Tanım: Harmonik Nedir?

Titreşim analizinde, bir harmonik Temel frekansın tam bir tam sayı katı olan bir frekanstır. Dönen makinelerde, temel frekans tipik olarak şaftın dönüş hızıdır ve 1. harmonik veya 1×. Sonraki harmonikler tam sayı katlarıdır: 2× (mil hızının iki katı), 3× (üç katı) ve benzeri. Bu frekanslara ayrıca şunlar da denir: siparişler çalışma hızı veya senkron harmonikler Çünkü bunlar şaft dönüşüyle tam olarak senkronize edilmişlerdir.

Örneğin, bir motor 1800 RPM (30 Hz) hızında çalışıyorsa, harmonikleri 60 Hz (2×), 90 Hz (3×), 120 Hz (4×), 150 Hz (5×) ve benzeri frekanslarda ortaya çıkar. Harmonik serisi teorik olarak sonsuzdur, ancak pratikte genlik daha yüksek mertebelerde azalır ve yalnızca ilk birkaç harmonik tanısal bilgi taşır.

Harmonik Frekans Tanımı
Fn = n × f1 = n × (dev/dak / 60)
burada n = 1, 2, 3, 4… (harmonik sıra) ve f₁ = milin dönme frekansı (Hz cinsinden)

Harmonikler, Alt Harmonikler ve Senkron Olmayan Tepe Noktaları

Harmonikler Bunlar, şaft hızının tam sayı katlarıdır (2×, 3×, 4×…). Alt harmonikler Kesirli katlar (½×, ⅓×, ¼×) her zaman ciddi mekanik sorunları gösterir. Senkron olmayan tepeler Şaft hızıyla ilgisi olmayan frekanslar — örneğin rulman arıza frekansları, dişli temas frekansları, hat frekansı (50/60 Hz) veya doğal frekanslar — ve farklı teşhis yaklaşımları gerektirir. 3,57× RPM'deki tepe noktası bir harmonik DEĞİLDİR; büyük olasılıkla bir rulman arızası frekansıdır.

Harmonikler Neden Oluşur?

Saf bir sinüzoidal kuvvetle uyarılan mükemmel doğrusal bir sistemde (örneğin, mükemmel yataklarda mükemmel dengelenmiş, mükemmel hizalanmış bir rotor gibi), yalnızca 1× temel titreşim ortaya çıkar. Gerçek makineler asla mükemmel doğrusal değildir. Titreşim dalga formu saf bir sinüs dalgasından bozulduğunda, yani sistem tepkisi değiştiğinde harmonikler ortaya çıkar. doğrusal olmayan veya zorlayıcı fonksiyonun kendisi sinüzoidal değildir.

Matematik: Fourier Teoremi

Fourier teoremi Bu teoriye göre, ne kadar karmaşık olursa olsun, herhangi bir periyodik dalga formu, temel frekanstaki ve onun tam sayı katlarındaki sinüs dalgalarının toplamına ayrıştırılabilir; her birinin belirli bir genliği ve fazı vardır. Titreşim analizörleri tarafından kullanılan FFT (Hızlı Fourier Dönüşümü) algoritması, bu ayrıştırmayı hesaplamalı olarak gerçekleştirir ve sinyalin harmonik içeriğini ortaya çıkarır.

Saf bir sinüs dalgasının yalnızca tek bir frekans bileşeni vardır. Kare dalga, genlikleri 1/n oranında azalan tüm tek harmonikleri (1×, 3×, 5×, 7×…) içerir. Testere dişi dalga, genlikleri 1/n oranında azalan tüm harmonikleri içerir. Bozulmanın özel şekli, hangi harmoniklerin ortaya çıkacağını belirler; bu da harmonik analizini teşhis açısından bu kadar güçlü kılan şeydir.

