Анализ на вибрациите с Balanset-1A: Ръководство за начинаещи за спектрална диагностика

Въведение: От балансиране до диагностика — Отключване на пълния потенциал на вашия вибрационен анализатор

Устройството Balanset-1A е известно предимно като ефективен инструмент за динамично балансиране. Възможностите му обаче се простират далеч отвъд това, което го прави мощен и достъпен анализатор на вибрации. Оборудван с чувствителни сензори и софтуер за спектрален анализ с бързо преобразуване на Фурие (FFT), Balanset-1A е отличен инструмент за цялостен анализ на вибрациите. Това ръководство запълва празнината, оставена от официалното ръководство, като обяснява какво разкриват данните за вибрациите за състоянието на машините.

Това ръководство е структурирано последователно, за да ви преведе от основите към практическото приложение:

• Раздел 1 ще постави теоретичната основа, като просто и ясно ще обясни какво е вибрация, как работи спектралният анализ (FFT) и кои спектрални параметри са ключови за диагностика.
• Раздел 2 ще предостави стъпка по стъпка инструкции за получаване на висококачествени и надеждни вибрационни спектри с помощта на устройството Balanset-1A в различни режими, като се фокусира върху практически нюанси, които не са описани в стандартната инструкция.
• Раздел 3 е ядрото на статията. Тук ще бъдат подробно анализирани „пръстовите отпечатъци“ – характерни спектрални признаци на най-често срещаните повреди: дисбаланс, несъосност, механична хлабина и дефекти на лагерите.
• Раздел 4 ще интегрира придобитите знания в единна система, предлагайки практически препоръки за осъществяване на мониторинг и опростен алгоритъм за вземане на решения.

С усвояването на материала в тази статия, ще можете да използвате Balanset-1A не само като балансиращо устройство, но и като пълноценен диагностичен комплекс от начално ниво, който ви позволява да идентифицирате проблеми рано, да предотвратите скъпоструващи аварии и значително да увеличите надеждността на вашето работещо оборудване.

Раздел 1: Основи на вибрационния и спектрален анализ (FFT)

1.1. Какво е вибрация и защо е важна?

Всяко въртящо се оборудване, независимо дали е помпа, вентилатор или електродвигател, създава вибрации по време на работа. Вибрацията е механично трептене на машина или отделни нейни части спрямо равновесното им положение. В идеално, напълно функционално състояние, машината генерира ниско и стабилно ниво на вибрации - това е нейният нормален „работен шум“. С възникването и развитието на дефекти обаче този вибрационен фон започва да се променя.

Вибрацията е реакцията на структурата на механизма към циклични възбуждащи сили. Източниците на тези сили могат да бъдат много разнообразни:

• Центробежна сила, дължаща се на дисбаланс на ротора: Възниква от неравномерното разпределение на масата спрямо оста на въртене. Това е така нареченото „тежко място“, което по време на въртене създава сила, предавана на лагерите и корпуса на машината.
• Сили, свързани с геометрични неточности: Несъосие на свързаните валове, огъване на вала, грешки в профилите на зъбите на скоростната кутия - всичко това създава циклични сили, причиняващи вибрации.
• Аеродинамични и хидродинамични сили: Възникват по време на въртенето на работните колела във вентилатори, димоотводни системи, помпи и турбини.
• Електромагнитни сили: Характерно за електродвигателите и генераторите и може да бъде причинено например от асиметрия на намотките или наличие на късо съединени навивки.

Всеки от тези източници създава вибрации с уникални характеристики. Ето защо анализът на вибрациите е толкова мощен диагностичен инструмент. Чрез измерване и анализ на вибрациите можем не само да кажем, че „машината вибрира силно“, но и с висока степен на вероятност да определим първопричината. Тази усъвършенствана диагностична възможност е от съществено значение за всяка съвременна програма за поддръжка.

1.2. От времеви сигнал към спектър: Просто обяснение на FFT

Сензор за вибрации (акселерометър), монтиран върху корпуса на лагера, преобразува механичните трептения в електрически сигнал. Ако този сигнал се покаже на екрана като функция на времето, получаваме времеви сигнал или форма на вълната. Тази графика показва как амплитудата на вибрациите се променя във всеки един момент от времето.

В един прост случай, като например чист дисбаланс, времевият сигнал ще изглежда като гладка синусоида. В действителност обаче върху машината почти винаги действат няколко възбуждащи сили едновременно. В резултат на това времевият сигнал е сложна, привидно хаотична крива, от която е практически невъзможно да се извлече полезна диагностична информация.

Тук на помощ идва математически инструмент — бързото преобразуване на Фурие (FFT). Може да се представи като магическа призма за вибрационни сигнали.

Представете си, че един сложен времеви сигнал е лъч бяла светлина. Той ни се струва единен и неразличим. Но когато този лъч преминава през стъклена призма, той се разлага на съставните си цветове - червено, оранжево, жълто и т.н., образувайки дъга. FFT прави същото с вибрационен сигнал: той взема сложна крива от времевата област и я разлага на прости синусоидални компоненти, всеки от които има своя собствена честота и амплитуда.

