Pochopení hladiny akustického tlaku
Hladina akustického tlaku (SPL) je logaritmická míra akustického tlaku vzhledem k referenční hodnotě, vyjádřená v decibelech (dB). U strojů vyjadřuje intenzitu hluku - hlasitost vyzařovanou strojem - měřenou mikrofonem nebo zvukoměrem ve stanovené vzdálenosti. SPL úzce souvisí s vibrace, protože vibrující povrchy vyzařují zvuk, což z akustického měření činí přirozený doplněk k měření zvuku. analýza vibrací pro hodnocení stavu stroje - zejména pro aerodynamické závady, závady převodů a ložisek, které vytvářejí charakteristické tónové nebo širokopásmové signatury.
Ačkoli je SPL především ukazatelem zdraví při práci a životního prostředí - ochrana sluchu, hlukové předpisy, limity v obci - má skutečnou diagnostickou hodnotu. Změny hluku často předcházejí nebo doprovázejí mechanickou degradaci a akustické spektrum může identifikovat specifické závady prostřednictvím frekvenčních vzorců, které odrážejí vzorce pozorované ve vibracích. spektrum.
1. Matematika: Proč decibely?
SPL je definována jako:
SPL (dB) = 20 × log₁₀(P / P₀), kde P je naměřený akustický tlak v pascalech a P₀ = 20 µPa, což je referenční tlak odpovídající prahu lidského sluchu.
Logaritmus existuje z praktického důvodu: ucho se vyrovnává s obrovským rozsahem tlaků - od nejslabšího slyšitelného zvuku až po práh bolesti se tlak pohybuje v rozmezí přibližně milionu. Logaritmická stupnice stlačuje tento rozsah na zvládnutelných 0-120+ dB. To také vysvětluje aritmetiku, která překvapuje nováčky: protože stupnice je logaritmická, zdvojnásobení zvuku moc přidává pouze 3 dB a dva stejně hlasité stroje dohromady jsou o 3 dB hlasitější než jeden - ne dvakrát hlasitější. Kombinace zdrojů je tedy logaritmický součet, který snadno zvládneme pomocí našeho systému. Kalkulačka sčítání hladin hluku nebo převést mezi tlakem a decibely pomocí Převodník hladiny zvuku.
Jako přibližný průvodce měřítkem: 0 dB je práh slyšení; 30-40 dB tichá místnost; 60-70 dB běžný hovor; 80-90 dB hlučné stroje, kde se doporučuje ochrana sluchu; 100-110 dB velmi hlasité stroje, kde je vyžadována; a 120 dB a více práh bolesti s rizikem okamžitého poškození sluchu.
2. Jak se měří SPL
Měřiče hladiny zvuku
- Přesný mikrofon napájející měřič, který používá frekvenční a časové vážení a zobrazuje výsledek v dB SPL.
- Přístroje jsou zařazeny do třídy 1 (přesné) nebo třídy 2 (univerzální) podle následujících bodů IEC 61672.
Vzdálenost měření
- Blízké pole: pod 1 m od zdroje, což je užitečné pro přesné určení hlučné složky.
- Vzdálené pole: za hranicí 1 m, kde platí podmínky volného pole; 1 m je běžným standardem pro strojní zařízení.
- Ve volném poli SPL klesá přibližně o 6 dB na každé zdvojnásobení vzdálenosti - základem Kalkulačka útlumu hluku v závislosti na vzdálenosti.
Vážení frekvence
- Vážení A (dBA): tvaruje odezvu tak, aby napodobovala citlivost ucha; zdaleka nejčastější pro hodnocení hluku.
- Vážení C (dBC): relativně plochý, zachovává nízkofrekvenční obsah pro špičkový a impulsní šum.
- Z / lineární (dBZ): bez vážení; každá frekvence se počítá stejně, což je výhodné pro inženýrskou analýzu.
3. Vztah k vibracím
Zvukové vyzařování z vibrujícího povrchu
- Vibrující povrch tlačí na okolní vzduch a vyzařuje zvukové vlny.
- Vyzařovaný akustický výkon stoupá zhruba s rychlost² × plocha, takže vyšší povrch rychlost obecně znamená vyšší SPL.
- Tato souvislost však není přesná - účinnost vyzařování se výrazně liší v závislosti na frekvenci a geometrii panelu, takže dva stejně vibrující povrchy mohou vyzařovat velmi rozdílně.
