Разбиране на графиката на орбитата на вала при вибрационен анализ
A орбита на вала е диаграма, която показва пътя, изминат от геометричния център на въртящ се вал по време на един или повече обороти. Това е двуизмерен изглед на движението на вала в рамките на неговата хлабина на лагера, сякаш гледате направо в края на шахтата. Тази мощна диагностика се създава чрез монтиране на чифт безконтактни сонди за близост 90 градуса един от друг - обикновено в конфигурация X-Y - и нанасяне на сигналите за едновременното им преместване един спрямо друг, а не спрямо времето.
1. Защо орбиталната диаграма е толкова полезна
Стандарт времева форма на сигнала или FFT спектър показва вибрация в една посока. Графиката на орбитата комбинира две перпендикулярни посоки, за да даде пълна картина на динамичното движение на вала, като позволява на анализаторите да визуализират действителната форма и посока на движението, а не да ги извеждат. Това допълнително измерение предоставя безценни данни за диагностициране на широк спектър от неизправности, поради което орбитата е крайъгълен камък на динамика на ротора анализ - особено за високоскоростни, критични машини, оборудвани с течни филми плъзгащи лагери, като турбини, компресори и големи генератори.
Тъй като сондите измерват преместването директно спрямо лагера, орбитата показва и къде се намира валът в рамките на хлабината, а не само колко се движи - информация за монтиран в корпуса акселерометър просто не може да осигури. Добавянето на тахометър или Кейфазор маркира всеки оборот върху орбитата, като фиксира фаза и прави посоката на прецесията недвусмислена.
2. Как да тълкуваме формите на орбитите
Формата, размерът и ориентацията на орбитата са директни индикатори за силите, действащи върху ротора. Умел анализатор може да диагностицира състоянието на машината, просто като погледне формата на орбитата.
Кръгова или елиптична орбита
Обикновена кръгова или елиптична орбита, центрирана в лагера, обикновено показва добре работещ ротор, доминиран от една честота - най-често дисбаланс. Орбитата ще бъде кръгла, ако коравината на опората на лагера е еднаква в двете посоки (изотропна), и елиптична, ако коравината се различава по хоризонтала и вертикала (анизотропна), което е много често срещано в практиката, тъй като повечето машини са по-твърди по вертикала, отколкото по хоризонтала.
Изкривена орбита, орбита с форма на фигура 8 или банан
Когато орбитата е изкривена от проста елипса, върху движението на вала влияят множество честоти:
- A „банан“ или орбита с форма на полумесец често се свързва с несъосност, където са налице както 1×, така и 2× честоти.
- A форма на фигура осмица е класически признак за силен компонент 2×, който е учебникарски показател за неправилно центриране на вала. Фигура 8 с вътрешна примка често подсказва за по-тежко състояние или наличие на триене.
Орбити с извивки или остри ъгли
Резките промени в посоката, плоските петна или „извивките“ в орбитата са силно доказателство за триене между ротора и статора. Те показват, че движението на вала се ограничава моментно, когато той влиза в контакт с неподвижен компонент, като например лагер. уплътнение, или корпуса на машината.
Силно неправилни орбити
Орбита, която е хаотична, нестабилна или изглежда изпълнена с “шум”, може да е сигнал за сериозен механичен разхлабеност, нестабилност, предизвикана от течности, като например маслен вихър или камшик, или турбулентни условия на потока в помпа или компресор.
3. Посока на прецесията: Напред и назад
Посоката, в която се проследява орбитата, спрямо посоката на въртене на вала, сама по себе си е ключов диагностичен фактор:
- Прецесия напред: орбитите се движат в същата посока като въртенето на вала. Това е нормалното поведение за сили като дисбаланс.
- Обратна прецесия: орбитата се движи в посока, обратна на въртенето на вала. Това е необичайно състояние и може да означава пукнатина на вала, тежко разтриване или някои видове нестабилност, предизвикана от течности.
Разграничаването на двата вида изисква фазовия знак веднъж на революция; без него орбитата показва формата, но не и смисъла, в който е изминат, и диагностичното разграничение се губи.
4. Орбитата в полевата диагностика
Постоянно инсталираните сонди за близост, захранващи система за наблюдение, са учебникарският начин за улавяне на орбита на големи критични машини, но основният принцип - два перпендикулярни сигнала за преместване, нанесени един срещу друг с фазов еталон - е също толкова достъпен за полевия инженер. Преносим двуканален инструмент, като напр. Balanset-1A измерва синхронна амплитуда и фаза в две равнини едновременно, така че след като орбитата или спектърът потвърдят, че дисбаланс е доминиращата сила, същата конфигурация се пренася директно към балансиране на място и проверка на коригираното състояние. Когато вместо това орбитата разкрие несъосност, търкане или нестабилност, тази констатация пренасочва работата към подравняване или механичен ремонт, а не към балансиране.
Орбита на преместване срещу орбита на скорост
Това не са едно и също измерване, а разликата определя какви изводи имате право да направите от картината. Чифт безконтактни (proximity) датчици отчита положението на вала изместване спрямо лагера, така че графиката е реална карта на това къде се намира шийката на вала в рамките на луфта, а постояннотоковата (DC) съставка на същия сигнал дава осевата линия на вала. Преносим двуканален анализатор с акселерометри, закрепени към корпусите на лагерите, изчертава два скорост канала един спрямо друг, в mm/s: това, което виждате, е движението на корпуса, а не положението на вала.