Harmonikleri Üreten Fiziksel Mekanizmalar

  • Dalga biçimi kırpma/kesme: Mil hareketi fiziksel olarak kısıtlandığında (rulman yuvası, sürtünme teması), ortaya çıkan dalga formu kırpılır ve harmonikler oluşur. Daha şiddetli kırpma daha fazla harmonik üretir.
  • Asimetrik sertlik: Titreşim döngüsünün pozitif ve negatif yarıları arasında sistem rijitliği farklılık gösteriyorsa (çatlak şaftın açılıp kapanması, yanlış hizalama nedeniyle farklı gerilme/basınç rijitliği oluşması), çift harmonikler (2×, 4×, 6×) oluşur.
  • Darbe olayları: Periyodik darbeler (gevşek cıvatalar, rulman arızası darbeleri) son derece zengin harmonik içeriğe sahip keskin, kısa süreli dalga biçimleri oluşturur; tıpkı bir davul tokmağının birçok armonik ses üretmesi gibi.
  • Doğrusal olmayan geri yükleme kuvvetleri: Yer değiştirme ile rijitlik değiştiğinde (değişken yük altındaki yataklar, kademeli oranlı kauçuk bağlantılar), sinüzoidal bir kuvvete verilen tepki harmonikler içerir.
  • Parametrik uyarım: Sistem özellikleri şaft hızına bağlı bir frekansta periyodik olarak değiştiğinde, uyarma frekansının harmoniklerini ve alt harmoniklerini üretebilirler.
Temel Tanı Prensibi

Hangi harmoniklerin mevcut olduğu, göreceli genlikleri ve hangilerinin bulunmadığına dair örüntü, analiste doğrusal olmayanlığı hangi fiziksel mekanizmanın ürettiğini gösterir. Deneyimli analistler, belirli arıza mekanizmalarını belirlemek için yalnızca genel titreşim seviyesini değil, spektrumun tüm harmonik yapısını incelerler.

Ayrıntılı Arıza İzleri — Harmonik Desenler

1× Baskın — Dengesizlik

1×'de baskın bir tepe noktası ve minimum düzeyde yüksek harmonikler, klasik imzasıdır. kütle dengesizliği. Dengesizlik kuvveti doğası gereği sinüzoidaldir (mil ile birlikte frekansın 1 katı hızda döner), bu da frekans alanında net bir tek tepe noktası oluşturur.

Teşhis Detayları

  • Genlik: Hıza² orantılı (hızın iki katı → genliğin 4 katı) ve dengesiz kütleye orantılı
  • Aşama: Kararlı, tekrarlanabilir, tek değerli. Deneme ağırlığı eklenmesiyle öngörülebilir şekilde değişir - bu, tümünün temelidir. dengeleme prosedürleri
  • Yön: Esas olarak radyal; eksenel 1×, rotorun önemli bir konsol uzantısı olmadığı sürece düşüktür.
  • Onay: Deneme ağırlıklarına verilen tepki, dengesizliği doğrular. Eğer 1× deneme ağırlıklarına tepki vermiyorsa, şaftın eğilmesini, eksantrikliği veya rezonansı göz önünde bulundurun.
Her 1× titreşim dengesizlik anlamına gelmez.

Dengeleme ile düzeltilemeyen yüksek 1× değerine neden olan çeşitli durumlar şunlardır: bükülmüş şaft, şaft eksantrikliği, yakınlık problarında elektriksel radyal sapma, termal etkilerden kaynaklanan rotor eğriliği, kaplin eksantrikliği ve rezonans Amplifikasyon. Dengeleme işlemine başlamadan önce daima teşhisi doğrulayın.

2× Baskın — Eksen kaçıklığı

Genellikle genliği 1× tepe noktasına eşit veya ondan daha yüksek olan güçlü bir 2. harmonik, başlıca göstergedir. şaft hizasızlığı. Hizalama hatası, milin her dönüşte sinüzoidal olmayan bir yoldan geçmesine neden olarak, 2 kat ve bazen daha yüksek harmonikler üreten bozulmayı yaratır.

Açısal ve Paralel Hizasızlık

  • Açısal hizasızlık: Mil merkez hatları, kaplin noktasında bir açıyla kesişir. Bu durum, yüksek 1× eksenel titreşime neden olur. Kaplin boyunca faz, eksenel yönde ~180°'lik bir kayma gösterir.
  • Paralel (ofset) hizalama hatası: Mil merkez hatları paralel ancak birbirinden farklı konumdadır. Bu durum, genellikle 2× ≥ 1× olmak üzere, yüksek 2× radyal titreşim üretir. Şiddetli vakalarda 3× ve 4× titreşim oluşur. Kaplin boyunca radyal fazda ~180° kayma görülür.
  • Birleşik: Pratikte, her ikisi de genellikle bir arada bulunur ve bu imzaların bir karışımını ortaya çıkarır.

