Sageduse mõistmine vibratsioonianalüüsis
Sagedus on mõõt selle kohta, kui sageli korduv sündmus ajaühikus kordub — ning vibratsioonianalüüs, see näitab, kui kiiresti objekt võngub. See on masinaprobleemi algpõhjuse diagnoosimisel kõige tähtsam parameeter. Kuigi amplituud ütleb teile raskusaste vibratsiooni, sagedus ütleb teile allikas. Amplituudi lugem annab teile teada, kui tõsine probleem on; sageduse lugem ütleb teile, mis see probleem on.
1. Definitsioon: mis on vibratsioonisagedus?
Sagedus kirjeldab tsüklilise liikumise kiirust — täielike võnketsüklite arvu, mille vibreeruv osa ajaühikus läbib. 1800 p/min pöörlev rootor teeb kolmkümmend pööret sekundis, mistõttu kordub selle poolt tekitatud ühekordne jõud kolmkümmend korda sekundis. Igal perioodilisel komponendil, mis on peidetud masina’s aja lainekuju on oma sagedus ja nende komponentide eraldamine on kogu diagnostikatöö alus.
Oluline on märkida, et sagedus on amplituudist sõltumatu. Vibratsioon võib olla äge või vaevumärgatav täpselt samal sagedusel; vea kasvades muutub tavaliselt amplituud, sagedus aga jääb selle tekitava füüsikalise mehhanismi külge kinni. Just see püsivus teebki sagedusest nii usaldusväärse sõrmejälje.
2. Sageduse diagnostiline jõud
Põhimõte vibratsioonidiagnostika on see, et eri mehaanilised ja elektrilised komponendid tekitavad rikke tekkimisel vibratsiooni kindlatel, prognoositavatel sagedustel. Tuvastades, millised sagedused esinevad masina vibratsioonisignatuuris — ja kui tugevad need on —, suudab analüütik tuvastada täpselt selle komponendi, mis probleemi põhjustab. See on väga sarnane sellega, kuidas arst kasutab stetoskoopi, et kuulata konkreetseid helisid, mis reedavad erinevaid seisundeid.
Igal võimalikul rikkel on iseloomulik sageduse signatuur:
- Tasakaalustamatus: kogu pöörlevat koostut hõlmav probleem, nagu näiteks tasakaalustamatus, esineb võlli pöörlemissagedusel — 1× töökiirus.
- Joondusviga: probleem kahe võlli vahelises ühenduses, näiteks joondusviga, mis tavaliselt ilmneb kahe korra töötamiskiirusel (2×), sageli kõrgenenud 3×.
- Laagri defektid: veerelementvõlli laagri viga tekitab mittetäisarvulisi laagririkete sagedused mille määrab laagri rajapinna ja kuulide geomeetria ning võlli pöörlemiskiirus.
- Hammasrattaprobleemid: hammaslülituse hambad tekitavad energiat hammasrataste hambumissagedus (GMF) — hammaste arv korrutatuna käigu kiirusega — sageli küljelt piiratud külgribad.
Kuna need signatuurid harva kattuvad, suudab üks hästi lahutusega spekter eraldada tasakaalustamatus-, joondamis- ja laagrivea nähtused masinat avamata.
3. Sageduse ühikud
Sagedust väljendatakse mitmes ühikus ja töötav analüütik peab neid kõiki vabalt valdama.
Herts (Hz)
Rahvusvaheline (SI) ühik. Üks herts võrdub ühe tsükliga sekundis. See on standard teaduslikus ja enamikus mõõteriistade kontekstis ning just seda ühikut kasutatakse FFT sagedustelje jaoks.
Tsükleid minutis (CPM)
Laialdaselt kasutatav tööstushoolduses, kuna see on otseselt seotud pöörlemiskiirusega, mida väljendatakse pööretena minutis (RPM). Kuna ühes minutis on 60 sekundit, on teisendus lihtsalt CPM = Hz × 60. Seega võrdub 30 Hz vibratsioon 1 800 CPM-iga — ja 1 800 RPM pöörlemiskiirusega masinal asub see haripunkt täpselt töökiirusel, mida on CPM-is sageli lihtsam tuvastada kui Hz-is.
Tellimused
Järgud on masina enda töökiiruse kordsed: töökiirus on 1. järk, kahekordne töökiirus 2. järk ja nii edasi. Eelis seisneb selles, et järgud jäävad konstantseks ka siis, kui masina kiirus muutub — tasakaalustamatuse nähtus asub 1. järgul sõltumata sellest, kas võll pöörleb 900 või 3 600 RPM juures, kuigi sagedus Hz-is muutub. See muudab järgud muutuva kiirusega seadmete puhul asendamatuks ja on järguanalüüs. Vaba Harmoonilise sageduse kalkulaator teisendab ühe sammuga RPM väärtuse 1× kuni 10× sagedusteks ning vibratsioonimõõtühikute teisendaja haldab Hz–CPM teisendusi.
4. Kuidas sagedust määratakse
Vibratsioonisignaali sees peidetud sagedused eraldatakse Kiire Fourier' teisendus (FFT). Sunnitud kiirendusmõõtur salvestab töötlemata ajalise lainekuju ja FFT algoritm lagundab selle sagedusspekter — graafikuks, mis kuvab iga üksiku sageduse, mis moodustab kompleksse vibratsiooni, kusjuures iga haripunkti kõrgus näitab seal paiknevat energiat. Analüütik sobitab seejärel need haripunktid eespool kirjeldatud vearämpidega. Välitingimustes teostab kaasaskantav kahekanaliline seade, nagu Balanset-1A teostab FFT kohapeal, mõõtes spektreid ligikaudu 5 Hz kuni 1000 Hz ulatuses, et töökiiruse haripunkti ja selle harmoonikuid saaks otse masinal lugeda, kusjuures ühe pöörde kohta toimuv takomomeetri impulss tuvastab täpselt, milline haripunkt on 1×.
5. Sageduse, kiiruse ja kiirenduse vaheline seos
Antud vibratsioonienergiatase korral on amplituudid, mis nihe, kiirusja kiirendus sõltuvad tugevalt sagedusest — just seetõttu domineerib iga ühik eri sagedusalas:
- Madal sagedused: nihe on suurim, mistõttu on see aeglase võlli liikumise loomulik ühik.
- Keskmised sagedused: kiirus on suurim ja ühtlasim, mistõttu vibratsiooni intensiivsus sellised standardid nagu ISO 20816 (ISO 10816 kaasaegne järglane) hindab masina üldist seisukorda mm/s kiiruses.
- Kõrged sagedused: kiirendus on suurim, muutes selle laagri- ja hammasrattasageduste eelistatud ühikuks.
Vale ühiku valimine sagedusalale võib varjata tõelise rikke mürataseme sisse; õige ühiku valimine muudab sama rikke graafikul kohe silmatorkavaks. Sellest lähtudes on sagedus võti, mis avab vibratsioonanalüüsi diagnostilise potentsiaali — muutes toore, segase signaali hoolduseks kasutatavaks teabeks.
