Кепструмен анализ във вибрационната диагностика

Определение: Какво е кепструм?

Анализ на кепструма е усъвършенствана техника за обработка на сигнали, която предоставя информация за периодични структури в честотен спектър. Името „кепструм“ е анаграма на „спектър“, което подсказва за неговата същност: той е ефективно „спектърът на спектър“. Изчислява се чрез логаритъм на честотен спектър и след това извършване на обратно преобразуване на Фурие върху резултата. Този процес подчертава периодични модели в спектъра, като например семейства хармоници или странични ленти, които може да са трудни за разграничаване при директно разглеждане на спектъра.

В кепструмната графика, оста x се нарича късогледство (анаграма на честотата) и има мерни единици за време. Върхове на тази ос, наречени рахмоника, показват периода (в секунди) на повтарящите се модели в оригиналния спектър.

Защо да използваме кепструмен анализ?

Въпреки че стандартният FFT спектър е отличен за идентифициране на отделни честотни компоненти, той може да стане претрупан и труден за интерпретация, когато машинна повреда генерира голям брой хармоници и странични ленти. Кепструм анализът опростява това, като консолидира цялото семейство от повтарящи се честоти в един, ясен пик. Основните му приложения са:

• Откриване на хармонични семейства: Той може лесно да идентифицира фундаментална честота и нейните хармоници, дори ако самата фундаментална честота е слаба или липсва в спектъра.
• Идентифициране на семейства странични ленти: Той е отличен в намирането на странични ленти, които често са с ниска амплитуда и са затрупани от шум. Cepstrum може ясно да покаже наличието на странични ленти и да измери разстоянието между тях.
• Разделяне на ефектите на източника и пътя: В някои приложения това може да помогне за отделянето на сигнала от източника на вибрации от структурния отговор на машината.
• Откриване на ехо: Може да идентифицира ехо или отражения в сигнала.

Ключови приложения в машинната диагностика

1. Диагностика на скоростната кутия

Това е най-често срещаното и мощно приложение на кепструмния анализ. Повреден зъб на зъбно колело ще модулира честотата на зацепване на зъбното колело (GMF), създавайки странични ленти около пика на GMF, разположени на разстояние една от друга със скоростта на въртене на това зъбно колело. В сложна скоростна кутия с множество валове и зъбни колела, спектърът може да бъде объркваща смесица от различни GMF и странични ленти. Кепструмът прорязва тази сложност:

• Пик в кепструма при честотата, съответстваща на периода на въртене на зъбното колело (1 / об/мин), е ясен индикатор за повреда в това конкретно зъбно колело.
• Амплитудата на кепструмния пик може да се измери чрез тренд, за да се следи прогресията на износването на зъбното колело.

2. Анализ на търкалящи лагери

Подобно на скоростните кутии, дефектите в лагерите също генерират странични ленти. Например, дефект на вътрешния ролков диск ще създаде странични ленти, разположени на разстояние една от друга на скоростта на вала около честотата на дефекта на вътрешния ролков диск (BPFI) и неговите хармоници. Кепструмът може да помогне за потвърждаване на наличието на тези модели, особено когато те не са очевидни в спектъра.

3. Анализ на турбомашините

В турбините и компресорите, кепструмът може да се използва за идентифициране на хармоници на честотата на преминаване на лопатките и за диагностициране на проблеми, свързани с повреда на лопатките или аеродинамични проблеми.

Как да тълкуваме кепструмен сюжет

1. Изчислете ротационните периоди: Преди да разгледате кепструма, изчислете времевите периоди на основните въртящи се компоненти (например, за вал при 1800 об/мин или 30 Hz, периодът е 1/30 = 0,033 секунди).
2. Търсете пикове в известни периоди: Разгледайте кепструма за значими пикове (рахмоники), които съвпадат с тези изчислени времеви периоди.
3. Идентифицирайте хармоници: Търсете пикове при целочислени кратни на основната честота. Те показват наличието на силни хармонични семейства в оригиналния спектър.
4. Амплитуди на тренда: Следете амплитудата на кепструмните пикове с течение на времето. Нарастващата амплитуда показва влошаване на състоянието.

Кепструмният анализ е мощен инструмент, чието ефективно използване изисква опит, но за сложни машини като скоростни кутии, той може да осигури диагностична яснота, несравнима със спектралния анализ сам по себе си.

← Обратно към основния индекс