ทำความเข้าใจการสั่นสะเทือนแบบอะซิงโครนัส
การสั่นสะเทือนแบบอะซิงโครนัส (เรียกอีกอย่างว่าการสั่นสะเทือนแบบไม่ซิงโครนัส) คือ การสั่นสะเทือน ที่ความถี่ที่เป็น ไม่ ทวีคูณจำนวนเต็มที่แน่นอน — ลำดับ — ของความเร็วการหมุนของเพลา แตกต่างจาก การสั่นสะเทือนแบบซิงโครนัส จาก ความไม่สมดุล หรือ การจัดตำแหน่งที่ไม่ถูกต้อง (ซึ่งเกิดขึ้นที่ 1×, 2×, 3× ของความเร็วรอบเสมอ) การสั่นสะเทือนแบบอะซิงโครนัสเกิดขึ้นที่ความถี่ซึ่งถูกกำหนดโดยรูปทรงของชิ้นส่วน ผลกระทบทางแม่เหล็กไฟฟ้า หรือแหล่งกำเนิดจากภายนอก แทนที่จะเกิดจากการหมุนของเพลาเอง
การแยกแยะเนื้อหาแบบซิงโครนัสจากแบบอะซิงโครนัสเป็นหนึ่งในทักษะพื้นฐานที่สำคัญที่สุดในการวิเคราะห์เครื่องจักร การวินิจฉัยเนื่องจากการแบ่งแยกดังกล่าวช่วยจำกัดการค้นหาสาเหตุให้แคบลงทันที ส่วนประกอบแบบซิงโครนัสชี้ไปยังมวลหมุนหรือปัญหาทางเรขาคณิตที่เกี่ยวข้องกับโรเตอร์ ส่วนประกอบแบบอะซิงโครนัสชี้ไปยังข้อบกพร่องของลูกปืนที่มีลูกกลิ้ง ความผิดพลาดทางไฟฟ้า หรืออิทธิพลที่มาจากนอกโรเตอร์แทน การจำแนกประเภทได้ถูกต้องตั้งแต่เนิ่นช่วยให้ผู้วิเคราะห์หลีกเลี่ยงการปรับสมดุลเครื่องจักรซึ่งปัญหาที่แท้จริงคือความล้มเหลวของลูกปืน
1. ซิงโครนัสกับอะซิงโครนัส: ความแตกต่างพื้นฐาน
ขอบเขตถูกกำหนดไว้ทั้งหมดโดย ออร์เดอร์ — อัตราส่วนของความถี่การสั่นต่อความถี่ความเร็วการทำงาน สูงสุดที่ลำดับจำนวนเต็มที่แน่นอนคือซิงโครนัสและล็อกกับการหมุนของเพลา สูงสุดที่ลำดับเศษส่วนคือแบบอะซิงโครนัสและปฏิบัติตามนาฬิกาอื่นๆ
- ซิงโครนัส (ลำดับจำนวนเต็ม): 1.00×, 2.00×, 3.00× — ความไม่สมดุล การเยื้องศูนย์แนวเพลา เพลาโค้ง, บางรูปแบบ ความหลวม ที่แน่นอน
- อะซิงโครนัส (ลำดับที่ไม่ใช่จำนวนเต็ม): 2.47×, 3.57×, 0.45× — ความบกพร่องของแบริ่ง สายไฟฟ้า ความไม่เสถียรแบบต่ำกว่าซิงโครนัส และแหล่งกำเนิดภายนอก
หมวดหมู่ย่อยที่มีประโยชน์คือ ซับฮาร์มอนิก — พลังงาน ด้านล่าง 1× (ตัวอย่างเช่น พีคที่ 0.5× จากความหลวมรุนแรงหรือการเสียดสี) ซับฮาร์มอนิกเป็นรูปแบบหนึ่งของสัญญาณอะซิงโครนัส และอยู่ควบคู่กับความไม่เสถียรแบบต่ำกว่าซิงโครนัสที่กล่าวถึงเพิ่มเติมด้านล่าง
