Geschwindigkeit in der Schwingungsanalyse verstehen
Geschwindigkeit ist die Änderungsrate von Verschiebung in Bezug auf die Zeit – einfach ausgedrückt: ein Maß für wie schnell sich ein schwingendes Bauteil bewegt. Von den drei Haupt- Vibration Parameter – Verschiebung, Geschwindigkeit und Beschleunigung — Die Geschwindigkeit ist der am häufigsten verwendete Indikator zur Beurteilung des allgemeinen Gesundheitszustands und Schwingungsintensität von allgemeinen rotierenden Maschinen über den gängigsten Diagnosefrequenzbereich. Sie nimmt sowohl im wörtlichen als auch im praktischen Sinne eine zentrale Stellung innerhalb des Trios ein: einen mathematischen Schritt entfernt vom Schwingweg und einen von der Schwingbeschleunigung.
1. Warum Schwinggeschwindigkeit der Maßstab für die Schwingungsintensität ist
Die Schwinggeschwindigkeit hat sich aus mehreren miteinander verbundenen Gründen zum Standardparameter für die allgemeine Schwingungsüberwachung entwickelt:
- Der beste Indikator für zerstörerische Energie: Die Energie, die eine Maschine beansprucht, hängt am unmittelbarsten mit der Geschwindigkeit zusammen. Ein bestimmtes Geschwindigkeitsniveau entspricht über einen weiten Bereich von Maschinengeschwindigkeiten und -typen hinweg einem relativ konstanten Beanspruchungsgrad, weshalb Grenzwerte einmal festgelegt und allgemein angewendet werden können.
- „Flacher“ Frequenzgang: Im für die Maschinendiagnostik entscheidenden Frequenzbereich – etwa 10 Hz bis 1.000 Hz oder 600 bis 60.000 CPM – liefert die Schwinggeschwindigkeit das ausgewogenste Bild. Sie reagiert fast gleich empfindlich auf niederfrequente Fehler wie Unwucht sowie auf Fehler mit höherer Frequenz wie Fehlausrichtung, was sie zu einem hervorragenden Allround-Einzelkennwert macht.
- Grundlage für internationale Standards: die weltweiten Normen für Maschinenschwingungen – vor allem ISO 20816, die die seit langem geltende Norm ISO 10816 abgelöst hat – verwenden Effektivwert Geschwindigkeit als primäre Kennzahl für Akzeptanzgrenzen und Alarmschwellenwerte in den verschiedenen Maschinenklassen. Die bekannten Grenzen der Zonen A/B/C/D in ISO 20816-3 werden in mm/s RMS angegeben.
2. Einheiten und Messung
Gemeinsame Einheiten
Die Schwinggeschwindigkeit wird üblicherweise in einer von zwei Einheiten angegeben:
- mm/s (Millimeter pro Sekunde): die SI-Einheit, die in den meisten Ländern der Welt verwendet wird.
- in/s (Zoll pro Sekunde): die imperiale Einheit, in den Vereinigten Staaten gebräuchlich.
Die Geschwindigkeit wird fast immer als Effektivwert Wert, da der Effektivwert den Energiegehalt des Signals am besten widerspiegelt. Wird stattdessen ein Spitzenwert angegeben, sollte dies deutlich gekennzeichnet werden, da die Umrechnung zwischen den beiden Werten eine Sinuskurve voraussetzt; ein Umrechner für Schwingungseinheiten übernimmt die Berechnungen und sorgt für die Einheitlichkeit von mm/s, in/s und dB.
Wie wird es gemessen?
Die Geschwindigkeit lässt sich auf zwei Arten ermitteln:
- Direkt, mit einem Geschwindigkeitssensor: ein elektrodynamischer Geschwindigkeitssensor erzeugt eine Spannung, die direkt proportional zur Schwinggeschwindigkeit ist. Diese robusten Moving-Coil-Aufnehmer waren einst weit verbreitet, wurden jedoch weitgehend durch Beschleunigungssensoren abgelöst.
- Durch die Integration eines Beschleunigungssensorsignals: die heute vorherrschende Methode. Eine robuste Beschleunigungsmesser misst die Beschleunigung, und der Datenerfasser oder das Überwachungssystem führt die Integration der diese in Geschwindigkeit umwandelt. Dies verbindet den breiten Frequenzbereich und die Langlebigkeit eines Beschleunigungssensors mit den diagnostischen Vorteilen des Geschwindigkeitsparameters.
3. Die Rolle der Geschwindigkeit in der Diagnostik
Ein hoher Gesamtgeschwindigkeitswert deutet darauf hin, dass eine Maschine ein Problem hat, sagt aber nichts darüber aus, worin das Problem besteht. Der nächste Schritt der Diagnose besteht darin, die Geschwindigkeitsspektrum und sehen, welche Frequenzen zu dem hohen Gesamtwert beitragen:
- Hohe Geschwindigkeit bei 1× U/min (Betriebsdrehzahl) points to Unwucht.
- Hohe Geschwindigkeit bei 2× U/min weist auf Fehlausrichtung.
- Eine Reihe von Geschwindigkeitsspitzen bei Laufgeschwindigkeit Obertöne bedeutet mechanisch Lockerheit.
Genau diesen Arbeitsablauf durchläuft ein Feldmessgerät. Ein tragbarer Zweikanal-Analysator wie der Balanset-1A misst die Gesamtgeschwindigkeit an jedem Lager und zerlegt diese anschließend in ein Spektrum, sodass der Ingenieur die 1×-, 2×- und harmonischen Anteile ablesen kann – und, falls die Ursache in einer Unwucht liegt, direkt mit der Korrektur an den Lagern der Maschine fortfahren kann.
4. Geschwindigkeit im Vergleich zu Schwingweg und Beschleunigung
Es gibt keinen Parameter, der in jedem Bereich optimal ist; jeder dominiert einen anderen Teil des Frequenzbereichs:
- Verschiebung eignet sich am besten für Bewegungen im sehr niedrigen Frequenzbereich – Wellenorbits, strukturelle Bewegungen und Lagerspiele – und ist die naheliegende Wahl für proximity-probe Messungen an Gleitlagern.
- Geschwindigkeit deckt den breiten Mittenbereich ab, in dem die meisten Fehler bei rotierenden Maschinen auftreten, und ist damit der gängige Parameter für die Gesamtschwingungsintensität.
- Beschleunigung ist am besten bei sehr hohen Frequenzen, wo es frühe Lager und Gang Fehler, die von der Schwinggeschwindigkeit zu stark untergewichtet würden.
Sie können zwischen den drei Optionen wechseln, indem Sie Integration (Beschleunigung → Geschwindigkeit → Weg) und Differenzierung in die andere Richtung. Dennoch bleibt die Schwinggeschwindigkeit der mit Abstand wichtigste Parameter, um sich einen Überblick über den dynamischen Zustand einer Maschine im normalen Betriebsbereich zu verschaffen – und eine schnelle Möglichkeit, einen Messwert mit den ISO-Zonen abzugleichen, ist die Tabelle zur Schwingungsstärke.