Резултатът от тази трансформация се показва на графика, наречена вибрационен спектър. Спектърът е основният работен инструмент за всеки, който извършва вибрационен анализ. Той ви позволява да видите какво е скрито във времевия сигнал: какви „чисти“ вибрации съставляват общия шум на машината.

1.3. Ключови спектрални параметри, които трябва да се разберат

Спектърът на вибрациите, който ще видите на екрана на Balanset-1A в режими "Виброметър" или "Диаграми", има две оси, разбирането на които е абсолютно необходимо за диагностика.

Хоризонтална ос (X): Честота

Тази ос показва колко често се появяват трептения и се измерва в херци (Hz). 1 Hz е едно пълно трептене в секунда. Честотата е пряко свързана с източника на вибрации. Различни механични и електрически компоненти на машината генерират вибрации с техните характерни, предвидими честоти. Познавайки честотата, при която се наблюдава висок пик на вибрации, можем да идентифицираме виновника - специфичен възел или дефект.

Честота на въртене (1x): Това е най-важната честота във всички вибрационни диагностики. Тя съответства на скоростта на въртене на вала на машината. Например, ако валът на двигателя се върти с 3000 оборота в минута (rpm), неговата честота на въртене ще бъде: f = 3000 rpm / 60 s/min = 50 Hz. Тази честота се обозначава като 1x. Тя служи като отправна точка за идентифициране на много други дефекти.

Вертикална ос (Y): Амплитуда

Тази ос показва интензитета или силата на вибрациите при всяка специфична честота. В устройството Balanset-1A амплитудата се измерва в милиметри в секунда (mm/s), което съответства на средноквадратичната (RMS) стойност на скоростта на вибрациите. Колкото по-висок е пикът в спектъра, толкова повече вибрационна енергия е концентрирана при тази честота и, като правило, толкова по-сериозен е свързаният с нея дефект.

Хармоници

Хармониците са честоти, които са целочислени кратни на основната честота. Най-често основната честота е ротационната честота 1x. Следователно, нейните хармоници ще бъдат: 2x (втори хармоник) = 2×1x, 3x (трети хармоник) = 3×1x, 4x (четвърти хармоник) = 4×1x и т.н. Наличието и относителната височина на хармониците носят важна диагностична информация. Например, чистият дисбаланс се проявява главно при 1x с много ниски хармоници. Механичната хлабина или несъосността на вала обаче генерират цяла „гора“ от високи хармоници (2x, 3x, 4x,...). Чрез анализ на съотношението на амплитудите между 1x и неговите хармоници могат да се разграничат различни видове повреди.

Раздел 2: Получаване на вибрационен спектър с помощта на Balanset-1A

Качеството на диагностиката зависи пряко от качеството на изходните данни. Неправилните измервания могат да доведат до погрешни заключения, ненужни ремонти или, обратно, до пропускане на развиващ се дефект. Този раздел предоставя практическо ръководство за събиране на точни и повтаряеми данни с помощта на вашето устройство.

2.1. Подготовка за измервания: Ключът към точните данни

Преди свързване на кабелите и стартиране на програмата, трябва да се обърне специално внимание на правилната инсталация на сензорите. Това е най-важният етап, определящ надеждността на всички последващи анализи.

Метод на монтаж: Balanset-1A се предлага с магнитни основи за сензори. Това е удобен и бърз метод за монтаж, но за неговата ефективност трябва да се спазват няколко правила. Повърхността в точката на измерване трябва да бъде:

• Чисто: Отстранете мръсотията, ръждата и лющещата се боя.
• Плосък: Сензорът трябва да е плътно прилепнал към цялата повърхност на магнита. Не го монтирайте върху заоблени повърхности или глави на болтове.
• Масивно: Точката на измерване трябва да бъде част от носещата конструкция на машината (напр. корпус на лагера), а не тънък защитен капак или охлаждащо ребро.

За стационарен мониторинг или за постигане на максимална точност при високи честоти се препоръчва използването на резбова връзка (шпилка), ако конструкцията на машината го позволява.

местоположение: Силите, възникващи по време на работа на ротора, се предават към корпуса на машината чрез лагерите. Следователно, най-доброто място за инсталиране на сензори са корпусите на лагерите. Опитайте се да поставите сензора възможно най-близо до лагера, за да измервате вибрациите с минимално изкривяване.

Посока на измерване: Вибрацията е триизмерен процес. За пълна картина на състоянието на машината, измерванията трябва да се правят в три посоки:

• Радиално хоризонтално (H): Перпендикулярно на оста на вала, в хоризонталната равнина.
• Радиална вертикална (V): Перпендикулярно на оста на вала, във вертикалната равнина.
• Аксиален (А): Успоредно на оста на вала.

