آنالیز ارتعاش چیست؟

هر دستگاه دوار ارتعاش دارد. در یک دستگاه سالم، ارتعاش کم و پایدار است - "نشانه عملیاتی" طبیعی آن. با ایجاد نقص، ارتعاش به روش‌های قابل پیش‌بینی تغییر می‌کند. با اندازه‌گیری و تجزیه و تحلیل این تغییرات، می‌توانیم علت اصلی را شناسایی کنیم، خرابی را پیش‌بینی کنیم و قبل از خرابی فاجعه‌بار، تعمیر و نگهداری را برنامه‌ریزی کنیم. این اساس ... نگهداری و تعمیرات پیش‌بینانه.

FFT: هسته تحلیل طیف

یک حسگر ارتعاش (شتاب‌سنج) نوسان مکانیکی را به سیگنال الکتریکی تبدیل می‌کند. این سیگنال با گذشت زمان نمایش داده می‌شود. شکل موج — یک منحنی پیچیده و به ظاهر آشفته در صورت وجود چندین خطا. FFT (تبدیل سریع فوریه) این سیگنال پیچیده را به اجزای سینوسی مجزا تجزیه می‌کند که هر کدام فرکانس و دامنه خاص خود را دارند.

FFT را به عنوان یک منشور در نظر بگیرید که نور سفید را به رنگین‌کمان تجزیه می‌کند. شکل موج پیچیده، "نور سفید" است - FFT "رنگ‌ها" (فرکانس‌های) منفرد پنهان در داخل را آشکار می‌کند. نتیجه ... طیف ارتعاش - ابزار تشخیصی اولیه.

پارامترهای کلیدی طیف

• فرکانس (محور X، هرتز): تعداد دفعاتی که نوسانات رخ می‌دهند. مستقیماً به منبع مربوط می‌شود. ۱× = سرعت شفت. ۲× = دو برابر سرعت شفت.
• دامنه (محور Y، میلی‌متر بر ثانیه RMS): شدت ارتعاش در هر فرکانس. قله‌های بالاتر = انرژی بیشتر = وضعیت جدی‌تر.
• هارمونیک‌ها: مضرب‌های صحیح عدد اصلی: ۲× (دوم)، ۳× (سوم)، ۴× و غیره. وجود و ارتفاع نسبی آنها حاوی اطلاعات تشخیصی است.
• فاز (°): رابطه زمانی در نقاط مختلف اندازه‌گیری. برای تشخیص عدم تعادل (هم‌فاز) از ناهم‌راستایی (۱۸۰ درجه) ضروری است.

واحدهای اندازه‌گیری ارتعاش: جابجایی، سرعت، شتاب

ارتعاش را می‌توان به صورت سه پارامتر فیزیکی مختلف اندازه‌گیری کرد. هر کدام بر محدوده فرکانسی متفاوتی تأکید دارند و همین امر آنها را برای وظایف تشخیصی مختلف مناسب می‌کند. درک زمان استفاده از هر پارامتر، برای تجزیه و تحلیل مؤثر، اساسی است.

تکنیک اندازه‌گیری با Balanset-1A

قرار دادن سنسور

کیفیت تشخیص کاملاً به کیفیت اندازه‌گیری بستگی دارد. نیروهای ارتعاشی از طریق یاتاقان‌ها منتقل می‌شوند، بنابراین حسگرها باید روی محفظه‌های یاتاقان - تا حد امکان نزدیک به یاتاقان، روی سازه تحمل بار (نه پوشش‌ها یا پره‌های خنک‌کننده) - نصب شوند.

• آماده سازی سطح: تمیز، صاف، بدون پوسته‌های رنگ. پایه مغناطیسی باید کاملاً تراز باشد.
• افقی شعاعی (H): عمود بر شفت، صفحه افقی. اغلب بالاترین دامنه.
• عمودی شعاعی (V): عمود بر شفت، صفحه عمودی.
• محوری (الف): موازی با شفت. برای تشخیص عدم هم‌ترازی حیاتی است.

