Разбиране на честотата при вибрационния анализ
Честота е мярка за това колко често се повтаря едно и също събитие в дадена единица време — в анализ на вибрациите, той измерва скоростта, с която се колебае даден обект. Това е най-важният параметър за установяване на основната причина за проблем в машината. Докато амплитуда ви казва тежест при вибрация честотата ви показва източник. Прочетете показанието за амплитудата и ще разберете колко сериозен е проблемът; прочетете честотата и ще разберете какъв е проблемът.
1. Определение: Какво представлява честотата на вибрациите?
Честотата описва скоростта на цикличното движение — броят на пълните цикли на колебание, които една вибрираща част извършва за единица време. Ротор, въртящ се с 1800 об./мин., извършва тридесет оборота всяка секунда, така че силата, която той генерира веднъж на оборот, се повтаря тридесет пъти в секунда. Всяка периодична съставна част, скрита в сърцевината на машината, времева форма на сигнала има своя собствена честота, а разделянето на тези компоненти е в основата на цялата диагностична работа.
Важното е, че честотата е независима от амплитудата. Една вибрация може да бъде силна или едва доловима при абсолютно една и съща честота; когато разломът се разширява, обикновено се променя амплитудата, докато честотата остава свързана с физическия механизъм, който я поражда. Именно тази стабилност прави честотата толкова надежден „отпечатък“.
2. Диагностичната сила на честотата
Основният принцип на вибрационна диагностика а именно, че различните механични и електрически компоненти генерират вибрации с конкретни, предсказуеми честоти, когато започнат да се повреждат. Чрез установяване на честотите, присъстващи във вибрационния отпечатък на машината — и на силата на всяка една от тях — анализаторът може да определи точно кои компоненти са причината за проблема. Това е подобно на начина, по който лекарят използва стетоскоп, за да слуша специфичните шумове, които издават различни състояния.
Всяка потенциална повреда има характерна честотна характеристика:
- Дисбаланс: проблем с целия въртящ се агрегат, като например дисбаланс, се появява с честотата на въртене на вала — 1× работна скорост.
- Несъответствие: проблем в съединението между два вала, като например несъответствие, обикновено се появява при двойна скорост на движение (2×), често с издигнат 3×.
- Дефекти на лагерите: дефект в лагер с търкалящи се елементи води до нецелочислена стойност честоти на дефектите в лагерите определя се от геометрията на пътя на движение и на сачмите, както и от скоростта на вала.
- Проблеми със скоростите: зацепващите се зъби генерират енергия при честота на зацепване на зъбното колело (GMF) — броят на зъбите, умножен по скоростта на зъбното колело — често придружен от странични ленти.
Тъй като тези характеристики рядко се припокриват, един-единствен ясно очертан спектър може да разграничи дисбаланса от несъосността и повредения лагер, без изобщо да се налага отваряне на машината.
3. Единиците за честота
Честотата се изразява в няколко единици, а един професионален анализатор трябва да владее всички тях.
Херц (Hz)
Международната единица (SI). Един херц се равнява на един цикъл в секунда. Това е стандартът в научната област и при повечето измервателни уреди, а също така е единицата, използвана по честотната ос на FFT.
Цикли в минута (CPM)
Широко се използва в индустриалната поддръжка, тъй като е пряко свързана със скоростта на въртене, която се измерва в обороти в минута (RPM). Тъй като една минута се състои от 60 секунди, превръщането е просто CPM = Hz × 60. Следователно вибрация с честота 30 Hz се равнява на 1800 CPM — а при машина, работеща с 1800 об./мин., този пик съвпада точно с работната скорост, което често е по-лесно да се разпознае в CPM, отколкото в Hz.
Поръчки
Редът на небаланса е кратно число на работната скорост на машината: работната скорост е от първи ред, двойната работна скорост е от втори ред и т.н. Предимството е, че редът остава постоянен, дори когато машината променя скоростта си — небалансът остава от първи ред, независимо дали валът се върти с 900 или 3600 об./мин., докато честотата му в херци се променя. Това прави реда на небаланса незаменим за оборудване с променлива скорост и е в основата на анализ на поръчките. Безплатно Калкулатор на хармонична честота преобразува оборотите в минута в честоти от 1× до 10× с една стъпка, а конвертор на единици за вибрации отговаря за отчитането на Hz–CPM.
4. Как се определя честотата
Честотите, скрити във вибрационния сигнал, се извличат с помощта на Бързо преобразуване на Фурие (FFT). Един акселерометър записва суровата времева крива, а алгоритъмът FFT я разлага на честотен спектър — графиката, която показва всяка отделна честота, съставляваща сложната вибрация, като височината на всеки връх показва колко енергия се съдържа в него. След това анализаторът съпоставя тези върхове с описаните по-горе характеристики на повредите. На място се използва преносим двуканален уред, като например Балансет-1а извършва тази бърза трансформация на Фурье (FFT) на място, измервайки спектъра в диапазона от около 5 Hz до 1000 Hz, така че пикът на работната скорост и неговите хармоници могат да се отчитат директно на машината, като импулсът от тахометъра, подаван веднъж на оборот, определя точно кой пик съответства на 1×.
5. Връзката между честотата, скоростта и ускорението
При дадено ниво на вибрационна енергия амплитудите на изместване, скорости ускорение зависят силно от честотата, поради което всяка единица обхваща различен честотен диапазон:
- Ниски честоти: изместването е най-голямо, затова това е естествената единица за бавно движение на вала.
- Средни честоти: скоростта е най-голяма и най-равномерна, поради което интензивност на вибрациите стандарти като ISO 20816 (съвременният наследник на ISO 10816) оценява общото състояние на машината въз основа на скоростта в мм/сек.
- Високи честоти: ускорението е най-голямо, което го прави предпочитаната единица за честотите на лагерите и зъбните колела.
Изборът на неподходяща единица за дадена честотна лента може да скрие истинска неизправност в фоновия шум; изборът на подходящата единица пък прави същата неизправност да изпъкне ясно на графиката. Разгледана по този начин, честотата е ключът, който разкрива диагностичния потенциал на вибрационния анализ — превръщайки суров, заплетен сигнал в полезна информация за поддръжката.
