Analýza vibrací s Balanset-1A: Průvodce spektrální diagnostikou pro začátečníky

Úvod: Od vyvažování k diagnostice – Využijte plný potenciál svého analyzátoru vibrací

Přístroj Balanset-1A je primárně známý jako efektivní nástroj pro dynamické vyvažování. Jeho možnosti však sahají daleko za rámec toho, což z něj činí výkonný a dostupný analyzátor vibrací. Balanset-1A je vybaven citlivými senzory a softwarem pro spektrální analýzu s rychlou Fourierovou transformací (FFT) a je vynikajícím nástrojem pro komplexní analýzu vibrací. Tato příručka překlenuje mezeru, kterou zanechala oficiální příručka, a vysvětluje, co vibrační data odhalují o stavu stroje.

Tato příručka je strukturována postupně tak, aby vás provedla od základů k praktickému použití:

• První část položí teoretický základ a jednoduše a srozumitelně vysvětlí, co jsou vibrace, jak funguje spektrální analýza (FFT) a jaké spektrální parametry jsou pro diagnostika klíčové.
• Druhá část poskytne podrobné pokyny pro získání vysoce kvalitních a spolehlivých vibračních spekter pomocí zařízení Balanset-1A v různých režimech, se zaměřením na praktické nuance, které nejsou popsány ve standardním návodu.
• Jádrem článku je třetí část. Zde budou důkladně analyzovány „otisky prstů“ – charakteristické spektrální znaky nejčastějších závad: nevyváženosti, nesouososti, mechanické vůle a vad ložisek.
• Část 4 integruje získané znalosti do jednotného systému, který nabídne praktická doporučení pro implementaci monitorování a jednoduchý algoritmus pro rozhodování.

Zvládnutím látky v tomto článku budete schopni používat Balanset-1A nejen jako vyvažovací zařízení, ale také jako plnohodnotný diagnostický komplex základní úrovně, který vám umožní včas identifikovat problémy, předcházet nákladným nehodám a výrazně zvýšit spolehlivost vašeho provozovaného zařízení.

Sekce 1: Základy vibrací a spektrální analýzy (FFT)

1.1 Co jsou vibrace a proč jsou důležité?

Jakékoli rotující zařízení, ať už čerpadlo, ventilátor nebo elektromotor, vytváří během provozu vibrace. Vibrace jsou mechanické kmitání stroje nebo jeho jednotlivých částí vzhledem k jejich rovnovážné poloze. V ideálním, plně funkčním stavu stroj generuje nízkou a stabilní úroveň vibrací – jedná se o jeho normální „provozní hluk“. S tím, jak se však objevují a rozvíjejí závady, se toto vibrační pozadí začíná měnit.

Vibrace jsou reakcí struktury mechanismu na cyklické budicí síly. Zdroje těchto sil mohou být velmi rozmanité:

• Odstředivá síla způsobená nevyvážeností rotoru: Vzniká nerovnoměrným rozložením hmotnosti vzhledem k ose otáčení. Jedná se o tzv. „těžké místo“, které během otáčení vytváří sílu přenášenou na ložiska a skříň stroje.
• Síly spojené s geometrickými nepřesnostmi: Nesprávné souosost spřažených hřídelí, ohnutí hřídele, chyby v profilech zubů převodovky – to vše vytváří cyklické síly způsobující vibrace.
• Aerodynamické a hydrodynamické síly: Vyskytují se během otáčení oběžných kol ve ventilátorech, odsávačích kouře, čerpadlech a turbínách.
• Elektromagnetické síly: Charakteristické pro elektromotory a generátory a může být způsobeno například asymetrií vinutí nebo přítomností zkratovaných závitů.

Každý z těchto zdrojů vytváří vibrace s jedinečnými vlastnostmi. Proto je analýza vibrací tak účinným diagnostickým nástrojem. Měřením a analýzou vibrací můžeme nejen říci, že „stroj silně vibruje“, ale také s vysokou mírou pravděpodobnosti určit jejich příčinu. Tato pokročilá diagnostická schopnost je nezbytná pro jakýkoli moderní program údržby.

1.2. Od časového signálu ke spektru: Jednoduché vysvětlení FFT

Vibrační senzor (akcelerometr) instalovaný na ložiskovém tělese převádí mechanické kmitání na elektrický signál. Pokud se tento signál zobrazí na obrazovce jako funkce času, získáme časový signál neboli průběh vibrací. Tento graf ukazuje, jak se amplituda vibrací mění v každém časovém okamžiku.

V jednoduchém případě, jako je čistá nevyváženost, bude časový signál vypadat jako hladký sinusoid. Ve skutečnosti však na stroj téměř vždy působí několik budicích sil současně. Výsledkem je, že časový signál je složitá, zdánlivě chaotická křivka, ze které je prakticky nemožné extrahovat užitečné diagnostické informace.

A právě zde přichází na pomoc matematický nástroj – rychlá Fourierova transformace (FFT). Lze si ji představit jako magický hranol pro vibrační signály.

Představte si, že komplexní časový signál je paprsek bílého světla. Zdá se nám jednotný a nerozlišitelný. Ale když tento paprsek prochází skleněným hranolem, rozloží se na své základní barvy – červenou, oranžovou, žlutou atd., čímž vytvoří duhu. FFT dělá totéž s vibračním signálem: vezme komplexní křivku z časové domény a rozloží ji na jednoduché sinusové složky, z nichž každá má svou vlastní frekvenci a amplitudu.

