Hiểu về Subharmonics
A phụ hài là một thành phần tần số trong một rung động phổ xảy ra ở một bội số nguyên của tần số kích thích cơ bản. Trong phân tích máy móc, tần số cơ bản đó hầu như luôn là tốc độ chạy (1X), do đó các sóng phụ xuất hiện ở các bậc như 1/2X, 1/3X hoặc 1/4X. Bởi vì chúng nằm dưới đây thành phần đồng bộ chính, chúng còn được gọi là không đồng bộ dao động, và đây là một trong những đỉnh có giá trị chẩn đoán cao nhất mà nhà phân tích có thể phát hiện — chúng hiếm khi xuất hiện mà không có nguyên nhân vật lý rõ ràng.
1. Định nghĩa: Hạ âm là gì?
Ở nơi bình thường sóng hài là các bội số nguyên của tốc độ chạy (2X, 3X, 4X), thì subharmonic là phần nghịch đảo: các phép chia nguyên của nó. Một đỉnh đúng bằng một nửa tốc độ trục là ví dụ kinh điển, thường được viết là 1/2X hoặc 0.5X. Vì vậy, một subharmonic thật luôn nằm dưới 1X — 0.5X, 0.33X, 0.25X. Trong thực tế, mẫu thông tin nhất không phải chỉ là vạch 1/2X mà là một họ bán bậc — các đỉnh tại 1/2X, 3/2X (1.5X) và 5/2X (2.5X), tất cả cách nhau nửa bậc. Nói chính xác, chỉ phần tử 1/2X là subharmonic và dưới đồng bộ; các phần tử trên 1X (1.5X, 2.5X, …) là hài bậc phân số (bán bậc), không phải thành phần dưới đồng bộ. Sự xuất hiện của một lược như vậy là dấu hiệu kinh điển của các lỗi cơ khí cụ thể chứ không phải nhiễu ngẫu nhiên.
Cần phân biệt rõ giữa thành phần phụ hài thực sự và thành phần phụ đồng bộ không nguyên. Một đỉnh được khóa chính xác tại 0,50X là một thành phần phụ hài thực sự của tốc độ vận hành; một đỉnh ở mức, ví dụ như 0,43X là thành phần phụ đồng bộ nhưng không một phân số chính xác, và sự phân biệt đó ngay lập tức thu hẹp danh sách các nguyên nhân khả nghi. Các tần số phụ không phổ biến bằng các tần số hài, nhưng khi chúng xuất hiện, chúng hầu như luôn chỉ ra một trong các nguyên nhân dưới đây.
2. Lỏng lẻo cơ học — Nguyên nhân phổ biến nhất
Nguồn chính của sóng phụ 1/2X là sự lỏng lẻo về mặt cơ học. Khi một bộ phận bị lỏng — chẳng hạn như vòng bi bị lỏng trong vỏ, khe hở do mòn hoặc bu-lông lắp đặt bị lỏng — nó sẽ gây ra hiện tượng “nảy” hoặc “kêu lạch cạch” mang tính phi tuyến tính rõ rệt. Khoảng hở này khiến bộ phận va đập vào vị trí lắp đặt của nó, và do va đập đó có xu hướng lặp lại gần như liên tục khác Khi có sự thay đổi đột ngột, hệ thống phản ứng với tần số bằng một nửa tần số kích thích.
Phổ kết quả cho thấy đỉnh 1X đi kèm một chuỗi bán bậc tại 1/2X, 3/2X, 5/2X, v.v. — subharmonic 1/2X cùng với các hài bậc phân số của nó trên 1X. Họ bán bậc đó là một trong những dấu vân tay đáng tin cậy nhất trong chẩn đoán rung động: nó gần như chỉ ra rõ ràng hiện tượng lỏng kết cấu nghiêm trọng, và mức tăng của nó theo thời gian phản ánh mức độ xấu đi của mối ghép. Các đỉnh bán bậc càng rõ và càng nhiều, mối ghép càng lỏng.
3. Hiện tượng mất ổn định của ổ trục ma sát
Trong các máy hoạt động dựa trên màng chất lỏng hoặc ổ trục, dao động dưới tần số đồng bộ là một dấu hiệu cảnh báo quan trọng về sự mất ổn định của màng dầu. Đây là dao động tự kích thích — Năng lượng từ sự quay đều đặn cung cấp trực tiếp cho dao động, nhờ đó chúng có thể phát triển mà không cần bất kỳ tác động bên ngoài nào.
