Helirõhutaseme mõistmine
Definitsioon: Mis on helirõhutase?
Helirõhutase (SPL) on akustilise rõhu logaritmiline mõõt võrdlusrõhu suhtes, väljendatuna detsibellides (dB). Masinate puhul kvantifitseerib SPL müraemissiooni intensiivsust – seadme kiiratava heli valjust –, mida mõõdetakse mikrofonide või mürataseme mõõturitega kindlaksmääratud vahemaadel. SPL korreleerub vibratsioon kuna vibreerivad pinnad kiirgavad heli, on akustilised mõõtmised masinate seisukorra hindamisel vibratsioonianalüüsi täienduseks, eriti aerodünaamiliste, käigukasti- ja laagriprobleemide diagnoosimisel, mis tekitavad iseloomulikke toonilisi või lairiba müraallkirju.
Kuigi tegemist on peamiselt töötervishoiu ja keskkonnaga seotud probleemiga (kuulmiskaitse, müraregulatsioonid), on SPL-mõõtmistel diagnostiline väärtus: müra muutused eelnevad või kaasnevad sageli mehaanilise halvenemisega ning akustiline analüüs võimaldab tuvastada spetsiifilisi vigu iseloomulike sagedusmustrite kaudu, mis sarnanevad vibratsioonispektritega.
Matemaatiline avaldis
Valem
- Helitase (dB) = 20 × log₁₀(P / P₀)
- Kus P = mõõdetud helirõhk (Pa)
- P₀ = võrdlusrõhk = 20 µPa (inimese kuulmislävi)
- Logaritmiline skaala mahutab tohutu rõhuvahemiku
Detsibelli skaala
- 0 dB: Kuulmislävi
- 30–40 dB: Vaikne tuba
- 60–70 dB: Tavaline vestlus
- 80–90 dB: Müra tekitavad masinad, kuulmiskaitse on soovitatav
- 100–110 dB: Väga valjud masinad, kuulmiskaitse on vajalik
- 120+ dB: Valulävi, kohene kuulmiskahjustus
Mõõtmine
Müratase mõõturid
- Täppismikrofon
- Sageduskaalu (A, C või Z)
- Ajaline kaalumine (kiire, aeglane, impulss)
- Kuvatakse dB SPL-is
- Klass 1 (täppis) või klass 2 (üldine) vastavalt standardile IEC 61672
Mõõtekaugus
- Lähivälja: < 1 meeter allikast (lähedusmõõtmised)
- Kaugväli: > 1 meeter (vabavälja mõõtmised)
- Standard: Masinate puhul sageli 1 meeter
- Helitugevuse vähenemine: ~6 dB iga kauguse kahekordistumise kohta (vaba väli)
Sageduskaalu
- A-kaal: Jäljendab inimese kõrva tundlikkust, kõige levinum
- C-kaal: Suhteliselt tasane, sisaldab madalaid sagedusi
- Z (lineaarne): Kaalumist pole, kõik sagedused on võrdsed
- Ühikud: dBA, dBC, dBZ (näitab kasutatud kaalumist)
Seos vibratsiooniga
Vibratsioonist tulenev helikiirgus
- Vibreerivad pinnad kiirgavad helilaineid
- Helivõimsus ∝ kiirus² × pindala (ligikaudne)
- Seos: Kõrgem vibratsioon üldiselt → kõrgem helirõhk
- Kuid seos on keeruline (kiirguse efektiivsus varieerub)
Diagnostiline korrelatsioon
- Laagriprobleemid: kõrgsageduslik susisemine või krigisemine
- Käigukastiprobleemid: iseloomulik vingumine võrgusagedusel
- TasakaalustamatusMadala sagedusega mürin kiirusel 1×
- KavitatsioonJuhuslik praksumine või pauk
Akustilise spektri analüüs
Tonaalsed komponendid
- Hammasratasvõrk: Puhas toon hamba haardumissagedusel
- Tera söötmine: Ventilaatori või kompressori laba sagedus
- Elektriline: 120/100 Hz mootorite sumin
- Laagritoonid: Rikkesageduse harmoonilised
Lairiba müra
- Aerodünaamiline: Turbulents, voolumüra
- Kavitatsioon: Juhuslik mulli kokkuvarisemine
- Laagri kahjustused: Lairibaühenduse suurenemine defektidega
- Hõõrdumine: Pidevad juhuslikud emissioonid
Rakendused
Seisundi jälgimine
- Täiendvibratsiooni mõõtmised
- Laagri defekti varajane märguanne (müra suureneb enne vibratsiooni)
- Hammasrataste kulumise jälgimine (müra kvaliteedi muutused)
- Kiired kvalitatiivsed hinnangud
Kvaliteedikontroll
- Uute seadmete vastuvõtt (müra piirväärtused)
- Remondijärgne kontroll
- Toote kvaliteet tootmises
Regulatiivne vastavus
- Tööalane mürakoormus (OSHA, EL direktiivid)
- Kogukonna müra piirmäärad
- Varustuse spetsifikatsioonid
- Dokumentatsiooninõuded
Veaotsing
- Müraallikate leidmine
- Tehke kindlaks üldise rajatise müra tekitajad
- Müra vähendamise meetmete valideerimine
Tüüpilised masinate müratasemed
Seadme tüübi järgi
- Elektrimootorid: 70–85 dBA
- Tsentrifugaalpumbad: 75–90 dBA
- Ventilaatorid/puhurid: 80–100 dBA
- Käigukastid: 75–95 dBA
- Kompressorid: 85–105 dBA
- Diiselmootorid: 95–110 dBA
Müra diagnostilise indikaatorina
Suurenev müra
- Laagri kulumine (krigisemine, kriuksumine)
- Käigukasti kulumine (vingumise intensiivsus suureneb)
- Määrimisprobleemid (suurenenud hõõrdemüra)
- Lõtvus (ragistamine)
Müra iseloomu muutmine
- Ilmuvad uued toonid
- Sagedusnihked
- Katkendlikud helid
- Kõik viitavad tekkivatele probleemidele
Mõõtmisstandardid
- IEC 61672: Mürataseme mõõturite spetsifikatsioon
- ISO 3744: Helivõimsuse määramine
- ISO 1680: Masinate müra testimise eeskirjad
- ANSI S12.19: Masinate müra mõõtmised
Helirõhutase, mis on küll peamiselt tervise- ja keskkonnanäitaja, annab väärtuslikku diagnostilist teavet, mis on seotud mehaanilise seisukorraga. Akustilised mõõtmised täiendavad vibratsioonianalüüsi, andes mõnikord varasemaid märke laagrite või hammasrataste halvenemisest, ning on olulised masinate igakülgseks hindamiseks, ühendades mehaanilise vibratsiooni akustilise kiirgusega, et saada seadmete seisukorra täielik hindamine.