Razumevanje harmonikov pri analizi vibracij

Definicija: Kaj je harmonik?

Pri analizi vibracij, a harmonično je frekvenca, ki je celoštevilski večkratnik osnovne frekvence. Osnovna frekvenca je običajno primarna pogonska frekvenca sistema, kot je na primer hitrost vrtenja gredi. Ta osnovna frekvenca se imenuje 1. harmonik ali 1xNaslednji harmoniki so:

• Spletna stran 2. harmonik (2x) je frekvenca, ki je natanko dvakratnik osnovne frekvence.
• Spletna stran 3. harmonik (3x) je frekvenca, ki je natanko trikrat večja od osnovne.
• In tako naprej (4x, 5x, 6x…).

Na primer, če motor deluje s 1800 vrtljaji na minuto (30 Hz), se njegovi harmoniki pojavijo v vibracijskem spektru pri 60 Hz (2x), 90 Hz (3x), 120 Hz (4x) in tako naprej.

Zakaj nastajajo harmoniki?

V popolnoma linearnem sistemu s čisto sinusoidno prisilno funkcijo (kot popolnoma uravnotežen rotor) bi se generirala le osnovna frekvenca 1x. Vendar pa stroji v resničnem svetu niso popolnoma linearni. Harmoniki nastanejo, ko je gibanje komponente popačeno ali nesinusoidno. To popačenje lahko povzročijo različni mehanski in električni pogoji. Prisotnost in amplituda določenih harmonikov sta zato močna diagnostična kazalnika.

Pogosti vzroki in diagnostična vrednost harmonikov

Vzorec harmonikov v vibracijskem spektru daje dragocene namige o vzroku napake stroja.

Visoka 1x amplituda (osnovna)

Dominantni vrh pri 1x je najpogosteje povezan z neravnovesjeEkscentričnost in upognjene gredi prav tako proizvajajo močan 1x signal.

Visoka 2x amplituda (2. harmonik)

Močan drugi harmonik, ki je po amplitudi pogosto primerljiv z vrhom 1x, je klasičen pokazatelj neusklajenost grediZaradi neusklajenosti se gred med vsakim obratom dvakrat upogne, kar povzroči močno 2x frekvenčno komponento. Huda vzporedna neusklajenost lahko povzroči tudi 3x in 4x harmonike.

»Družina« harmonikov (1x, 2x, 3x, 4x, 5x…)

Ko vidite vrsto številnih harmonikov hitrosti teka, je to primarni znak mehanska ohlapnostUdarci in nelinearno gibanje, ki ga povzročajo ohlapne komponente (kot je ohlapen ležaj v ohišju ali ohlapen vijak na podnožju stroja), popačijo vibracijski signal in ustvarijo bogat vzorec harmonikov. Večja kot je ohlapnost, več harmonikov bo prisotnih.

Drugi vzroki harmonikov

• Previsni rotorji: Ukrivljena gred na stroju s previsnim rotorjem (kot je navpična črpalka) lahko ustvari močne harmonike 1x, 2x in 3x.
• Batni stroji: Nesinusoidno gibanje batov in ročičnih gredi v motorjih in kompresorjih naravno ustvarja bogat spekter harmonikov.
• Električne težave: Težave z AC motorji lahko povzročijo harmonike omrežne frekvence (npr. 120 Hz v 60 Hz sistemu).
• Drgnjenja: Rahlo, delno drgnjenje lahko ustvari vrsto harmonikov višjega reda, včasih do 10x, 20x ali celo več.

Analitični vidiki

Pri analizi harmonikov je pomembno upoštevati:

• Kateri harmonik je dominanten? Odgovor kaže na različne možne napake.
• Koliko harmonikov je prisotnih? Veliko število kaže na ohlapnost ali hudo popačenje.
• Kakšen je trend amplitude? Povečanje amplitude harmonikov sčasoma kaže na poslabšanje stanja.
• So radialne ali aksialne? Na primer, neusklajenost pogosto kaže visoke aksialne vibracije, medtem ko je neuravnoteženost predvsem radialna.

Z analizo celotnega vzorca osnovnih in harmonskih frekvenc lahko analitik vibracij z visoko stopnjo zaupanja diagnosticira težave s stroji.

← Nazaj na glavno kazalo