Tärinäanalyysi Balanset-1A:lla: Aloittelijan opas spektridiagnostiikkaan

Johdanto: Tasapainotuksesta diagnostiikkaan – Tärinäanalysaattorisi täyden potentiaalin vapauttaminen

Balanset-1A-laite tunnetaan ensisijaisesti tehokkaana työkaluna dynaamiseen tasapainotukseen. Sen ominaisuudet ulottuvat kuitenkin paljon tätä pidemmälle, tehden siitä tehokkaan ja helppokäyttöisen värähtelyanalysaattorin. Herkillä antureilla ja nopean Fourier-muunnoksen (FFT) spektrianalyysiohjelmistolla varustettu Balanset-1A on erinomainen laite kattavaan värähtelyanalyysiin. Tämä opas täyttää virallisen käyttöohjeen jättämän aukon selittämällä, mitä värähtelytiedot paljastavat koneen kunnosta.

Tämä opas on jäsennelty peräkkäin ja vie sinut perusasioista käytännön sovelluksiin:

• Osiossa 1 luodaan teoreettinen perusta selittämällä yksinkertaisesti ja selkeästi, mitä värähtely on, miten spektrianalyysi (FFT) toimii ja mitkä spektriparametrit ovat keskeisiä diagnostiikolle.
• Osassa 2 annetaan vaiheittaiset ohjeet korkealaatuisten ja luotettavien värähtelyspektrien saamiseksi Balanset-1A-laitteella eri tiloissa, keskittyen käytännön vivahteisiin, joita ei ole kuvattu vakio-ohjeissa.
• Artikkelin ydin on osio 3. Tässä osiossa analysoidaan perusteellisesti "sormenjälkiä" – yleisimpien vikojen tyypillisiä merkkejä: epätasapaino, linjausvirhe, mekaaninen löysyys ja laakeriviat.
• Osiossa 4 yhdistetään hankittu tieto yhtenäiseksi järjestelmäksi ja tarjotaan käytännön suosituksia seurannan toteuttamiseksi sekä yksinkertainen päätöksentekoalgoritmi.

Hallitsemalla tämän artikkelin materiaalin pystyt käyttämään Balanset-1A:ta paitsi tasapainotuslaitteena myös täysimittaisena lähtötason diagnostiikkakompleksina, jonka avulla voit tunnistaa ongelmat varhaisessa vaiheessa, estää kalliita onnettomuuksia ja parantaa merkittävästi käyttölaitteiden luotettavuutta.

Osa 1: Värähtelyn ja spektrianalyysin (FFT) perusteet

1.1. Mitä on tärinä ja miksi se on tärkeää?

Mikä tahansa pyörivä laite, olipa se sitten pumppu, tuuletin tai sähkömoottori, aiheuttaa tärinää käytön aikana. Tärinä on koneen tai sen yksittäisten osien mekaanista värähtelyä suhteessa niiden tasapainoasentoon. Ihanteellisessa, täysin toimivassa tilassa kone tuottaa matalaa ja vakaata tärinätasoa – tämä on sen normaalia "käyntimelua". Vikojen ilmaantuessa ja kehittyessä tämä värähtelytausta alkaa kuitenkin muuttua.

Värähtely on mekanismin rakenteen vaste syklisille herätevoimille. Näiden voimien lähteet voivat olla hyvin erilaisia:

• Roottorin epätasapainosta johtuva keskipakovoima: Johtuu massan epätasaisesta jakautumisesta pyörimisakseliin nähden. Tämä on niin kutsuttu "raskas kohta", joka pyörimisen aikana luo laakereihin ja koneen koteloon välittyvän voiman.
• Geometrisiin epätarkkuuksiin liittyvät voimat: Kytkettyjen akselien virheellinen linjaus, akselin taipuminen, vaihteiston hammasprofiilien virheet – kaikki nämä aiheuttavat syklisiä voimia, jotka aiheuttavat tärinää.
• Aerodynaamiset ja hydrodynaamiset voimat: Tapahtuu puhaltimien, savunpoistolaitteiden, pumppujen ja turbiinien siipipyörien pyöriessä.
• Sähkömagneettiset voimat: Sähkömoottoreille ja generaattoreille ominainen, ja sen voi aiheuttaa esimerkiksi käämien epäsymmetria tai oikosuljetut kierrosluvut.