حالت‌های تشخیص Balanset-1A

• F1 - آنالایزر طیف: نمایشگر کامل FFT. حالت تشخیصی اصلی.
• F5 - ویبرومتر: ارزیابی سریع. V1s (مقدار مؤثر کل) را در مقابل V1o (1×) مقایسه کنید. اگر V1s ≈ V1o → عدم تعادل باشد. اگر V1s ≫ V1o → سایر خطاها.
• F8 - نمودارها: طیف دقیق + شکل موج زمانی. بهترین برای الگوهای هارمونیک و فرکانس‌های یاتاقان.

تحلیل فازی - تمایز تشخیصی

فرکانس به شما می‌گوید چه در حال ارتعاش است؛ فاز به شما می‌گوید چگونه. دو خطا می‌توانند طیف‌های یکسانی تولید کنند (هر دو تحت سلطه ۱× باشند) - تنها تحلیل فاز آنها را از هم متمایز می‌کند. فاز، رابطه زاویه‌ای بین ارتعاش در نقاط اندازه‌گیری مختلف است که بر حسب درجه (۰ تا ۳۶۰ درجه) اندازه‌گیری می‌شود.

عیب ۱: عدم تعادل

علت: جابجایی مرکز جرم از محور چرخش. تلرانس‌های تولید، تجمع رسوب، فرسایش، شکستگی تیغه، کاهش وزن.

طیف: پیک غالب دقیقاً در ۱× دور در دقیقه. هارمونیک‌های بسیار پایین. ارتعاش شعاعی. دامنه با سرعت² افزایش می‌یابد (درجه دوم). فاز پایدار و قابل تکرار است.

عدم تعادل استاتیکی (تک صفحه‌ای)

شکل موج سینوسی با پیک خالص ۱×. هر دو یاتاقان هم‌فاز هستند. تصحیح تک‌صفحه‌ای.

عدم تعادل دینامیکی (دو صفحه / کوپل)

همچنین ۱× غالب، اما یاطاقان‌ها حدود ۱۸۰ درجه اختلاف فاز دارند. اصلاح دو صفحه‌ای مورد نیاز است.

عیب ۲: ناهمراستایی شفت

علت: محورهای شفت‌های کوپل شده بر هم منطبق نیستند. می‌توانند موازی (جابجایی) یا زاویه‌دار (کج) باشند، معمولاً هر دو.

ناهم‌ترازی موازی (شعاعی)

۱× و ۲× بالا در جهت شعاعی. ۲× اغلب ≥ ۱×. تغییر فاز ۱۸۰ درجه در کوپلینگ.

عدم هم‌ترازی زاویه‌ای — شعاعی

۱× و ۲× در رادیال وجود دارند، اما معمولاً ۲× غالب است.

ناهم‌ترازی زاویه‌ای - محوری

ارتعاش محوری ≥ 50% شعاعی. فاز ۱۸۰ درجه در کوپلینگ محوری. این اندازه‌گیری متمایزکننده کلیدی است.

عیب ۳: شل بودن مکانیکی

علت: از دست دادن استحکام سازه - شل بودن پیچ‌ها، ترک در فونداسیون، فرسودگی محل قرارگیری یاتاقان‌ها، فاصله بیش از حد مجاز.

شل بودن قطعه

"جنگلی" از هارمونیک‌ها — ۱×، ۲×، ۳×، ۴×… تا ۱۰×+ با دامنه کاهشی. ممکن است زیرهارمونیک‌های ۰.۵× را نشان دهد.

سستی سازه‌ای

۱× و/یا ۲× غالب. هارمونیک‌های بالاتر کم. ارتعاش عمودی قوی.

عیب ۴: عیوب یاتاقان غلتشی

علت: ایجاد حفره، پوسته پوسته شدن، سایش روی شیارها، اجزای غلتشی یا قفس.

نقص حلقه بیرونی (BPFO)

سری پیک‌ها در BPFO، ۲×BPFO، ۳×BPFO… بدون ۱× باند جانبی (حلقه ثابت). رایج‌ترین عیب یاتاقان.