Като правило, твърдостта на конструкцията в хоризонтална посока е по-ниска, отколкото във вертикална, така че амплитудата на вибрациите в хоризонтална посока често е най-висока. Ето защо хоризонталната посока често се избира за първоначална оценка. Аксиалните вибрации обаче носят уникална информация, критично важна за диагностицирането на дефекти като несъосност на вала.

Balanset-1A е двуканално устройство, което в ръководството се разглежда предимно от гледна точка на двуплоскостното балансиране. За диагностиката обаче това отваря много по-широки възможности. Вместо да измерват вибрациите на два различни лагера, и двата сензора могат да бъдат свързани към един и същ лагерен възел, но в различни посоки. Например, сензорен канал 1 може да бъде монтиран радиално (хоризонтално), а сензорен канал 2 - аксиално. Едновременното заснемане на спектри в две посоки позволява незабавно сравнение на аксиални и радиални вибрации, което е стандартна техника в професионалната диагностика за надеждно откриване на несъосност. Този метод значително разширява диагностичните възможности на устройството, надхвърляйки описаното в ръководството.

2.2. Стъпка по стъпка: Използване на режим "Виброметър" (F5) за бърза оценка

Този режим е предназначен за оперативен контрол на основните параметри на вибрациите и е идеален за бърза оценка на състоянието на машината „на място“. Процедурата за получаване на спектър в този режим е следната:

1. Свържете сензори: Инсталирайте вибрационни сензори на избрани места и ги свържете към входовете X1 и X2 на измервателното устройство. Свържете лазерния тахометър към входа X3 и прикрепете светлоотразителен маркер към вала.
2. Стартирайте програмата: В главния прозорец на програмата Balanset-1A щракнете върху бутона "F5 - Измервател на вибрации".
3. Ще се отвори работният прозорец (фиг. 7.4 в ръководството). В горната му част ще се показват цифрови стойности: обща вибрация (V1s), вибрация при ротационна честота (V1o), фаза (F1) и скорост на въртене (N rev).
4. Стартиране на измерването: Щракнете върху бутона "F9 - Стартиране". Програмата ще започне да събира и показва данни в реално време.
5. Анализирайте спектъра: В долната част на прозореца е графиката „Вибрационен спектър - канал 1 и 2 (mm/s)“. Това е вибрационният спектър. Хоризонталната ос показва честотата в Hz, а вертикалната ос показва амплитудата в mm/s.

Този режим позволява първата, най-важна диагностична проверка, препоръчвана дори в ръководството за балансиране. Сравнете стойностите на V1s (обща вибрация) и V1o (вибрация при честота на въртене 1x).

• Ако V1s≈V1o, това означава, че по-голямата част от вибрационната енергия е концентрирана при ротационната честота. Основната причина за вибрациите най-вероятно е дисбалансът.
• Ако V1s≫V1o, това показва, че значителна част от вибрациите са причинени от други източници (несъосност, хлабина, дефекти на лагерите и др.). В този случай, простото балансиране няма да реши проблема и е необходим по-задълбочен анализ на спектъра.

2.3. Стъпка по стъпка: Използване на режим „Диаграми“ (F8) за подробен анализ

За сериозна диагностика, изискваща по-детайлно изследване на спектъра, режимът "Диаграми" е значително по-добър. Той предоставя по-голяма и по-информативна графика, което улеснява идентифицирането на пикове и анализа на тяхната структура. Процедурата за получаване на спектър в този режим:

1. Свържете сензорите по същия начин, както за режим "Виброметър".
2. Стартов режим: В главния прозорец на програмата щракнете върху бутона „F8 - Графики“.
3. Изберете тип диаграма: В отворения прозорец (фиг. 7.19 в ръководството) ще има ред с бутони в горната част. Кликнете върху "F5-Спектър (Hz)".
4. Ще се отвори прозорецът за спектрален анализ (фиг. 7.23 в ръководството). Горната част ще показва времевия сигнал, а долната, основна част - вибрационния спектър.
5. Стартиране на измерването: Щракнете върху бутона "F9-Run". Устройството ще извърши измерване и ще изгради подробни графики.

Спектърът, получен в този режим, е много по-удобен за анализ. Можете по-ясно да видите пикове на различни честоти, да оцените тяхната височина и да идентифицирате хармонични серии. Този режим се препоръчва за диагностициране на повреди, описани в следващия раздел.

Раздел 3: Диагностика на типични повреди чрез вибрационни спектри (до 1000 Hz)

Този раздел е практическата основа на ръководството. Тук ще се научим да четем спектри и да ги съпоставяме със специфични механични проблеми. За удобство и бърза ориентация в областта, основните диагностични показатели са обобщени в консолидирана таблица. Тя ще служи като бърза справка при анализ на реални данни.

