Schaufeldurchgangsfrequenz (BPF) in der Schwingungsanalyse

Definition: Was ist die Blattdurchgangsfrequenz?

Blattdurchgangsfrequenz (BPF) ist eine wichtige Frequenzkomponente im Schwingungsverhalten aerodynamischer und hydrodynamischer Maschinen wie Ventilatoren, Pumpen, Gebläsen und Kompressoren. Sie gibt die Geschwindigkeit an, mit der die rotierenden Schaufeln oder Flügel eines Laufrads einen stationären Punkt wie eine Trennschaufel, einen Diffusor oder einen Sensor passieren. Diese Wechselwirkung erzeugt bei jedem Schaufeldurchgang eine deutliche Druckpulsation, die ein Schwingungssignal mit vorhersagbarer Frequenz erzeugt.

So berechnen Sie die Blattdurchgangsfrequenz

Der BPF lässt sich einfach berechnen und ist eine Funktion der Drehzahl der Maschine und der Anzahl der Schaufeln an ihrem Laufrad oder Rotor.

Die Formel lautet:

BPF = Anzahl der Blätter × Drehzahl

Beispielsweise hätte ein Ventilator mit 7 Flügeln und einer Drehzahl von 1.800 U/min einen BPF von:

BPF = 7 Klingen × 1.800 U/min = 12.600 CPM (Zyklen pro Minute)

Um dies in Hertz (Hz) umzurechnen, teilen Sie einfach durch 60:

BPF = 12.600 CPM / 60 = 210 Hz

Warum ist BPF in der Maschinendiagnose wichtig?

Vibrationen bei der Blattdurchgangsfrequenz sind ein normales und zu erwartendes Merkmal jeder Maschine, die Luft oder Flüssigkeit mit Rotorblättern bewegt. Die Amplitude der Vibration bei dieser Frequenz ist jedoch ein wichtiger Indikator für den mechanischen und aerodynamischen Zustand der Maschine. Eine deutliche Erhöhung der BPF-Amplitude oder das Auftreten von Oberschwingungen deutet oft auf sich entwickelnde Probleme hin.

Häufige Probleme, die durch eine hohe BPF-Amplitude angezeigt werden

Erhöhte Vibrationen bei 1xBPF oder seinen Vielfachen (2xBPF, 3xBPF usw.) können ein Symptom für verschiedene Probleme sein:

• Aerodynamische oder hydraulische Probleme: Eine Hauptursache ist ein ungleichmäßiger oder turbulenter Durchfluss am Einlass oder Auslass der Maschine. Dies kann auf Verstopfungen, unsachgemäße Leitungsführung oder den Betrieb der Maschine weit entfernt von ihrem Best Efficiency Point (BEP) zurückzuführen sein.
• Unwucht des Rotors oder Laufrads: Während sich Unwucht vor allem bei der einfachen Drehzahl zeigt, kann eine ungleichmäßige Massenverteilung auch zu einer ungleichmäßigen Schaufelbelastung und einem erhöhten BPF führen.
• Beschädigung oder Verschleiß der Klinge: Eine gerissene, verbogene, abgesplitterte oder erodierte Klinge stört die gleichmäßigen Druckpulsationen und führt zu einer deutlichen Zunahme der BPF-Vibrationen.
• Unzureichende Abstände: Eine exzentrische Position des Rotors in seinem Gehäuse oder ein falscher Abstand zwischen den Schaufelspitzen und dem Gehäuse können zu starken Druckpulsationen führen, wenn die Schaufeln die engste Stelle passieren.
• Strukturelle Resonanz: Wenn der BPF oder eine seiner Harmonischen eine Eigenfrequenz der Maschinenstruktur, der Rohrleitungen oder des Fundaments anregt, wird die Vibration stark verstärkt.

Harmonische der Blattdurchgangsfrequenz (2xBPF, 3xBPF)

Das Vorhandensein starker Oberwellen des BPF weist häufig auf ein schwerwiegenderes Problem oder eine ausgeprägtere, stärkere Pulsation im Flüssigkeitsstrom hin. Beispielsweise kann eine stark verbogene Schaufel oder ein erhebliches Hindernis in der Nähe des Laufrads einen schärferen, weniger sinusförmigen Druckimpuls erzeugen, der sich als mehrere Oberwellen im FFT-Spektrum manifestiert.

Analysetechniken

Die Diagnose von BPF-bezogenen Problemen umfasst:

1. Berechnung des BPF: Bestimmen Sie zunächst den theoretischen BPF basierend auf der bekannten Blattanzahl und Geschwindigkeit.
2. Spektrumanalyse: Untersuchen Sie das FFT-Spektrum, um Spitzen bei 1xBPF und seinen Harmonischen zu identifizieren.
3. Trend: Vergleichen Sie die aktuelle BPF-Amplitude mit historischen Daten. Ein plötzlicher oder allmählicher Anstieg ist ein klares Zeichen für eine Verschlechterung.
4. Phasenanalyse: Mithilfe eines Zweikanalanalysators können Phasenmessungen dabei helfen, festzustellen, ob das Problem mit der Bewegung des Rotors zusammenhängt oder ein strukturelles Problem darstellt.

Durch die Überwachung der Blade Pass Frequency können Wartungsteams wertvolle Erkenntnisse über den Zustand ihrer kritischen rotierenden Geräte gewinnen und potenzielle Ausfälle erkennen, bevor sie auftreten.

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