Понимание асинхронных колебаний
Асинхронная вибрация (также называемая несинхронной вибрацией) — это вибрация на частотах, которые не являются точные целые кратные - порядки — скорости вращения вала. В отличие от синхронной вибрации синхронная вибрация из дисбаланс или Перекос (которая всегда приходится ровно на 1×, 2×, 3× от скорости вращения), асинхронная вибрация возникает на частотах, диктуемых геометрией компонентов, электромагнитными эффектами или внешними источниками, а не вращением самого вала.
Различение синхронного и асинхронного содержимого сигнала — один из самых фундаментальных навыков в диагностике машин. диагностика, потому что разделение сразу сужает поиск причины. Синхронные компоненты указывают на вращающуюся массу или геометрические проблемы, связанные с ротором; асинхронные компоненты указывают на дефекты элементов качения, электрические неисправности или влияние, исходящее извне ротора. Правильная классификация на ранней стадии избавляет аналитика, например, от балансировки машины, реальная проблема которой — вышедший из строя подшипник.
1. Синхронный и асинхронный: основные различия
Граница полностью определяется порядок - отношение частоты вибрации к частоте вращения. Пик с точным порядком целого числа является синхронным и привязан к вращению вала; пик с дробным порядком является асинхронным и подчиняется другим часам.
- Синхронный (целочисленные заказы): 1.00×, 2.00×, 3.00× - дисбаланс, несоосность, a изогнутый вал, определенный Ослабление шаблоны.
- Асинхронный (нецелые порядки): 2,47×, 3,57×, 0,45× - дефекты подшипников, электрические линии, субсинхронные нестабильности и внешние источники.
Полезной подкатегорией является субгармонический - энергия ниже 1× (например, пик 0,5× от сильного ослабления или стирания). Субгармоники - это одна из форм асинхронного контента, и они соседствуют с субсинхронными неустойчивостями, о которых речь пойдет ниже.
2. Общие источники асинхронной вибрации
Дефекты подшипников качения (наиболее распространенные)
Является доминирующим источником асинхронной вибрации:
- Частоты дефектов подшипников: BPFO, BPFI, BSF и FTF зависят от геометрии подшипника и никогда не бывают точно кратны скорости вращения вала.
- Пример: Двигатель со скоростью вращения 1800 об/мин (30 Гц) может показать BPFO на частоте 107 Гц — это 3,57 × скорость вращения вала, что явно не является целым числом.
- Диагностическая ценность: асинхронная частота сразу вызывает подозрение на проблему с подшипником.
- Обнаружение: анализе огибающей является основной техникой для выявления этих компонентов, часто задолго до их появления в обычном спектре.
Электрические частоты
Электромагнитная вибрация, не связанная со скоростью вращения вала:
- 2× частота сети: 120 Гц при питании 60 Гц или 100 Гц при питании 50 Гц, независимо от скорости вращения двигателя.
- Пример: Двухполюсный двигатель с частотой 60 Гц работает со скоростью около 3550 об/мин (59,2 Гц), но его двухлинейная частота вибрации составляет 120 Гц - 2,03 × скорость вращения вала, асинхронная.
- Частота прохождения полюсов: не может быть точным целым кратным.
- Гармонические сигналы ЧРП: Частота переключения привода не зависит от частоты вращения вала.
Внешние источники
- Прилегающее оборудование: Вибрация, передающаяся через пол от расположенных рядом машин.
- Здание или фундамент: структурные резонансы на фиксированных частотах.
- Пульсации процесса: волны давления, распространяющиеся по трубопроводу.
- Акустические резонансы: стоячие волны в воздуховодах или корпусах.
Субсинхронные нестабильности
- Масляный вихрь: обычно 0,42-0,48 × скорость вращения вала (не совсем половина).
- Масляный вихрь: фиксируется на собственной частоте ротора, но не на частоту вращения вала.
- Нестабильность уплотнений: часто с частотой, задаваемой гидродинамикой. Это классические примеры неустойчивость ротора.
Случайная вибрация
- Кавитация: случайное схлопывание пузыря, широкополосная связь.
- Турбулентность: случайные флуктуации потока.
- Трение: хаотический контакт, создающий непериодические колебания.
3. Идентификация в спектрах
Характеристики спектра
- Фиксированная частота: Показывает одно и то же значение частоты независимо от изменений скорости
- Смещение порядка: При изменении частоты вращения асинхронная частота меняет свой порядок (поскольку порядок равен частоте, делённой на частоту вращения вала).