Таблица 3.1: Обобщение на диагностичните индикатори

Разлом	Първична спектрална сигнатура	Типични хармоници	Бележки
Дисбаланс	Висока амплитуда при 1× ротационна честота	Ниско	Радиалните вибрации доминират. Амплитудата се увеличава квадратично със скоростта.
Несъответствие	Висока амплитуда при 2× ротационна честота	1×, 3×, 4×	Често е съпроводено с аксиална вибрация.
Механична хлабавост	Множество хармоници 1× („гора“ от хармоници)	1×, 2×, 3×, 4×, 5×...	Субхармоници (0,5×, 1,5×) могат да се появят при 1/2x, 3/2x и т.н. поради пукнатини.
Дефект на лагера	Пикове при несинхронни честоти (BPFO, BPFI и др.)	Множество хармоници на дефектни честоти	Често се вижда като странични ленти около пикове. Звучи като „шум“ във високочестотния диапазон.
Дефект на зъбното зацепване	Висока честота на зъбно зацепване (GMF) и неговите хармоници	Странични ленти около GMF при 1x	Показва износване, повреда на зъбите или ексцентричност.

След това ще разгледаме подробно всеки от тези дефекти.

3.1. Дисбаланс: Най-често срещаният проблем

Физическа причина: Дисбаланс възниква, когато центърът на масата на въртяща се част (ротор) не съвпада с геометричната ѝ ос на въртене. Това създава „тежко място“, което по време на въртене генерира центробежна сила, действаща в радиална посока и предавана към лагерите и фундамента.

Спектрални сигнатури: Основният признак е пик с висока амплитуда, строго на ротационната честота (1x). Вибрацията е предимно радиална. Има два основни вида дисбаланс:

Статичен дисбаланс (едноравнинен)

Описание на спектъра: Спектърът е изцяло доминиран от един пик при основната ротационна честота (1x). Вибрацията е синусоидална, с минимална енергия при другите честоти.

Кратко описание на спектралните компоненти: Предимно силен 1x ротационен честотен компонент. Малко или никакви по-високи хармоници (чист 1x тон).

Ключова характеристика: Голяма 1x амплитуда във всички радиални посоки. Вибрацията и на двата лагера е във фаза (няма фазова разлика между двата края). Често се наблюдава фазово изместване от приблизително 90° между хоризонтални и вертикални измервания на един и същ лагер.

Динамичен дисбаланс (двуравнинен / двоен)

Описание на спектъра: Спектърът показва и доминиращ пик с честота веднъж на оборот (1x), подобен на статичен дисбаланс. Вибрацията е със скоростта на въртене, без значително съдържание на по-високи честоти, ако дисбалансът е единственият проблем.

Кратко описание на спектралните компоненти: Доминиращ 1x RPM компонент (често с "люлеене" или трептене на ротора). По-високите хармоници обикновено отсъстват, освен ако не са налице други повреди.

Ключова характеристика: 1x вибрация на всеки лагер е извън фаза — има фазова разлика от около 180° между вибрациите в двата края на ротора (което показва двоен дисбаланс). Силният 1x пик с тази фазова връзка е признак за динамичен дисбаланс.

Какво да направите: Ако спектърът показва дисбаланс, трябва да се извърши процедура за балансиране. За статичен дисбаланс е достатъчно едноплоскостно балансиране (ръководство, раздел 7.4), за динамичен дисбаланс - двуплоскостно балансиране (ръководство, раздел 7.5).

3.2. Несъосност на вала: Скрита заплаха

Физическа причина: Несъосността възниква, когато осите на въртене на два свързани вала (напр. вал на двигателя и вал на помпата) не съвпадат. Когато несъосните валове се въртят, в съединителя и лагерите възникват циклични сили, причиняващи вибрации.

Паралелно несъосие (отместени валове)

Описание на спектъра: Вибрационният спектър показва повишена енергия при основната честота (1x) и нейните хармоници 2x и 3x, особено в радиална посока. Обикновено 1x компонентът е доминиращ с наличие на несъответствие, придружено от забележим 2x компонент.

Кратко описание на спектралните компоненти: Съдържа значителни пикове при честоти на въртене на вала 1x, 2x и 3x. Те се появяват предимно при измервания на радиални вибрации (перпендикулярни на вала).

Ключова характеристика: Високите 1x и 2x вибрации в радиална посока са показателни. Често се наблюдава фазова разлика от 180° между измерванията на радиалните вибрации от противоположните страни на съединителя, което я отличава от чист дисбаланс.

Ъглово несъосие (наклонени валове)

Описание на спектъра: Честотният спектър показва силни хармоници на скоростта на вала, като се откроява ясно изразен компонент на скоростта на движение 2x в допълнение към 1x. Появяват се вибрации при 1x, 2x (и често 3x), като аксиалните (по протежение на вала) вибрации са значителни.

Кратко описание на спектралните компоненти: Забележими пикове при 1x и 2x (а понякога и 3x) скорост на движение. 2x компонентът често е толкова голям или по-голям от 1x. Тези честоти са ясно изразени в аксиалния вибрационен спектър (по оста на машината).

