Pochopení zrychlení ve vibrační analýze
Zrychlení je rychlost změny rychlosti objektu v závislosti na čase. V tom, čemu se říká analýza vibrací je to jeden ze tří základních parametrů měření, který kvantifikuje rychlost, s jakou rychlost vibrující součásti se mění. Kde výchylka říká, jak daleko se součást pohybuje, a rychlost říká, jak rychle, zrychlení je ve skutečnosti měřítkem sil působících na součást - díky tomu je velmi citlivé na vysokofrekvenční události, jako jsou nárazy a náhlé změny pohybu.
1. Definice: Co je to zrychlení vibrací?
Matematicky je zrychlení první časovou derivací rychlosti a druhou derivací posunutí. Pro těleso kmitající sinusově s frekvencí f, amplituda zrychlení se pro pevný posun škáluje se čtvercem frekvence – zdvojnásobením frekvence se zrychlení zečtyřnásobí. Tento jediný fakt vysvětluje, proč je zrychlení přirozeným jazykem rychlých a prudkých událostí: čím vyšší je frekvenční obsah poruchy, tím více vynikne v signálu zrychlení. Je to také důvod, proč analytik volí zrychlení, když sledované jevy se nacházejí v oblasti kilohertzů spíše než v blízkosti provozní rychlosti.
2. Proč je měření zrychlení důležité?
Měření zrychlení je základem důkladného monitorování stavu protože vyniká schopností zachytit chyby, které jemnější parametry mohou přehlédnout. Jeho význam spočívá v několika klíčových faktorech:
- Vysokofrekvenční detekce poruch: zrychlení je ze své podstaty citlivější na vysokofrekvenční vibrace, což z něj činí ideální parametr pro poškození valivých ložisek v rané fázi, problémy s ozubenými koly a buzení lopatek, které vyzařují energii vysoko ve spektru.
- Přímý vztah k síle: podle druhého Newtonova zákona (síla = hmotnost × zrychlení) je zrychlení přímo úměrné dynamickým silám uvnitř stroje. Čtení zrychlení tedy umožňuje přímý pohled na síly, z nichž pramení napětí a únava v komponentech.
- Široký dynamický rozsah: akcelerometry používané k jeho snímání pokrývají velmi široký rozsah frekvencí a amplitud, takže jsou univerzální pro mnoho typů strojů a rychlostí.
3. Jednotky a měření
Běžné jednotky
Zrychlení vibrací se obvykle vyjadřuje v jedné ze dvou jednotek:
- g: jednotka vztažená k tíhovému zrychlení Země, kde 1 g ≈ 9,81 m/s². g je oblíbená, protože poskytuje standardizovaný, intuitivní pocit, jak silně je součástka protřepávána.
- m/s² (nebo mm/s²): jednotka SI, metr za sekundu na druhou, která se upřednostňuje pro formální hlášení a výpočty.
Je vhodné jasně uvést, zda se jedná o špičkovou hodnotu, skutečnou špičkovou hodnotu nebo RMS, protože stejnou vibraci lze uvést třemi způsoby. Přepočet mezi g, m/s² a ekvivalenty rychlosti nebo posunutí při dané frekvenci je přesně to, co naše Kalkulačka vibračního zrychlení je určen pro.
Jak se měří?
Zrychlení se měří téměř výhradně zařízením zvaným akcelerometr — převodník, který převádí mechanickou sílu vibrací na proporcionální elektrický signál, přičemž piezoelektrický akcelerometr je nejběžnějším typem pro průmyslové monitorování stavu, ceněný pro svou robustnost, přesnost a širokou, plochou frekvenční odezvu. Jeho výstup lze analyzovat přímo nebo prostřednictvím elektronické integrace, místo toho je prezentován jako rychlost nebo posun.
4. Praktické aplikace v diagnostice
Při každodenní diagnostice se na základě údajů o zrychlení určují konkrétní problémy:
- Závady ložisek: mikroskopické defekty na běhových drahách ložisek, válečcích a kuličkách vytvářejí malé vysokofrekvenční rázové hroty. Měření zrychlení - zvláště v kombinaci s tím, čemu se říká obálková analýza k jejich demodulaci - jsou hlavní cestou k zachycení těchto závad v jejich nejranějším stadiu, kdy je lze stále aktivně řešit, často sledováním frekvence poruch ložisek.
