Schwebungen in der Schwingungsanalyse: Ursachen und Identifikation
Unter Schwingungsanalyse, Prügel (oder ein schlagen) ist ein charakteristisches Phänomen, das durch einen langsamen, periodischen Anstieg und Abfall der Amplitude einer Vibration Signal. Sie tritt auf, wenn zwei getrennte Schwingungskomponenten mit sehr engen - aber nicht identischen - Abständen auftreten. Frequenz zur gleichen Zeit vorhanden sind und sich verbinden. Das Ergebnis Zeitwellenform sieht aus wie eine einzelne Sinuswelle, deren Amplitude in einem rhythmischen, fast atmenden Muster langsam an- und abschwillt. Das Erkennen einer Schwebung ist wertvoll, weil sie eine direkte, eindeutige Signatur zweier koexistierender Quellen ist, die mit nahezu derselben Geschwindigkeit laufen.
1. Definition: Was ist ein Vibrationsschlag?
Eine Schwebung ist keine eigenständige Frequenz, sondern die hör- und messbare Folge der Wechselwirkung zweier Frequenzen. Für das Ohr erzeugt sie einen charakteristischen “trällernden” oder pulsierenden Klang; auf einem Amplitude Messgerät zeigt sich dies als ein Messwert, der nicht konstant bleibt, sondern in einem regelmäßigen Zyklus auf und ab schwankt. Je näher die beiden Quellfrequenzen beieinander liegen, desto langsamer und ausgeprägter wird das Anschwellen; je weiter sie voneinander entfernt sind, desto schneller wird die Pulsation, bis das Ohr und der Analysator schließlich nur noch zwei unterschiedliche Töne anstelle eines modulierten Tons hören.
Damit unterscheidet sich das Schlagen grundlegend von Amplitude Modulation, die durch einen Fehler in einer einzelnen Maschine verursacht wird. Eine Schwebung benötigt zwei unabhängige Erregungen vergleichbarer Stärke; sie ist eine Störung Wirkung, nicht ein Defekt in einer Komponente.
2. Die Physik hinter dem Schlagen
Die Schwebung ist das Ergebnis konstruktiver und destruktiver Interferenz. Wenn sich die Spitzen der beiden Schwingungswellen ausrichten (in Phase), addieren sich ihre Amplituden, was eine höhere Gesamtamplitude ergibt. Wenn die Spitze der einen Welle mit dem Tal der anderen zusammenfällt (phasenverschoben), heben sich die Amplituden teilweise oder ganz auf, was zu einer geringeren Gesamtamplitude führt. Dieser kontinuierliche Zyklus von Verstärkung und Auslöschung erzeugt das charakteristische klopfende Klang- und Vibrationsmuster.
Die Frequenz dieser Amplitudenmodulation, bekannt als Schwebungsfrequenz, ist gleich der absoluten Differenz zwischen den beiden Quellfrequenzen.
Schlagfrequenz = |Frequenz 1 - Frequenz 2|
Wenn zum Beispiel zwei Maschinen Schwingungen mit 29,5 Hz und 30,5 Hz erzeugen, beträgt die resultierende Schwebungsfrequenz |29,5 - 30,5| = 1,0 Hz. Die Gesamtamplitude steigt und fällt also einmal pro Sekunde. Beachten Sie eine wichtige Feinheit: Die tatsächlich gefühlte Schwingung schwingt immer noch ungefähr mit der Durchschnitt der beiden Frequenzen (hier etwa 30 Hz), während die darüber liegende langsame Hüllkurve mit der Schwebungsrate von 1 Hz pulsiert. Die maximale Amplitude, die bei jeder Spitze dieser Hüllkurve erreicht wird, ist die Summe der beiden Einzelamplituden - so können sich zwei gleiche 2 mm/s-Quellen kurzzeitig zu fast 4 mm/s kombinieren.
3. Häufige Ursachen für Schläge in Industriemaschinen
Da eine Schwebung unverkennbar auf zwei eng beieinander liegende Antriebsfrequenzen hinweist, ist sie ein nützlicher diagnostischer Anhaltspunkt. Häufige Quellen in industriellen Umgebungen sind u. a.:
- Mehrere Maschinen auf einer gemeinsamen Struktur: Das klassische Beispiel sind zwei identische Pumpen oder Ventilatoren, die auf derselben Grundplatte oder im selben Rohrleitungssystem laufen. Wenn sich ihre Betriebsdrehzahlen geringfügig unterscheiden (z. B. 1780 U/min und 1785 U/min), erzeugen sie eine niederfrequente Schwebung. Dies ist eng verwandt mit Drehfrequenz (1×) Vibrationen von jedem Gerät.