Ключова характеристика: Сравнително висока амплитуда на втората хармонична (2x) в сравнение с 1x, комбинирана със силна аксиална вибрация. Аксиалните измервания от двете страни на съединението са на 180° извън фаза, което е отличителен белег на ъглово несъосие.

Какво да направите: Балансирането няма да помогне тук. Спрете уреда и извършете процедура за центровка на вала, като използвате специализирани инструменти.

3.3. Механична хлабавост: „Тракане“ в машината

Физическа причина: Този дефект е свързан със загуба на коравина в структурните връзки: разхлабени болтове, пукнатини във фундамента, увеличени хлабини в лагерните легла. Поради хлабините възникват удари, образуващи характерен вибрационен модел.

Механична хлабина (хлабина на компонентите)

Описание: Спектърът е богат на честотни компоненти на скоростта на въртене. Появява се широк диапазон от целочислени кратни на 1x (от 1x до високи порядъци, като например ~10x) със значителни амплитуди. В някои случаи могат да се появят и субхармонични честоти (напр. 0,5x).

Спектрални компоненти: Доминиращи са множеството честотни компоненти на скоростта на въртене (1x, 2x, 3x ... до ~10x). Понякога дробни (полуцели) честотни компоненти могат да присъстват и при 1/2x, 3/2x и т.н. поради повтарящи се удари.

Ключова характеристика: Отличителната „серия от пикове“ в спектъра — множество равномерно разположени пикове при честоти, които са целочислени кратни на скоростта на въртене. Това показва загуба на твърдост или неправилно сглобяване на части, причиняващо повтарящи се удари. Наличието на много хармоници (и евентуално полуцелочислени субхармоници) е ключов индикатор.

Структурна хлабавост (хлабавост на основата/монтажните елементи)

Описание: В спектъра на вибрациите често доминират вибрациите на основната или двойната ротационна честота. Обикновено пик се появява при 1x и/или 2x. По-високите хармоници (над 2x) обикновено имат много по-малки амплитуди в сравнение с тези основни.

Спектрални компоненти: Преобладаващо показва честотните компоненти при скорости на вала 1x и 2x. Други хармоници (3x, 4x и др.) обикновено липсват или са незначителни. Компонентата 1x или 2x може да доминира в зависимост от вида на хлабината (напр. един удар на оборот или два удара на оборот).

Ключова характеристика: Забележимо високи пикове при 1x или 2x (или и двете) спрямо останалата част от спектъра, което показва хлабавост на лагерите или конструкцията. Вибрацията е по-силна във вертикална посока, ако машината е хлабаво монтирана. Един или два доминиращи пика от нисък порядък с малък брой хармоници от висок порядък са характерни за хлабавост на конструкцията или фундамента.

Какво да направите: Необходима е щателна проверка на устройството. Проверете всички достъпни крепежни болтове (лагери, корпус). Проверете рамката и основата за пукнатини. Ако има вътрешна хлабина (напр. легло на лагера), може да се наложи демонтаж на устройството.

3.4. Дефекти на търкалящите лагери: Ранно предупреждение

Физическа причина: Появата на дефекти (вдлъбнатини, отчупвания, износване) по търкалящите се повърхности (вътрешен пръстен, външен пръстен, търкалящи елементи) или по сепаратора. Всеки път, когато търкалящ елемент се търкаля върху дефект, възниква кратък ударен импулс. Тези импулси се повтарят със специфична честота, характерна за всеки лагерен елемент.

Спектрални сигнатури: Дефектите на лагерите се появяват като пикове при несинхронни честоти, т.е. при честоти, които не са целочислени кратни на ротационната честота (1x). Тези честоти (BPFO - честота на дефекта на външната част на лагера, BPFI - вътрешната част на лагера, BSF - търкалящ се елемент, FTF - клетка) зависят от геометрията на лагера и скоростта на въртене. За начинаещ диагностик не е необходимо да изчислява точните им стойности. Основното е да се научи да разпознава наличието им в спектъра.

Дефект на външната състезателна верига

Описание на спектъра: Вибрационният спектър показва серия от пикове, съответстващи на честотата на дефекта на външния пръстен и неговите хармоници. Тези пикове обикновено са при по-високи честоти (не целочислени кратни на въртенето на вала) и показват всеки път, когато търкалящ елемент преминава над дефекта на външния пръстен.

Кратко описание на спектралните компоненти: Присъстват множество хармоници от честотата на преминаване на сачмата на външния ролков лагер (BPFO). Обикновено в спектъра могат да се наблюдават 8–10 хармоника на BPFO при ясно изразен дефект на външния ролков лагер. Разстоянието между тези пикове е равно на BPFO (характерна честота, определена от геометрията на лагера и скоростта).