Diagnostická korelace
- Problémy s ložisky: vysokofrekvenční syčení nebo skřípání.
- Problémy s převodovkou: charakteristické kvílení při frekvenci záběru.
- Nevyváženost: nízkofrekvenční dunění při 1×. provozní otáčky.
- Kavitace: náhodné praskání nebo lupnutí při rozpadu bublinek páry.
4. Analýza akustického spektra
Stejně jako v případě vibrací se při transformaci zvukového signálu na frekvenční spektrum rozdělí složitý hluk na diagnostikovatelné části.
Tónové složky
- Ozubený záběr: čistý tón na frekvenci zapojení zubu, často s postranní pásma.
- Předávání čepelí: tón na frekvenci průchodu lopatek ventilátoru nebo kompresoru.
- Elektrický: hučení motorů o frekvenci 120/100 Hz při dvojnásobku síťové frekvence.
- Nosné tóny: rodina četnost poruch ložisek harmonické.
Širokopásmový šum
- Aerodynamický: turbulence a hluk proudění.
- Kavitace: náhodný kolaps bubliny v širokém pásmu.
- Poškození ložisek: a širokopásmový nárůst při degradaci povrchů.
- Tření: nepřetržité náhodné emise.
5. Aplikace
Měření SPL má své místo ve čtyřech praktických oblastech:
- Monitorování stavu: doplňují údaje o vibracích, často poskytují první náznak závady ložiska - hluk se může zvýšit dříve než vibrace skříně - a sledují opotřebení převodovky prostřednictvím změn kvality hluku.
- Kontrola kvality: přejímací zkoušky nových zařízení podle limitů hluku, ověřování po opravě a kontroly kvality výrobků ve výrobě.
- Dodržování předpisů: limitů expozice na pracovišti (OSHA, směrnice EU), limitů hluku v komunitě a specifikací zařízení, podpořených nástroji pro měření expozičních dávek, jako je např. Kalkulačka expozice hluku.
- Řešení problémů: lokalizovat zdroje hluku, seřadit zdroje, které přispívají k celkovému hluku zařízení, a ověřit účinek opatření ke snížení hluku.
Jako pravidlo, co očekávat, lze uvést, že typické hladiny A ve vzdálenosti 1 m se pohybují kolem 70-85 dBA u elektromotorů, 75-90 dBA u odstředivých čerpadel, 80-100 dBA u ventilátorů a dmychadel, 75-95 dBA u převodovek, 85-105 dBA u kompresorů a 95-110 dBA u dieselových motorů.
6. Hluk jako diagnostický indikátor
Při poslechu stroje v průběhu času jsou důležité dva druhy změn. A stoupající úroveň ukazuje na poškození ložisek (skřípání nebo pískání), opotřebení převodovky (zesilující se kvílení), problémy s mazáním (zvyšující se třecí hluk) nebo uvolněnost (chrastění). A změna charakteru - objevují se nové tóny, mění se frekvence, objevují se přerušované nebo modulované zvuky - to je stejně důležité a signalizuje to rozvíjející se problém, i když se celková hodnota dBA téměř nezměnila.
Akustické metody mají své limity: měřič SPL slyší vše v okolí, takže hlučný sousední stroj, odrazy od stěn a hluk v pozadí závodu znečišťují údaje způsobem, kterému se kontaktní snímač vyhne. Proto se technici pro potvrzení mechanické závady a zejména pro její odstranění obracejí na přímé měření vibrací. Pokud průzkum hluku naznačuje nevyváženost, může být použit přenosný dvoukanálový analyzátor, jako např. Balanset-1A může potvrdit měřením 1× amplitudy a fáze na ložisku a následně vyvážit rotor na místě - izolovat skutečný mechanický zdroj, který mikrofon mohl pouze naznačit.
7. Standardy měření
- IEC 61672: specifikace pro měřiče hladiny zvuku.
- ISO 3744: určování akustického výkonu z akustického tlaku.
- ISO 1680: zkušební předpis pro hluk točivých elektrických strojů.
- ANSI S12.19: měření hluku strojů.
Spolu s vibracemi doplňuje SPL kompletní obraz o stavu stroje: mikrofon někdy varuje jako první. akcelerometr potvrzuje a lokalizuje a společně poskytují úplnější hodnocení, než by dokázal každý z nich samostatně.