2. แหล่งกำเนิดทั่วไปของการสั่นแบบไม่ซิงโครนัส
ความเสียหายของตลับลูกปืนแบบลูกกลิ้ง (ทั่วไปที่สุด)
แหล่งกำเนิดที่มีอิทธิพลเหนือกว่าของการสั่นแบบไม่ซิงโครนัส:
- ความถี่ความผิดพลาดของตลับลูกปืน: BPFO, BPFI, BSF และ FTF ถูกควบคุมโดยเรขาคณิตของตลับลูกปืน และไม่เคยเป็นตัวคูณจำนวนเต็มของความเร็วเพลา
- ตัวอย่าง: มอเตอร์ 1800 RPM (30 Hz) อาจแสดงความถี่ BPFO ที่ 107 Hz — นั่นคือ 3.57× ความเร็วเพลา ซึ่งชัดเจนว่าไม่ใช่จำนวนเต็ม
- ค่าการวินิจฉัย: ความถี่แบบไม่ซิงโครนัสจะสร้างความสงสัยเกี่ยวกับปัญหาตลับลูกปืนทันที
- การตรวจจับ: การวิเคราะห์ซองจดหมาย เป็นเทคนิคหลักสำหรับการตรวจสอบส่วนประกอบเหล่านี้ มักจะปรากฏขึ้นก่อนที่จะเห็นในสเปกตรัมธรรมชาติ
ความถี่ไฟฟ้า
การสั่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ไม่เกี่ยวข้องกับความเร็วเพลา:
- 2× ความถี่ของสัญญาณ: 120 Hz บนจ่ายไฟ 60 Hz หรือ 100 Hz บนจ่ายไฟ 50 Hz โดยไม่ขึ้นกับความเร็วมอเตอร์
- ตัวอย่าง: มอเตอร์ 2 ขั้ว 60 Hz ทำงานที่ประมาณ 3550 RPM (59.2 Hz) แต่การสั่นที่ความถี่สองเท่าของสัญญาณ 120 Hz นั้นอยู่ที่ 2.03× ความเร็วเพลา ซึ่งไม่ซิงโครนัส
- ความถี่ผ่านขั้ว: อาจไม่ใช่ตัวคูณจำนวนเต็มที่แน่นอน
- ฮาร์มอนิกของ VFD: ความถี่การสลับของตัวขับเคลื่อนไม่มีความสัมพันธ์กับความเร็วเพลา
แหล่งกำเนิดภายนอก
- อุปกรณ์ที่อยู่ติดกัน: การสั่นที่ส่งผ่านจากพื้นจากเครื่องจักรใกล้เคียง
- อาคารหรือฐานรากอาคาร: การสั่นพ้องเชิงโครงสร้าง ที่ความถี่คงที่
- ความสั่นสะเทือนจากการกระเบิดของไหล: คลื่นความดันเคลื่อนที่ในระบบท่อ
- การสะท้อนอะคูสติก: คลื่นนิ่งในท่อหรือห้องปิด
ความไม่เสถียรต่ำกว่าความถี่ซิงโครนัส
- กระแสน้ำวนของน้ำมัน: โดยทั่วไป 0.42–0.48× ความเร็วเพลา (ไม่เท่ากับครึ่งหนึ่งพอดี)
- Oil Whip (การสั่นน้ำมันแบริ่ง): เชื่อมต่อกับ ความถี่ธรรมชาติไม่ใช่ความเร็วเพลา
- ความไม่เสถียรของซีล: มักอยู่ที่ความถี่ที่กำหนดโดยพลศาสตร์ของไหล นี่คือตัวอย่างคลาสสิกของ ความไม่เสถียรของโรเตอร์.