2×/1× Oranı Tanısal Bir Gösterge Olarak

2×/1× Oranı Muhtemel Durum Aksiyon
< 0,25 Normal; çoğu makinede düşük seviyede 2× bileşeni bulunur. Hiçbir işlem gerekmiyor
0,25 – 0,50 Hafif hizasızlık olabilir; bazı kaplin tipleri için normaldir. Hizalamayı kontrol edin; referans değerle karşılaştırın.
0,50 – 1,00 Önemli hizalama hatası olasılığı yüksek. Hassas lazer hizalama işlemi gerçekleştirin.
> 1,00 Ciddi hizalama bozukluğu; 2×, 1×'i aşıyor. Acil — yeniden hizalayın; kaplin ve boru gerilimini kontrol edin.

Çoklu Harmonikler — Mekanik Gevşeklik

Zengin bir dizi çalışma hızı harmonics (1×, 2×, 3×, 4×, 5×… to 10× or more) indicate mekanik gevşeklik. Çarpma, sarsıntı ve doğrusal olmayan temas/ayrılma döngüleri, birçok harmonik bileşene ayrışan aşırı dalga biçimi bozulmasına neden olur.

Gevşekliğin Üç Türü

  • A Tipi — Yapısal: Makine ile temel arasındaki bağlantının gevşek olması (yumuşak ayak, çatlak taban, gevşek ankraj cıvataları). Yönlü 1× genlik üretir (gevşek yönde daha yüksek). Temel test: 1× genliği izlerken tek tek cıvataları sıkın/gevşetin.
  • B Tipi — Bileşen: Kapaktaki gevşek yatak astarı, gövdedeki gevşek kapak, aşırı yatak boşluğu. Genellikle alt harmonikler (½×) içeren bir harmonik ailesi oluşturur. Alt harmonikler, yanlış hizalamadan ayırt etmenin temel göstergesidir (alt harmonikler yanlış hizalamada değil, gevşeklikte ortaya çıkar).
  • C Tipi — Yatak yuvası: Mil üzerindeki pervanenin gevşek olması, kaplin göbeğinin gevşek olması, aşırı yatak boşluğu nedeniyle rotorun sekme yapması. Geniş bantlı gürültü seviyesi yükselmesiyle birlikte birçok harmonik üretir.
Alt Harmonikler: Gevşeklik Parmak İzi

Alt harmoniklerin (½×, ⅓×) varlığı, gevşeklik ve hizalama hatası arasındaki en güvenilir ayırt edici özelliktir. Hizalama hatası 2× ve 3× üretir ancak nadiren alt harmonikler üretir. Gevşeklik (Tip B ve C), karakteristik olarak ½× üretir çünkü rotor, bir yarım devirde yatağın bir tarafına temas eder ve bir sonraki yarım devirde diğer tarafa sıçrar; bu da her iki devirde tekrarlanan bir desen oluşturur, dolayısıyla ½× olur.

Diğer Harmonik Üretme Koşulları

Bükülmüş Şaft

Yüksek eksenel bileşene sahip hem 1× hem de 2× titreşim üretir. Hizalama bozukluğunun aksine, bir bükülmüş şaft Dengelemeyle giderilemeyen 1× titreşim bileşeni (kütle dağılımından değil, geometrik eksantriklikten kaynaklanan) ve mil uçları arasında ~180°'lik eksenel faz farkı olduğunu göstermektedir. 2× bileşeni ise, dönme sırasında bükülmenin açılıp kapanmasıyla ortaya çıkan asimetrik sertlikten kaynaklanmaktadır.

Pistonlu Makineler

Motorlar, kompresörler ve pistonlu makineler, piston/krank mili hareketinin temelde sinüzoidal olmaması nedeniyle doğal olarak zengin harmonik spektrumlar üretir. Harmonik desen, silindir sayısına, ateşleme sırasına ve strok tipine (2 zamanlı veya 4 zamanlı) bağlıdır.

Rotor Sürtünmesi

Kısmi sürtünme (her dönüşün bir bölümü için temas), bazen 10 kat, 20 kat veya daha fazla olmak üzere birçok yüksek dereceli harmonik üretir. Tam halka şeklinde sürtünme (sürekli 360° temas), ters presesyon mekanizmaları yoluyla baskın alt harmonikler (½ kat, ⅓ kat, ¼ kat) üretir.

Motorlardaki Elektrik Sorunları

AC motorlar, şaft hızından bağımsız olarak, şebeke frekansının (50 veya 60 Hz) katlarında titreşim üretir. En yaygın olanı 2× şebeke frekansıdır (50 Hz sistemlerde 100 Hz, 60 Hz sistemlerde 120 Hz). Bu, şaft hızının bir harmonik bileşeni DEĞİLDİR; şebeke frekansının bir harmonik bileşenidir ve bu da elektriksel titreşimi mekanik titreşimden ayırt etmenin anahtarıdır. elektrik kesintisi testi Kesin olarak şunu söyleyebiliriz: Elektriksel titreşim, güç kesildiğinde anında düşer; mekanik titreşim ise yavaşlama sırasında devam eder.