Ключова характеристика: Отчетлива поредица от пикове при BPFO и неговите последователни хармоници е отличителният белег. Наличието на множество равномерно разположени високочестотни пикове (BPFO, 2xBPFO, 3xBPFO, ...) ясно показва дефект на лагера на външната обвивка.

Дефект на вътрешната раса

Описание на спектъра: Спектърът за повреда на вътрешното колело показва няколко ясно изразени пика на честотата на дефекта на вътрешното колело и неговите хармоници. Освен това, всеки от тези пикове на честотата на повредата обикновено е съпроводен от пикове в страничните ленти, разположени на честотата на скоростта на движение (1x).

Кратко описание на спектралните компоненти: Съдържа множество хармоници от честотата на преминаване на топката на вътрешното колело (BPFI), често от порядъка на 8–10 хармоника. Характерно е, че тези BPFI пикове са модулирани от странични ленти при ±1x RPM – което означава, че до всеки BPFI хармоник се появяват по-малки странични пикове, отделени от основния пик с количество, равно на честотата на въртене на вала.

Ключова характеристика: Индикаторният знак е наличието на хармоници на честотата на дефекта на вътрешния ринг (BPFI) със странична лента. Страничните ленти, разположени на разстояние между скоростта на вала около хармониците на BPFI, показват, че дефектът на вътрешния ринг се натоварва веднъж на оборот, което потвърждава проблем с вътрешния ринг, а не с външния ринг.

Дефект на търкалящия елемент (сфера/ролка)

Описание на спектъра: Дефект на търкалящия елемент (сфера или ролка) предизвиква вибрации с честотата на въртене на търкалящия елемент и неговите хармоници. Спектърът ще покаже серия от пикове, които не са целочислени кратни на скоростта на вала, а по-скоро кратни на честотата на въртене на сферата/ролката (BSF). Един от тези хармонични пикове често е значително по-голям от останалите, което отразява колко търкалящи елементи са повредени.

Кратко описание на спектралните компоненти: Ще се появят пикове при основната честота на дефектите на търкалящия елемент (BSF) и нейните хармоници. Например, BSF, 2xBSF, 3xBSF и др. Забележително е, че амплитудният модел на тези пикове може да показва броя на повредените елементи - например, ако втората хармоника е най-голяма, това може да предполага, че две топки/ролки имат отчупвания. Често това е съпроводено с някои вибрации при честотите на дефектите на търкалящия елемент, тъй като повредата на търкалящия елемент често води и до повреда на търкалящия елемент.

Ключова характеристика: Наличието на серия от пикове, разположени на разстояние от BSF (честота на въртене на лагерния елемент), а не от честотата на въртене на вала, идентифицира дефект на търкалящия елемент. Особено висока амплитуда на N-тия хармоник на BSF често предполага, че N елемента са повредени (например, много висок пик 2xBSF може да показва две топки с дефекти).

Дефект на клетката (лагерна клетка / FTF)

Описание на спектъра: Дефект в клетката (сепаратора) в търкалящ лагер води до вибрации при честотата на въртене на клетката – основната честота на въртене (FTF) – и нейните хармоници. Тези честоти обикновено са субсинхронни (под скоростта на вала). Спектърът ще показва пикове при FTF, 2xFTF, 3xFTF и др., и често известно взаимодействие с други честоти на лагерите поради модулация.

Кратко описание на спектралните компоненти: Нискочестотни пикове, съответстващи на ротационната честота на клетката (FTF) и нейни целочислени кратни. Например, ако FTF ≈ 0,4x скорост на вала, може да видите пикове при ~0,4x, ~0,8x, ~1,2x и т.н. В много случаи дефект на клетката съществува едновременно с дефекти от състезание, така че FTF може да модулира сигналите за дефекти от състезание, произвеждайки честоти на сума/разлика (странични ленти около честотите на състезание).

Ключова характеристика: Един или повече субхармонични пикове (под 1x), които съвпадат със скоростта на въртене на клетката на лагера (FTF), са индикация за проблем с клетката. Това често се появява заедно с други индикации за повреда на лагера. Ключовият белег е наличието на FTF и нейните хармоници в спектъра, което иначе е необичайно, освен ако клетката не е повредена.

Какво да направите: Появата на честоти на лагерите е призив за действие. Необходимо е да се засили наблюдението на този възел, да се провери състоянието на смазването и да се започне планиране на подмяната на лагерите при първа възможност.

3.5. Неизправности на предавките

Ексцентричност на зъбното колело / огънат вал

Описание на спектъра: Тази повреда причинява модулация на вибрациите на зъбното зацепване. В спектъра, пикът на честотата на зацепване на зъбното зацепване (GMF) е заобиколен от странични пикове, разположени на честотата на въртене на вала на зъбното колело (1x обороти на зъбното колело). Често собствената вибрация на зъбното колело, равна на 1x скорост на движение, също е повишена поради ефекта на ексцентричност, подобен на дисбаланс.

