Hiểu về rung động không đồng bộ
Rung động không đồng bộ (còn gọi là rung động không đồng bộ) là rung động ở các tần số là không bội số nguyên chính xác — bậc — của tốc độ quay của trục. Không giống như rung động đồng bộ từ mất cân bằng hoặc sự không thẳng hàng (luôn xuất hiện ở tốc độ chạy 1×, 2×, 3×), rung động không đồng bộ xảy ra ở các tần số được quy định bởi hình học thành phần, tác động điện từ hoặc các nguồn bên ngoài thay vì do chính rotation của trục quyết định.
Phân biệt nội dung đồng bộ từ nội dung không đồng bộ là một trong những kỹ năng cơ bản nhất trong máy móc chẩn đoán, bởi vì việc chia tách ngay lập tức thu hẹp tìm kiếm nguyên nhân. Các thành phần đồng bộ chỉ đến khối lượng quay hoặc các vấn đề hình học liên quan đến rotor; các thành phần không đồng bộ thay vào đó chỉ đến các lỗi phần tử lăn, các lỗi điện hoặc các ảnh hưởng có nguồn gốc từ bên ngoài rotor. Phân loại chính xác này sớm tiết kiệm cho một nhà phân tích, ví dụ, cân bằng một máy có vấn đề thực sự là một vòng bi đang hỏng.
1. Đồng bộ so với Không đồng bộ: Sự phân biệt cốt lõi
Ranh giới được xác định hoàn toàn bởi bậc — tỷ lệ giữa tần số rung động và tần số tốc độ chạy. Một đỉnh ở đúng một bậc toàn phần là đồng bộ và khóa với quay trục; một đỉnh ở bậc phân số là không đồng bộ và tuân theo một tín hiệu khác.
- Đồng bộ (bậc nguyên): 1,00×, 2,00×, 3,00× — mất cân bằng, lệch trục, a trục bị cong, nhất định sự lỏng lẻo mẫu hình.
- Không đồng bộ (bậc không nguyên): 2.47×, 3.57×, 0.45× — lỗi vòng bi, đường điện, bất ổn định dưới đồng bộ và nguồn bên ngoài.
Một danh mục con hữu ích là phụ hài — năng lượng dưới đây 1× (ví dụ như đỉnh 0.5× từ lỏng lẻo hoặc mài xát nghiêm trọng). Các đỉnh phụ là một hình thức của nội dung không đồng bộ, và chúng tồn tại cùng với các bất ổn định dưới đồng bộ được thảo luận thêm dưới đây.
2. Các Nguồn Phổ Biến của Rung Động Không Đồng Bộ
Các Khuyết Tật Vòng Bi Lăn (phổ biến nhất)
Nguồn chiếm ưu thế nhất của rung động không đồng bộ:
- Tần số lỗi ổ trục: BPFO, BPFI, BSF and FTF được điều chỉnh bởi hình học vòng bi và không bao giờ là bội số chính xác của tốc độ trục.
- Ví dụ: một động cơ 1800 RPM (30 Hz) có thể hiển thị BPFO ở 107 Hz — đó là 3.57× tốc độ trục, rõ ràng không phải là số nguyên.
- Giá trị chẩn đoán: một tần số không đồng bộ ngay lập tức gây nghi ngờ về vấn đề vòng bi.
- Phát hiện: phân tích đường bao là kỹ thuật chính để phát hiện các thành phần này, thường là lâu trước khi chúng xuất hiện trong phổ thông thường.
Tần Số Điện
Rung động điện từ không liên quan đến tốc độ trục:
- 2× tần số lưới: 120 Hz trên cấp 60 Hz hoặc 100 Hz trên cấp 50 Hz, độc lập với tốc độ động cơ.
- Ví dụ: động cơ 2 cực 60 Hz hoạt động ở khoảng 3550 RPM (59,2 Hz), nhưng rung động ở tần số lưới gấp 2 lần của nó nằm ở 120 Hz — 2,03× tốc độ trục, không đồng bộ.
- Tần số vượt cực: có thể không phải là bội số nguyên chính xác.
- Sóng hài VFD: tần số chuyển đổi ổ đĩa không có liên quan đến tốc độ trục.
Các Nguồn Bên Ngoài
- Thiết bị lân cận: rung động được truyền qua sàn từ các máy gần đó.
- Tòa nhà hoặc nền móng: cộng hưởng cấu trúc ở các tần số cố định.
- Dao động xung: sóng áp suất lan truyền trong đường ống.
- Cộng hưởng âm học: sóng đứng trong ống dẫn hoặc vỏ bọc.
Tính không ổn định dưới tần số đồng bộ
- Dầu xoáy: thường là 0,42–0,48× tốc độ trục (không chính xác bằng một nửa).
- Dây dầu: khóa vào rotor’s tần số tự nhiên, không phải tốc độ trục.
- Tính không ổn định của lót niên vận: thường ở các tần số được xác định bởi động lực chất lỏng. Đây là những ví dụ cổ điển của sự mất ổn định của rôto.
Dao động ngẫu nhiên
- Hiện tượng sủi bọt: sụp đổ bọt khí ngẫu nhiên, tần số rộng.
- Sự nhiễu loạn: dao động dòng chảy ngẫu nhiên.
- Cọ xát: tiếp xúc hỗn loạn tạo ra rung động không tuần hoàn.
3. Xác định trong Phổ
Đặc điểm phổ
- Tần số cố định: Xuất hiện ở cùng giá trị Hz bất kể tốc độ thay đổi
- Dịch chuyển bậc: nếu tốc độ thay đổi, tần số không đồng bộ sẽ thay đổi bậc của nó (vì bậc bằng tần số ÷ tốc độ trục).