Výsledek této transformace se zobrazí v grafu zvaném vibrační spektrum. Spektrum je hlavním pracovním nástrojem pro každého, kdo provádí vibrační analýzu. Umožňuje vidět, co se skrývá v časovém signálu: jaké „čisté“ vibrace tvoří celkový hluk stroje.

1.3. Klíčové parametry spektra, které je třeba porozumět

Spektrum vibrací, které uvidíte na obrazovce Balanset-1A v režimech „Vibrometr“ nebo „Grafy“, má dvě osy, jejichž pochopení je pro diagnostiku naprosto nezbytné.

Vodorovná osa (X): Frekvence

Tato osa ukazuje frekvenci kmitání a měří se v hertzích (Hz). 1 Hz je jedna celá oscilace za sekundu. Frekvence přímo souvisí se zdrojem vibrací. Různé mechanické a elektrické součásti stroje generují vibrace na svých charakteristických, předvídatelných frekvencích. Znalost frekvence, při které je pozorován vysoký vibrační vrchol, nám umožňuje identifikovat viníka – konkrétní jednotku nebo závadu.

Frekvence otáčení (1x): Toto je nejdůležitější frekvence ve veškeré vibrační diagnostice. Odpovídá rychlosti otáčení hřídele stroje. Například pokud se hřídel motoru otáčí rychlostí 3000 otáček za minutu (ot/min), jeho frekvence otáčení bude: f = 3000 ot/min / 60 s/min = 50 Hz. Tato frekvence se označuje jako 1x. Slouží jako referenční bod pro identifikaci mnoha dalších vad.

Vertikální osa (Y): Amplituda

Tato osa znázorňuje intenzitu nebo sílu vibrací na každé specifické frekvenci. V zařízení Balanset-1A se amplituda měří v milimetrech za sekundu (mm/s), což odpovídá efektivní hodnotě (RMS) rychlosti vibrací. Čím vyšší je vrchol ve spektru, tím více vibrační energie je na dané frekvenci koncentrováno a zpravidla tím závažnější je související vada.

Harmonické

Harmonické jsou frekvence, které jsou celočíselnými násobky základní frekvence. Nejčastěji je základní frekvencí rotační frekvence 1x. Její harmonické tedy budou: 2x (druhá harmonická) = 2×1x, 3x (třetí harmonická) = 3×1x, 4x (čtvrtá harmonická) = 4×1x atd. Přítomnost a relativní výška harmonických nesou klíčové diagnostické informace. Například čistá nevyváženost se projevuje hlavně při 1x s velmi nízkými harmonickými. Mechanická vůle nebo nesouosost hřídele však generují celý „les“ vysokých harmonických (2x, 3x, 4x,...). Analýzou poměru amplitud mezi 1x a jejími harmonickými lze rozlišit různé typy poruch.

Sekce 2: Získání vibračního spektra pomocí Balansetu-1A

Kvalita diagnostiky přímo závisí na kvalitě vstupních dat. Nesprávná měření mohou vést k chybným závěrům, zbytečným opravám nebo naopak k přehlédnutí rozvíjející se vady. Tato část poskytuje praktický návod pro sběr přesných a opakovatelných dat pomocí vašeho zařízení.

2.1. Příprava na měření: Klíč k přesným datům

Před připojením kabelů a spuštěním programu je nutné věnovat pečlivou pozornost správné instalaci senzorů. Toto je nejdůležitější fáze, která určuje spolehlivost všech následných analýz.

Způsob montáže: Balanset-1A je dodáván s magnetickými základnami senzorů. Jedná se o pohodlný a rychlý způsob montáže, ale pro jeho účinnost je nutné dodržovat několik pravidel. Povrch v místě měření musí být:

• Čistý: Odstraňte nečistoty, rez a odlupující se barvu.
• Byt: Snímač musí být v jedné rovině s celým povrchem magnetu. Neinstalujte jej na zaoblené povrchy ani na hlavy šroubů.
• Masivní: Měřicí bod by měl být součástí nosné konstrukce stroje (např. ložiskové pouzdro), nikoli tenkým ochranným krytem nebo chladicí žebrem.

Pro stacionární monitorování nebo pro dosažení maximální přesnosti při vysokých frekvencích se doporučuje použít závitové spojení (svorník), pokud to konstrukce stroje umožňuje.

Umístění: Síly vznikající během provozu rotoru se přenášejí na skříň stroje přes ložiska. Proto je nejlepším místem pro instalaci senzorů ložisková tělesa. Snažte se umístit senzor co nejblíže k ložisku, abyste měřili vibrace s minimálním zkreslením.

Směr měření: Vibrace jsou trojrozměrný proces. Pro úplný obraz stavu stroje by se měření měla provádět ve třech směrech:

• Radiální horizontální (H): Kolmo k ose hřídele, v horizontální rovině.
• Radiální vertikální (V): Kolmo k ose hřídele, ve svislé rovině.
• Axiální (A): Rovnoběžně s osou hřídele.