Jokainen näistä lähteistä luo ainutlaatuisia ominaisuuksia omaavaa tärinää. Siksi tärinäanalyysi on niin tehokas diagnostiikkatyökalu. Mittaamalla ja analysoimalla tärinää voimme paitsi sanoa, että "kone tärisee voimakkaasti", myös suurella todennäköisyydellä määrittää tärinän perimmäisen syyn. Tämä edistynyt diagnostiikkaominaisuus on välttämätön kaikille nykyaikaisille kunnossapito-ohjelmille.

1.2. Aikasignaalista spektriin: Yksinkertainen selitys FFT:lle

Laakeripesään asennettu värähtelyanturi (kiihtyvyysanturi) muuntaa mekaaniset värähtelyt sähköiseksi signaaliksi. Jos tämä signaali näytetään näytöllä ajan funktiona, saamme aikasignaalin eli aaltomuodon. Tämä kaavio näyttää, miten värähtelyn amplitudi muuttuu kullakin ajanhetkellä.

Yksinkertaisessa tapauksessa, kuten puhtaassa epäsymmetriassa, aikasignaali näyttää tasaiselta siniaalolta. Todellisuudessa koneeseen vaikuttaa kuitenkin lähes aina useita samanaikaisesti vaikuttavia voimia. Tämän seurauksena aikasignaali on monimutkainen, näennäisesti kaoottinen käyrä, josta on käytännössä mahdotonta saada hyödyllistä diagnostista tietoa.

Tässä kohtaa matemaattinen työkalu tulee apuun – nopea Fourier-muunnos (FFT). Se voidaan kuvitella maagiseksi prismaksi värähtelysignaaleille.

Kuvittele, että monimutkainen aikasignaali on valkoisen valon säde. Se näyttää meille yhtenäiseltä ja erottamattomalta. Mutta kun tämä säde kulkee lasiprisman läpi, se hajoaa osaväreihinsä – punaiseksi, oranssiksi, keltaiseksi ja niin edelleen – muodostaen sateenkaaren. FFT tekee saman värähtelysignaalille: se ottaa monimutkaisen käyrän aikatasosta ja hajottaa sen yksinkertaisiksi sinimuotoisiksi komponenteiksi, joilla jokaisella on oma taajuus ja amplitudi.

Tämän muunnoksen tulos näytetään kaaviossa, jota kutsutaan värähtelyspektriksi. Spektri on tärkein työväline kaikille värähtelyanalyysiä suorittaville. Sen avulla voit nähdä, mitä aikasignaalissa piilee: mitkä "puhtaat" värähtelyt muodostavat koneen kokonaismelun.

1.3. Keskeiset ymmärrettävät spektriparametrit

Balanset-1A-näytöllä "Vibrometer"- tai "Charts"-tiloissa näkemäsi värähtelyspektri koostuu kahdesta akselista, joiden ymmärtäminen on ehdottoman välttämätöntä diagnostiikkaa varten.

Vaaka-akseli (X): Taajuus

Tämä akseli osoittaa, kuinka usein värähtelyjä esiintyy, ja se mitataan hertseinä (Hz). 1 Hz on yksi täydellinen värähtely sekunnissa. Taajuus liittyy suoraan värähtelyn lähteeseen. Koneen erilaiset mekaaniset ja sähköiset komponentit tuottavat värähtelyä niille ominaisilla, ennustettavilla taajuuksilla. Tietämällä taajuuden, jolla korkea värähtelyhuippu havaitaan, voimme tunnistaa syyllisen — tietyn yksikön tai vian.