- Biểu đồ thác nước: các thành phần không đồng bộ xuất hiện dưới dạng thẳng đứng dòng, các thành phần đồng bộ xuất hiện dưới dạng chéo đường — cách duy nhất và trực quan nhất để phân biệt chúng.
- Phổ bậc: các đỉnh không đồng bộ nằm ở các bậc không nguyên (2,47×, 3,57×, v.v.).
Quy trình chẩn đoán
- Xác định tốc độ chạy từ đỉnh 1× hoặc, đáng tin cậy hơn, một máy đo tốc độ quay.
- Tính toán bậc bằng cách chia mỗi tần số đỉnh cho tần số tốc độ chạy.
- Các bậc nguyên (1,00×, 2,00×, 3,00×) là đồng bộ.
- Bậc không nguyên (2,47×, 3,57×) là không đồng bộ.
- So khớp với loại hư hỏng bằng cách so sánh các tần số được tính toán với các tần số của ổ trục, các đường điện, v.v.
Trên các máy có tốc độ thay đổi, sự tách biệt này sạch hơn dưới phân tích đơn hàng, sẽ tái tham chiếu trục tần số thành các bội số của tốc độ chạy để các đỉnh đồng bộ đứng yên trong khi các đỉnh không đồng bộ di chuyển.
4. Ý nghĩa chẩn đoán
Lỗi vòng bi
- Các đỉnh không đồng bộ ở BPFO, BPFI hoặc BSF ngay lập tức gợi ý một vấn đề về vòng bi.
- Tính toán các tần số ổ trục lý thuyết và so sánh chúng với các đỉnh quan sát được.
- Sự trùng khớp trong khoảng ±5% xác nhận một hư hỏng vòng bi.
- Sóng hài and dải bên của tần số khuyết tật cung cấp xác nhận thêm.
Bạn có thể rút ngắn phép tính số học bằng cách sử dụng một Công cụ tính tần suất lỗi vòng bi, trả về BPFO, BPFI, BSF và FTF trực tiếp từ hình học ổ trục và tốc độ trục.
Các vấn đề điện từ
- Đường tần số gấp 2 lần tần số lưới điện ở 100/120 Hz chỉ ra stator hoặc khe hở không khí vấn đề.
- Tần số duy trì cố định bất kể các biến đổi tốc độ.
- Phân tích dòng điện động cơ xác nhận nguồn gốc điện học.
Rung động bên ngoài
- Các đỉnh không khớp với tốc độ máy hay tần số vòng bi.
- Chúng có thể trùng với tốc độ chạy của các thiết bị lân cận.
- Cần điều tra nguồn gốc, sau đó cách ly hoặc khắc phục.
5. Kỹ thuật phân tích cho Rung động không đồng bộ
Phân tích bao tín hiệu
- Kỹ thuật chính để phát hiện khiếm khuyết vòng bi.
- Tăng cường những tác động lặp lại tạo ra nội dung không đồng bộ.
- Triệt tiêu các thành phần tần số thấp đồng bộ mạnh.
- Tiết lộ các tần số vòng bi rõ ràng trong phổ bao.
Gia tốc tần số cao
- Khiếm khuyết vòng bi không đồng bộ thường nằm trong khoảng tần số cao (trên 1 kHz).
- Use cảm biến gia tốc với cài đặt Fmax cao.
- Điều này ghi lại các tác động và cộng hưởng tần số cao mà các phép đo vận tốc tần số thấp bỏ sót.
Phân tích Cepstrum
- Phân tích Cepstrum có hiệu quả trong việc tìm các mẫu định kỳ bị chôn trong các tín hiệu không đồng bộ.
- Nó phát hiện toàn bộ các họ hài tần hoặc dải bên cạnh cùng một lúc.
- Đặc biệt hữu ích cho vòng bi phức tạp và bánh răng đặc trưng.
6. Ví dụ thực tế
Động cơ có khiếm khuyết vòng bi
- Tốc độ quay: 1750 RPM (29,17 Hz).
- Các thành phần đồng bộ: 1× tại 29,17 Hz, 2× tại 58,34 Hz.
- Thành phần không đồng bộ: một đỉnh tại 107 Hz (3.67× tốc độ trục).
- Chẩn đoán: 107 Hz khớp với BPFO được tính toán → khiếm khuyết đường chạy ngoài.
- Xác nhận: bản chất không đồng bộ xác nhận một vấn đề vòng bi, không phải vấn đề rotor.
Động cơ VFD ở tốc độ thay đổi
- Tốc độ động cơ quét từ 1200 đến 1800 RPM.
- Đỉnh 1× chuyển động theo tốc độ (đồng bộ).
- Đỉnh 120 Hz giữ nguyên (không đồng bộ, tần số lưới 2×).
- Chẩn đoán: một thành phần điện từ từ nguồn cấp 60 Hz.
Trong thực tế, việc phân tách này là công việc hàng ngày của một máy phân tích cầm tay. Vì một thiết bị như Balanset-1A đọc tốc độ chạy từ tachometer quang học của nó cùng lúc với phổ rung động, nó có thể xác định ngay liệu một đỉnh nhất định là đồng bộ hay không đồng bộ — báo cho kỹ sư ngay liệu cách khắc phục là cân bằng rotor hay thay vòng bi. Nhận dạng nội dung không đồng bộ thông qua các bậc không nguyên của nó, tần số cố định bất chấp thay đổi tốc độ, hoặc chữ ký thẳng đứng của nó trên biểu đồ waterfall là điều cho phép xác định chính xác các khiếm khuyết vòng bi, các vấn đề điện, và các ảnh hưởng bên ngoài — và chỉ ra hướng cho hành động khắc phục đúng đắn.