Tuhost konstrukce v horizontálním směru je zpravidla nižší než ve vertikálním, takže amplituda vibrací v horizontálním směru je často nejvyšší. Proto se pro počáteční posouzení často volí horizontální směr. Axiální vibrace však nesou jedinečné informace, které jsou kriticky důležité pro diagnostiku vad, jako je například nesouosost hřídele.

Balanset-1A je dvoukanálový přístroj, který je v manuálu primárně uvažován z hlediska vyvažování ve dvou rovinách. Pro diagnostiku to však otevírá mnohem širší možnosti. Místo měření vibrací na dvou různých ložiskách lze oba senzory připojit ke stejné ložiskové jednotce, ale v různých směrech. Například kanál senzoru 1 lze instalovat radiálně (horizontálně) a kanál senzoru 2 axiálně. Současné snímání spekter ve dvou směrech umožňuje okamžité porovnání axiálních a radiálních vibrací, což je standardní technika v profesionální diagnostice pro spolehlivou detekci nesouososti. Tato metoda výrazně rozšiřuje diagnostické možnosti zařízení a jde nad rámec toho, co je popsáno v manuálu.

2.2. Postup krok za krokem: Použití režimu „Vibrometr“ (F5) pro rychlé posouzení

Tento režim je určen pro provozní řízení hlavních vibračních parametrů a je ideální pro rychlé posouzení stavu stroje „na místě“. Postup pro získání spektra v tomto režimu je následující:

1. Připojení senzorů: Nainstalujte vibrační senzory na vybraná místa a připojte je ke vstupům X1 a X2 měřicí jednotky. Připojte laserový otáčkoměr ke vstupu X3 a na hřídel připevněte reflexní značku.
2. Spuštění programu: V hlavním okně programu Balanset-1A klikněte na tlačítko „F5 – Měřič vibrací“.
3. Otevře se pracovní okno (obr. 7.4 v manuálu). V jeho horní části se zobrazí digitální hodnoty: celkové vibrace (V1s), vibrace při rotační frekvenci (V1o), fáze (F1) a otáčky (N ot.).
4. Spuštění měření: Klikněte na tlačítko „F9 – Spustit“. Program začne shromažďovat a zobrazovat data v reálném čase.
5. Analýza spektra: Ve spodní části okna se nachází graf „Vibrační spektrum – kanál 1 a 2 (mm/s)“. Toto je vibrační spektrum. Vodorovná osa zobrazuje frekvenci v Hz a svislá osa zobrazuje amplitudu v mm/s.

Tento režim umožňuje první, nejdůležitější diagnostickou kontrolu, doporučenou i v manuálu pro vyvažování. Porovnejte hodnoty V1s (celkové vibrace) a V1o (vibrace při rotační frekvenci 1x).

• Pokud V1s≈V1o, znamená to, že většina vibrační energie je soustředěna na rotační frekvenci. Hlavní příčinou vibrací je s největší pravděpodobností nevyváženost.
• Pokud V1s≫V1o, znamená to, že významná část vibrací je způsobena jinými zdroji (nesouosost, vůle, vady ložisek atd.). V tomto případě jednoduché vyvážení problém nevyřeší a je nutná hlubší analýza spektra.

2.3. Podrobný návod: Použití režimu „Grafy“ (F8) pro podrobnou analýzu

Pro seriózní diagnostiku vyžadující detailnější zkoumání spektra je výrazně lepší režim „Grafy“. Poskytuje větší a informativnější graf, který usnadňuje identifikaci píků a analýzu jejich struktury. Postup pro získání spektra v tomto režimu:

1. Připojte senzory stejným způsobem jako v režimu „Vibrometr“.
2. Spouštěcí režim: V hlavním okně programu klikněte na tlačítko „F8 – Grafy“.
3. Vyberte typ grafu: V otevřeném okně (obr. 7.19 v manuálu) bude v horní části řada tlačítek. Klikněte na „F5-Spektrum (Hz)“.
4. Otevře se okno spektrální analýzy (obr. 7.23 v manuálu). V horní části se zobrazí časový signál a v dolní, hlavní části, vibrační spektrum.
5. Spuštění měření: Klikněte na tlačítko „F9-Spustit“. Zařízení provede měření a vytvoří podrobné grafy.

Spektrum získané v tomto režimu je mnohem pohodlnější pro analýzu. Můžete jasněji vidět vrcholy na různých frekvencích, vyhodnotit jejich výšku a identifikovat harmonické řady. Tento režim se doporučuje pro diagnostiku poruch popsaných v následující části.

Sekce 3: Diagnostika typických poruch pomocí vibračních spekter (do 1000 Hz)

Tato část tvoří praktické jádro průvodce. Naučíme se zde číst spektra a korelovat je se specifickými mechanickými problémy. Pro usnadnění a rychlou orientaci v oboru jsou hlavní diagnostické ukazatele shrnuty v konsolidované tabulce. Ta poslouží jako rychlá reference při analýze reálných dat.