Pyörimistaajuus (1x): Tämä on tärkein taajuus kaikessa värähtelydiagnostiikassa. Se vastaa koneen akselin pyörimisnopeutta. Esimerkiksi, jos moottorin akseli pyörii 3000 kierrosta minuutissa (rpm), sen pyörimistaajuus on: f = 3000 rpm / 60 s/min = 50 Hz. Tätä taajuutta merkitään 1x:llä. Se toimii vertailukohtana monien muiden vikojen tunnistamiseen.

Pystyakseli (Y): Amplitudi

Tämä akseli näyttää värähtelyn voimakkuuden tai voimakkuuden kullakin tietyllä taajuudella. Balanset-1A-laitteessa amplitudi mitataan millimetreinä sekunnissa (mm/s), mikä vastaa värähtelynopeuden neliöllistä keskiarvoa (RMS). Mitä korkeampi spektrin huippu on, sitä enemmän värähtelyenergiaa keskittyy kyseiselle taajuudelle ja yleensä sitä vakavampi on siihen liittyvä vika.

Harmoniat

Harmonit ovat taajuuksia, jotka ovat perustaajuuden kokonaislukukertoja. Useimmiten perustaajuus on pyörimistaajuus 1x. Siten sen harmoniset ovat: 2x (toinen harmoninen) = 2×1x, 3x (kolmas harmoninen) = 3×1x, 4x (neljäs harmoninen) = 4×1x, ja niin edelleen. Harmonien esiintyminen ja suhteellinen korkeus sisältävät ratkaisevaa diagnostista tietoa. Esimerkiksi puhdas epätasapaino ilmenee pääasiassa taajuudella 1x hyvin matalilla harmonisilla. Mekaaninen löysyys tai akselin linjausvirhe synnyttää kuitenkin kokonaisen "metsän" korkeita harmonisia (2x, 3x, 4x,...). Analysoimalla 1x:n ja sen harmonisten amplitudien välistä suhdetta voidaan erottaa erityyppisiä vikoja.

Osa 2: Värähtelyspektrin hankkiminen Balanset-1A:lla

Diagnostiikan laatu riippuu suoraan lähtötietojen laadusta. Virheelliset mittaukset voivat johtaa virheellisiin johtopäätöksiin, tarpeettomiin korjauksiin tai päinvastoin kehittyvän vian huomaamatta jättämiseen. Tämä osio tarjoaa käytännön oppaan tarkkojen ja toistettavien tietojen keräämiseen laitteellasi.

2.1. Mittausten valmistelu: Tarkkojen tietojen avain

Ennen kaapeleiden kytkemistä ja ohjelman käynnistämistä on kiinnitettävä erityistä huomiota antureiden oikeaan asennukseen. Tämä on tärkein vaihe, joka määrää kaikkien seuraavien analyysien luotettavuuden.

Kiinnitysmenetelmä: Balanset-1A toimitetaan magneettisilla anturialustoilla. Tämä on kätevä ja nopea asennusmenetelmä, mutta sen tehokkuuden varmistamiseksi on noudatettava useita sääntöjä. Mittauspisteen pinnan on oltava:

• Puhdas: Poista lika, ruoste ja hilseilevä maali.
• Asunto: Anturin on oltava koko magneetin pinnan tasalla. Älä asenna sitä pyöreille pinnoille tai pultinkannoille.
• Massiivinen: Mittauspisteen tulee olla osa koneen kuormaa kantavaa rakennetta (esim. laakeripesä), ei ohut suojakansi tai jäähdytysripa.

Paikallaan olevaan valvontaan tai maksimaalisen tarkkuuden saavuttamiseksi korkeilla taajuuksilla on suositeltavaa käyttää kierreliitosta (tappia), jos koneen rakenne sen sallii.

Sijainti: Roottorin toiminnan aikana syntyvät voimat siirtyvät koneen koteloon laakereiden kautta. Siksi paras paikka asentaa antureita on laakeripesät. Pyri sijoittamaan anturi mahdollisimman lähelle laakeria, jotta värähtelyn mittaaminen minimoi vääristymän.