การสั่นสะเทือนแบบสุ่ม
- การเกิดโพรงอากาศ: การยุบตัวของฟองอากาศแบบสุ่มแบบบรอดแบนด์
- ความปั่นป่วน: ความผันผวนของการไหลแบบสุ่ม
- การถู: การสัมผัสแบบสับสนที่สร้างความสั่นสะเทือนแบบไม่เป็นคาบ
3. การวิเคราะห์ในสเปกตรัม
ลักษณะสเปกตรัม
- ความถี่คงที่: ปรากฏที่ค่า Hz เดียวกันโดยไม่คำนึงถึงการเปลี่ยนแปลงความเร็ว
- การเปลี่ยนแปลงลำดับ (Order): หากความเร็วแปรปรวน ความถี่แบบอะซิงโครนัสเปลี่ยนแปลงลำดับของมัน (เนื่องจากลำดับคือ ความถี่ ÷ ความเร็วเพลา)
- กราฟน้ำตก: องค์ประกอบแบบอะซิงโครนัสปรากฏเป็น แนวตั้ง เส้น องค์ประกอบแบบซิงโครนัสเป็น แนวทแยง เส้น — วิธีที่ใช้งานง่ายและชัดเจนที่สุดในการแยกความแตกต่างระหว่างกัน
- สเปกตรัมลำดับ: พีคอะซิงโครนัสจะปรากฏที่ลำดับที่ไม่ใช่จำนวนเต็ม (2.47×, 3.57× และอื่น ๆ)
ขั้นตอนการวินิจฉัย
- ระบุความเร็วในการทำงาน จากจุดสูงสุด 1× หรือจะน่าเชื่อถือมากกว่านั้น เครื่องวัดความเร็วรอบ.
- คำนวณลำดับ โดยหารความถี่ของจุดสูงสุดแต่ละจุดด้วยความถี่ความเร็วในการทำงาน
- ลำดับจำนวนเต็ม (1.00×, 2.00×, 3.00×) เป็นซิงโครนัส
- ลำดับที่ไม่ใช่จำนวนเต็ม (2.47×, 3.57×) เป็นอะซิงโครนัส
- จับคู่กับประเภทของข้อบกพร่อง โดยเปรียบเทียบความถี่ที่คำนวณได้กับความถี่ของตลับลูกปืน เส้นความถี่ไฟฟ้า และอื่น ๆ
ในเครื่องจักรที่มีความเร็วแปรผัน การแยกนี้มีความชัดเจนมากขึ้นภายใต้ การวิเคราะห์ออร์เดอร์ซึ่งอ้างอิงแกนความถี่ใหม่เป็นพหุคูณของความเร็วในการทำงาน เพื่อให้จุดสูงสุดที่ซิงโครนัสยังคงอยู่กับที่ในขณะที่จุดสูงสุดที่ไม่ซิงโครนัสเคลื่อนไหว
4. ความสำคัญในการวินิจฉัย
ข้อบกพร่องของตลับลูกปืน
- จุดสูงสุดที่ไม่ซิงโครนัสที่ BPFO, BPFI หรือ BSF บ่งชี้ถึง ปัญหาในตลับลูกปืน.
- คำนวณความถี่ของตลับลูกปืนตามทฤษฎี และเปรียบเทียบกับจุดสูงสุดที่สังเกตได้
- การจับคู่ภายในประมาณ ±5% ยืนยันข้อบกพร่องในตลับลูกปืน
- ฮาร์โมนิกส์ และ แถบข้าง ของความถี่ของข้อบกพร่องให้การยืนยันเพิ่มเติม
คุณสามารถทำให้การคำนวณง่ายขึ้นได้ด้วย เครื่องคำนวณความถี่ของข้อบกพร่องในการรับน้ำหนักซึ่งจะคืนค่า BPFO, BPFI, BSF และ FTF โดยตรงจากรูปทรงเรขาคณิตของตลับลูกปืนและความเร็วของเพลา
ปัญหาแม่เหล็กไฟฟ้า
- เส้นความถี่ 2× บ่งชี้ถึง 100/120 Hz สเตเตอร์ หรือ ช่องว่างทางอากาศ ปัญหา.