Tabulka 3.1: Souhrn diagnostických indikátorů

Chyba	Primární spektrální podpis	Typické harmonické	Poznámky
Nevyváženost	Vysoká amplituda při 1× rotační frekvenci	Nízký	Dominuje radiální vibrace. Amplituda se kvadraticky zvyšuje s rychlostí.
Nesprávné zarovnání	Vysoká amplituda při 2× rotační frekvenci	1×, 3×, 4×	Často doprovázeno axiálními vibracemi.
Mechanická vůle	Více harmonických 1× („les“ harmonických)	1×, 2×, 3×, 4×, 5×...	Subharmonické kmitočty (0,5×, 1,5×) se mohou objevit při 1/2x, 3/2x atd. v důsledku prasklin.
Vada ložiska	Vrcholy na nesynchronních frekvencích (BPFO, BPFI atd.)	Více harmonických s frekvencí vad	Často viditelné jako postranní pásma kolem vrcholů. Ve vysokofrekvenčním rozsahu zní jako „šum“.
Vada záběru ozubeného kola	Vysoká frekvence záběru ozubených kol (GMF) a její harmonické složky	Postranní pásma kolem GMF při 1x	Označuje opotřebení, poškození zubu nebo excentricitu.

Dále si každou z těchto vad podrobně rozebereme.

3.1. Nevyváženost: Nejčastější problém

Fyzická příčina: K nevyváženosti dochází, když se těžiště rotující součásti (rotoru) neshoduje s její geometrickou osou otáčení. Vzniká tak „těžké místo“, které během otáčení generuje odstředivou sílu působící v radiálním směru a přenášenou na ložiska a základ.

Spektrální podpisy: Hlavním znakem je vrchol s vysokou amplitudou striktně na rotační frekvenci (1x). Vibrace jsou převážně radiální. Existují dva hlavní typy nevyváženosti:

Statická nevyváženost (jedna rovina)

Popis spektra: Spektrum je zcela ovládáno jediným vrcholem na základní rotační frekvenci (1x). Vibrace je sinusová s minimální energií na ostatních frekvencích.

Stručný popis spektrálních složek: Primárně silná složka rotační frekvence 1x. Malé nebo žádné vyšší harmonické (čistý tón 1x).

Klíčová vlastnost: Velká amplituda 1x ve všech radiálních směrech. Vibrace v obou ložiskách jsou ve fázi (mezi oběma konci není fázový rozdíl). Mezi horizontálními a vertikálními měřeními na stejném ložisku je často pozorován fázový posun přibližně 90°.

Dynamická nevyváženost (dvourovinná / párová)

Popis spektra: Spektrum také vykazuje dominantní vrchol s jednou frekvencí za otáčku (1x), podobný statické nevyváženosti. Vibrace jsou na úrovni otáček, bez významného obsahu vyšších frekvencí, pokud je jediným problémem nevyváženost.

Stručný popis spektrálních složek: Dominantní složka 1x RPM (často s „kýváním“ nebo vikláním rotoru). Vyšší harmonické složky obvykle chybí, pokud nejsou přítomny jiné závady.

Klíčová vlastnost: 1x vibrace u každého ložiska mimo fázi — mezi vibracemi na obou koncích rotoru je fázový rozdíl přibližně 180° (což naznačuje nevyváženost páru). Silný vrchol 1x s tímto fázovým vztahem je znakem dynamické nevyváženosti.

Co dělat: Pokud spektrum indikuje nevyváženost, je nutné provést vyvažovací postup. Pro statickou nevyváženost postačuje jednorovinné vyvážení (manuál, kapitola 7.4), pro dynamickou nevyváženost – dvourovinné vyvážení (manuál, kapitola 7.5).

3.2. Nesprávné usazení hřídele: Skrytá hrozba

Fyzická příčina: K nesouososti dochází, když se osy otáčení dvou spřažených hřídelí (např. hřídele motoru a hřídele čerpadla) neshodují. Při otáčení nesouosých hřídelí vznikají ve spojce a ložiskách cyklické síly, které způsobují vibrace.

Rovnoběžné vychýlení (odsazené hřídele)

Popis spektra: Vibrační spektrum vykazuje zvýšenou energii na základní frekvenci (1x) a jejích harmonických 2x a 3x, zejména v radiálním směru. Typicky je dominantní složka 1x s přítomností nesouososti, doprovázená výraznou složkou 2x.

Stručný popis spektrálních složek: Obsahuje významné píky při rotačních frekvencích hřídele 1x, 2x a 3x. Ty se objevují převážně při měření radiálních vibrací (kolmo k hřídeli).

Klíčová vlastnost: Vysoké vibrace 1x a 2x v radiálním směru jsou indikativní. Často je pozorován fázový rozdíl 180° mezi měřeními radiálních vibrací na opačných stranách spojky, což jej odlišuje od čisté nevyváženosti.

Úhlové vychýlení (šikmé hřídele)

Popis spektra: Frekvenční spektrum vykazuje silné harmonické složky otáček hřídele, zejména výraznou složku 2x provozní rychlosti kromě 1x. Objevují se vibrace při 1x, 2x (a často i 3x), přičemž významné jsou axiální vibrace (podél hřídele).

Stručný popis spektrálních složek: Výrazné vrcholy při 1x a 2x (a někdy i 3x) rychlosti chodu. Složka 2x je často stejně velká nebo větší než 1x. Tyto frekvence jsou výrazné ve spektru axiálních vibrací (podél osy stroje).