- Водопадная диаграмма: асинхронные компоненты отображаются как вертикальный линии, синхронные компоненты, как диагональные линии - самый интуитивный способ их различить.
- Спектр заказов: Асинхронные пики приходятся на нецелые порядки (2,47×, 3,57× и так далее).
Диагностическая процедура
- Определите частоту вращения от пика 1× или, что более надежно, от тахометр.
- Рассчитать заказы путем деления каждой пиковой частоты на частоту вращения.
- Целочисленные заказы (1.00×, 2.00×, 3.00×) являются синхронными.
- Нецелые порядки (2,47×, 3,57×) являются асинхронными.
- Соответствие типам неисправностей путем сравнения рассчитанных частот с частотами подшипников, электрических линий и т.п.
На машинах с переменной скоростью вращения это разделение происходит чище под порядковый анализ, который изменяет частотную ось на кратную скорости движения, так что синхронные пики стоят на месте, а асинхронные движутся.
4. Диагностическая значимость
Дефекты подшипников
- Асинхронные пики на BPFO, BPFI или BSF немедленно указывают на проблема с подшипником.
- Рассчитайте теоретические частоты подшипников и сравните их с наблюдаемыми пиками.
- Совпадение в пределах ±5% подтверждает неисправность подшипника.
- Гармоники и боковые полосы частоты дефектов дают дополнительное подтверждение.
Вы можете сократить арифметические действия с помощью Калькулятор частоты дефектов подшипников, который возвращает BPFO, BPFI, BSF и FTF прямо из геометрии подшипника и скорости вращения вала.
Электромагнитные проблемы
- Линия с частотой 2× на частоте 100/120 Гц указывает на статор или воздушный зазор проблемы.
- Частота остается неизменной независимо от изменения скорости.
- Анализ тока двигателя подтверждает электрическое происхождение.
Внешние вибрации
- Пики, не соответствующие ни частоте вращения станка, ни частоте вращения подшипников.
- Они могут совпадать со скоростью работы близлежащего оборудования.
- Необходимо исследовать источник, а затем изолировать его или исправить.
5. Методы анализа асинхронной вибрации
Анализ огибающей
- Основной метод обнаружения дефектов подшипников.
- Усиливает повторяющиеся воздействия, которые производят асинхронный контент.
- Подавляет сильные синхронные низкочастотные составляющие.
- Выявляет частоты подшипников в результирующем спектр огибающей.
Высокочастотное ускорение
- Асинхронные дефекты подшипников часто находятся в высокочастотном диапазоне (выше 1 кГц).
- Используйте акселерометры с высоким значением Fmax.
- Это позволяет уловить удары и высокочастотные резонансы, которые упускают низкочастотные измерения скорости.
Анализ кепстра
- Кепструм-анализ эффективен для поиска периодических паттернов в асинхронных сигналах.
- Он обнаруживает сразу целые семейства гармоник или боковых полос.
- Особенно полезно для сложных подшипников и шестерня подписи.
6. Практические примеры
Двигатель с дефектом подшипника
- Частота вращения: 1750 об/мин (29,17 Гц).
- Синхронные компоненты: 1× при 29,17 Гц, 2× при 58,34 Гц.
- Асинхронный компонент: пик на частоте 107 Гц (3,67× частота вращения вала).
- Диагноз: 107 Гц соответствует рассчитанному значению BPFO → дефект наружного кольца подшипника.
- Подтверждение: асинхронный характер подтверждает проблему с подшипниками, а не с ротором.
Двигатель с частотно-регулируемым приводом
- Скорость вращения двигателя варьируется от 1200 до 1800 об/мин.
- Пик 1× движется со скоростью (синхронно).
- Пик 120 Гц остается на месте (асинхронный, 2× линейная частота).
- Диагноз: электромагнитный компонент от источника питания 60 Гц.
В полевых условиях такое разделение является повседневной работой портативного анализатора. Поскольку такой прибор, как Balanset-1A Считывая скорость вращения с оптического тахометра одновременно со спектром вибрации, прибор может сразу определить, является ли данный пик синхронным или асинхронным, и сразу же подсказать инженеру, что нужно делать: балансировать ротор или заменить подшипник. Распознавание асинхронного содержимого по его нецелочисленным порядкам, фиксированной частоте, несмотря на изменения скорости, или вертикальной подписи на графике водопада позволяет точно определить дефекты подшипников, электрические проблемы и внешние воздействия - и указать путь к правильным корректирующим действиям.
