Понимание субгармоник
A субгармонический является частотной составляющей в вибрация спектр Это происходит при целочисленной доле основной частоты воздействия. В анализе механизмов эта основная частота почти всегда является скорость бега (1X), поэтому субгармоники возникают в порядках 1/2X, 1/3X или 1/4X. Поскольку они находятся ниже основной синхронный компонент, их также называют субсинхронный колебания, и это одни из наиболее ценных с диагностической точки зрения пиков, которые может обнаружить аналитик — они редко возникают без явной физической причины.
1. Определение: Что такое субгармоника?
Где обычный гармоники являются целыми кратными скорости вращения вала (2X, 3X, 4X), а субгармоники — обратными величинами: целыми делителями этой скорости. Классическим примером является пик, соответствующий ровно половине скорости вращения вала, который часто обозначается как 1/2X или 0,5X. На практике наиболее информативной картиной является не отдельная субсинхронная линия, а семья из них — пики с коэффициентами 1/2X, 3/2X (1,5X) и 5/2X (2,5X), расстояние между которыми составляет половину порядка. Появление такого гребнеобразного сигнала является классическим признаком наличия определенных механических неисправностей, а не случайного шума.
Следует проводить различие между истинной субгармонической составляющей и нецелочисленной субсинхронной составляющей. Пик, точно фиксированный на значении 0,50X, является подлинной субгармонической составляющей рабочей скорости; пик, например, на значении 0,43X является субсинхронным, но нет точная дробь, и это различие сразу же сужает круг подозреваемых. Субгармоники встречаются не так часто, как гармоники, но когда они появляются, то почти всегда указывают на одну из перечисленных ниже причин.
2. Механическая неплотность — наиболее частая причина
Основным источником субгармоники 1/2X является механическая неплотность. Когда какой-либо узел ослаблен — например, подшипник имеет люфт в корпусе, изношенное соединение или ослабленный крепежный болт — это приводит к появлению явно нелинейного «подскакивания» или «стука». Из-за зазора деталь ударяется о свое гнездо, и поскольку этот удар повторяется практически каждый другие при воздействии колебаний система реагирует с частотой, равной половине частоты воздействия.
На полученном спектре виден пик 1X, сопровождаемый серией субгармоник с частотами 1/2X, 3/2X, 5/2X и т. д. Это семейство пиков полупорядка является одним из наиболее надежных признаков в диагностике вибраций: оно практически однозначно указывает на серьезный люфт конструкции, а его усиление с течением времени свидетельствует об ухудшении посадки. Чем ярче и многочисленнее пики полупорядка, тем сильнее ослабло соединение.
3. Нестабильность подшипников скольжения
В машинах, работающих на жидкостной пленке или подшипники цапф, субсинхронные колебания являются серьезным сигналом о нестабильности масляной пленки. К ним относятся самовозбуждающиеся колебания — энергия, получаемая за счет постоянного вращения, напрямую питает колебания, благодаря чему они могут нарастать без какого-либо внешнего воздействия.
- Масляный вихрь: Обычно наблюдается в диапазоне от 0,42X до 0,48X рабочей скорости и проявляется в виде сильного, отчетливого пика чуть ниже полупорядка. Он возникает, когда масляный клин, поддерживающий вал, начинает циркулировать (вращаться) в зазоре подшипника, увлекая вал за его шейку. Поскольку он находится чуть ниже 0,5X, а не ровно на этом значении, именно эта точная частота позволяет отличить вибрацию от люфта.
- Масляный кнут: Гораздо более серьезная и разрушительная форма нестабильности. Она возникает, когда частота вращения совпадает с первой собственной частотой ротора, или критическая скорость. Затем вибрация «закрепляется» на этой собственной частоте и сохраняется даже при увеличении скорости работы машины — это отличительная черта, позволяющая отличить «хлест» от вибрации, связанной с изменением скорости. Амплитуды колебаний могут стать настолько сильными, что приведут к повреждению подшипника или вала.
Частоты подшипников скольжения, в пределах которых возникают эти нестабильности, можно заранее оценить с помощью специального Калькулятор частоты дефектов подшипников скольжения, что позволяет определить, попадает ли субсинхронный пик в диапазон вихревых колебаний.
4. Другие источники субсинхронных пиков
- Проблемы с ременным приводом: Изношенный или поврежденный ремень может генерировать субсинхронные составляющие, связанные с собственной частотой вращения ремня, которая ниже скорости любого из шкивов. При наличии подозрений недостатки ременного привода — и особенно Неисправности клинового ремня — можно проверить по расчетной частоте ремня с помощью Калькулятор частоты дефектов ремня.
- Эффекты, связанные с потоком: В насосах и вентиляторах субсинхронная энергия может поступать из турбулентность потока или сваливание при вращении. Эти компоненты, как правило, нет точные доли от 1X, что само по себе является полезной подсказкой о том, что источник имеет гидравлическую или аэродинамическую природу, а не механическую. В компрессорах связанное с этим явление сургут также может повысить минимальную скорость бега.
5. Анализ и подтверждение
Поскольку диагноз зависит от небольших различий в частоте, первоочередной задачей является точное определение пиковой частоты. Линия, проходящая ровно на частоте 0,50X, явно указывает на ослабление; линия на частоте 0,47X почти наверняка свидетельствует о вихревом движении масла; полная серия линий 1/2X, 3/2X, 5/2X с высокой степенью достоверности подтверждает наличие ослабления. Поэтому высокое спектральное разрешение и точный эталон скорости являются необходимыми условиями, поскольку при низком разрешении значения 0,48X и 0,50X могут выглядеть одинаково.
Сайт временная форма сигнала служит ценным подтверждением. При расшатывании обычно наблюдаются явные скачки или обрывы сигнала — сглаженные или обрезанные пики в местах, где расшатанная деталь упирается в дно, — тогда как при образовании масляного вихря сигнал выглядит более плавным и модулированным, без резких скачков. В полевых условиях портативный двухканальный анализатор, такой как Балансет-1А позволяет инженеру зафиксировать как спектр, так и синхронизированную временную характеристику при рабочей скорости, благодаря чему можно одновременно оценить точную субсинхронную частоту и характер ее формы сигнала до того, как будет запланирован демонтаж.