Mittaussuunta: Tärinä on kolmiulotteinen prosessi. Saadaksesi täydellisen kuvan koneen kunnosta, mittaukset tulisi tehdä kolmeen suuntaan:

• Säteittäinen vaakasuora (H): Kohtisuorassa akselin akseliin nähden, vaakatasossa.
• Radiaalinen pystysuora (V): Kohtisuorassa akselin akseliin nähden, pystysuorassa tasossa.
• Aksiaalinen (A): Akselin akselin suuntainen.

Yleensä rakenteen jäykkyys vaakasuunnassa on pienempi kuin pystysuunnassa, joten värähtelyn amplitudi vaakasuunnassa on usein suurin. Tästä syystä vaakasuunta valitaan usein alustavaan arviointiin. Aksiaalinen värähtely sisältää kuitenkin ainutlaatuista tietoa, joka on kriittisen tärkeää vikojen, kuten akselin linjausvirheen, diagnosoinnissa.

Balanset-1A on kaksikanavainen laite, jota käsikirjassa tarkastellaan ensisijaisesti kaksitasoisen tasapainotuksen näkökulmasta. Diagnostiikassa tämä avaa kuitenkin paljon laajemmat mahdollisuudet. Kahden eri laakerin värähtelyn mittaamisen sijaan molemmat anturit voidaan liittää samaan laakeriyksikköön, mutta eri suuntiin. Esimerkiksi anturikanava 1 voidaan asentaa säteittäisesti (vaakasuunnassa) ja anturikanava 2 aksiaalisesti. Spektrien samanaikainen kerääminen kahteen suuntaan mahdollistaa aksiaalisen ja säteittäisen värähtelyn välittömän vertailun, mikä on ammattimaisessa diagnostiikassa vakiotekniikka luotettavan linjausvirheiden havaitsemiseksi. Tämä menetelmä laajentaa merkittävästi laitteen diagnostiikkaominaisuuksia ja ylittää käsikirjassa kuvatut mahdollisuudet.

2.2. Vaihe vaiheelta: Vibrometritilan (F5) käyttö nopeaan arviointiin

Tämä tila on suunniteltu tärkeimpien värähtelyparametrien operatiiviseen ohjaukseen ja sopii erinomaisesti koneen kunnon nopeaan arviointiin paikan päällä. Spektri saadaan tässä tilassa seuraavasti:

1. Antureiden kytkeminen: Asenna tärinäanturit valittuihin pisteisiin ja kytke ne mittausyksikön X1- ja X2-tuloihin. Kytke lasertakometri X3-tuloon ja kiinnitä heijastava merkki akseliin.
2. Käynnistä ohjelma: Napsauta Balanset-1A:n pääikkunassa "F5 - Vibration Meter" -painiketta.
3. Työikkuna avautuu (kuva 7.4 käyttöohjeessa). Sen yläosassa näkyvät digitaaliset arvot: kokonaisvärähtely (V1s), värähtely pyörimistaajuudella (V1o), vaihe (F1) ja pyörimisnopeus (N rev).
4. Aloita mittaus: Napsauta "F9 - Suorita" -painiketta. Ohjelma alkaa kerätä ja näyttää tietoja reaaliajassa.
5. Analysoi spektriä: Ikkunan alareunassa on "Vibration spectre-channel 1&2 (mm/s)" -kaavio. Tämä on värähtelyspektri. Vaaka-akseli näyttää taajuuden hertseinä ja pystyakseli amplitudin mm/s.

Tämä tila mahdollistaa ensimmäisen ja tärkeimmän diagnostiikkatarkastuksen, jota suositellaan jopa tasapainotusoppaassa. Vertaa V1s:n (kokonaisvärähtely) ja V1o:n (tärinä pyörimistaajuudella 1x) arvoja.

