درک فرکانس در تحلیل ارتعاشات
فرکانس مقیاسی است برای سنجش میزان تکرار یک رویداد تکرارشونده در یک واحد زمانی معین — در تحلیل ارتعاشات, این پارامتر میزان سرعت نوسان یک جسم را کمیسازی میکند. این مهمترین پارامتر برای تشخیص علت اصلی مشکل یک ماشین است. در حالی که دامنه به شما میگوید که شدت در یک ارتعاش، فرکانس به شما ... میگوید. منبع. مقدار دامنه را بخوانید تا بدانید مشکل چقدر جدی است؛ فرکانس آن را بخوانید تا بدانید مشکل چیست.
۱. تعریف: فرکانس ارتعاش چیست؟
فرکانس نرخ یک حرکت دورهای را توصیف میکند — تعداد چرخههای نوسان کامل که یک قطعه ارتعاشی در هر واحد زمان انجام میدهد. یک روتور که با سرعت ۱۸۰۰ دور در دقیقه میچرخد، در هر ثانیه سی دور کامل انجام میدهد، بنابراین نیروی یکبار در هر دور که تولید میکند سی بار در ثانیه تکرار میشود. هر جزء دورهای نهفته درون یک ماشین شکل موج زمانی هر یک فرکانس خاص خود را دارد و تفکیک این اجزا اساس تمام کارهای تشخیصی است.
نکتهٔ حیاتی این است که فرکانس مستقل از دامنه است. یک ارتعاش میتواند در همان فرکانس دقیقاً خشن یا بهسختی قابلتشخیص باشد؛ آنچه هنگام رشد یک نقص معمولاً تغییر میکند، دامنه است، در حالی که فرکانس به مکانیزم فیزیکی تولیدکنندهٔ آن ثابت میماند. همین پایداری دقیقاً همان چیزی است که فرکانس را به یک اثر انگشت قابلاعتماد تبدیل میکند.
۲. قدرت تشخیصی فرکانس
اصل بنیادین تشخیص ارتعاش این است که اجزای مکانیکی و الکتریکی مختلف هنگام شروع به خرابی، ارتعاشهایی با فرکانسهای مشخص و قابلپیشبینی تولید میکنند. با شناسایی فرکانسهای موجود در امضای ارتعاش یک ماشین — و شدت هر یک از آنها — یک تحلیلگر میتواند دقیقاً قطعهٔ مسئول مشکل را مشخص کند. این موضوع شباهت زیادی به نحوهٔ استفادهٔ پزشک از گوشی پزشکی برای شنیدن صداهای خاصی دارد که نشاندهندهٔ شرایط مختلف هستند.
هر نقص احتمالی دارای امضای فرکانسی مشخصهای است:
- عدم تعادل: یک مشکل در کل مجموعهٔ چرخان، مانند عدم تعادل, با فرکانس چرخش شفت ظاهر میشود — 1× سرعت کارکرد.
- ناهمترازی: یک مشکل در کوپلینگ بین دو شفت، مانند ناهمترازی, معمولاً در دو برابر سرعت گردش ظاهر میشود (2×)، اغلب با یک بالا آمده 3×.
- عیوب بلبرینگ: یک نقص در یاتاقان غلتکی، عدد غیرصحیحی تولید میکند. فرکانسهای خطای یاتاقان تعیینشده توسط مسیر حرکت و هندسه توپ و سرعت شفت.
- مشکلات گیربکس: درگیر شدن دندانها در محل ... انرژی ایجاد میکند. فرکانس درگیری دندهها (GMF) — حاصلضرب تعداد دندانهها در سرعت چرخدنده — که اغلب در کنار نوارهای کناری.
از آنجا که این امضاها به ندرت با هم تداخل دارند، یک طیف منفرد و بهخوبی تفکیکشده میتواند عدم تعادل و ناهماهنگی را در یک یاتاقان معیوب بدون باز کردن ماشین تشخیص دهد.
۳. واحدهای فرکانس
فرکانس به چندین واحد بیان میشود و یک تحلیلگر حرفهای باید در همهٔ آنها مسلط باشد.
Hz (Hz)
واحد بینالمللی (SI). یک هرتز برابر است با یک دوره در ثانیه. این استاندارد در زمینههای علمی و بیشتر زمینههای ابزارسنجی است و واحد مورد استفاده در محور فرکانس FFT است.