Кратко описание на спектралните компоненти: Забележимо увеличение на амплитудата при честотата на зацепване на зъбното колело и нейните по-ниски хармоници (напр. 1x, 2x, 3x GMF). Около GMF (а понякога и около нейните хармоници) се появяват ясни странични ленти на интервали, равни на 1x скоростта на въртене на засегнатото зъбно колело. Наличието на тези странични ленти показва амплитудна модулация на честотата на зацепване от въртенето на зъбното колело.

Ключова характеристика: Честотата на зацепване на зъбните колела с ясно изразени странични ленти при 1x честота на зъбното колело е отличителната черта. Този модел на страничните ленти (пикове, равномерно разположени около GMF от скоростта на въртене) силно показва ексцентричност на зъбното колело или огънат вал на зъбното колело. Освен това, основната вибрация (1x) на зъбното колело може да е по-висока от нормалната.

Износване или повреда на зъбите на зъбното колело

Описание на спектъра: Дефектите на зъбите на зъбните колела (като износени или счупени зъби) водят до увеличаване на вибрациите на честотата на зацепване на зъбното колело и нейните хармоници. Спектърът често показва множество пикове на GMF (1xGMF, 2xGMF и др.) с висока амплитуда. Освен това, около тези пикове на GMF се появяват множество странични честоти, разположени на разстояние от честотата на въртене на вала. В някои случаи може да се наблюдава и възбуждане на собствените честоти (резонанси) на зъбните колела със странични ленти.

Кратко описание на спектралните компоненти: Повишени пикове при честотата на зацепване на зъбното колело (честота на зацепване на зъбите) и нейните хармоници (например, 2xGMF). Около всяка основна хармоника на GMF има пикове в страничните ленти, разделени от 1x скорост на въртене. Броят и размерът на страничните ленти около компонентите 1x, 2x, 3x GMF са склонни да се увеличават с тежестта на увреждането на зъбите. В тежки случаи могат да се появят допълнителни пикове, съответстващи на резонансните честоти на зъбното колело (със собствени странични ленти).

Ключова характеристика: Множество хармоници с висока амплитуда на честотата на зацепване на зъбното колело, придружени от плътни странични ленти, са отличителният белег. Това показва неравномерно преминаване на зъба поради износване или счупен зъб. Силно износено или повредено зъбно колело ще показва обширни странични ленти (на интервали от 1x скорост на зъбното колело) около пиковете на честотата на зацепване, което го отличава от здраво зъбно колело (което би имало по-чист спектър, концентриран при GMF).

Какво да направите: Появата на честоти, свързани със зъбните предавки, изисква по-внимателно наблюдение. Препоръчително е да се провери състоянието на маслото в скоростната кутия за метални частици и да се насрочи проверка на скоростната кутия, за да се оцени износването или повредата на зъбите.

Важно е да се разбере, че в реални условия машините рядко страдат само от една повреда. Много често спектърът е комбинация от признаци на няколко дефекта, като например дисбаланс и несъосност. Това може да обърка начинаещия диагностик. В такива случаи важи едно просто правило: първо се обърне внимание на проблема, съответстващ на пика с най-голяма амплитуда. Често една сериозна повреда (напр. тежка несъосност) причинява вторични проблеми, като например повишено износване на лагери или разхлабване на крепежни елементи. Чрез елиминиране на първопричината можете значително да намалите проявата на вторични дефекти.

Раздел 4: Практически препоръки и следващи стъпки

След като усвоихте основите на интерпретацията на спектъра, вие направихте първата и най-важна стъпка. Сега е необходимо да интегрирате тези знания в ежедневната си практика по поддръжка. Този раздел е посветен на това как да преминете от еднократни измервания към систематичен подход и как да използвате получените данни, за да вземате информирани решения.

4.1. От единично измерване към мониторинг: Силата на тенденциите

Един единствен спектър е само „моментна снимка“ на състоянието на машината в даден момент. Той може да бъде много информативен, но истинската му стойност се разкрива, когато се сравни с предишни измервания. Този процес се нарича наблюдение на състоянието или анализ на тенденциите.

Идеята е много проста: вместо да се оценява състоянието на машината по абсолютни стойности на вибрациите („добро“ или „лошо“), се проследява как тези стойности се променят с течение на времето. Бавното, постепенно увеличаване на амплитудата при определена честота показва системно износване, докато внезапният скок е алармен сигнал, показващ бързото развитие на дефект.

