Diagnosticering af lejefejl
Lejefejl er mikroskopiske eller makroskopiske fejl — revner, skaller eller groper — på arbejdsfladefriktionen i et rulelejer. Fordi rulelejere er fundamentale for de fleste roterende maskiner og er et hyppigt fejlsted, er tidlig opdagelse af disse fejl et af de vigtigste arbejder inden for Vibrationsanalyse. En defekt frembringer et gentageligt, periodisk stød hver gang et ruleelement ruller over det, og præcis denne periodicitet gør fejlen synlig i spektrum længe før lejet overopheder eller bliver høreligt.
1. Lejefejls natur
Et typisk rulelejer består af fire dele: en ydre race, en indre race, et sæt kugler eller ruller og et bur, der holder elementerne jævnt fordelt. En defekt er en fejl på enhver af disse flader. Når et ruleelement passerer over den, genererer kontakten et lille, skarpt, højtfrekvent stød — et “klik.” Et enkelt klik bærer meget lidt energi, men støddene gentager sig ved hver passage og bygger et stærkt periodisk signal. Vibrationanalyse er usædvanlig god til at opdage denne type gentaget stødbelastning, hvilket er grunden til, at et forringet lejer kan opdages måneder i forvejen i stedet for ved tilstanden.
2. De fire grundlæggende fejlfrekvenser
Hjørnestenen i lejet-diagnostik er, at støddene for en given lejet-geometri og akselhastighed opstår med meget specifikke, forudsigelige hastigheder. Disse lejefejlfrekvenser are:
- BPFO (kuglens passeringsfrekvens, ydre race): hastigheden, hvormed ruleelementerne passerer et enkelt punkt på den stationære ydre race. Det er den mest almindeligt observerede lejet-defektfrekvens.
- BPFI (kuglens passeringsfrekvens, indre race): hastigheden, hvormed elementer passerer et punkt på den indre race. Fordi den indre race roterer med akselen, er BPFI højere end BPFO.
- BSF (kuglespinfrekvens): frekvensen, hvormed et ruleelement drejer omkring sin egen akse. En BSF-defekt viser ofte energi ved det dobbelte af denne hastighed, fordi fejlen rammen begge racer ved hver omdrejning af elementet.
- FTF (fundamental togfrekvens): burens rotationsfrekvens, eller “tog.” Det er en meget lav frekvens, typisk mindre end 0,5X løbehastighed.
Disse hastigheder afhænger af lejets geometri — stigningsdiameter, ruleelement-diameter, kontaktvinkel og antallet af elementer — sammen med akselhastighed. Vibrationssoftware bærer normalt en stor lejdatabase og beregner dem automatisk, og de kan arbejdes ud direkte med en Lejefejlfrekvensberegner når lejets delenummer eller dimensioner er kendt.
3. Hvordan lejefejl optræder i spektret
En udviklet defekt efterlader et karakteristisk mønster i FFT-spektrum:
- Højfrekvente toppe: fejlfrekvensen selv (for eksempel BPFO) vises som en top højt oppe i frekvensområdet, væk fra de lavfrekvente rotationalt begrundede toppe.
- Overtoner: den skarpe, impulslignende karakter af påvirkningerne genererer normalt flere harmoniske — nøjagtige multipler — af fejlfrekvensen, og en lang række af dem indikerer en veludviklet fejl.
- Sidebånd: dette er det kritiske diagnostiske marker. Fejlfrequenstop'en flankeres typisk af sidebands med 1X-afstande ved rotationshastighed. En BPFO-top med 1X-sidebands er en klassisk signatur for løbebane på ydersiden, mens en indvendigt beliggende lagerkøbehavn (BPFI) næsten altid bærer 1X-sidebands, fordi den roterende fejl bevæger sig ind og ud af lagerets belastningszone en gang pr. omdrejning, hvilket modulerer påvirkningsstyrken.
I de tidligste stadier er disse toppe små og let begravet i spektrets støjbund, hvilket er grunden til, at en specialiseret detektionsteknik normalt anvendes.
4. Konvolut-analyse til tidlig detektion
Envelopeanalyse, også kaldet demodulation, er den mest kraftfulde metode til at fange tidligstadiet lagerfejl. Det er en signalbehandlingsteknik, der båndpasfiltrerer den lavfrekvente, højenergitilførsel fra kilder såsom ubalance og fejljustering, og fokuserer derefter udelukkende på de højfrekvente, lavenergi-påvirkninger, som fejlen producerer. De gentagne påvirkninger resonerer med strukturens naturlige frekvenser, og konvolut-behandling ekstrapolerer påvirkningshyppigheden for denne resonans.
The resulting envelopspektrum er bemærkelsesværdigt "ren" og viser lagerfejlfrekvenserne og deres harmoniske klart mod en lav baggrund. Dette giver mulighed for detektion måneder — undertiden år — før lageret ville på anden måde fejle, hvilket giver den ledetid, der gør planlagt udskiftning mulig i stedet for en nødekskaveringsbrud.
5. Bekræftet diagnosen på stedet
En robust lagerkald hviler på at matche de målte toppe til de beregnede fejlfrekvenser og bekræfte det forventede sidebandmønster, ideelt set understøttet af et konvolut-spektrum og en klar opadgående tendens over successive målinger. Et bærbart to-kanals instrument såsom Balanset-1A gør det muligt for en ingeniør at opsamle spektrum på maskinen i dens egne lejer ved driftshastighed, så en formodet lagerfejl kan kontrolleres på stedet mod dens forudsagte frekvenser. Det er også værd at udelukke look-alikes: strukturel løshed og rulleelement-fejl kan begge øge bredbåndsenergi, men kun en sand lagerfejl stemmer overens med BPFO, BPFI, BSF eller FTF-familierne.
