Das Wasserfalldiagramm (Kaskadendiagramm) in der Schwingungsanalyse

Definition: Was ist ein Wasserfalldiagramm?

A Wasserfall-Grundstück, auch bekannt als Kaskadendiagrammist ein dreidimensionales Diagramm, das die Veränderung eines Schwingungsspektrums im Laufe der Zeit oder in Abhängigkeit von einer anderen Variable, meist der Maschinengeschwindigkeit, visualisiert. Das Diagramm besteht aus einer Reihe einzelner FFT-Spektren, die hintereinander „gestapelt“ sind und so eine dreidimensionale Oberfläche erzeugen, die einem Wasserfall ähnelt. Diese Darstellung macht deutlich, wie sich die Amplituden verschiedener Schwingungskomponenten bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen der Maschine verändern.

Die drei Achsen eines typischen Wasserfalldiagramms sind:

• X-Achse: Frequenz
• Y-Achse: Amplitude
• Z-Achse: Zeit oder häufiger RPM (Maschinengeschwindigkeit)

Die primäre Anwendung: Hochlauf- und Ausrolltests

Die wichtigste Anwendung eines Wasserfalldiagramms ist die Analyse von Schwingungsdaten, die beim Anfahren (Hochfahren) oder Herunterfahren (Auslaufen) einer Maschine erfasst werden. Während dieser transienten Ereignisse durchläuft die Drehzahl der Maschine ihren gesamten Betriebsbereich. Das Wasserfalldiagramm liefert eine vollständige und detaillierte Abbildung der dynamischen Reaktion der Maschine über diesen gesamten Drehzahlbereich.

Diese Analyse ist entscheidend für:

• Identifizierung Kritische Geschwindigkeiten und Resonanzen: Eine Resonanz wird als „Grat“ im Wasserfalldiagramm identifiziert, der unabhängig von der Maschinengeschwindigkeit bei einer festen *Frequenz* auftritt. Wenn die verschiedenen Laufgeschwindigkeitsordnungen (1x, 2x usw.) diese feste Frequenz durchlaufen, nimmt ihre Amplitude dramatisch zu und erzeugt einen deutlichen Peak im Diagramm.
• Trennung von erzwungener Schwingung und Resonanz: Das Diagramm unterscheidet deutlich zwischen geschwindigkeitsabhängigen Spitzen (erzwungene Schwingungen wie Unwucht, die den Ordnungslinien folgen) und Spitzen mit fester Frequenz (Resonanzen, die einen geraden Grat über die Geschwindigkeitsachse bilden).

– Beobachtung von Veränderungen der Rotorstabilität: Damit lässt sich die Geschwindigkeit ermitteln, mit der subsynchrone Instabilitäten wie Ölwirbel oder Peitsche erscheinen und verschwinden.

So interpretieren Sie ein Wasserfalldiagramm

Bei der Analyse eines Wasserfalldiagramms müssen Sie nach zwei Hauptmerkmalen suchen:

1. Ordnungslinien (Diagonale Grate)

Dabei handelt es sich um Vibrationsspitzen, die direkt mit der Laufgeschwindigkeit der Maschine zusammenhängen. Sie erscheinen in der Grafik als diagonale Linien.

• Die auffälligste Diagonale ist normalerweise die 1. Bestellung (1x), die die Reaktion auf eine Rotorunwucht darstellt.
• Weitere diagonale Linien sind zu sehen für die 2. Bestellung (2x), was oft mit einer Fehlausrichtung und anderen Oberschwingungen zusammenhängt.

2. Resonanzen (horizontale Grate)

Dies sind Grate mit hoher Vibration, die bei einer konstante Frequenz, unabhängig von der Geschwindigkeit der Maschine. Sie erscheinen als horizontale Linien, die über das Diagramm verlaufen.

• Wenn eine Ordnungslinie (wie die 1x-Unwuchtreaktion) eine Resonanzlinie schneidet, erhöht sich ihre Amplitude erheblich und bildet bei dieser bestimmten Geschwindigkeit einen großen Peak.
• Die Geschwindigkeit, mit der diese Kreuzung auftritt, ist ein kritische Geschwindigkeit des Systems.

Datenerfassung und -anzeige

Um ein klares Wasserfalldiagramm zu erstellen, werden die Daten typischerweise erfasst mit Auftragsverfolgung. Dies erfordert ein Tachometersignal, um sicherzustellen, dass die Spektraldaten bei Geschwindigkeitsänderungen nicht „verschmieren“. Obwohl ein Wasserfalldiagramm mit einer festen Frequenzachse angezeigt werden kann, ist es oft sinnvoller, es als „ordnungsbasierten“ Wasserfall anzuzeigen, bei dem die x-Achse in Ordnungen statt in Hz angegeben ist.

Zusätzlich zur 3D-Wasserfallansicht werden dieselben Daten auch verwendet, um andere wichtige Hochlauf-/Auslaufdiagramme zu erstellen, wie z. B. die Bode-Diagramm (das die Amplitude und Phase einer einzelnen Ordnung gegenüber der Geschwindigkeit darstellt) und die Nyquist-Diagramm (das den Real- und Imaginärteil des Vektors einer Bestellung darstellt).

Das Wasserfalldiagramm ist ein unverzichtbares Werkzeug für jede eingehende rotordynamische Analyse, da es ein vollständiges Bild des Verhaltens einer Maschine über ihren gesamten Geschwindigkeitsbereich liefert.

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