- Dầu xoáy: Thường xuất hiện trong khoảng từ 0,42X đến 0,48X tốc độ vận hành, dưới dạng một đỉnh mạnh và rõ rệt ngay dưới tần số nửa bậc. Hiện tượng này xảy ra khi lớp dầu đỡ trục bắt đầu lưu chuyển (xoáy) trong khe hở ổ trục, kéo theo trục xoay quanh trục chính. Do tần số này nằm hơi dưới mức 0,5X thay vì chính xác bằng nó, nên tần số chính xác chính là dấu hiệu phân biệt hiện tượng xoáy với hiện tượng lỏng lẻo.
- Dây dầu: Một dạng mất ổn định nghiêm trọng và phá hoại hơn nhiều. Hiện tượng này xảy ra khi tần số xoáy trùng với tần số tự nhiên thứ nhất của rôto, hoặc tốc độ tới hạn. Sau đó, dao động sẽ “khóa chặt” vào tần số tự nhiên đó và duy trì trạng thái này ngay cả khi tốc độ máy tăng lên — đây là đặc điểm giúp phân biệt hiện tượng dao động dạng roi với hiện tượng quay theo tốc độ. Biên độ dao động có thể trở nên mạnh đến mức gây hư hỏng ổ trục hoặc trục.
Tần số của ổ trục bao quanh các hiện tượng mất ổn định này có thể được ước tính trước bằng một phương pháp chuyên dụng Công cụ tính tần suất khuyết tật ổ trục, giúp xác định xem đỉnh dưới tần số đồng bộ có nằm trong dải xoáy hay không.
4. Các nguồn khác gây ra các đỉnh tần số thấp hơn tần số đồng bộ
- Các vấn đề liên quan đến hệ thống truyền động bằng dây đai: Một dây đai bị mòn hoặc hư hỏng có thể tạo ra các thành phần tần số thấp hơn tần số đồng bộ, liên quan đến tốc độ quay của chính dây đai, vốn thấp hơn tốc độ của cả hai puli. Nếu nghi ngờ Các lỗi của hệ thống truyền động bằng dây đai — và đặc biệt là Các lỗi liên quan đến dây đai V — có thể được xác nhận so với tần số dây đai đã tính toán bằng cách sử dụng một Công cụ tính tần suất lỗi dây đai.
- Các tác động liên quan đến dòng chảy: Trong máy bơm và quạt, năng lượng dưới tần số đồng bộ có thể đến từ hiện tượng nhiễu loạn dòng chảy hoặc hiện tượng mất lực nâng do quay. Các bộ phận này thường là không các phân số chính xác của 1X, điều này tự nó đã là một manh mối hữu ích cho thấy nguồn gốc của hiện tượng này là thủy lực hoặc khí động học chứ không phải cơ học. Trong máy nén, hiện tượng liên quan là tăng mạnh cũng có thể làm tăng tốc độ chạy.
5. Phân tích và xác nhận
Vì chẩn đoán phụ thuộc vào những chênh lệch tần số rất nhỏ, nhiệm vụ đầu tiên là xác định chính xác tần số đỉnh. Một vạch xuất hiện chính xác ở mức 0,50X cho thấy rất rõ dấu hiệu lỏng lẻo; vạch ở mức 0,47X gần như chắc chắn là hiện tượng xoáy dầu; còn dãy tần số đầy đủ 1/2X, 3/2X, 5/2X sẽ xác nhận tình trạng lỏng lẻo với độ tin cậy cao. Do đó, độ phân giải phổ cao và tham chiếu tốc độ chính xác là rất cần thiết, vì 0,48X và 0,50X có thể trông giống hệt nhau ở độ phân giải thô.
The dạng sóng thời gian cung cấp bằng chứng xác thực quý giá. Hiện tượng lỏng lẻo thường thể hiện rõ các điểm va chạm hoặc bị cắt ngang — các đỉnh bị dẹt hoặc bị cắt ngắn tại vị trí phần lỏng lẻo chạm đáy — trong khi hiện tượng xoáy dầu lại xuất hiện dưới dạng tín hiệu mượt mà hơn, biến đổi liên tục mà không có các điểm va chạm đột ngột. Trong thực tế, một máy phân tích hai kênh cầm tay như Balanset-1A cho phép kỹ sư ghi lại cả phổ tần số và dạng sóng thời gian đồng bộ ở tốc độ vận hành, nhờ đó có thể đánh giá chính xác tần số dưới tần số đồng bộ và đặc điểm dạng sóng của nó trước khi lên kế hoạch tháo dỡ thiết bị.