چرخه در دقیقه (CPM)
بهطور گسترده در نگهداری صنعتی استفاده میشود زیرا مستقیماً با سرعت چرخشی مرتبط است که بر حسب دور در دقیقه (RPM) بیان میشود. از آنجا که یک دقیقه شامل ۶۰ ثانیه است، تبدیل بهسادگی است. CPM = Hz × 60. بنابراین یک ارتعاش در ۳۰ Hz برابر با ۱۸۰۰ CPM است — و در ماشینی که با ۱۸۰۰ rpm کار میکند، آن پیک دقیقاً روی سرعت گردش قرار میگیرد؛ چیزی که تشخیص آن در CPM اغلب از Hz آسانتر است.
مرتبهها
مرتبهها مضربی از سرعت گردش خودِ ماشین هستند: سرعت گردش، مرتبهٔ اول است؛ دو برابر سرعت گردش، مرتبهٔ دوم است؛ و به همین ترتیب. مزیت آن این است که مرتبهها حتی با تغییر سرعت ماشین نیز ثابت میمانند — عدم تعادل در مرتبهٔ اول باقی میماند، چه شفت با ۹۰۰ دور در دقیقه بچرخد و چه با ۳۶۰۰ دور در دقیقه، در حالی که فرکانس آن در Hz تغییر میکند. این موضوع مرتبهها را برای تجهیزات با سرعت متغیر ضروری میسازد و اساس تحلیل مرتبه. یک رایگان محاسبهی فرکانس هارمونیک یک RPM را در یک مرحله به فرکانسهای ۱× تا ۱۰× آن تبدیل میکند، و یک مبدل واحد ارتعاش تبدیل بین Hz و CPM را انجام میدهد.
۴. نحوه تعیین فرکانس
فرکانسهای پنهان در یک سیگنال ارتعاش با استفاده از ... استخراج میشوند. تبدیل فوریه سریع (FFT). یک شتاب سنج موجشکل خام زمانی را ثبت میکند و الگوریتم FFT آن را به یک ... تجزیه میکند. طیف فرکانسی — نموداری که هر فرکانس مجزای تشکیلدهنده ارتعاش پیچیده را نمایش میدهد، بهطوریکه ارتفاع هر قله نشاندهنده میزان انرژی موجود در آن است. سپس تحلیلگر آن قلهها را با امضاهای عیب فوق مطابقت میدهد. در میدان، یک دستگاه قابلحمل دوکاناله مانند Balanset-1A این FFT را بهصورت آنی انجام میدهد و طیف را از حدود ۵ Hz تا 1000 Hz اندازهگیری میکند تا قلهٔ سرعت گردش و هارمونیکهای آن را بتوان مستقیماً روی دستگاه خواند، در حالی که پالس تاکومترِ یکبار در هر دور دقیقاً مشخص میکند کدام قله ۱× است.
۵. رابطه بین فرکانس، سرعت و شتاب
برای یک سطح معین انرژی ارتعاشی، دامنههای جابجایی, سرعت، و شتاب بهشدت به فرکانس بستگی دارد، به همین دلیل است که هر واحد بر باند متفاوتی تسلط دارد:
- فرکانسهای پایین: جابجایی بیشترین مقدار را دارد، بنابراین واحد طبیعی برای حرکت آهسته شفت است.
- فرکانسهای میانی: سرعت بیشترین مقدار و یکنواختترین است، به همین دلیل شدت ارتعاش استانداردهایی مانند ISO 20816 (جانشین مدرن استاندارد ISO 10816) سلامت کلی ماشین را بر اساس سرعت mm/s ارزیابی میکند.
- فرکانسهای بالا: شتاب در بیشترین مقدار خود است، که آن را به واحد منتخب برای تُنهای یاتاقان و چرخدنده تبدیل میکند.
انتخاب واحد نادرست برای یک باند فرکانسی میتواند نقص واقعی را در کف نویز پنهان کند؛ انتخاب واحد مناسب همان نقص را از نمودار بیرون میکشد. وقتی به این صورت درک شود، فرکانس کلیدی است که پتانسیل تشخیصی تحلیل ارتعاش را آزاد میکند و سیگنال خام و درهمتنیده را به اطلاعات نگهداری قابل اقدام تبدیل میکند.
