Розуміння асинхронної вібрації
Асинхронна вібрація (також називається несинхронною вібрацією) – це вібрація на частотах, які не точні цілі кратні - порядки - від швидкості обертання валу. На відміну від синхронна вібрація з дисбаланс або неспіввісність (яка завжди припадає на 1×, 2×, 3× робочої швидкості), асинхронна вібрація виникає на частотах, що визначаються геометрією компонентів, електромагнітними ефектами або зовнішніми джерелами, а не обертанням самого вала.
Розрізнення синхронних та асинхронних складових є однією з найважливіших навичок у вібродіагностиці машин діагностика, тому що цей поділ відразу звужує пошук причини. Синхронні складові вказують на проблеми обертової маси або геометрії, пов’язані з ротором; асинхронні складові вказують натомість на дефекти підшипників кочення, електричні несправності або впливи, що походять з-поза ротора. Правильна рання класифікація рятує аналітика, наприклад, від балансування машини, справжньою проблемою якої є підшипник, що виходить з ладу.
1. Синхронна чи асинхронна: ключова відмінність
Межа визначається повністю за допомогою порядок — тобто відношення частоти вібрації до частоти обертання. Пік на точному цілому порядку є синхронним і прив’язаним до обертання вала; пік на дробовому порядку є асинхронним і підпорядковується іншому джерелу збудження.
- Синхронні (цілі порядки): 1.00×, 2.00×, 3.00× - дисбаланс, неспіввісність, а зігнутий вал, певні розхитування візерунки.
- Асинхронні (нецілочисельні порядки): 2,47×, 3,57×, 0,45× - дефекти підшипників, частота мережі живлення, субсинхронні нестійкості та зовнішні джерела.
Корисною підкатегорією є субгармонійний - енергія нижче 1× (наприклад, пік 0,5× через сильне послаблення або тертя). Субгармоніки є формою асинхронних складових і стоять поруч із субсинхронними нестійкостями, розглянутими нижче.
2. Поширені джерела асинхронної вібрації
Дефекти підшипників кочення (найпоширеніші)
На сьогоднішній день це домінуюче джерело асинхронної вібрації:
- Частоти несправностей підшипників: BPFO, BPFI, BSF і FTF визначаються геометрією підшипника і ніколи не є точними кратними швидкості обертання вала.
- Приклад: двигун з частотою обертання 1800 об/хв (30 Гц) може показувати BPFO на частоті 107 Гц - це 3,57× частота обертання валу, що явно не є цілим числом.
- Діагностична цінність: асинхронна частота відразу викликає підозру на проблему з підшипником.
- Виявлення: аналіз обвідної є основним методом виявлення цих складових, часто задовго до того, як вони з’являються у звичайному спектрі.
Електричні частоти
Електромагнітна вібрація, не пов'язана з частотою обертання вала:
- 2× лінійна частота: 120 Гц при живленні 60 Гц або 100 Гц при живленні 50 Гц, незалежно від швидкості двигуна.
- Приклад: 2-полюсний двигун 60 Гц працює зі швидкістю близько 3550 об/хв (59,2 Гц), але вібрація на подвоєній частоті мережі має частоту 120 Гц - 2,03× частоти обертання вала, тобто є асинхронною.
- Частота проходження полюса: не може бути точним цілим числом.
- Гармоніки VFD: частота перемикання приводу не залежить від частоти обертання вала.
Зовнішні джерела
- Суміжне обладнання: вібрація, що передається через підлогу від сусідніх машин.
- Будівля або фундамент: структурні резонанси на фіксованих частотах.
- Пульсації процесу: хвилі тиску, що поширюються в трубопроводах.
- Акустичні резонанси: стоячі хвилі в каналах або огородженнях.
Субсинхронні нестабільності
- Масляний вихор: зазвичай 0,42-0,48 × частота обертання вала (не точно вдвічі).
- Масляний батіг: фіксується на роторі власна частота, а не до швидкості обертання валу.
- Нестійкості ущільнень: часто на частотах, визначених гідродинамікою. Ось класичні приклади нестабільність ротора.
Випадкова вібрація
- Кавітація: випадковий колапс бульбашки, широкосмуговий.
- Турбулентність: випадкові коливання потоку.
- Розтирання: хаотичний контакт, що створює неперіодичну вібрацію.
3. Ідентифікація в спектрах
Характеристики спектру
- Фіксована частота: З'являється з тим самим значенням Гц незалежно від зміни швидкості
- Порядок змінюється: якщо швидкість змінюється, асинхронна частота змінює свій порядок (тому що порядок - це частота ÷ частота обертання валу).
