveni din turbulența fluxului sau desprindere rotativă. Aceste componente sunt de obicei nu fracțiuni exacte din 1X, ceea ce constituie în sine un indiciu util că sursa este de natură hidraulică sau aerodinamică, mai degrabă decât mecanică. În cazul compresoarelor, fenomenul asociat de surging poate, de asemenea, ridica nivelul de fond sub viteza de funcționare.
5. Analiză și confirmare
Deoarece diagnosticul se bazează pe diferențe mici de frecvență, prima sarcină este aceea de a determina cu precizie frecvența maximă. O linie situată exact la 0,50X indică în mod clar o slăbire; una la 0,47X indică aproape sigur un vârtej de ulei; o serie completă de 1/2X, 3/2X, 5/2X confirmă cu un grad ridicat de certitudine existența unei slăbiri. Rezoluția spectrală ridicată și o referință precisă a vitezei sunt, prin urmare, esențiale, deoarece 0,48X și 0,50X pot părea identice la o rezoluție grosieră.
The formă de undă temporală oferă o confirmare valoroasă. În cazul jocului mecanic, se observă de obicei un impact clar sau o trunchiere — vârfuri aplatizate sau retezate acolo unde piesa slăbită atinge punctul minim — în timp ce vârtejul de ulei se prezintă ca un semnal mai uniform, cu modulație, fără impacturi bruște. În teren, un analizor portabil cu două canale, precum Balanset-1A permite unui inginer să înregistreze atât spectrul, cât și forma de undă a timpului sincronizat la viteza de funcționare, astfel încât frecvența subsincronă exactă și caracteristicile formei sale de undă să poată fi evaluate împreună înainte de programarea oricărei operațiuni de demontare.