• Jos V1s≈V1o, se tarkoittaa, että suurin osa värähtelyenergiasta keskittyy pyörimistaajuudelle. Värähtelyn pääasiallinen syy on todennäköisesti epätasapaino.
• Jos V1s≫V1o, se osoittaa, että merkittävä osa värähtelystä johtuu muista lähteistä (linjausvirhe, löysyys, laakeriviat jne.). Tässä tapauksessa yksinkertainen tasapainotus ei ratkaise ongelmaa, ja spektrin perusteellisempi analyysi on tarpeen.

2.3. Vaiheittainen opas: Kaaviot-tilan (F8) käyttö yksityiskohtaiseen analyysiin

Vakavammissa diagnostiikassa, joka vaatii spektrin yksityiskohtaisempaa tarkastelua, "Charts"-tila on huomattavasti parempi. Se tarjoaa suuremman ja informatiivisemman kaavion, joka helpottaa piikkien tunnistamista ja niiden rakenteen analysointia. Spektrin hankkiminen tässä tilassa tapahtuu seuraavasti:

1. Kytke anturit samalla tavalla kuin "Vibrometri"-tilassa.
2. Käynnistystila: Napsauta ohjelman pääikkunassa "F8 - Kaaviot" -painiketta.
3. Valitse kaaviotyyppi: Avautuneessa ikkunassa (kuva 7.19 käyttöohjeessa) yläosassa on rivi painikkeita. Napsauta "F5-Spectrum (Hz)".
4. Spektrianalyysi-ikkuna avautuu (kuva 7.23 käyttöohjeessa). Ylemmässä osassa näkyy aikasignaali ja alemmassa, pääosassa värähtelyspektri.
5. Aloita mittaus: Napsauta "F9-Suorita"-painiketta. Laite suorittaa mittauksen ja luo yksityiskohtaiset kaaviot.

Tässä tilassa saatu spektri on paljon kätevämpi analysoida. Voit nähdä selkeämmin piikit eri taajuuksilla, arvioida niiden korkeuden ja tunnistaa harmonisia sarjoja. Tätä tilaa suositellaan seuraavassa osiossa kuvattujen vikojen diagnosointiin.

Osa 3: Tyypillisten vikojen diagnostiikka värähtelyspektrien avulla (enintään 1000 Hz)

Tämä osio on oppaan käytännön ydin. Tässä osiossa opimme lukemaan spektrejä ja korreloimaan ne tiettyjen mekaanisten ongelmien kanssa. Mukavuuden ja nopean kenttätyöskentelyn takaamiseksi tärkeimmät diagnostiset indikaattorit on koottu yhteen taulukkoon. Se toimii nopeana oppaana todellisten tietojen analysoinnissa.

Taulukko 3.1: Diagnostisten indikaattoreiden yhteenveto

Vika	Ensisijainen spektraalinen allekirjoitus	Tyypilliset harmoniset yliaallot	Huomautukset
Epätasapaino	Suuri amplitudi 1× pyörimistaajuudella	Matala	Radiaalinen värähtely on hallitsevaa. Amplitudi kasvaa neliöllisesti nopeuden mukana.
Väärin kohdistus	Suuri amplitudi 2 × pyörimisnopeudella	1×, 3×, 4×	Usein liittyy aksiaalista värähtelyä.
Mekaaninen löysyys	Useita harmonisia yliaaltoja 1× ("harmonisten yliaaltojen metsä")	1×, 2×, 3×, 4×, 5×...	Aliharmonisia yliaaltoja (0,5×, 1,5×) voi esiintyä taajuuksilla 1/2x, 3/2x jne. halkeamien vuoksi.
Laakerivika	Huiput epäsynkronisilla taajuuksilla (BPFO, BPFI jne.)	Useita vikataajuuksien harmonisia yliaaltoja	Usein näkyy sivukaistoina piikkien ympärillä. Kuulostaa "kohinalta" korkeataajuuksilla.
Vaihteiston verkkovika	Vaihteiden kytkennän korkea taajuus (GMF) ja sen harmoniset yliaallot	Sivukaistat GMF:n ympärillä 1x:ssä	Ilmaisee kulumista, hammasvaurioita tai epäkeskisyyttä.

Seuraavaksi käsittelemme kutakin näistä puutteista yksityiskohtaisesti.