- Графік-водоспад: асинхронні компоненти виглядають як вертикальні лінії, синхронні компоненти, такі як діагональні лінії - єдиний інтуїтивний спосіб розрізнити їх.
- Спектр порядків: асинхронні піки припадають на нецілі порядки (2.47×, 3.57× і так далі).
Діагностична процедура
- Визначте робочу швидкість від 1× піку або, що більш надійно, від тахометр.
- Розрахуйте порядки поділивши кожну пікову частоту на частоту робочої швидкості.
- Цілі порядки (1.00×, 2.00×, 3.00×) є синхронними.
- Нецілі порядки (2.47×, 3.57×) є асинхронними.
- Відповідність типам несправностей порівнюючи розраховані частоти з частотами підшипників, електричних ліній тощо.
На машинах зі змінною швидкістю це розділення чистіше при порядковий аналіз, який прив’язує вісь частот до кратних робочої швидкості, так що синхронні піки залишаються нерухомими, тоді як асинхронні рухаються.
4. Діагностичне значення
Дефекти підшипників
- Асинхронні піки на BPFO, BPFI або BSF одразу вказують на те, що несправність підшипника.
- Розрахуйте теоретичні характеристичні частоти підшипника та порівняйте їх зі спостережуваними піками.
- Збіг в межах ±5% підтверджує несправність підшипника.
- Гармоніки і бічні смуги частоти дефектів дають додаткове підтвердження.
Ви можете спростити розрахунок за допомогою калькулятор частоти дефектів підшипників, яка повертає BPFO, BPFI, BSF та FTF безпосередньо з геометрії підшипника та швидкості обертання валу.
Електромагнітні проблеми
- Лінія лінійної частоти 2× при 100/120 Гц вказує на статор або повітряний зазор проблеми.
- Частота залишається фіксованою незалежно від зміни швидкості.
- Аналіз струму двигуна підтверджує електричне походження.
Зовнішня вібрація
- Піки, які не відповідають ні швидкості машини, ні частотам підшипників.
- Вони можуть збігатися зі швидкістю роботи розташованого поруч обладнання.
- Необхідно дослідити джерело, а потім ізолювати або виправити його.
5. Методи аналізу асинхронних вібрацій
Аналіз огинаючої
- Основний метод виявлення дефектів підшипників.
- Посилює повторювані удари, які створюють асинхронні складові.
- Пригнічує сильні синхронні низькочастотні компоненти.
- Чітко показує частоти опорних частот у результуючому сигналі спектр обвідної.
Високочастотне прискорення
- Асинхронні дефекти підшипників часто проявляються у високочастотному діапазоні (вище 1 кГц).
- Використання акселерометри з високим значенням Fmax.
- Це фіксує удари і високочастотні резонанси, які пропускають низькочастотні вимірювання швидкості.
Аналіз кепструма
- Аналіз кепструму ефективно виявляє періодичні закономірності, приховані в асинхронних сигналах.
- Він виявляє відразу цілі сімейства гармонік або бічні смуги.
- Особливо корисно для складних підшипникових і колесо ознаки.
6. Практичні приклади
Двигун з дефектом підшипника
- Робоча швидкість: 1750 об/хв (29,17 Гц).
- Синхронні компоненти: 1× на 29.17 Гц, 2× на 58.34 Гц.
- Асинхронний компонент: пік при 107 Гц (3,67× частота обертання валу).
- Діагноз: 107 Гц відповідає розрахованій BPFO → дефект зовнішнього кільця.
- Підтвердження: асинхронний характер підтверджує проблему з підшипником, а не з ротором.
Двигун частотного перетворювача зі змінною швидкістю
- Частота обертання двигуна коливається від 1200 до 1800 об/хв.
- Пік 1× рухається зі швидкістю (синхронно).
- Пік 120 Гц залишається на місці (асинхронний, частота лінії 2×).
- Діагноз: електромагнітна складова від джерела живлення 60 Гц.
У польових умовах таке розділення є повсякденною роботою портативного аналізатора. Тому що такий інструмент, як Balanset-1A зчитує швидкість обертання з оптичного тахометра одночасно зі спектром вібрації, він може одразу визначити, чи є даний пік синхронним або асинхронним, і одразу повідомити інженеру, чи потрібно балансувати ротор або замінити підшипник. Розпізнавання асинхронних складових за нецілими порядками, фіксованою частотою попри зміну швидкості або вертикальною сигнатурою на графіку-водоспаді - це те, що дозволяє точно ідентифікувати дефекти підшипників, електричні проблеми та зовнішні впливи і вказує шлях до правильних коригувальних дій.