- Analýza převodovky: vysokofrekvenční obsah z ozubení a nárazy od prasknutých nebo vyštípnutých zubů se zřetelně projevují ve spektru zrychlení, často přímo na frekvence záběru ozubených kol a jeho postranní pásma.
- Vysokorychlostní stroje: u turbín a vysokorychlostních kompresorů se dominantní frekvence nacházejí v pásmu, kde je zrychlení nejcitlivější, takže je to často preferované celkové měření.
Stejná všestrannost umožňuje přenosnému dvoukanálovému přístroji, jako je např. Balanset-1A sloužit jako vyvažovací i diagnostický nástroj: získává zrychlení ze svých senzorů, integruje na rychlost pro kontrolu závažnosti vůči ISO 20816 (moderní náhrada normy ISO 10816) a používá stejné kanály k měření 1× amplitudy a fáze pro terénní vyvažování.
5. Vztah k rychlosti a posunutí
Posunutí, rychlost a zrychlení jsou matematicky propojeny integrací a diferenciací. Pro jednoduché sinusové kmitání je rychlost integrálem zrychlení a posunutí je integrálem rychlosti; a naopak, diferenciace se pohybuje opačným směrem. Praktickým důsledkem je, že při stejné vibrační energii jsou amplitudy zrychlení přirozeně největší na vysokých frekvencích, zatímco amplitudy posunutí převládají na nízkých frekvencích - přičemž rychlost se nachází mezi nimi a zůstává relativně rovná ve středním pásmu. Právě proto analytici vybírají parametr, který nejlépe odpovídá frekvenčnímu rozsahu očekávané poruchy: posunutí pro pomalý pohyb hřídele, rychlost pro obecný stav strojního zařízení a zrychlení pro rychlé, silou řízené události ložisek a převodů.
6. Co Balanset-1A ukazuje o zrychlení
Balanset-1A snímá vibrace MEMS akcelerometry a udává vibrační rychlost v mm/s RMS; spektrum lze zobrazit v rychlosti nebo ve zrychlení. Porovnání obou zobrazení je rychlá kontrola, kde leží vibrační energie, než se rozhodnete vyvažovat.
- Umístěte oba snímače radiálně na tuhou část ložiskových skříní tak, aby celá plocha magnetu přiléhala. Neumisťujte je na kryty, víka ani na čelní plochu. Snímače nasazujte a přesouvejte pouze při zastaveném a zajištěném stroji.
- Otevřete Vibrometr (F5) a zůstaňte na záložce Wave Spectrum. Porovnejte V1s s V1o. Je-li složka 1× blízko celkové hodnotě, jsou vibrace převážně způsobeny nevývahou. Je-li mnohem menší, je většina energie v harmonických a šumu.
- Přepněte volič Spectrum pod grafem z Velocity na Acceleration (m/s2). Zrychlení dává větší váhu vyšším frekvencím, takže špičky při 2×, 3× a výše vzrostou vůči 1×. Při stejné rychlosti vykazuje 3× třikrát větší zrychlení než 1×: při 3000 ot/min odpovídá 1 mm/s RMS přibližně 0,31 m/s2 při 1× (50 Hz) a 0,94 m/s2 při 3× (150 Hz). Najeďte kurzorem na špičku a v nadpisu grafu si přečtěte její frekvenci a amplitudu.
- Závažnost posuzujte podle hodnot rychlosti, protože zóny vibrací podle ISO jsou udány v mm/s. Chcete-li V1s a V2s barevně označit podle zón, zvolte normu pro hodnocení vibrací na záložce F4 - Settings v hlavním okně.
- Pokud je 1× největší špičkou v zobrazení rychlosti a V1o je blízko V1s, pokračujte vyvažováním. Pokud špičky 2× nebo 3× v zobrazení rychlosti dosahují velikosti 1×, nejprve zkontrolujte souosost, ložiska a upevnění a teprve poté vyvažujte. Špička, která je velká jen v zobrazení zrychlení, je zvětšena svou frekvencí; před zásahem ji ověřte v zobrazení rychlosti.