3.1. Epätasapaino: Yleisin ongelma

Fyysinen syy: Epätasapaino syntyy, kun pyörivän osan (roottorin) massakeskipiste ei ole samassa linjassa sen geometrisen pyörimisakselin kanssa. Tämä luo "raskaan kohdan", joka pyörimisen aikana synnyttää säteittäisen keskipakovoiman, joka välittyy laakereihin ja perustuksiin.

Spektriallekirjoitukset: Pääasiallinen merkki on korkea amplitudipiikki yksinomaan pyörimistaajuudella (1x). Värähtely on pääasiassa säteittäistä. Epätasapainoa on kahta päätyyppiä:

Staattinen epätasapaino (yksi taso)

Spektrin kuvaus: Spektriä hallitsee kokonaan yksi piikki perustaajuudella (1x). Värähtely on sinimuotoista, ja muilla taajuuksilla energia on minimaalista.

Spektrikomponenttien lyhyt kuvaus: Ensisijaisesti vahva 1x pyörimistaajuuskomponentti. Vähän tai ei ollenkaan korkeampia harmonisia (puhdas 1x-sävy).

Tärkein ominaisuus: Suuri 1x amplitudi kaikkiin säteittäisiin suuntiin. Molempien laakereiden värähtely on vaiheessa (ei vaihe-eroa päiden välillä). Saman laakerin vaaka- ja pystysuuntaisten mittausten välillä havaitaan usein noin 90° vaihesiirto.

Dynaaminen epätasapaino (kaksitasoinen / pari)

Spektrin kuvaus: Spektrissä näkyy myös hallitseva kerran kierrosta kohden esiintyvä taajuuspiikki (1x), joka muistuttaa staattista epätasapainoa. Tärinä esiintyy pyörimisnopeudella, eikä merkittävää korkeampien taajuuksien osuutta esiinny, jos epätasapaino on ainoa ongelma.

Spektrikomponenttien lyhyt kuvaus: Hallitseva 1x RPM -komponentti (usein roottorin "heiluminen" tai heiluminen). Korkeampia harmonisia yliaaltoja ei yleensä esiinny, ellei muita vikoja ole.

Tärkein ominaisuus: 1x tärinä jokaisessa laakerissa on epätahdissa — Roottorin kahden pään värähtelyn välillä on noin 180° vaihe-ero (mikä viittaa epätasapainoon). Voimakas 1x-piikki tässä vaihesuhteessa on merkki dynaamisesta epätasapainosta.

Mitä tehdä: Jos spektri osoittaa epätasapainoa, on suoritettava tasapainotustoimenpide. Staattisen epätasapainon tapauksessa riittää yksitasoinen tasapainotus (manuaalinen kohta 7.4), dynaamisen epätasapainon tapauksessa kaksitasoinen tasapainotus (manuaalinen kohta 7.5).

3.2. Akselin linjausvirhe: Piilevä uhka

Fyysinen syy: Linjausvirhe syntyy, kun kahden kytketyn akselin (esim. moottorin akselin ja pumpun akselin) pyörimisakselit eivät ole samat. Kun väärin linjatut akselit pyörivät, kytkimessä ja laakereissa syntyy syklisiä voimia, jotka aiheuttavat tärinää.

Yhdensuuntainen linjausvirhe (offset-akselit)

Spektrin kuvaus: Värähtelyspektrissä on kohonnut energia perusaallolla (1x) ja sen harmonisilla 2x ja 3x, erityisesti säteittäisessä suunnassa. Tyypillisesti 1x-komponentti on hallitseva, ja siihen liittyy linjausvirhe, johon liittyy huomattava 2x-komponentti.

Spektrikomponenttien lyhyt kuvaus: Sisältää merkittäviä piikkejä akselin pyörimistaajuuksilla 1x, 2x ja 3x. Nämä esiintyvät pääasiassa säteittäisvärähtelymittauksissa (akseliin nähden kohtisuorassa).

