Förstå subharmoniker
1. Definition: Vad är en subharmonisk?
A Subharmonisk är en frekvenskomponent i en vibration spektrum som inträffar vid en heltalsbråkdel av en grundfrekvens. I maskinanalys är den grundfrekvensen nästan alltid körhastighet (1X).
Subharmoniker uppträder vid frekvenser som 1/2X, 1/3X, 1/4X, etc., och kallas även för subsynkron vibrationer eftersom de uppstår vid en frekvens under den huvudsakliga synkrona (1X) hastigheten. Förekomsten av en serie subharmoniker (t.ex. 1/2X, 3/2X, 5/2X) är ett klassiskt tecken på specifika typer av maskinfel.
2. Primära orsaker till subharmonik
Subharmoniker är inte lika vanliga som övertoner (2X, 3X), men när de uppträder är de ofta en stark indikator på ett av följande problem:
a) Mekanisk glapp
Detta är den vanligaste orsaken till subharmoniker, särskilt 1/2X-komponenten. När en komponent är lös, såsom ett lager i sitt hus eller en lös monteringsbult, kan det introducera en icke-linjär "studsande" eller "skramlande" effekt. Denna typ av stöt kan excitera systemet på ett sätt som gör att det reagerar med en frekvens som är hälften av huvudkraftfrekvensen (1X).
Ett spektrum som visar en 1X-topp åtföljd av en serie subharmoniker vid 1/2X, 3/2X (1,5X), 5/2X (2,5X) etc. är ett tecken på allvarlig strukturell glapp. Glappheten möjliggör stötar som inträffar i princip vartannat varv av axeln, vilket genererar 1/2X-familjen av toppar.
b) Instabilitet i tapplager
I maskiner med vätskefilms- eller axellager är subharmoniska vibrationer en kritisk indikator på oljefilmsinstabilitet. Dessa är självexciterade vibrationer som uppstår från dynamiken hos oljekilen som stöder axeln.
- Oljevirvel: Detta fenomen uppstår vanligtvis med en frekvens mellan 0,42 och 0,48 gånger av driftshastigheten. Det orsakas av att själva oljefilmen börjar rotera (virvla) inom lagerspelet och trycker runt axeln. Det är ofta en stark, distinkt topp under 0,5 gånger.
- Oljevisp: Detta är en allvarligare form av instabilitet som uppstår när oljevirvelfrekvensen sammanfaller med rotorns första naturliga frekvens (kritisk hastighet). När detta händer kan vibrationen bli mycket våldsam och destruktiv. Frekvensen blir "låst" vid den naturliga frekvensen och kommer inte att ändras även om maskinens hastighet ökas.
c) Andra orsaker
- Problem med remdrift: En sliten eller skadad rem kan ibland generera subharmoniska frekvenser relaterade till remmens rotationshastighet, vilken vanligtvis är lägre än drivhjulets eller den drivna remskivans hastighet.
- Blad- eller skovelpassagefrekvenser: I vissa fall med pumpar eller fläktar kan subsynkrona toppar relateras till flödesturbulens eller roterande stallförhållanden, vilka kanske inte är exakta bråkdelar av 1X men fortfarande ligger under driftshastigheten.
3. Analys och bekräftelse
När subharmoniker observeras i ett spektrum är det avgörande att identifiera den exakta frekvensen. En topp på exakt 0,50X är mycket sannolikt relaterad till glapp. En topp på 0,47X är nästan säkert en oljevirvel. Närvaron av en full serie (1/2X, 3/2X, etc.) bekräftar starkt glapp.
Analysera tidsvågform kan också vara till hjälp. Glapphet visar ofta tecken på stötar eller avkortning, medan oljevirvel kan framstå som en mer komplex, modulerande signal.