Rotor çubuğu arızaları, kutup geçiş frekansında aralıklı 1× çevresinde yan bantlar oluşturur (kayma frekansı × kutup sayısı). Bu yan bantlar 1× değerine çok yakındır (1–5 Hz aralığında), bu da yüksek çözünürlük gerektirir yakınlaştırma FFT çözmek için analiz.

Senkron Olmayan Frekanslar — Gerçek Harmonikler Değil

Bazı önemli frekanslar bazen harmoniklerle karıştırılır, ancak aslında şaft hızından bağımsızdırlar:

Frekans Tipi Formül RPM ile İlişkisi Notlar
Rulman arıza frekansları BPFO, BPFI, BSF, FTF Tam sayı olmayan katlar (örneğin 3,57×, 5,43×) Her zaman senkronize değildir; yatak geometrisine bağlıdır.
Dişli kavrama frekansı GMF = #diş × RPM Tam sayı ama çok yüksek dereceli Teknik olarak bir harmonik ama ayrı olarak analiz edilir
Kanat/kanat geçişi BPF = #kanat × RPM Tam sayı katı Normal; aşırı genlik bir soruna işaret eder.
Hat frekansı FL = 50 veya 60 Hz RPM ile ilgili değil. Elektriksel; elektrik kesintisinde kaybolur.
Doğal frekanslar Fn = √(k/m)/2π Sabit; RPM ile ilgili değil Hız değişikliklerinden bağımsız sabit frekans
Kayış frekansları Fkemer = RPM × π × D/L Senkron altı (< şaft hızı) Kayış frekansı ve harmonikleri 2×, 3×, 4× BF

Analiz Kılavuzu — Harmonik Desenleri Yorumlama Rehberi

Adım 1: Temeli (1×) Belirleyin

Şaft dönüş hızına karşılık gelen 1× tepe noktasını bulun. Bir takometre veya motor plakası. Değişken hızlı makinelerde, her ölçüm için 1× değeri kesin olarak belirlenmelidir.

Adım 2: Tüm Zirveleri Kataloglayın

Her önemli tepe noktası için şunu belirleyin: 1'in tam katı mı (gerçek harmonik)? Kesirli katı mı (alt harmonik)? Şaft hızıyla ilgisiz mi (senkron dışı)? Verimlilik için analizörün harmonik imleç özelliklerini kullanın.

Adım 3: Genlik Desenini İnceleyin

  • Hangi harmonik baskındır? → Belirli bir arızayı gösterir.
  • Kaç harmonik mevcut? → Daha fazla = daha şiddetli bozulma
  • 2× 1×'den büyük mü? → Muhtemelen eksen kaçıklığı
  • Alt harmonikler var mı? → Gevşeklik, sürtünme veya petrol girdabı
  • Genlik mertebeyle azalıyor mu (1/n bozunumu)? → Gevşeklik için tipik

Adım 4: Yönü Kontrol Edin

  • Yüksek radyal, düşük eksenel: Dengesizlik veya gevşeklik
  • Yüksek eksenel: Milin hizasızlığı (özellikle açısal) veya eğri mil
  • Yönlü radyal: Yapısal gevşeklik (gevşek yönde daha yüksek)

Adım 5: Zaman İçindeki Eğilim

  • Harmonik genlikler artıyor mu? → Arıza ilerliyor
  • Yeni harmonikler mi ortaya çıkıyor? → Yeni bir arıza mekanizması gelişiyor.
  • Gürültü seviyesi yükseliyor mu? → Genel aşınma veya geç dönem arıza

Adım 6: Faz Verileriyle İlişkilendirme

  • Dengesizlik: 1× fazı kararlı ve tekrarlanabilir.
  • Hizalama bozukluğu: 1× veya 2× faz, kaplinin iki tarafında ~180° faz farkı gösterir.
  • Geveşeklik: Faz kararsızdır, ölçümler arasında rastgele değişebilir.

Uygulamada, altı adımın tamamı, örneğin Denge-1a: İvmeölçerleri takın, makine çalışırken spektrumu ve 1× fazını kaydedin ve harmonik dağılımını yukarıdaki teşhis tablosuyla doğrudan karşılaştırarak okuyun — ardından rotoru sökmeden kalan dengesizliği giderin.

