Phân tích rung động: Sóng hài (harmonic)

Phân tích rung động rung động cần phải nhận ra sóng hài (harmonic), dãi biên (sidebands), nhiều nền (noise floor), và cộng/trừ tần số

Harmonic (Sóng hài)

Một trong những mẫu hình phổ biến nhất được thấy trong phổ spectrum là sóng hài. Dạng sóng lặp đi lặp lại (định kỳ) nhưng không phải là sóng hình sin thuần túy sẽ tạo ra các sóng hài trong phổ.

Sóng hài là một chuỗi các đỉnh cách đều nhau và là bội số của đỉnh đầu tiên trong chuỗi. Đỉnh đầu tiên được gọi là tần số cơ bản.

Trong Hình 3-2, đỉnh đầu tiên (có hình vuông ở trên) là tần số cơ bản 1785 vòng/phút là tốc độ quay trục. Các đỉnh còn lại được đánh dấu bằng hình tam giác là bội số nguyên của tần số đó. Đây là những sóng hài. Tần số cơ bản trong chuỗi thường được gọi là sóng hài đầu tiên

Sóng hài phổ biến nhất là bội số của tốc độ quay trục. Tuy nhiên, sóng hài có thể là bội số của bất kỳ tần số nào. Hình 3-3 cho thấy các hài của đỉnh không đồng bộ (non-synchronous) có thể là tần số của vòng bi. Sóng hài có thể là bội số của tần số ăn khớp răng hoặc các tần số khác.

Trong bài “Tìm hiểu tín hiệu”, sóng hài trong phổ chỉ mới là một nửa câu chuyện. Sóng hài được tạo ra khi có hiện tượng cắt (clipping), ) transients, random impacting (*ATR). Bất cứ khi nào có sóng hài, bạn nên xem xét dạng sóng (waveform).

(*ATR) transients, random impacting là các tác động tạm thời, ngẫu nhiên, không lặp lại và thường xãy ra đột ngột. Gây ra bởi các nguyên nhân như: va chạm, tăng tốc hoặc dừng máy đột ngột hoặc các lỗi cơ học như gãy/vỡ, lỏng lẽo, cọ quẹt

Dạng sóng trong phổ trên Hình 3-3 có tác động va đập rõ ràng. Chúng ta thấy sóng hài trong phổ.

Dạng sóng trong Hình 3-5 trông gần giống sóng hình sin, nhưng không hoàn toàn như vậy. Đây là lý do tại sao có một số sóng hài trên quang phổ bên dưới nó.

Ví dụ, khi rung động không thuần túy, bị biến dạng, tác động ngẫu nhiên, bị cắt hoặc tác động tạm thời thì sẽ xuất hiện sóng hài. Hình 3-6 có tác động ngẫu nhiên đáng kể và tạo ra phổ có nhiều sóng hài.

Hình 3-7 là đặc trưng của lỏng kết cấu. Dạng sóng có tác động của va chạm. Dạng sóng tự động điều chỉnh tỷ lệ từ +0,4 g đến -1 g. Đây cũng là một tình huống cắt (clipping) điển hình. Việc cắt xảy ra khi máy di chuyển theo một hướng tự do hơn hướng kia. Trong trường hợp này, khi lỏng bu lông đế  máy bị lỏng, máy “tự do” đi lên và va đập với bệ đỡ máy khi đi xuống.

Chú ý sóng hài của tốc độ quay  lên đến 25 bậc.

Hình 3-7 Impacting, transients, clipping trong dạng sóng tạo ra sóng hài của tốc độ quay đến 25 bậc.

Các điều kiện có thể tạo ra sóng hài bao gồm:

• Rơ lỏng
• Mất đồng tâm trục (missalignment)
• Vòng bi mòn
• Lỗi bánh răng

Nguyên tắc chung là bất kỳ thứ gì lặp lại nhưng không phải là sóng sin đều tạo ra sóng hài. Dưới đây chúng ta sẽ thấy một số mẫu tín hiệu cụ thể nằm trong nguyên tắc chung này. Bạn càng bắt đầu thấy mối quan hệ giữa dạng sóng thời gian và phổ, bạn sẽ càng trở thành một nhà phân tích giỏi hơn. Điều này là do bạn sẽ có được cảm nhận tốt hơn về cách phổ liên quan đến những gì đang diễn ra về mặt cơ học trong máy.

Pulse train (Mạch xung)

Một chuỗi xung trong dạng sóng thời gian được gọi là “chuỗi xung”. Một mẫu như thế này có thể được gây ra bởi tác động lặp đi lặp lại liên quan đến một bộ phận lỏng lẻo. Vì mẫu này lặp đi lặp lại nhưng không phải là sóng sin, bạn sẽ thấy sóng hài trong phổ.