نقص حلقه داخلی (BPFI)

هارمونیک‌های BPFI با باندهای کناری ±1× (حلقه چرخان، مدولاسیون ناحیه بار). الگوی باند کناری، شناسه کلیدی است.

نقص عنصر غلتشی (BSF)

هارمونیک‌های BSF. 2×BSF اغلب غالب. غیر سنکرون. اغلب با آسیب مسابقه‌ای همراه است.

نقص قفس (FTF)

پیک‌های زیرسنکرون (FTF ≈ 0.4× سرعت شفت). فرکانس پایین. اغلب با آسیب‌های دیگر یاتاقان همراه است.

تحلیل پوششی (دمدولاسیون) - تشخیص زودهنگام یاتاقان

تحلیل طیف استاندارد FFT، عیوب یاتاقان را از مرحله ۲ به بعد تشخیص می‌دهد. اما در مرحله ۱، ضربات یاتاقان بسیار ضعیف‌تر از آن هستند که بالاتر از حد نویز ظاهر شوند. تحلیل پوششی (که دمدولاسیون یا تشخیص فرکانس بالا، HFD نیز نامیده می‌شود) تشخیص را به مراحل بسیار زودتر گسترش می‌دهد.

چگونه کار می‌کند؟

وقتی یک عنصر غلتشی به یک نقص برخورد می‌کند، یک پالس ضربه کوتاه تولید می‌کند که رزونانس‌های ساختاری با فرکانس بالا (معمولاً 5 تا 20 کیلوهرتز) را تحریک می‌کند. این رزونانس‌ها در هر ضربه به طور خلاصه "زنگ" می‌زنند. تحلیل پوششی در سه مرحله انجام می‌شود:

1. فیلتر میان‌گذر: باند رزونانس فرکانس بالا (مثلاً ۵ تا ۱۵ کیلوهرتز) را که در آن ضربات زنگ می‌زنند، جدا کنید.
2. اصلاح و پاکت گذاری: الگوی مدولاسیون دامنه - "پوششی" که قله‌های زنگ را دنبال می‌کند - را استخراج کنید.
3. FFT پوشش: FFT را به سیگنال پوش اعمال کنید. نتیجه نشان می‌دهد که نرخ تکرار از اثرات - که برابر با فرکانس‌های نقص یاتاقان (BPFO، BPFI، BSF، FTF) است.

پارامترهای مرتبط

• انرژی اسپایک (SE): اندازه‌گیری کلی انرژی ضربه با فرکانس بالا. مقدار روند اسکالر. مناسب برای غربالگری "برو/نرو".
• gSE / HFD / PeakVue: نام‌های خاص فروشنده برای پارامترهای مشتق‌شده از پاکت. همه بر اساس یک اصل هستند.
• شتاب فراگیر: دستگاه Balanset-1A سرعت را بر حسب میلی‌متر بر ثانیه اندازه‌گیری می‌کند. برای تحلیل کامل پوشش، یک تحلیلگر اختصاصی با ورودی شتاب و قابلیت فیلترینگ میان‌گذر ایده‌آل است. با این حال، FFT دستگاه Balanset-1A همچنان می‌تواند عیوب یاتاقان مرحله ۲+ را به طور مؤثر در طیف سرعت استاندارد تشخیص دهد.

عیب ۵: نقص در چرخ‌دنده

علت: دندانه‌های ساییده شده، حفره‌دار یا شکسته. خروج از مرکز چرخ‌دنده. GMF = تعداد دندانه‌ها × دور شفت / ۶۰.

خروج از مرکز چرخ دنده

GMF با نوارهای کناری در سرعت شفت ±1x. 1x دنده‌ها نیز ممکن است افزایش یابد.

ساییدگی/آسیب دندانه چرخ دنده

هارمونیک‌های چندگانه GMF با باندهای کناری متراکم. آهنگ‌های شدت با تعداد و دامنه باندهای کناری.