- ความถี่คงที่ไม่ว่าความเร็วจะแปรปรวน
- การวิเคราะห์กระแสมอเตอร์ยืนยันต้นกำเนิดทางไฟฟ้า
การสั่นสะเทือนจากภายนอก
- ยอดที่ไม่ตรงกับความเร็วของเครื่องหรือความถี่อุปกรณ์軸受
- อาจเกิดขึ้นพร้อมกับความเร็วการทำงานของอุปกรณ์ที่อยู่ใกล้เคียง
- จำเป็นต้องตรวจสอบแหล่งที่มา ตามด้วยการแยกหรือการแก้ไข
5. เทคนิคการวิเคราะห์สำหรับการสั่นแบบอิสระตัว
การวิเคราะห์ซองสัญญาณ
- เทคนิคหลักสำหรับการตรวจจับความบกพร่องของอุปกรณ์ลูกปืน
- เพิ่มผลกระทบแบบซ้ำ ๆ ที่สร้างเนื้อหาแบบอิสระตัว
- ระงับส่วนประกอบแบบตรวจสอบความถี่ต่ำที่ทรงพลัง
- เปิดเผยความถี่อุปกรณ์ลูกปืนอย่างชัดเจนในผลลัพธ์ที่ได้ สเปกตรัมเอนเวโลป.
การเร่งความเร็วความถี่สูง
- ความบกพร่องของอุปกรณ์ลูกปืนแบบอิสระตัวมักจะอยู่ในช่วงความถี่สูง (เกิน 1 kHz)
- ใช้ มาตรความเร่ง มีการตั้งค่า Fmax สูง
- สิ่งนี้จะบันทึกผลกระทบและการสั่นพ้องความถี่สูงที่การวัดความเร็วความถี่ต่ำพลาด
การวิเคราะห์เซปสตรัม
- การวิเคราะห์เซปสตรัม มีประสิทธิภาพในการค้นหารูปแบบที่เป็นระยะฝังอยู่ในสัญญาณแบบอิสระตัว
- มันตรวจจับครอบครัวของฮาร์มอนิกหรือแถบด้านข้างทั้งหมดในครั้งเดียว
- มีประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับการจัดระเบียบและแบริ่ง เกียร์ ลักษณะเฉพาะ
6. ตัวอย่างปฏิบัติ
มอเตอร์ที่มีความบกพร่องของลูกปืน
- ความเร็วรอบ: 1750 RPM (29.17 Hz)
- ส่วนประกอบแบบตรวจสอบ: 1× ที่ 29.17 Hz, 2× ที่ 58.34 Hz
- องค์ประกอบอะซิงโครนัส: ยอดที่ 107 Hz (3.67× ของความเร็วเพลา)
- การวินิจฉัย: 107 Hz ตรงกับ BPFO ที่คำนวณได้ → ความเสียหายรางนอก
- การยืนยัน: ลักษณะอะซิงโครนัสยืนยันว่าเป็นปัญหาตลับลูกปืน ไม่ใช่ปัญหาโรเตอร์
มอเตอร์ VFD ที่ความเร็วแปรผัน
- ความเร็วมอเตอร์กวาดจาก 1200 ถึง 1800 RPM
- ยอด 1× เคลื่อนตามความเร็ว (ซิงโครนัส)
- ยอด 120 Hz อยู่กับที่ (อะซิงโครนัส, 2× line frequency)
- การวินิจฉัย: เป็นองค์ประกอบแม่เหล็กไฟฟ้าจากแหล่งจ่าย 60 Hz
ในภาคสนาม การแยกแยะนี้เป็นงานประจำวันของเครื่องวิเคราะห์แบบพกพา เพราะเครื่องมืออย่าง Balanset-1A อ่านความเร็วขณะเดินเครื่องจาก optical tachometer พร้อมกับสเปกตรัมการสั่นสะเทือนในเวลาเดียวกัน จึงสามารถระบุได้ทันทีว่ายอดที่เห็นเป็น synchronous หรือ asynchronous — ทำให้วิศวกรรู้ได้ในทันทีว่าควรแก้โดยถ่วงสมดุลโรเตอร์หรือเปลี่ยนตลับลูกปืน การรับรู้เนื้อหา asynchronous ผ่าน order ที่ไม่เป็นจำนวนเต็ม ความถี่คงที่แม้ความเร็วเปลี่ยน หรือรูปแบบแนวดิ่งบน waterfall plot คือสิ่งที่ทำให้ระบุความเสียหายตลับลูกปืน ปัญหาไฟฟ้า และอิทธิพลภายนอกได้อย่างแม่นยำ — และชี้ไปสู่การแก้ไขที่ถูกต้อง
