Биене при анализ на вибрациите: Причини и идентификация
В анализ на вибрациите, побой (or a бийт) е характерно явление, отличаващо се с бавно, периодично нарастване и намаляване на амплитудата на вибрация сигнал. То се появява, когато два отделни компонента на вибрация с много близки — но не идентични — честота са налице едновременно и се суперпозират. Полученият времева форма на сигнала изглежда като единична синусоида, чиято амплитуда бавно се разширява и свива в ритмичен, почти дишащ модел. Разпознаването на биенето е ценно, тъй като е пряка и недвусмислена характеристика на два съвместно съществуващи източници, работещи при почти еднаква скорост.
1. Определение: Какво е вибрационно биене?
Биенето не е самостоятелна единична честота — то е чуваемата и измеримата последица от взаимодействието на две честоти. На ухо то произвежда характерен “треперещ” или пулсиращ звук; на амплитуда измервателен уред се проявява като показание, което не се задържа стабилно, а периодично се движи нагоре и надолу. Колкото по-близки са двете изходни честоти, толкова по-бавно и по-изразено става разширението; колкото по-далечни са, толкова по-бързо е пулсирането, докато накрая ухото и анализаторът просто чуват два отделни тона вместо един модулиран тон.
Това прави биенето принципно различно от амплитуда модулацията, причинена от повреда в единична машина. Биенето изисква две независими възбуждания с сравнима сила; то е interference ефект, а не дефект в един компонент.
2. Физиката зад биенето
Биенето е резултат от конструктивна и деструктивна интерференция. Когато върховете на двете вибрационни вълни съвпадат (по фаза), техните амплитуди се събират, което създава по-висока обща амплитуда. Когато върхът на едната вълна съвпадне с долината на другата (противофаза), те частично или напълно се компенсират, което създава по-ниска обща амплитуда. Този непрекъснат цикъл на усилване и отслабване създава характерния звук на биенето и модела на вибрация.
Честотата на тази амплитудна модулация, известна като честота на ударите, е равна на абсолютната разлика между двете честоти на източника.
Честота на биене = |Честота 1 − Честота 2|
Например, ако две машини генерират вибрация при 29,5 Hz и 30,5 Hz, получената честота на биене е |29,5 − 30,5| = 1,0 Hz. Следователно общата амплитуда ще нараства и намалява веднъж в секунда. Отбележете едно важно уточнение: вибрацията, която реално усещате, все пак се осцилира приблизително при average на двете честоти (тук около 30 Hz), докато бавната обвивка върху нея пулсира с честота на биене от 1 Hz. Максималната амплитуда, достигана при всеки пик на тази обвивка, е сумата от двете индивидуални амплитуди — така два равни източника от 2 mm/s могат моментно да се комбинират в почти 4 mm/s.
3. Чести причини за биене в промишлени машини
Тъй като биенето категорично сочи към две близко разстоянени движещи честоти, то е полезна диагностична улика. Чести източници в промишлени условия включват:
- Множество машини върху обща конструкция: класическият пример са две идентични помпи или вентилатори, работещи върху обща основна плоча или тръбна система. Ако работните им скорости се различават леко (например 1780 rpm и 1785 rpm), те генерират нискочестотно биене. Това е тясно свързано с скорост на движение (1×) вибрация от всяка единица.
- Електродвигатели: биенето може да възникне между честотата на въртене на двигателя и електрическа честота — например честота на преминаване на полюса в асинхронен двигател, където то се застъпва с двойната честота на приплъзване. Тези биения са характерен белег на определени електрически неизправности.
- Многостепенни помпи или компресори: взаимодействие между различни степени, работещи при малко различни ефективни скорости.
- Скоростни кутии: взаимодействие между две честоти на зацепване на зъбчастите колела с близък брой зъби.
- Хидравлични или аеродинамични пулсации: взаимодействие между два различни източника на турбулентност, свързана с потока, като застъпващи се хидравлични сили или аеродинамични сили.
4. Как да разпознаете биенето в данните от вибрации
Анализ на времеви сигнал
Сайтът времева форма на сигнала е най-пряката възможност за наблюдение на биенето. Сигналът показва ясен, повтарящ се модел на амплитудна модулация. Времето между два последователни амплитудни максимума (или два минимума) е периодът на биенето; реципрочната стойност на това време е честотата на биенето. Необходим е дълъг прозорец на записа — ако записът е по-кратък от един период на биенето, ще наблюдавате само фрагмент от нарастването и може да го отчетете погрешно като обикновена нарастваща или намаляваща тенденция.
Анализ на честотния спектър (FFT)
В честотния диапазон спектър, появява се бит като два отчетливи пика, разположени много близо един до друг. A standard Бързо преобразуване (FFT) може да не притежава необходимата разделителна способност, за да ги разграничи, и те се сливат в един широк пик. За правилна диагностика на биенето анализаторът трябва да увеличи спектралната разделителна способност — като използва повече линии, по-дълго придобиване или Увеличаване FFT насочен към областта на интерес. Необходимият брой линии и честотната лента могат да бъдат изчислени предварително с помощта на Калкулатор за FFT резолюция. Веднъж разграничени, двете компонентни честоти, които пораждат биенето, стават ясно видими, а разстоянието между тях трябва да съответства на наблюдаваната честота на биенето.
5. Биенето при практически полеви измервания
На обект разграничаването на истинско биене от единична повреда е лесно осъществимо с подходящия инструмент. Преносим двуканален анализатор като Балансет-1а Ви позволява да наблюдавате едновременно живата времева форма на сигнала и спектър с висока разделителна способност, а чрез поставяне на един канал върху всяка машина можете да потвърдите дали две единици, работещи почти при еднаква работна скорост са причината. Тъй като биенето завишава стойността на пиковото отчитане, струва си да се провери дали нараснала амплитуда превишава ниво на алармата дори когато средната вибрация е приемлива — показанията на инструмента’s връх и RMS стойностите ще дадат различна информация.
6. Биенето — проблем ли е?
Биенето само по себе си не е повреда — то е симптом на взаимодействащи честоти. Въпреки това може да бъде проблематично:
- Раздражаващ шум: нарастващият и намаляващият звук често е по-забележим и дразнещ за персонала от постоянен тон.
- Проблеми с амплитудата на пика: максималната амплитуда при конструктивна интерференция може да бъде почти двойно по-голяма от тази на всеки от отделните сигнали. Този пик може да надхвърли границите на аларма или да наложи прекомерно циклично напрежение върху компонентите — подхранвайки механично умора — дори когато средната вибрация изглежда приемлива.
- Маскиране на други проблеми: флуктуиращият сигнал може да затрудни забелязването на други скрити проблеми с вибрациите, прикрити под модулацията.
Отстраняването на проблемен биен обикновено означава идентифициране на двете изходни честоти и след това или промяна на скоростта на една от машините (така че двете вече да не съвпадат), или настройване на конструкцията, за да се отдалечи от резонанс, or adding затихване за потискане на амплитудните пикове. Когато самата основна компонента 1× е прекомерна, коригирането на дисбаланс на всяка машина намалява наличната енергия за биене на първо място.
