Kurtosa ve vibrační analýze pro detekci poruch

Definice: Co je to kurtosa?

Kurtosa je statistický parametr, který popisuje tvar rozdělení pravděpodobnosti. Ve vibrační analýze se aplikuje na signál časového průběhu k měření jeho „vrcholovosti“ nebo „impulzivnosti“. Signál s vysokou špičatostí se vyznačuje ostrými, zřetelnými vrcholy nebo nárazy, zatímco signál s nízkou špičatostí je plošší nebo zaoblenější. Poskytuje jednu číselnou hodnotu, která může indikovat změnu v základním charakteru vibračního signálu, i když se celková energie (hodnota RMS) významně nezměnila.

Diagnostická hodnota kurtózy

Hlavní hodnotou kurtosy při monitorování stavu je její vysoká citlivost na impulzivní poruchy v rané fáziMnoho mechanických vad začíná jako mikroskopické trhliny nebo odlupování. Jakmile se tyto rozvíjející se poruchy dostanou do kontaktu, generují krátkodobé, vysokofrekvenční rázy. Tyto rázy způsobují ostré vrcholy ve vibrační křivce, které dramaticky zvyšují hodnotu špičásti dlouho předtím, než se porucha dostatečně zvětší, aby ovlivnila celkovou efektivní hodnotu vibrací stroje (RMS).

Kurtosa je proto vynikajícím nástrojem pro:

• Včasná detekce poruch ložiska: Je to jedna z nejúčinnějších metod pro detekci prvních známek odlupování na ložiskovém kroužku nebo valivém tělese.
• Detekce poruchy zubů ozubeného kola: Prasklý nebo zlomený zub ozubeného kola vyvolá jednou za otáčku zřetelný náraz, který lze snadno zjistit rostoucí hodnotou špičatosti.
• Detekce občasného tření nebo nárazů: Tímto měřením lze zvýraznit jakoukoli nerovnoměrnou, nárazovou událost ve stroji.

Interpretace hodnot kurtosy

Kurtosa je normalizovaná hodnota. Pro dokonalé Gaussovo (normální) rozdělení, které je typické pro náhodné vibrace pozadí v normálním stroji, je hodnota kurtosy **3,0**. Odchylky od této hodnoty jsou diagnosticky významné:

• Kurtosa ≈ 3,0: Znamená to, že vibrace jsou náhodné a Gaussovské, což naznačuje normální a bezproblémový provoz.
• Kurtosa > 3,0: Znamená to, že signál se stává „špičkovějším“ nebo impulzivnějším než obvykle. Rostoucí hodnota špičatosti je jasným varovným signálem rozvíjejících se nárazů. Hodnoty 5, 10 nebo i vyšší jsou běžné, pokud jsou přítomny významné vady ložisek nebo ozubených kol.
• Kurtosa < 3.0: Znamená, že signál je plošší než normální rozdělení. K tomu může někdy dojít u určitých typů tření nebo když v signálu dominují velmi čisté sinusové vibrace.

Životní cyklus kurtozity ložiskové poruchy

Při sledování poruchy ložiska od vzniku až po poruchu se hodnota špičatosti často řídí předvídatelným vzorem:

1. Zdravá fáze: Kurtosa je stabilní a blízká hodnotě 3,0.
2. Raná fáze poruchy: Vzniká mikroskopická vada. Vznikají ostré, zřetelné nárazy, které způsobují výrazný nárůst špičatosti (např. na 5,0 nebo více). Celková efektivní hodnota vibrací může být stále nízká. Toto je ideální čas pro detekci závady.
3. Fáze rozvinuté poruchy: Jak se defekt zvětšuje a šíří, nárazy se stávají častějšími a méně zřetelnými. Signál se opět začíná podobat náhodnému šumu, i když na mnohem vyšší energetické úrovni. V důsledku toho se hodnota špičatosti může *snížit* a vrátit se k hodnotě 3,0, zatímco efektivní hodnota vibrací (RMS) nyní začne dramaticky stoupat.
4. Pozdní/selhávací fáze: Ložisko je silně poškozené a vibrace jsou vysoké a často náhodné. Kurtosis zůstává blízko 3,0, ale hodnota RMS je nyní v alarmu.

Tento životní cyklus zdůrazňuje, proč je špičatost tak cenná. „Ideální bod“ pro detekci je v raných fázích, kdy špičatost stoupá. Spoléhání se pouze na RMS by znamenalo, že chyba nebude detekována, dokud se nestane významnou.

Omezení

Přestože je špičatost účinná metoda, měla by se používat spolu s dalšími technikami, jako je spektrální a vlnová analýza. Může být citlivá na náhodné, nesouvisející s přístrojem otřesy, proto je nejlepší ji použít jako parametr trendu. Konzistentní nárůst špičatosti v čase je mnohem spolehlivějším ukazatelem než jednorázová vysoká hodnota.

← Zpět na hlavní index