- Elektromotoren: zwischen der Rotationsfrequenz des Motors und einer elektrischen Frequenz - zum Beispiel der Poldurchgangsfrequenz in einem Asynchronmotor, wo sie sich mit der doppelten Schlupffrequenz. Diese Beats sind ein Markenzeichen für bestimmte elektrische Störungen.
- Mehrstufige Pumpen oder Kompressoren: Interaktion zwischen verschiedenen Stufen, die mit leicht unterschiedlichen effektiven Geschwindigkeiten laufen.
- Getriebe: Interaktion zwischen zwei Verzahnungsfrequenzen mit einer ähnlichen Anzahl von Zähnen.
- Hydraulische oder aerodynamische Pulsationen: Wechselwirkung zwischen zwei verschiedenen Quellen strömungsbedingter Turbulenzen, wie z. B. Überschneidungen hydraulische Kräfte oder aerodynamische Kräfte.
4. Identifizierung von Schwebungen in Schwingungsdaten
Zeit-Wellenform-Analyse
Die Zeitwellenform ist die direkteste Art, das Schlagen zu beobachten. Das Signal zeigt ein klares, sich wiederholendes Muster der Amplitudenmodulation. Die Zeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden Amplitudenspitzen (oder zwei Tälern) ist die Schwebungsperiode; ihr Kehrwert ist die Schwebungsfrequenz. Ein langes Aufnahmefenster ist unerlässlich - wenn die Aufzeichnung kürzer als eine Schwebungsperiode ist, sehen Sie nur einen Bruchteil der Dünung und können sie als einfachen steigenden oder fallenden Trend missverstehen.
Analyse des Frequenzspektrums (FFT)
In der Frequenz Spektrum, erscheint ein Beat als zwei deutliche Spitzen, die sehr nahe beieinander liegen. Eine Norm FFT kann die Auflösung fehlen, um sie zu trennen, so dass sie zu einem einzigen breiten Peak verschmelzen. Um die Schwebung richtig zu diagnostizieren, muss der Analytiker die spektrale Auflösung erhöhen - mit mehr Linien, einer längeren Erfassung oder einem Zoom FFT auf den interessierenden Bereich konzentriert. Sie können die erforderliche Zeilenanzahl und Bandbreite im Voraus mit einer FFT-Auflösungsrechner. Nach der Auflösung werden die beiden Frequenzkomponenten, die die Schwebung erzeugen, deutlich sichtbar, und ihr Abstand sollte der beobachteten Schwebungsfrequenz entsprechen.
5. Der Beat in der praktischen Feldmessung
Vor Ort ist es mit dem richtigen Gerät einfach, einen echten Beat von einem einzelnen Fehler zu unterscheiden. Ein tragbarer Zweikanal-Analysator wie der Balanset-1A können Sie die Live-Zeit-Wellenform und ein hochauflösendes Spektrum nebeneinander betrachten. Indem Sie einen Kanal auf jedes Gerät legen, können Sie feststellen, ob zwei Geräte mit nahezu gleicher Leistung laufen. Betriebsdrehzahl sind die Quelle. Da das Schlagen den Spitzenwert aufbläht, lohnt es sich auch zu prüfen, ob die geschwollene Amplitude eine Alarmstufe selbst wenn die durchschnittliche Schwingung akzeptabel ist - die Gipfel und RMS-Messungen werden unterschiedliche Ergebnisse liefern.
6. Ist Schlagen ein Problem?
Das Schlagen selbst ist kein Fehler - es ist ein Symptom für interagierende Frequenzen. Es kann aber dennoch problematisch sein:
- Lästiger Lärm: Das auf- und abschwellende Geräusch ist für das Personal oft auffälliger und störender als ein konstanter Ton.
- Bedenken hinsichtlich der Spitzenamplitude: Die maximale Amplitude während der konstruktiven Interferenz kann fast doppelt so hoch sein wie die der beiden Einzelsignale. Dieser Spitzenwert kann die Alarmgrenzen überschreiten oder eine übermäßige zyklische Belastung für die Komponenten darstellen - die mechanische Ermüdung - selbst wenn die durchschnittliche Vibration akzeptabel erscheint.
- Verdeckung anderer Probleme: Das schwankende Signal kann es erschweren, andere, unter der Modulation verborgene Schwingungsprobleme zu erkennen.
Um einen störenden Beat zu beheben, müssen in der Regel die beiden Quellfrequenzen identifiziert und dann entweder die Geschwindigkeit einer Maschine verändert werden (so dass die beiden Frequenzen nicht mehr zusammenfallen) oder die Struktur neu abgestimmt werden, um sie von der Resonanz, oder das Hinzufügen von Dämpfung um die Amplitudenspitzen zu unterdrücken. Ist die zugrundeliegende 1×-Komponente selbst überhöht, kann die Korrektur der Unwucht auf jeder Maschine reduziert die Energie, die für das Schlagen zur Verfügung steht, von vornherein.