Това, което остава непроменено при смяна на преобразувателя, е геометрията. Формата, ориентацията и посоката на прецесия се определят от характера на силите, действащи върху ротора, а не от датчика, затова познатите фамилии форми се появяват и тук — гладък елипс, когато 1× доминира, полумесец или осморка при силна 2× съставка, сплескани страни и прегъвания при триене. Това, което не се запазва, е абсолютното положение: орбитата на скорост не може да покаже колко луфт остава и не може да бъде преобразувана в микрометри преместване на вала. Използвайте я на терен, за да идентифицирате фамилията на дефекта; посегнете към безконтактни датчици, когато въпросът е къде реално се движи валът.
Къде се намира орбитата в софтуера Balanset
В Balanset-1A орбитата е един от разделите на прозореца на виброметъра, отварящ се с клавиш F5 от главния прозорец; прозорецът изисква фърмуер на устройството 5.5.0 или по-нов. Разделът “X-Y Orbit” изчертава канал 1 на едната ос спрямо канал 2 на другата при мащаб на осите 1:1, така че кръг на екрана е наистина кръг, а не артефакт от неравни оси. На четириканалния Balanset-4A под първата се изчертава втора орбита — за канали 3 и 4.
Превключвател над графиката определя какво се изчертава:
| Режим | Какво се изчертава | Кога е подходящият изглед |
|---|---|---|
| Unsynced | Необработената траектория, без референция за оборот | Няма наличен тахометър или искате да видите всичко, което сигналът съдържа |
| Sync (raw) | Последните обороти, наложени един върху друг, подравнени спрямо тахометровата марка | Преценка на повторяемостта — стабилна, затворена фигура означава, че движението се повтаря обрат след обрат |
| 1× | Само въртящата се съставка: чист елипс, съответстващ на показанията V·o и F | Потвърждаване на вектора на дисбаланс преди балансиране |
Без тахометрова марка двата синхронизирани режима нямат спрямо какво да се синхронизират, програмата отбелязва това в заглавието на графиката, и “Unsynced” остава единственият честен изглед. Това е практическата форма на тезата от раздел 3: без референция веднъж на оборот няма и посока на прецесия.
Отчитане на числата до орбитата
Плочките до графиката показват по три стойности за всяка измервателна равнина и заедно те са най-бързата проверка за здрав разум, преди да започнете да тълкувате формите:
- V·s — широколентова RMS скорост в работната лента, в mm/s.
- V·o — само 1× съставката, при честотата на въртене, в mm/s.
- F — това е фаза на тази 1× съставка, в градуси.
Въртящата се съставка по конструкция е част от общата стойност, затова V·o никога не може да надвиши V·s, а съотношението между тях предсказва орбитата, преди да сте я погледнали. Когато V·o е близо до V·s, почти цялата енергия е при 1×, орбитата се свежда до чист елипс, и дисбаланс е доминиращата сила. Когато V·o е забележимо по-малка, разликата се дължи на хармоници и широколентов шум — и точно този остатък огъва елипса в полумесеците, осморките и прегъванията, описани в раздел 2. Силно изкривена орбита, отчетена заедно с V·o ≈ V·s, е противоречие и апаратурата е първото, което трябва да се провери.
Под всяка равнина има лента за стабилност: сива, докато показанието все още се колебае, зелена, щом коефициентът на вариация за последните дванадесет стойности на потока падне под 10 %, оранжева при отклонение над 20 %. Орбита, заснета докато тази лента е оранжева, не е диагноза — тя е снимка на машина, която все още не се е установила.
Потвърждаване на формата спрямо спектъра
Орбитата ви казва, че нещо изкривява елипса; спектърът ви казва кой порядък е отговорен. Разделът “Wave Spectrum” на същия прозорец показва вълновата форма отгоре и спектъра на скоростта отдолу, с пунктирани водачи, поставени на точни кратни на измерената скорост на въртене, а не на най-близкия висок стълб — така пик, който не съвпада с маркера си, изобщо не е хармоник на скоростта на вала и принадлежи на лагери, зацепване на зъбни колела или преминаване на лопатки. Доминираща 2× съставка до полумесечна орбита или орбита-осморка сочи към несъосност; пик между 0,43× и 0,48× при плаваща, нестабилна орбита е характерният признак на маслен вихър; широколентово съдържание със сплескани страни на орбитата сочи към триене.
Превключвателят под графиката сменя спектъра между скорост и ускорение. Скоростта е осата, която трябва да се използва при разсъждение за орбитата, защото самата орбита се изчертава от каналите за скорост.
Наблюдение на орбитата през резонанс
Орбитата е снимка при една скорост и формата може да се промени напълно на разстояние от няколкостотин об/мин. Разделът “Run-down” вместо това записва целия избег (coast-down): 1× амплитуда и фаза се логват спрямо намаляващата скорост, по една необработена стойност на оборот без изглаждане, до праг на спиране, който може да се зададе между 100 и 2000 об/мин и по подразбиране е 300. Резонанс се обявява като амплитуден пик, съпроводен от завъртане на фазата с около 180° — същата критична скорост, която Диаграма на Кембъл предсказва къде линия на възбуждане пресича крива на собствена честота. Пълният протокол от изтичането на скоростта запазва X-Y орбитата, заснета при работна скорост, редом с тези криви, така че формата и картата на резонанса се озовават в един документ.
5. Какво показва диаграмата на орбитата
В обобщение, един-единствен орбитален участък предоставя богата информация с един поглед:
- Общата амплитуда на вибрациите на вала.
- – Формата на движението на вала, която помага за идентифициране на вида на повредата.
- Посоката на прецесията - напред или назад.
- Средното положение на вала в хлабината на лагера - неговата осевата линия на вала.
Анализирана в комбинация с FFT спектъра и времевата форма на вълната, орбитата позволява на анализатора да достигне до много сигурен и подробен диагноза на динамичното поведение на машината - комбинирайки “колко”, “каква форма” и “накъде” в една решаваща картина.