Vaka Çalışmaları — Gerçek Dünya Harmonik Analizi

Vaka 1: Motor-Pompa — Dengesizlik mi Yoksa Yanlış Hizalama mı?

Makine: 30 kW'lık motor, esnek kaplin vasıtasıyla 2960 RPM'de santrifüj pompayı tahrik etmektedir. Genel titreşim: Motor tahrik ucu yatağında 6,2 mm/s.

Spektrum: 1× = 4,1 mm/s, 2× = 3,8 mm/s, 3× = 1,2 mm/s. 2×/1× oranı = 0,93.

Yön: Her iki tahrik ucu yatağında yüksek radyal 2×. Kaplinde eksenel 1×: motor = 2,8 mm/s, pompa = 3,1 mm/s, 165° faz farkı ile.

Tanı: Açısal ve paralel hizasızlığın birleşimi. 2×/1× oranının 1.0'a yaklaşması, yüksek eksenel okumalar ve kaplin boyunca ~180° faz farkı bunların hepsini doğrular. Balanssızlık DEĞİL — 1× yükselmiş olsa bile, asıl mesele 2× desenidir.

Aksiyon: Lazer hizalama işlemi gerçekleştirildi. Hizalama sonrası: 1× = 0,8 mm/s, 2× = 0,3 mm/s. Genel olarak 1,1 mm/s'ye düştü — azalma.

Örnek 2: Fan — Dengelemek Neden İşe Yaramıyor?

Makine: Santrifüj fan 1480 RPM'de çalışıyor. Titreşim: 8,5 mm/s. Önceki dengeleme denemesi 1× bileşenini azalttı ancak genel titreşim yüksek kaldı.

Spektrum: 1× = 2,1 mm/s (dengeleme sonrası düşük), ½× = 1,8 mm/s, 2× = 3,2 mm/s, 3× = 2,5 mm/s, 4× = 1,8 mm/s, 5× = 1,1 mm/s, 6× = 0,7 mm/s.

Tanı: Mekanik gevşeklik (Tip B). ½× alt harmonik içeren harmonik aile karakteristik özelliğidir. Dengeleme 1× oranında düzeltildi ancak genel titreşime hakim olan gevşeklikten kaynaklanan harmonikleri gideremedi.

Aksiyon: İnceleme sonucunda yatak yuvasının kaide deliğinde 0,08 mm gevşeklik olduğu tespit edildi. Yuva yeniden delindi ve yeni yatak takıldı. Onarım sonrası: tüm harmonikler başlangıç seviyesine düştü. Genel sonuç: 1,4 mm/s.

Vaka 3: Kompresör Motoru — Elektriksel mi, Mekanik mi?

Makine: 1485 RPM'de çalışan 4 kutuplu, 50 Hz'lik indüksiyon motoru, bir vidalı kompresörü tahrik etmektedir. Titreşim 3 ay içinde 2,0 mm/s'den 5,5 mm/s'ye yükselmiştir.

Spektrum: 100 Hz'de baskın tepe noktası (= 2FL). Ayrıca: 24,75 Hz'de 1× = 1,2 mm/s, ±1,0 Hz aralıkla 1× civarında yan bantlar.

Anahtar Test: Güç kesintisi — 100 Hz'lik tepe noktası bir devir içinde sıfıra düştü. Yavaşlama sırasında 1× yan bantlar devam etti.

Tanı: İki sorun: (1) Elektriksel — stator eksantrikliği 2FL'ye neden oluyor. (2) Mekanik — ±1,0 Hz'de (= 1,0% kaymalı 4 kutuplu motor için kutup geçiş frekansı) 1× yan bantlar, rotor çubuğu kusurunun geliştiğini düşündürüyor.

Aksiyon: Motor yeniden sarım için gönderildi. Doğrulandı: 2 kırık rotor çubuğu + taban sarkmasından kaynaklanan stator eksantrikliği. Yeniden sarım ve şimleme sonrasında: titreşim 1,6 mm/s.

Harmonik Analiz için Vibromera Cihazı

Bu Denge-1a ve Balanset-4 gerçek zamanlı sağlamak FFT spektrum analizi Harmonik imleç izleme özelliğiyle 1×, 2×, 3× desenlerin saha tanımlamasını ve arıza teşhisini mümkün kılar. Cihazlar, teşhis ve hassasiyet için titreşim analizini birleştirir. dengeleme Düzeltme için — sorunu tespit etmek ve tek bir aletle gidermek.

← Sözlük Dizinine Geri Dön