Förstå övertoner i vibrationsanalys

Definition: Vad är en harmonisk?

Vid vibrationsanalys, en harmonisk är en frekvens som är en heltalsmultipel av en grundfrekvens. Grundfrekvensen är vanligtvis den primära drivfrekvensen för ett system, såsom rotationshastigheten för en axel. Denna grundfrekvens kallas den första harmoniska eller 1xDe efterföljande övertonerna är:

• Den 2:a harmoniska (2x) är frekvensen vid exakt två gånger grundfrekvensen.
• Den 3:e harmoniska (3x) är frekvensen vid exakt tre gånger grundfrekvensen.
• Och så vidare (4x, 5x, 6x…).

Om till exempel en motor går med 1 800 varv/min (30 Hz), skulle dess övertoner uppträda i vibrationsspektrumet vid 60 Hz (2x), 90 Hz (3x), 120 Hz (4x) och så vidare.

Varför genereras övertoner?

I ett perfekt linjärt system med en ren sinusformad tvångsfunktion (som en perfekt balanserad rotor) skulle endast 1x grundfrekvensen genereras. Verkliga maskiner är dock inte perfekt linjära. Harmoniska övertoner genereras när en komponents rörelse är förvrängd eller icke-sinusformad. Denna distorsion kan orsakas av en mängd olika mekaniska och elektriska förhållanden. Förekomsten och amplituden av specifika övertoner är därför kraftfulla diagnostiska indikatorer.

Vanliga orsaker och diagnostiskt värde av övertoner

Mönstret av övertoner i ett vibrationsspektrum ger värdefulla ledtrådar till grundorsaken till ett maskinfel.

Hög 1x amplitud (grundtonen)

En dominant topp vid 1x är oftast förknippad med obalansExcentricitet och böjda axlar producerar också en stark 1x-signal.

Hög 2x amplitud (andra harmoniska)

En stark andra harmonisk, ofta jämförbar i amplitud med 1x-toppen, är en klassisk indikator på axelfeljusteringFeljusteringen tvingar axeln att böjas två gånger under varje varv, vilket producerar en stark 2x frekvenskomponent. Allvarlig parallell feljustering kan också producera 3x och 4x övertoner.

En "familj" av övertoner (1x, 2x, 3x, 4x, 5x…)

När du ser en serie av många övertoner i körhastigheten är det den primära signaturen för mekanisk glappStötar och ickelinjära rörelser som skapas av lösa komponenter (som ett löst lager i dess hölje eller en lös bult på en maskinfot) förvränger vibrationssignalen och genererar ett rikt mönster av övertoner. Ju mer lösheten är, desto fler övertoner kommer att finnas.

Andra orsaker till övertoner

• Överhängande rotorer: En böjd axel på en maskin med en frihängande rotor (som en vertikal pump) kan generera starka 1x-, 2x- och 3x-övertoner.
• Kolvgående maskiner: Den icke-sinusformade rörelsen hos kolvar och vevaxlar i motorer och kompressorer genererar naturligt ett rikt spektrum av övertoner.
• Elektriska problem: Problem i växelströmsmotorer kan generera övertoner i nätfrekvensen (t.ex. 120 Hz i ett 60 Hz-system).
• Gnuggningar: En lätt, partiell gnidning kan generera en serie högordningens övertoner, ibland upp till 10x, 20x eller till och med mer.

Analysöverväganden

Vid analys av övertoner är det viktigt att beakta:

• Vilken harmonisk överton är dominant? Svaret pekar på olika potentiella fel.
• Hur många övertoner finns det? Ett stort antal tyder på löshet eller kraftig förvrängning.
• Vad är amplitudentrenden? En ökning av övertonernas amplitud över tid indikerar ett försämrat tillstånd.
• Är de radiella eller axiella? Till exempel visar feljustering ofta hög axiell vibration, medan obalans huvudsakligen är radiell.

Genom att undersöka det fullständiga mönstret av grundfrekvenser och harmoniska frekvenser kan en vibrationsanalytiker diagnostisera maskinproblem med hög grad av säkerhet.

← Tillbaka till huvudmenyn