Analýza kepstra ve vibrační diagnostice

Definice: Co je to kepstrum?

Analýza kepstru je pokročilá technika zpracování signálu, která poskytuje informace o periodických strukturách ve frekvenčním spektru. Název „kepstrum“ je anagram slova „spektrum“, což naznačuje jeho podstatu: v podstatě se jedná o „spektrum spektra“. Vypočítává se logaritmováním frekvenčního spektra a následným provedením inverzní Fourierovy transformace výsledku. Tento proces zvýrazňuje periodické vzory ve spektru, jako jsou rodiny harmonických nebo postranní pásma, které by mohlo být obtížné rozeznat při přímém pohledu na spektrum.

V kepstrálním grafu se osa x nazývá quefrency (anagram frekvence) a má jednotky času. Vrcholy na této ose, nazývané rahmonics, udávají periodu (v sekundách) opakujících se vzorů v původním spektru.

Proč používat analýzu kepstru?

Standardní FFT spektrum je sice vynikající pro identifikaci jednotlivých frekvenčních složek, ale může se stát nepřehledným a obtížně interpretovatelným, pokud porucha stroje generuje velké množství harmonických a postranních pásem. Analýza kepstra to zjednodušuje sloučením celé rodiny opakujících se frekvencí do jednoho, jasného vrcholu. Její primární využití je:

• Detekce harmonických rodin: Dokáže snadno identifikovat základní frekvenci a její harmonické, i když je samotná základní frekvence slabá nebo ve spektru chybí.
• Identifikace rodin postranních pásem: Vyniká v hledání postranních pásem, která mají často nízkou amplitudu a jsou zašuměna šumem. Cepstrum dokáže jasně ukázat přítomnost postranních pásem a změřit jejich rozestup.
• Oddělení účinků zdroje a cesty: V některých aplikacích to může pomoci oddělit signál zdroje vibrací od strukturální odezvy stroje.
• Detekce ozvěny: Dokáže identifikovat ozvěny nebo odrazy v signálu.

Klíčové aplikace v diagnostice strojů

1. Diagnostika převodovky

Toto je nejběžnější a nejúčinnější aplikace analýzy kepstra. Poškozený zub ozubeného kola moduluje frekvenci záběru ozubeného kola (GMF), čímž vytváří postranní pásma kolem vrcholu GMF rozmístěná podle rychlosti otáčení daného ozubeného kola. Ve složité převodovce s více hřídeli a ozubenými koly může být spektrum matoucí směsicí různých GMF a postranních pásem. Kepstrum tuto složitost prořezává:

• Vrchol v kepstru na frekvenci odpovídající periodě otáčení ozubeného kola (1 / ot./min.) je jasným indikátorem závady na daném ozubeném kole.
• Amplitudu vrcholu kepstra lze sledovat trendem pro sledování postupu opotřebení ozubeného kola.

2. Analýza valivých ložisek

Podobně jako u převodovek, i vady ložisek generují postranní pásma. Například vada na vnitřním kroužku vytvoří postranní pásma rozmístěná v rozmezí otáček hřídele kolem frekvence vady vnitřního kroužku (BPFI) a jejích harmonických. Kepstrum může pomoci potvrdit přítomnost těchto vzorců, zejména pokud nejsou ve spektru zřejmé.

3. Analýza turbosoustrojí

V turbínách a kompresorech lze kepstrum použít k identifikaci harmonických složek frekvence průchodu lopatek a diagnostice problémů souvisejících s poškozením lopatek nebo aerodynamickými problémy.

Jak interpretovat graf kepstra

1. Vypočítejte rotační periody: Než se podíváme na kepstrum, vypočítejte si časové periody hlavních rotujících součástí (např. pro hřídel s otáčkami 1800 ot./min nebo 30 Hz je perioda 1/30 = 0,033 sekundy).
2. Hledejte vrcholy ve známých obdobích: Prozkoumejte kepstrum, zda se na něm nenacházejí významné vrcholy (rahmoniky), které by odpovídaly těmto vypočítaným časovým obdobím.
3. Identifikujte harmonické: Hledejte vrcholy na celočíselných násobcích základní frekvence. Ty naznačují přítomnost silných harmonických rodin v původním spektru.
4. Amplitudy trendu: Sledujte amplitudu vrcholů kepstra v čase. Rostoucí amplituda naznačuje zhoršující se stav.

Kepstrální analýza je mocný nástroj, jehož efektivní používání vyžaduje zkušenosti, ale u složitých strojů, jako jsou převodovky, může poskytnout diagnostickou jasnost, kterou samotná spektrální analýza nedokáže srovnat.

← Zpět na hlavní index