Sóng vuông

Sóng vuông thuần túy tạo ra sóng hài lẻ…1X, 3X, 5X… Sóng vuông thuần túy không phổ biến trong phân tích máy móc.

Sóng bị cắt – biến dạng

Sóng cắt xén hơi khác so với sóng vuông. Chúng là sóng bình thường trông như thể bị cắt xén ở một bên. Tín hiệu bị méo. Kết quả là sóng hài trong phổ.

Sóng cắt khá phổ biến trong phân tích máy móc. Nó xảy ra khi chuyển động bị hạn chế theo một hướng. Điều này tạo ra tất cả các sóng hài, không chỉ các sóng hài lẻ như sóng vuông.

Khi dạng sóng bị cắt nhiều hơn, sóng hài mạnh hơn nhiều về biên độ. Khi sóng bị cắt, tác động xảy ra khi chuyển động bị hạn chế có thể đủ mạnh để tạo ra hiện tượng thoáng qua.

Tác động lặp đi lặp lại

Va chạm là sự tăng rất mạnh về biên độ với mức giảm mạnh tương đương, có thể có một số tiếng chuông sau đó. Điều này xảy ra khi có sự lỏng lẻo rõ ràng trong máy. Các tác động lặp đi lặp lại (KHÔNG phải ngẫu nhiên!) của tiếng lạch cạch hoặc tiếng đập tạo ra sóng hài mạnh. Trong trường hợp cực đoan, sóng hài sẽ là sóng hài bậc một nửa hoặc thậm chí là sóng hài bậc 1/3. Các đỉnh sẽ ở 0,5X, 1Χ, 1,5X, v.v. Những sóng này được gọi là “sóng hài phụ”. Chúng thường liên quan đến các dạng nghiêm trọng của sự lỏng lẻo khi quay hoặc sự lỏng lẻo khi quay hoặc cọ trong ổ trượt.

Hình 2-29 Tác động tạo ra sóng hài và trong trường hợp nghiêm trọng là sóng hài phụ… bội số của 0,5 bậc

Ví dụ từ rotor kit

Một bệ đỡ ổ trục bị lỏng trên bộ rotor khiến nó kêu lạch cạch khi chạy.

Dữ liệu dạng sóng theo hướng ngang có tác động va đập (impact) mạnh bị cắt. Các xung động này tạo ra sóng hài. Trong trường hợp này, sóng hài 1X mạnh và có sóng hài bậc 1/3 nhỏ.

Hình 2-30 Các xung đột từ bộ rotor tạo ra sóng hài mạnh bậc 1X và sóng hài nhỏ bậc 1/3… 1/3, 2/3, 1, 113, v.v.

Waveform symmetry (Đối xứng dạng sóng)

Trong một sóng sin thuần túy biên độ rung động phía trên (rung động dương) bằng biên độ rung động phía dưới (rung động âm)

Tuy nhiên, trong một số trường hợp, chuyển động một hướng nhiều hơn so với hướng khác. Xem Hình 2-31 là phóng to của sóng trong Hình 2-30.

Hình 2-31 Dạng sóng cho thấy có nhiều sự tự do di chuyển hơn theo một hướng.

Sự biến dạng so với tín hiệu thực tế

Nếu có các đỉnh ở 1X, 2X, 3X, 4X, v.v. thì không nhất thiết có nghĩa là có tín hiệu thực tế trong máy ở các tần số đó. Tín hiệu là bội số của 1X có thể đến từ hai nguồn:

• Nguồn rung động thực tế: missalignment, blade pass , khớp nối, v.v.
• Biến dạng – quá trình FFT tạo ra sóng hài trong phổ

Hình 2-32 Bội số của 1X có thể đến từ các tín hiệu thực tế trong máy ở các tần số đó, nhưng có thể là hiệu ứng của Biến dạng trong quá trình FFT

ĐIỂM CHÍNH

• Học sinh cần hiểu rằng sóng tuần hoàn (lặp lại), không phải là sóng sin chuẩn, sẽ tạo ra sóng hài trong quang phổ.
• Chúng tôi đã trình bày một số ví dụ về điều này như pulse train (chuỗi xung), impacts lặp đi lặp lại, sóng cắt, v.v.
• Học sinh cần biết rằng sóng hài là sóng bình thường.
  • Hầu hết các tần số cưỡng bức đều có thể và sẽ có sóng hài.
• Học sinh phải có khả năng xác định tần số cưỡng bức và sóng hài của nó trên một phổ.
• Học sinh cần nhận ra rằng sự gia tăng về số lượng và biên độ của sóng hài có thể báo hiệu tình trạng đang xấu đi.