خطاهای الکتریکی (موتورها)

خطاهای الکترومغناطیسی باعث ایجاد ارتعاش در ... می‌شوند. ۲× فرکانس خط (۱۰۰ هرتز روی شبکه‌های ۵۰ هرتز، ۱۲۰ هرتز روی ۶۰ هرتز). آزمایش بحرانی: لرزش از بین می‌رود فوراً وقتی برق قطع می‌شود. خطاهای مکانیکی به تدریج از بین می‌روند.

• خروج از مرکز استاتور: فرکانس خط ۲×، دامنه ثابت.
• عیوب میله روتور: باندهای کناری اطراف فرکانس خط در فواصل فرکانس لغزش.
• پای نرم: وقتی پایه‌های موتور به صورت جداگانه شل می‌شوند، لرزش تغییر می‌کند.

عیب ۷: مشکلات تسمه گردان

علت: تسمه‌های فرسوده، ناهم‌تراز یا با کشش نامناسب. محرک‌های تسمه در محل خود ارتعاش ایجاد می‌کنند. فرکانس عبور تسمه, که معمولاً فرکانسی زیرسنکرون (کمتر از ۱ برابر سرعت شفت) دارد، زیرا تسمه بلندتر از محیط پولی است.

امضاهای رایج کمربند

• ساییدگی/خرابی تسمه: پیک‌ها در فرکانس تسمه (f_کمربند) و هارمونیک‌های آن (۲×، ۳×، ۴× f)_کمربند). این موارد زیر ۱ برابر سرعت شفت ظاهر می‌شوند - پیک‌های زیر سنکرون شاخص کلیدی هستند.
• عدم تنظیم تسمه: ارتعاش محوری بالا در سرعت شفت ۱× و ۲×. مشابه عدم هم‌ترازی شفت اما محدود به ماشین‌های تسمه‌ای.
• کشش نامناسب: لرزش زیاد ۱ برابر که با تنظیم کشش تسمه به طور چشمگیری تغییر می‌کند. تسمه‌های خیلی سفت بار یاتاقان را افزایش می‌دهند؛ تسمه‌های شل باعث ضربه زدن و پیک فرکانس تسمه می‌شوند.
• رزونانس: فرکانس طبیعی تسمه ("لرزش تسمه") می‌تواند در صورتی که رزونانس دهانه تسمه با سرعت عملیاتی همزمان شود، تحریک شود. این فرکانس به صورت یک پیک پهن در فرکانس طبیعی تسمه قابل مشاهده است.

عیب ۸: کاویتاسیون پمپ

علت: حباب‌های بخار تشکیل می‌شوند و هنگامی که فشار محلی به زیر فشار بخار مایع کاهش می‌یابد - معمولاً در مکش پمپ - به شدت فرو می‌ریزند. هر فروپاشی حباب یک ضربه کوچک ایجاد می‌کند. هزاران فروپاشی در ثانیه یک نویز پهن باند مشخص ایجاد می‌کند.

امضای طیفی

• انرژی فرکانس بالای پهن باند: برخلاف خطاهای مکانیکی (که پیک‌های گسسته تولید می‌کنند)، کاویتاسیون یک سطح نویز افزایش‌یافته در طیف فرکانسی وسیعی، معمولاً بالای ۲ تا ۵ کیلوهرتز، ایجاد می‌کند. این طیف به جای پیک‌های تیز، شبیه یک "قوز" یا فلات مرتفع به نظر می‌رسد.
• تصادفی، غیر دوره‌ای: هیچ هارمونیکی وجود ندارد، هیچ ارتباطی با سرعت شفت ندارد. این صدا شبیه صدای "شن" یا "تق تق" است - حتی بدون ابزار دقیق هم قابل شنیدن است.
• اثرات فرکانس پایین: کاویتاسیون شدید همچنین ممکن است باعث ناپایداری در 1x و نویز فرکانس پایین پهن باند ناشی از آشفتگی جریان شود.