Klíčová vlastnost: Relativně vysoká amplituda druhé harmonické (2x) ve srovnání s 1x v kombinaci se silnými axiálními vibracemi. Axiální měření na obou stranách spojky jsou fázově posunutá o 180°, což je charakteristickým znakem úhlového nesouososti.

Co dělat: Vyvažování zde nepomůže. Zastavte jednotku a proveďte seřízení souososti hřídelí pomocí specializovaného nářadí.

3.3. Mechanická vůle: „Chrastění“ ve stroji

Fyzická příčina: Tato vada je spojena se ztrátou tuhosti konstrukčních spojů: uvolněné šrouby, praskliny v základech, zvětšené vůle v ložiskových úchytech. V důsledku vůlí dochází k rázům, které vytvářejí charakteristický vibrační vzorec.

Mechanická vůle (vůle součásti)

Popis: Spektrum je bohaté na frekvenční složky otáček. Objevuje se široká škála celočíselných násobků 1x (od 1x do vyšších řádů, například ~10x) s významnými amplitudami. V některých případech se mohou objevit i subharmonické frekvence (např. 0,5x).

Spektrální složky: Dominantní jsou vícenásobné frekvenční složky rychlosti otáčení (1x, 2x, 3x ... až do ~10x). Někdy mohou být v důsledku opakovaných nárazů přítomny i zlomkové (poloviční celočíselné) frekvenční složky při 1/2x, 3/2x atd.

Klíčová vlastnost: Charakteristická „série vrcholů“ ve spektru – četné rovnoměrně rozmístěné vrcholy na frekvencích, které jsou celočíselnými násobky rychlosti otáčení. To naznačuje ztrátu tuhosti nebo nesprávnou montáž součástí způsobující opakované nárazy. Klíčovým ukazatelem je přítomnost mnoha harmonických (a možná i polovičních celočíselných subharmonických).

Konstrukční vůle (vůle základny/montáže)

Popis: Ve vibračním spektru často dominují vibrace na základní nebo dvojnásobné rotační frekvenci. Vrchol se obvykle objevuje na 1x a/nebo 2x. Vyšší harmonické (nad 2x) mají obvykle mnohem menší amplitudy ve srovnání s těmito hlavními harmonickými.

Spektrální složky: Převážně zobrazuje frekvenční složky při rychlostech hřídele 1x a 2x. Ostatní harmonické (3x, 4x atd.) obvykle chybí nebo jsou nevýznamné. Složka 1x nebo 2x může dominovat v závislosti na typu vůle (např. jeden náraz na otáčku nebo dva nárazy na otáčku).

Klíčová vlastnost: Znatelně vysoké vrcholy na 1x nebo 2x (nebo obojí) v porovnání se zbytkem spektra, což naznačuje uvolnění ložisek nebo konstrukce. Vibrace jsou silnější ve vertikálním směru, pokud je stroj volně namontován. Jeden nebo dva dominantní vrcholy nižšího řádu s malým počtem harmonických vyššího řádu jsou charakteristické pro uvolnění konstrukce nebo základů.

Co dělat: Je nutná důkladná kontrola jednotky. Zkontrolujte všechny přístupné upevňovací šrouby (ložiska, skříň). Zkontrolujte rám a základy, zda nejsou prasklé. Pokud je uvnitř uvolněno (např. uložení ložiska), může být nutná demontáž jednotky.

3.4. Vady valivých ložisek: Včasné varování

Fyzická příčina: Výskyt vad (důlky, odlupování, opotřebení) na valivých plochách (vnitřní kroužek, vnější kroužek, valivá tělesa) nebo na kleci. Pokaždé, když se valivé těleso převalí přes vadu, dojde k krátkému nárazovému impulsu. Tyto impulsy se opakují na specifické frekvenci charakteristické pro každý prvek ložiska.

Spektrální podpisy: Vady ložisek se objevují jako vrcholy na nesynchronních frekvencích, tj. na frekvencích, které nejsou celočíselnými násobky rotační frekvence (1x). Tyto frekvence (BPFO - frekvence defektu vnějšího kroužku, BPFI - vnitřní kroužek, BSF - valivý element, FTF - klec) závisí na geometrii ložiska a rychlosti otáčení. Pro začínajícího diagnostika není nutné vypočítávat jejich přesné hodnoty. Hlavní je naučit se rozpoznávat jejich přítomnost ve spektru.

Defekt vnějšího kroužku

Popis spektra: Vibrační spektrum vykazuje řadu vrcholů odpovídajících frekvenci vady vnějšího kroužku a jejím harmonickým. Tyto vrcholy se obvykle nacházejí na vyšších frekvencích (ne na celočíselných násobcích otáčení hřídele) a indikují pokaždé, když valivý element přejde přes vadu vnějšího kroužku.

Stručný popis spektrálních složek: Přítomno je více harmonických kmitočtů BPFO (vnější kroužek). Typicky lze ve spektru pozorovat 8–10 harmonických BPFO u výrazné poruchy vnějšího kroužku. Vzdálenost mezi těmito vrcholy se rovná BPFO (charakteristické frekvenci určené geometrií ložiska a otáčkami).

Klíčová vlastnost: Charakteristickým znakem je zřetelná řada vrcholů na BPFO a jeho následných harmonických. Přítomnost četných rovnoměrně rozmístěných vysokofrekvenčních vrcholů (BPFO, 2xBPFO, 3xBPFO, ...) jasně ukazuje na vadu vnějšího kroužku ložiska.

