Pochopenie harmonických v analýze vibrácií

Definícia: Čo je to harmonická?

Pri analýze vibrácií, a harmonický je frekvencia, ktorá je celočíselným násobkom základnej frekvencie. Základná frekvencia je zvyčajne primárna budiaca frekvencia systému, ako napríklad rýchlosť otáčania hriadeľa. Táto základná frekvencia sa označuje ako 1. harmonická alebo 1xNasledujúce harmonické sú:

• Stránka 2. harmonická (2x) je frekvencia presne dvojnásobkom základnej frekvencie.
• Stránka 3. harmonická (3x) je frekvencia presne trojnásobkom základnej frekvencie.
• A tak ďalej (4x, 5x, 6x…).

Napríklad, ak motor beží pri 1 800 ot./min (30 Hz), jeho harmonické kmity sa objavia vo vibračnom spektre pri 60 Hz (2x), 90 Hz (3x), 120 Hz (4x) atď.

Prečo sa generujú harmonické kmity?

V dokonale lineárnom systéme s čisto sínusovou vynútiteľnou funkciou (ako dokonale vyvážený rotor) by sa generovala iba základná frekvencia 1x. Reálne stroje však nie sú dokonale lineárne. Harmonické kmity vznikajú, keď je pohyb komponentu skreslený alebo nesínusový. Toto skreslenie môže byť spôsobené rôznymi mechanickými a elektrickými podmienkami. Prítomnosť a amplitúda špecifických harmonických kmitov sú preto silnými diagnostickými indikátormi.

Bežné príčiny a diagnostická hodnota harmonických

Vzor harmonických vo vibračnom spektre poskytuje cenné indície o základnej príčine poruchy stroja.

Vysoká 1x amplitúda (základná)

Dominantný vrchol pri 1x sa najčastejšie spája s nevyváženosťExcentricita a ohnuté hriadele tiež vytvárajú silný 1x signál.

Vysoká 2x amplitúda (2. harmonická)

Silná druhá harmonická, často porovnateľná amplitúdou s vrcholom 1x, je klasickým indikátorom nesúososť hriadeľaNesúososť núti hriadeľ ohnúť sa dvakrát počas každej otáčky, čo vytvára silnú 2x frekvenčnú zložku. Vážna paralelná nesúososť môže tiež vytvárať 3x a 4x harmonické.

„Rodina“ harmonických (1x, 2x, 3x, 4x, 5x…)

Keď vidíte sériu mnohých harmonických frekvencií rýchlosti behu, je to primárny znak mechanická vôľaNárazy a nelineárny pohyb spôsobený uvoľnenými komponentmi (ako napríklad uvoľnené ložisko v jeho puzdre alebo uvoľnená skrutka na pätke stroja) skresľujú vibračný signál a generujú bohatý vzorec harmonických. Čím je uvoľnenie výraznejšie, tým viac harmonických bude prítomných.

Iné príčiny harmonických

• Previslé rotory: Ohnutý hriadeľ stroja s previsnutým rotorom (ako napríklad vertikálne čerpadlo) môže generovať silné harmonické kmity 1x, 2x a 3x.
• Piestové stroje: Nesínusový pohyb piestov a kľukových hriadeľov v motoroch a kompresoroch prirodzene generuje bohaté spektrum harmonických kmitov.
• Elektrické problémy: Problémy s AC motormi môžu generovať harmonické frekvencie siete (napr. 120 Hz v 60 Hz systéme).
• Trenie: Ľahké, čiastočné trenie môže generovať sériu harmonických kmitov vyššieho rádu, niekedy až 10x, 20x alebo aj viac.

Analytické úvahy

Pri analýze harmonických je dôležité zvážiť:

• Ktorá harmonická je dominantná? Odpoveď poukazuje na rôzne potenciálne chyby.
• Koľko harmonických je prítomných? Veľké číslo naznačuje uvoľnenie alebo vážne skreslenie.
• Aký je trend amplitúdy? Zvýšenie amplitúdy harmonických v priebehu času naznačuje zhoršenie stavu.
• Sú radiálne alebo axiálne? Napríklad, nesúososť často vykazuje vysoké axiálne vibrácie, zatiaľ čo nevyváženosť je primárne radiálna.

Preskúmaním kompletného vzoru základných a harmonických frekvencií môže analytik vibrácií diagnostikovať problémy so strojmi s vysokou mierou spoľahlivosti.

← Späť na hlavný index