عیب ۹: چرخش روغن و شلاق روغن (یاتاقان‌های ژورنال)

علت: ناپایداری لایه سیال در یاتاقان‌های ژورنال (غلاف). گوه لایه روغن، شفت را مجبور می‌کند تا با فرکانسی کمتر از فرکانس سنکرون، درون فضای خالی یاتاقان بچرخد. این مورد با نقص‌های یاتاقان‌های غلتشی متفاوت است و فقط در یاتاقان‌های ساده/ژورنال رخ می‌دهد.

چرخش روغن

• فرکانس: تقریباً ۰.۴۲× تا ۰.۴۸× سرعت شفت (اغلب به صورت ~0.43× ذکر می‌شود). این یک پیک زیرسنکرون است که سرعت شفت را دنبال می‌کند - اگر RPM افزایش یابد، فرکانس چرخش به طور متناسب افزایش می‌یابد.
• طیف: یک پیک واحد در حدود ۰.۴۳ برابر که با سرعت تغییر می‌کند. دامنه ممکن است متوسط باشد.
• وضعیت: پیش درآمدی بر پدیده شلاق روغن. معمولاً بلافاصله مخرب نیست اما نشان دهنده ناپایداری است.

شلاق روغنی

• فرکانس: قفل شدن روی روتور اول فرکانس طبیعی (سرعت بحرانی). برخلاف چرخش، این نوع چرخش سرعت شفت را دنبال نمی‌کند - فرکانس با تغییر دور در دقیقه ثابت می‌ماند.
• طیف: پیک زیرسنکرون بزرگ در اولین سرعت بحرانی روتور. دامنه می‌تواند بسیار بالا - مخرب - باشد.
• وضعیت: خطرناک. اقدام فوری لازم است. می‌تواند منجر به از بین رفتن یاتاقان و آسیب به شفت شود.

جدول طبقه‌بندی کامل شدت ارتعاش ISO 10816

استاندارد ISO 10816 (که توسط استاندارد ISO 20816 جایگزین شده اما هنوز هم به طور گسترده مورد ارجاع قرار می‌گیرد) نواحی شدت ارتعاش را برای چهار کلاس ماشین تعریف می‌کند. ارتعاش به صورت سرعت بر حسب میلی‌متر بر ثانیه RMS در محفظه یاتاقان اندازه‌گیری می‌شود. جدول زیر تمام مرزهای ناحیه را برای هر چهار کلاس نشان می‌دهد - هنگام ارزیابی اندازه‌گیری‌ها از آن به عنوان مرجع سریع استفاده کنید.

از اندازه‌گیری تا پایش

تحلیل روند

یک طیف واحد، یک تصویر لحظه‌ای است. قدرت تحلیل ارتعاش تحلیل روند - ردیابی تغییرات در طول زمان.

• ایجاد یک خط پایه: تجهیزات نو یا شناخته‌شده را اندازه‌گیری کنید. طیف‌ها را ذخیره کنید.
• فواصل زمانی را تعیین کنید: بحرانی: هفتگی. استاندارد: ماهانه. کمکی: فصلی.
• تکرارپذیری را تضمین کنید: همان نقاط، همان جهت‌ها، همان شرایط عملیاتی.
• پیگیری تغییرات: افزایش ۲ برابری نسبت به سطح پایه، حتی اگر در ناحیه ISO A باشد، قابل توجه است.

الگوریتم تصمیم‌گیری

1. یک طیف با کیفیت (نمودارهای F8، شعاعی + محوری) دریافت کنید.
2. بلندترین قله را شناسایی کنید - این مشکل غالب است.
3. مطابقت با نوع خطا:
   • ۱× غالب است → عدم تعادل → بالانس با دستگاه بالانس-۱A.
   • ۲× غالب + محور بالا → عدم هم‌ترازی → تنظیم مجدد شفت‌ها.
   • هارمونیک‌های زیاد → شل بودن → بررسی و سفت کردن.
   • پیک‌های غیرهمزمان → بلبرینگ → طرح تعویض.
   • GMF + باندهای کناری → دنده → روغن را بررسی کنید، گیربکس را بررسی کنید.
4. ابتدا عیب اصلی را برطرف کنید - علائم ثانویه اغلب از بین می‌روند.

← بازگشت به فهرست واژه‌نامه