Vnitřní kroužková vada

Popis spektra: Spektrum poruchy vnitřního běhounu vykazuje několik výrazných vrcholů na frekvenci defektu vnitřního běhounu a jeho harmonických. Kromě toho je každý z těchto vrcholů frekvence poruchy obvykle doprovázen vrcholy postranního pásma rozmístěnými na frekvenci provozní rychlosti (1x).

Stručný popis spektrálních složek: Obsahuje více harmonických kmitočtu kulového průchodu vnitřního kroužku (BPFI), často řádově 8–10 harmonických. Charakteristicky jsou tyto vrcholy BPFI modulovány postranními pásmy při ±1x ot./min – to znamená, že vedle každé harmonické BPFI se objevují menší boční vrcholy, oddělené od hlavního vrcholu o hodnotu rovnající se frekvenci otáčení hřídele.

Klíčová vlastnost: Výrazným signálem je přítomnost harmonických složek frekvence defektu vnitřního kroužku (BPFI) s postranním pásmovým vzorem. Postranní pásma rozmístěná v úrovni otáček hřídele kolem harmonických složek BPFI naznačují, že defekt vnitřního kroužku je zatěžován jednou za otáčku, což potvrzuje spíše problém s vnitřním kroužkem než s vnějším kroužkem.

Vada valivého tělesa (kuličky/válečku)

Popis spektra: Vada valivého tělesa (kuličky nebo válečku) způsobuje vibrace na rotační frekvenci valivého tělesa a jeho harmonických složkách. Spektrum bude ukazovat řadu vrcholů, které nejsou celočíselnými násobky otáček hřídele, ale spíše násobky rotační frekvence kuličky/válečku (BSF). Jeden z těchto harmonických vrcholů je často výrazně větší než ostatní, což odráží, kolik valivých těles je poškozeno.

Stručný popis spektrálních složek: Objeví se vrcholy na základní frekvenci defektu valivého tělesa (BSF) a jeho harmonických. Například BSF, 2xBSF, 3xBSF atd. Je pozoruhodné, že amplitudový vzorec těchto vrcholů může naznačovat počet poškozených prvků – např. pokud je druhá harmonická největší, může to naznačovat, že se u dvou kuliček/válečků odlomily. Často to doprovází určité vibrace na frekvencích poruch valivého tělesa, protože poškození valivého tělesa běžně vede také k poškození valivého tělesa.

Klíčová vlastnost: Přítomnost série vrcholů rozmístěných podle BSF (frekvence otáčení ložiskového prvku) spíše než podle frekvence otáčení hřídele identifikuje vadu valivého prvku. Obzvláště vysoká amplituda N-té harmonické BSF často naznačuje, že je poškozeno N prvků (např. velmi vysoký vrchol 2xBSF může indikovat dvě kuličky s vadami).

Vada klece (ložisková klec / FTF)

Popis spektra: Vada klece (separátoru) ve valivém ložisku způsobuje vibrace na frekvenci otáčení klece – základní frekvenci (FTF) – a jejích harmonických. Tyto frekvence jsou obvykle subsynchronní (pod otáčkami hřídele). Spektrum bude vykazovat vrcholy na FTF, 2xFTF, 3xFTF atd. a často i určitou interakci s frekvencemi jiných ložisek v důsledku modulace.

Stručný popis spektrálních složek: Nízkofrekvenční vrcholy odpovídající rotační frekvenci klece (FTF) a jejím celočíselným násobkům. Například, pokud FTF ≈ 0,4x otáčky hřídele, můžete vidět vrcholy při ~0,4x, ~0,8x, ~1,2x atd. V mnoha případech koexistuje vada klece s defekty závodu, takže FTF může modulovat signály defektů závodu a produkovat součtové/rozdílové frekvence (postranní pásma kolem frekvencí závodu).

Klíčová vlastnost: Jeden nebo více subharmonických vrcholů (pod 1x), které se shodují s rychlostí otáčení klece ložiska (FTF), svědčí o problému s klecí. Často se objevuje spolu s dalšími indikacemi poruchy ložiska. Klíčovým znakem je přítomnost FTF a jejích harmonických ve spektru, což je jinak neobvyklé, pokud klec nevadí.

Co dělat: Výskyt frekvencí ložisek je výzvou k akci. Je nutné zintenzivnit sledování této jednotky, zkontrolovat stav mazání a co nejdříve začít plánovat výměnu ložiska.

3.5. Poruchy převodového stupně

Excentricita ozubeného kola / ohnutá hřídel

Popis spektra: Tato závada způsobuje modulaci vibrací záběru ozubeného kola. Ve spektru je vrchol frekvence záběru ozubeného kola (GMF) obklopen vrcholy postranního pásma rozmístěnými na úrovni frekvence otáčení hřídele ozubeného kola (1x otáčky ozubeného kola). Často jsou také zvýšené vlastní vibrace ozubeného kola odpovídající 1x provozní rychlosti v důsledku excentricity, která připomíná nevyváženost.

