Честота на преминаване на лопатките (BPF) при вибрационен анализ
Честота на преминаване на лопатката (BPF) е изразена честотна съставка, която се среща в характеристиката на вибрациите на аеродинамични и хидродинамични машини като fans, pumps, вентилатори и компресори. Той представлява скоростта, с която въртящите се лопатки или перки на работното колело преминават покрай фиксирана точка — ограничителна (или отсекаща) перка, дифузор или мястото на разположение на датчика. Всяко преминаване на лопатка предизвиква отделен импулс на налягането, а сумата от тези импулси създава ясен, предсказуем вибрационен пик, който анализаторът може да изчисли предварително и да наблюдава във времето. Тъй като BPF е пряко свързан с работна скорост и броя на остриетата, това е една от най-полезните за диагностика характеристики в вибрационен спектър на всяка машина с режещи ножове.
1. Определение: Какво е честота на преминаване на лопатката?
BPF се дължи на фундаментално аеродинамично или хидравлично взаимодействие, а не на механичен дефект. Когато всяко лопатко преминава покрай неподвижна преграда — най-често спираловидния вход на помпата или изпъкналата част на корпуса на вентилатора — то за кратко време сгъстява и след това освобождава течността, като изпраща импулс на налягане в корпуса и околната конструкция. Повторете това за всяко лопатко, при всяко завъртане, и резултатът е постоянен тон с честота, определена изцяло от броя на лопатките и скоростта, с която се въртят. Ето защо BPF понякога се нарича честота на преминаване на лопатките при помпите: физиката е идентична, независимо дали лопатковият елемент е ротор на вентилатор или работно колело на помпа. Той принадлежи към семейството на аеродинамични сили и хидравлични сили които въздействат върху машината при нормална експлоатация.
2. Как да изчислим честотата на преминаване на лопатката
Изчисляването на BPF е лесно; то представлява просто произведението от скоростта на въртене на машината и броя на лопатките или крилцата на нейното работно колело:
BPF = Брой лопатки × Скорост на въртене
Например, вентилатор с 7 лопатки, въртящ се с 1800 об./мин., има BPF от:
BPF = 7 лопатки × 1800 об./мин. = 12 600 цикъла/мин.
За да превърнете тази стойност в херци (Hz), разделете я на 60:
BPF = 12 600 CPM ÷ 60 = 210 Hz
Една тънкост, която си струва да се има предвид: когато броят на лопатките и броят на неподвижните препятствия имат общ делител, ефективната пулсационна характеристика се променя, а при някои конструкции умишлено се използва просто число лопатки спрямо един единствен разделител, за да се запази BPF като чист, изолиран пик. Ако предпочитате да не правите изчисленията на ръка за всяка машина по маршрута, нашият безплатен Калкулатор за честота на преминаване на лопатката преобразува броя на лопатките и скоростта директно в BPF, а Калкулатор на хармонична честота показва реда на скоростите на движение, за да можете да видите къде се намират BPF и неговите хармоници ще се позиционира спрямо останалите компоненти.
3. Защо BPF е важен за диагностиката на машините?
Вибрациите при честотата на преминаване на лопатките са нормална и очаквана характеристика на всяка машина, която премества въздух или течност с помощта на лопатки — самото им наличие не представлява неизправност. От диагностична гледна точка важно е амплитуда при тази честота, която е чувствителен индикатор за механичното и аеродинамичното състояние на машината. Значително увеличение на амплитудата на BPF или внезапната поява на силни хармоници често сигнализира за възникващ проблем много преди той да доведе до повреда. Ето защо амплитудата на BPF е основен показател за рутинни актуални в мониторинг на състоянието programme.
4. Чести проблеми, за които свидетелства високата амплитуда на BPF
Повишената вибрация при 1×BPF или кратни на тази стойност (2×BPF, 3×BPF и т.н.) може да бъде симптом на няколко различни проблема:
- Аеродинамични или хидравлични проблеми: Неравномерното или турбулентното течение на входа или изхода е основна причина, дължаща се на запушвания, лошо състояние на тръбопроводите или работа на машината далеч от точката на максимална ефективност (BEP). При помпите това може да доведе до кавитация или рециркулация когато работната точка се отклони прекалено много.
- Дисбаланс на ротора или работното колело: although дисбаланс проявява се предимно при 1× скорост на движение; неравномерното разпределение на масата също може да доведе до неравномерно натоварване на лопатките, което повишава BPF.
- Повреда или износване на острието: напукано, изкривено, отчупено или износено острие нарушава равномерните пулсации на налягането, което води до значително повишаване на вибрациите на BPF — често срещано последствие от дефекти в работното колело.
- Неправилни разстояния: ексцентричното разположение на ротора в корпуса или неправилният зазор между върховете на лопатките и корпуса предизвикват силни импулси на налягането, когато лопатките преминават през най-тясната точка. Това е тясно свързано с ексцентричност в геометрията на корпуса на ротора.
- Структурен резонанс: ако BPF или някоя от неговите хармоници съвпадне с собствена честота на машината, тръбопроводите ѝ или основата ѝ, вибрациите се усилват значително чрез структурен резонанс.
5. Хармоници на честотата на преминаване на лопатката (2×BPF, 3×BPF)
Наличието на силни хармоници на BPF обикновено сочи към по-сериозен проблем или към по-рязък, по-малко синусоидален импулс на налягането в потока. Силно изкривено лопатко или значителна пречка, намираща се близо до работното колело, създава импулс, който се отклонява от чистата синусоида; във честотната област това се превръща в множество хармоници, издигащи се над шума. Четенето на относителните височини на 1×BPF, 2×BPF и 3×BPF следователно дава на анализатора представа за това колко „остър“ и колко сериозен е станал основният смут.
6. Методи за анализ
Диагностицирането на проблеми, свързани с BPF, се извършва по ясна последователност:
- Изчисляване на BPF: първо определете теоретичната стойност въз основа на известния брой лопатки и скоростта, за да знаете точно къде да търсите.
- Спектрален анализ: examine the FFT спектър, за да се идентифицират пиковете при 1×BPF и техните хармоници, както и за да се прецени доколко те се открояват на фона на широколентовия шум.
- Тенденции: да се сравни текущата амплитуда на BPF с данните от миналото базова линия данни; внезапното или постепенното им повишение е ясен признак за влошаване.
- Фазов анализ: с двуканален анализатор, фаза измерванията помагат да се разграничи проблем, дължащ се на движението на ротора, от такъв, дължащ се на конструкцията.
Именно в тази последна стъпка един истински двуканален уред доказва своята стойност на място. Преносим анализатор и балансир като Balanset-1A записва едновременно амплитудата и фазата по два канала при работна скорост, което позволява на инженера да провери дали повишеният пик в близост до BPF е действително аеродинамичен или всъщност е 1× дисбаланс което може да бъде коригирано чрез балансиране ротора на място. Чрез систематичното наблюдение на честотата на преминаване на лопатките екипите по поддръжката получават ценна информация за състоянието на критичното си въртящо се оборудване и могат да откриват потенциални повреди много преди те да възникнат.