Практически съвет:

• Създайте базов спектър: Извършете щателно измерване на ново, наскоро ремонтирано или известно добро оборудване. Запазете тези данни (спектри и числени стойности) в архива на програмата Balanset-1A. Това е вашият „еталон за работоспособност“ за тази машина.
• Установяване на периодичност: Определете колко често ще извършвате контролни измервания. За критично важно оборудване това може да бъде веднъж на всеки две седмици; за спомагателно оборудване - веднъж месечно или на тримесечие.
• Осигурете повторяемост: Всеки път извършвайте измервания в едни и същи точки, в едни и същи посоки и, ако е възможно, при едни и същи условия на работа на машината (натоварване, температура).
• Сравнете и анализирайте: След всяко ново измерване, сравнявайте получения спектър с базовата линия и предишните. Обърнете внимание не само на появата на нови пикове, но и на увеличаването на амплитудата на съществуващите. Рязкото увеличение на амплитудата на който и да е пик (например два пъти в сравнение с предишното измерване) е надежден сигнал за развиващ се дефект, дори ако абсолютната стойност на вибрациите все още е в допустимите граници съгласно стандартите ISO.

4.2. Кога да се направи баланс и кога да се потърси друга причина?

Крайната цел на диагностиката не е просто да се открие дефект, а да се вземе правилното решение за необходимите действия. Въз основа на спектрален анализ може да се изгради прост и ефективен алгоритъм за вземане на решения.

Алгоритъм за действие, базиран на спектрален анализ:

1. Получете висококачествен спектър, използвайки Balanset-1A, за предпочитане в режим "Charts" (F8), като правите измервания както в радиална, така и в аксиална посока.
2. Идентифицирайте пика с най-голяма амплитуда. Той показва доминиращия проблем, който трябва да бъде решен първо.
3. Определете вида на повредата по честотата на този пик:
   • Ако 1x пикът доминира: Най-вероятната причина е дисбаланс.
     Действие: Извършете процедура за динамично балансиране, използвайки функционалността на устройството Balanset-1A.
   • Ако пикът 2x доминира (особено ако е висок в аксиална посока): Най-вероятната причина е неправилното съосие на вала.
     Действие: Балансирането е неефективно. Необходимо е да спрете устройството и да извършите центровка на вала.
   • Ако се наблюдава „гора“ от много хармоници (1x, 2x, 3x,...): Най-вероятната причина е механично разхлабване.
     Действие: Извършете визуална проверка. Проверете и затегнете всички монтажни болтове. Огледайте рамката и основата за пукнатини.
   • Ако несинхронните пикове доминират в средно- или високочестотния диапазон: Най-вероятната причина е дефект на търкалящия лагер.
     Действие: Проверете смазването в лагерния възел. Започнете да планирате подмяната на лагера. Увеличете честотата на наблюдение на този възел, за да проследите скоростта на развитие на дефекти.
   • Ако честотата на зацепване на зъбните колела (GMF) със странични ленти доминира: Най-вероятната причина е дефект в зъбното колело.
     Действие: Проверете състоянието на маслото в скоростната кутия. Насрочете проверка на скоростната кутия, за да оцените износването или повредата на зъбите.

Този прост алгоритъм позволява преход от абстрактен анализ към конкретни, целенасочени действия по поддръжка, което е крайната цел на цялата диагностична работа.

Заключение

Устройството Balanset-1A, първоначално проектирано като специализиран инструмент за балансиране, има значително по-голям потенциал. Възможността за получаване и показване на вибрационни спектри го превръща в мощен вибрационен анализатор от начално ниво. Тази статия е замислена като мост между оперативните възможности на устройството, описано в ръководството, и фундаменталните знания, необходими за интерпретиране на получените данни от вашите сесии за вибрационен анализ.

Овладяването на основни умения за спектрален анализ не е просто изучаване на теория, а придобиване на практически инструмент за повишаване на ефективността на работата ви. Разбирането как различните дефекти – дисбаланс, несъосност, хлабавост и дефекти на лагерите – се проявяват като уникални „отпечатъци“ върху вибрационния спектър ви позволява да погледнете вътрешността на работеща машина, без да я разглобявате.

Основни изводи от това ръководство:

• Вибрацията е информация. Всеки пик в спектъра носи информация за специфичен процес, протичащ в механизма.
• FFT е вашият преводач. Бързото преобразуване на Фурие превежда сложния и хаотичен език на вибрациите в прост и разбираем език на честотите и амплитудите.
• Диагностиката е разпознаване на модели. Като се научите да идентифицирате характерни спектрални модели за основни дефекти, можете бързо и точно да определите основната причина за повишената вибрация.
• Тенденциите са по-важни от абсолютните стойности. Редовното наблюдение и сравнение на текущите данни с изходните данни са в основата на прогнозния подход, позволяващ идентифицирането на проблеми на най-ранен етап.

Пътят към това да станете уверен и компетентен анализатор на вибрации изисква време и практика. Не се страхувайте да експериментирате, събирайте данни от различно оборудване и създайте своя собствена библиотека от „спектри на здравето“ и „спектри на заболяванията“. Това ръководство ви е предоставило карта и компас. Използвайте Balanset-1A не само за „лечение“ на симптоми чрез балансиране, но и за поставяне на точна „диагноза“. Този подход ще ви позволи значително да увеличите надеждността на вашето оборудване, да намалите броя на аварийните изключвания и да преминете на качествено ново ниво на поддръжка.