Stručný popis spektrálních složek: Výrazné zvýšení amplitudy na frekvenci záběru ozubeného kola a jeho nižších harmonických (např. 1x, 2x, 3x GMF). Kolem GMF (a někdy i kolem jeho harmonických) se objevují zřetelné postranní pásma v intervalech rovných 1x rychlosti otáčení postiženého ozubeného kola. Přítomnost těchto postranních pásem naznačuje amplitudovou modulaci frekvence záběru rotací ozubeného kola.

Klíčová vlastnost: Charakteristickým znakem je frekvence záběru ozubených kol s výraznými postranními pásmy při frekvenci 1x ozubeného kola. Tento vzorec postranních pásem (vrcholy rovnoměrně rozmístěné kolem GMF podle rychlosti otáčení) silně naznačuje excentricitu ozubeného kola nebo ohnutý hřídel ozubeného kola. Základní vibrace ozubeného kola (1x) mohou být navíc vyšší než obvykle.

Opotřebení nebo poškození zubů ozubeného kola

Popis spektra: Vady zubů ozubeného kola (například opotřebované nebo zlomené zuby) způsobují zvýšení vibrací na frekvenci záběru ozubeného kola a jeho harmonických. Spektrum často vykazuje více vrcholů GMF (1xGMF, 2xGMF atd.) s vysokou amplitudou. Kromě toho se kolem těchto vrcholů GMF objevuje řada postranních frekvencí, rozmístěných podle frekvence otáčení hřídele. V některých případech lze také pozorovat buzení vlastních frekvencí ozubeného kola (rezonancí) s postranními pásmy.

Stručný popis spektrálních složek: Zvýšené vrcholy na frekvenci záběru ozubeného kola (frekvence záběru zubů) a jejích harmonických (například 2xGMF). Kolem každé hlavní harmonické GMF se nacházejí vrcholy postranních pásem oddělené rychlostí 1x. Počet a velikost postranních pásem kolem složek 1x, 2x a 3x GMF má tendenci se zvyšovat se závažností poškození zubu. V závažných případech se mohou objevit další vrcholy odpovídající rezonančním frekvencím ozubeného kola (s vlastními postranními pásmy).

Klíčová vlastnost: Charakteristickým znakem je více harmonických složek frekvence záběru ozubených kol s vysokou amplitudou, doprovázených hustými postranními pásmy. To naznačuje nepravidelný průchod zubů v důsledku opotřebení nebo zlomení zubu. Silně opotřebované nebo poškozené ozubené kolo bude vykazovat rozsáhlá postranní pásma (v intervalech 1x rychlosti ozubeného kola) kolem vrcholů frekvence záběru, což ho odlišuje od zdravého ozubeného kola (které by mělo čistší spektrum koncentrované v GMF).

Co dělat: Výskyt frekvencí souvisejících s ozubenými soukolími vyžaduje větší pozornost. Doporučuje se zkontrolovat stav oleje v převodovce, zda neobsahuje kovové částice, a naplánovat kontrolu převodovky, aby se posoudilo opotřebení nebo poškození zubů.

Je důležité si uvědomit, že v reálných podmínkách stroje zřídka trpí pouze jednou závadou. Velmi často je spektrum kombinací příznaků několika vad, jako je nevyváženost a nesouosost. To může být pro začínajícího diagnostika matoucí. V takových případech platí jednoduché pravidlo: nejprve řešte problém odpovídající vrcholu s největší amplitudou. Často jedna závažná závada (např. závažná nesouosost) způsobuje sekundární problémy, jako je zvýšené opotřebení ložisek nebo uvolnění spojovacích prvků. Odstraněním hlavní příčiny můžete výrazně omezit projevy sekundárních vad.

Oddíl 4: Praktická doporučení a další kroky

Zvládnutím základů interpretace spektra jste učinili první a nejdůležitější krok. Nyní je nutné tyto znalosti integrovat do vaší každodenní údržbářské praxe. Tato část je věnována tomu, jak přejít od jednorázových měření k systematickému přístupu a jak využít získaná data k informovanému rozhodování.

4.1. Od jednorázového měření k monitorování: Síla trendů

Jednotlivé spektrum je pouze „snímkem“ stavu stroje v daném okamžiku. Může být velmi informativní, ale jeho skutečná hodnota se odhalí při porovnání s předchozími měřeními. Tento proces se nazývá monitorování stavu nebo analýza trendů.

Myšlenka je velmi jednoduchá: místo posuzování stavu stroje podle absolutních hodnot vibrací („dobrý“ nebo „špatný“) sledujete, jak se tyto hodnoty mění v čase. Pomalý, postupný nárůst amplitudy při určité frekvenci naznačuje systematické opotřebení, zatímco náhlý skok je varovným signálem, který indikuje rychlý vývoj vady.

Praktický tip:

• Vytvořte základní spektrum: Proveďte důkladné měření na novém, nově opraveném nebo známém dobrém zařízení. Uložte tato data (spektra a číselné hodnoty) do archivu programu Balanset-1A. Toto je váš „test stavu“ pro tento stroj.
• Stanovení periodicity: Určete, jak často budete provádět kontrolní měření. U kriticky důležitého zařízení to může být jednou za dva týdny; u pomocného zařízení jednou za měsíc nebo čtvrtletí.
• Zajistěte opakovatelnost: Pokaždé provádějte měření ve stejných bodech, ve stejných směrech a pokud možno za stejných provozních podmínek stroje (zatížení, teplota).
• Porovnejte a analyzujte: Po každém novém měření porovnejte získané spektrum s výchozím a předchozím spektrem. Věnujte pozornost nejen výskytu nových vrcholů, ale také nárůstu amplitudy stávajících vrcholů. Prudký nárůst amplitudy jakéhokoli vrcholu (např. dvojnásobný oproti předchozímu měření) je spolehlivým signálem rozvíjející se vady, i když je absolutní hodnota vibrací stále v přijatelných mezích dle norem ISO.

