Envelope-analyse (demodulation) til tidlig fejldetektion

Definition: Hvad er envelopeanalyse?

Konvolutanalyse, også kendt som demodulation eller højfrekvent omslutning, er en kraftfuld signalbehandlingsteknik, der anvendes i vibrationsanalyse til at detektere tidlige fejl i rulleelementlejer og gearkasser. Disse typer fejl, såsom mikroskopiske revner eller afskalninger, genererer en række lavenergiske, højfrekvente spændingsbølger eller "stød", hver gang et rulleelement passerer over defekten. Omslutningsanalyse er en metode til at udtrække disse gentagne stødsignaler fra maskinens generelle baggrundsvibration.

Hvorfor er standard FFT ikke nok?

Energien fra disse små indledende stød er ofte for lav og har en for høj frekvens til at kunne ses i et standardvibrationsspektrum (FFT). Signalet er ofte begravet i støjgulvet eller overvældet af større, laverefrekvente vibrationer fra kilder som ubalance eller forkert justering. Stødene fungerer som en *modulator* for maskinens naturlige resonansfrekvenser. Envelope-analyse er designet til at demodulere dette signal og afsløre de underliggende fejlfrekvenser.

Konvolutanalyseprocessen

Teknikken fungerer ved at isolere højfrekvente signaler og derefter undersøge deres repetitionshastighed. Processen involverer flere trin:

1. Båndpasfiltrering: Det rå vibrationssignal føres først gennem et højpas- eller båndpasfilter. Dette fjerner al den stærke, lavfrekvente vibration (f.eks. under 1 kHz eller 5 kHz) og isolerer den højfrekvente ringning og stressbølger, der er forbundet med stødene.
2. Berigtigelse: Det filtrerede højfrekvente signal ensrettes derefter, hvilket i bund og grund vender den negative del af signalet til at være positiv. Dette forbereder signalet til enveloping.
3. Indhylling (lavpasfiltrering): Et lavpasfilter anvendes på det ensrettede signal. Dette udjævner det højfrekvente bærebølgesignal og efterlader kun "konvolutten" - en bølgeform, der repræsenterer amplitudemodulationsmønsteret, som er gentagelseshastigheden for de oprindelige anslag.
4. FFT af konvolutten: Endelig udføres en Fast Fourier Transform (FFT) på dette nye envelope-signal. Det resulterende "envelope-spektrum" viser tydeligt hyppigheden af de gentagne stød.

Diagnosticering af fejl med envelope-spektret

Toppene i envelopespektret svarer til lejets beregnede fejlfrekvenserVed at sammenligne toppene i spektret med disse kendte frekvenser kan en analytiker bestemme den nøjagtige placering af forkastningen:

• BPFO (Boldafleveringsfrekvens, Ydre Løbebane): Indikerer en defekt på lejets stationære ydre ring.
• BPFI (Boldafleveringsfrekvens, indre løb): Indikerer en defekt på den roterende indre ring. Denne top vil ofte have sidebånd ved 1x omdr./min., fordi defekten bevæger sig ind og ud af belastningszonen.
• BSF (Boldspinfrekvens): Angiver en defekt på et af rulleelementerne (kuglerne eller rullerne).
• FTF (Grundlæggende Togfrekvens): Den langsomste frekvens, hvilket indikerer en fejl i lejeburet, der holder rullerne på plads.

Tilsvarende kan envelope-spektret for gearkasser afsløre toppe ved driftshastigheden af et gear med en revnet eller brækket tand, hvilket indikerer gentagen stød én gang pr. omdrejning.

Kraften ved tidlig opdagelse

Den primære fordel ved envelope-analyse er dens følsomhed. Den kan detektere leje- og gearfejl måneder eller endda et år, før de bliver synlige i et standardhastighedsspektrum eller genererer nok varme til at blive set med infrarød termografi. Dette giver en uvurderlig tidlig advarsel, der gør det muligt at planlægge og skemalægge vedligeholdelse med minimal forstyrrelse, hvilket forhindrer katastrofale fejl og sekundære skader.

← Tilbage til hovedindekset