Разбиране на ускорението при вибрационния анализ
Ускорение е скоростта на промяна на скоростта на даден обект във времето. В анализ на вибрациите това е един от трите основни измервателни параметъра, който показва колко бързо скорост на вибриращ компонент се променя. Където изместване разстоянието, на което се придвижва даден елемент, а скоростта показва колко бързо се движи; ускорението всъщност е мярка за силите, действащи върху елемента — което го прави изключително чувствителен към събития с висока честота, като удари и резки промени в движението.
1. Определение: Какво представлява ускорението на вибрациите?
От математическа гледна точка ускорението е първата производна на скоростта по време и втората производна на преместването. За тяло, което вибрира синусоидално с честота f, амплитудата на ускорението е пропорционална на квадрата на честотата при фиксирано отклонение — удвояването на честотата увеличава ускорението четирикратно. Този факт сам по себе си обяснява защо ускорението е естественият избор за бързи и резки събития: колкото по-висока е честотната съставна част на даден дефект, толкова по-ясно се откроява той в сигнала за ускорение. Това е и причината анализаторът да избере ускорението, когато явленията, които го интересуват, се намират в килохерцовия диапазон, а не в близост до работната честота.
2. Защо измерването на ускорението е важно?
Измерването на ускорението е от основно значение за едно задълбочено мониторинг на състоянието програма, тъй като тя отлично открива грешки, които по-меките параметри могат да пропуснат. Нейното значение се дължи на няколко ключови фактора:
- Откриване на повреди при висока честота: Ускорението по своята същност е по-чувствително към високочестотните вибрации, което го прави идеален параметър за ранното откриване на повреди в ролковите лагери, проблеми със зацепването на зъбните колела и възбуждане при преминаване на лопатките – всички тези явления излъчват енергия във високите честотни диапазони.
- Пряка връзка със силата: съгласно втория закон на Нютон (Сила = Маса × Ускорение), ускорението е пряко пропорционално на динамичните сили вътре в машината. Измерването на ускорението следователно дава пряк поглед върху силите, които предизвикват напрежение и умора в компонентите.
- Широк динамичен диапазон: акселерометрите, използвани за измерването му, обхващат много широк диапазон от честоти и амплитуди, което ги прави универсални за различни видове машини и скорости.
3. Единици и измерване
Общи единици
Ускорението на вибрациите обикновено се изразява в една от следните две единици:
- г: единица, отнесена към ускорението на земното притегляне, където 1 g ≈ 9,81 м/с². g е популярна, защото дава стандартизирана и интуитивна представа за това колко силно се разклаща дадена част.
- м/с² (или мм/с²): единицата от SI системата – метри в секунда на квадрат, която се предпочита при официалното отчитане и изчисленията.
Добре е да се уточни дали дадена стойност е пикова, истинска пикова или RMS, тъй като една и съща вибрация може да се изрази по три различни начина. Превръщането между g, m/s² и еквивалентите им по скорост или преместване при дадена честота е точно това, което нашият Калкулатор за ускорение на вибрациите е за.
Как се измерва?
Ускорението се измерва почти изцяло с акселерометър — преобразувател, който превръща механичната сила на вибрациите в пропорционален електрически сигнал. пиезоелектричен акселерометър е най-разпространеният тип в индустриалното мониторинг на състоянието, ценен заради своята издръжливост, точност и широка, равна честотна характеристика. Изходният му сигнал може да се анализира директно или чрез електронни интеграция, изразени вместо това като скорост или преместване.
4. Практическо приложение в диагностиката
При ежедневната диагностика данните за ускорението помагат за установяването на конкретни проблеми:
- Дефекти в лагерите: Микроскопичните дефекти по плъзгащите повърхности, ролките и топките предизвикват малки, високочестотни пикове при ударите. Измерванията на ускорението — особено в комбинация с анализ на обвивката за да ги демодулираме — са основният начин за откриване на тези неизправности в най-ранния им етап, когато все още е възможно да се предприемат мерки, често чрез проследяване на честоти на дефектите в лагерите.
- Анализ на скоростната кутия: високочестотният сигнал от сблъсъка на зъбите, както и ударите от напукани или отчупени зъби, се виждат ясно в спектъра на ускорението, често точно в честота на зацепване на зъбните колела и неговите странични ленти.
- Високоскоростни машини: при турбините и високоскоростните компресори доминиращите честоти попадат в диапазона, в който ускорението е най-чувствително, поради което това често е предпочитаният общ показател.
Именно тази гъвкавост позволява на преносим двуканален уред като Балансет-1а служи както като инструмент за балансиране, така и като диагностичен инструмент: той получава данни за ускорението от сензорите си, интегрира ги със скоростта, за да провери степента на сериозност спрямо ISO 20816 (съвременният заместител на ISO 10816) и използва същите канали за измерване на амплитудата и фазата на 1× с цел балансиране на полето.
5. Връзка със скоростта и преместването
Деформацията, скоростта и ускорението са математически свързани чрез интегриране и диференциране. При проста синусоидална вибрация скоростта е интегралът на ускорението, а деформацията е интегралът на скоростта; обратно, диференциация се движи в обратната посока. Практическият резултат е, че при една и съща вибрационна енергия амплитудите на ускорението естествено са най-големи при високите честоти, докато амплитудите на преместването доминират при ниските честоти — като скоростта се намира между тях и остава относително постоянна в средния диапазон. Именно затова анализаторите избират параметъра, който най-добре съответства на честотния диапазон на очакваната повреда: преместване за бавно движение на вала, скорост за общото състояние на машината и ускорение за бързите, задвижвани от сила събития при лагерите и зъбните колела.