4.2. Kdy vyvažovat a kdy hledat jinou příčinu?

Konečným cílem diagnostiky není jen najít závadu, ale učinit správné rozhodnutí o potřebných akcích. Na základě spektrální analýzy lze sestavit jednoduchý a efektivní rozhodovací algoritmus.

Akční algoritmus založený na spektrální analýze:

1. Získejte vysoce kvalitní spektrum pomocí Balanset-1A, nejlépe v režimu "Grafy" (F8), měřením v radiálním i axiálním směru.
2. Identifikujte vrchol s největší amplitudou. Ten indikuje dominantní problém, který je třeba řešit jako první.
3. Určete typ poruchy podle frekvence tohoto vrcholu:
   • Pokud dominuje vrchol 1x: Nejpravděpodobnější příčinou je nevyváženost.
     Akce: Proveďte dynamické vyvažování s využitím funkcí zařízení Balanset-1A.
   • Pokud dominuje vrchol 2x (zejména pokud je vysoký v axiálním směru): Nejpravděpodobnější příčinou je nesouosost hřídele.
     Akce: Vyvažování je neúčinné. Je nutné zastavit jednotku a provést vyrovnání hřídele.
   • Pokud je pozorován „les“ mnoha harmonických (1x, 2x, 3x,...): Nejpravděpodobnější příčinou je mechanické uvolnění.
     Akce: Proveďte vizuální kontrolu. Zkontrolujte a utáhněte všechny montážní šrouby. Zkontrolujte rám a základy, zda nejsou prasklé.
   • Pokud v rozsahu středních nebo vysokých frekvencí dominují nesynchronní vrcholy: Nejpravděpodobnější příčinou je vada valivého ložiska.
     Akce: Zkontrolujte mazání v ložiskové jednotce. Začněte plánovat výměnu ložiska. Zvyšte frekvenci monitorování této jednotky, abyste sledovali rychlost vývoje vad.
   • Pokud dominuje frekvence záběru ozubených kol (GMF) s postranními pásmy: Nejpravděpodobnější příčinou je vada převodovky.
     Akce: Zkontrolujte stav oleje v převodovce. Naplánujte si kontrolu převodovky, abyste posoudili opotřebení nebo poškození zubů.

Tento jednoduchý algoritmus umožňuje přechod od abstraktní analýzy ke konkrétním, cíleným údržbářským akcím, což je konečným cílem veškeré diagnostické práce.

Závěr

Přístroj Balanset-1A, původně navržený jako specializovaný nástroj pro vyvažování, má výrazně větší potenciál. Schopnost získávat a zobrazovat vibrační spektra z něj dělá výkonný analyzátor vibrací pro začátečníky. Tento článek měl sloužit jako most mezi provozními možnostmi zařízení popsaného v manuálu a základními znalostmi nezbytnými pro interpretaci dat získaných z vašich vibračních analýz.

Zvládnutí základních dovedností spektrální analýzy není jen o studiu teorie, ale o získání praktického nástroje pro zvýšení efektivity vaší práce. Pochopení toho, jak se různé závady – nevyváženost, nesouosost, vůle a vady ložisek – projevují jako jedinečné „otisky prstů“ na vibračním spektru, vám umožní nahlédnout dovnitř běžícího stroje, aniž byste jej museli rozebírat.

Klíčové poznatky z této příručky:

• Vibrace je informace. Každý vrchol ve spektru nese informaci o specifickém procesu probíhajícím v daném mechanismu.
• FFT je váš překladač. Rychlá Fourierova transformace překládá složitý a chaotický jazyk vibrací do jednoduchého a srozumitelného jazyka frekvencí a amplitud.
• Diagnostika je rozpoznávání vzorců. Naučením se identifikovat charakteristické spektrální vzory pro hlavní vady můžete rychle a přesně určit hlavní příčinu zvýšených vibrací.
• Trendy jsou důležitější než absolutní hodnoty. Pravidelné monitorování a porovnávání aktuálních dat s výchozími daty je základem prediktivního přístupu, který umožňuje identifikovat problémy v nejranější fázi.

Cesta k tomu, abyste se stali sebevědomým a kompetentním vibračním analytikem, vyžaduje čas a praxi. Nebojte se experimentovat, sbírat data z různých zařízení a vytvářet si vlastní knihovnu „spekter zdraví“ a „spekter onemocnění“. Tato příručka vám poskytla mapu a kompas. Používejte Balanset-1A nejen k „léčbě“ symptomů vyvažováním, ale také k přesné „diagnóze“. Tento přístup vám umožní výrazně zvýšit spolehlivost vašeho zařízení, snížit počet nouzových vypnutí a přejít na kvalitativně novou úroveň údržby.