Tärkein ominaisuus: Suuret 1x ja 2x värähtelyt säteittäissuunnassa ovat suuntaa antavia. Kytkimen vastakkaisilla puolilla olevien säteittäisvärähtelymittausten välillä havaitaan usein 180° vaihe-ero, mikä erottaa sen puhtaasta epätasapainosta.

Kulmavirhe (kaltevat akselit)

Spektrin kuvaus: Taajuusspektrissä näkyy voimakkaita akselin nopeuden harmonisia yliaaltoja, erityisesti selkeä 2x käyntinopeuskomponentti 1x-komponentin lisäksi. Värähtelyä esiintyy nopeuksilla 1x, 2x (ja usein 3x), ja aksiaalinen (akselin suuntainen) värähtely on merkittävää.

Spektrikomponenttien lyhyt kuvaus: Merkittäviä piikkejä esiintyy 1x ja 2x (ja joskus 3x) käyntinopeudella. 2x-komponentti on usein yhtä suuri tai suurempi kuin 1x. Nämä taajuudet ovat voimakkaita aksiaalisessa värähtelyspektrissä (koneen akselia pitkin).

Tärkein ominaisuus: Suhteellisen korkea toisen harmonisen (2x) amplitudi verrattuna 1x:ään yhdistettynä voimakkaaseen aksiaaliseen värähtelyyn. Aksiaaliset mittaukset kytkentäkohdan molemmin puolin ovat 180° vaiheen ulkopuolella, mikä on kulmapoikkeaman tunnusmerkki.

Mitä tehdä: Tasapainotus ei auta tässä. Pysäytä yksikkö ja suorita akselin linjaus erikoistyökaluilla.

3.3. Mekaaninen löysyys: "Kolatusta" koneessa

Fyysinen syy: Tämä vika liittyy rakenteellisten liitosten jäykkyyden menetykseen: löysät pultit, halkeamat perustuksissa, lisääntyneet välykset laakeripesissä. Välysten vuoksi esiintyy iskuja, jotka muodostavat tyypillisen värähtelykuvion.

Mekaaninen löysyys (komponenttien löysyys)

Kuvaus: Spektri on runsas pyörimisnopeuden taajuuskomponenttien suhteen. Esiintyy laaja valikoima 1x:n kokonaislukukertoja (1x:stä korkeampiin kertalukuihin, kuten ~10x) merkittävine amplitudeineen. Joissakin tapauksissa voi esiintyä myös aliharmonisia taajuuksia (esim. 0,5x).

Spektrikomponentit: Pyörimisnopeuden useat taajuuskomponentit (1x, 2x, 3x ... jopa ~10x) ovat hallitsevia. Joskus myös murtolukutaajuuskomponentteja (puolikokonaislukuja) voi esiintyä kohdissa 1/2x, 3/2x jne. toistuvien iskujen vuoksi.

Tärkein ominaisuus: Spektrissä on tunnusomainen "piikkien sarja" – lukuisia tasaisesti toisistaan etäisyydellä olevia piikkejä taajuuksilla, jotka ovat pyörimisnopeuden kokonaislukukertoja. Tämä viittaa jäykkyyden menetykseen tai osien virheelliseen kokoonpanoon, joka aiheuttaa toistuvia iskuja. Keskeinen indikaattori on moninkertaisten harmonisten (ja mahdollisesti puolilukuisten aliharmonisten) esiintyminen.

Rakenteellinen löysyys (jalustan/kiinnityksen löysyys)

Kuvaus: Värähtelyspektrissä perustaajuuden tai kaksinkertaisen pyörimistaajuuden värähtely on usein hallitsevaa. Yleensä huippu esiintyy taajuudella 1x ja/tai 2x. Korkeammilla harmonisilla (yli 2x) on yleensä paljon pienemmät amplitudit verrattuna näihin pääharmonisiin.

Spektrikomponentit: Esittää pääasiassa taajuuskomponentteja akselin 1x ja 2x nopeuksilla. Muut harmoniset yliaallot (3x, 4x jne.) yleensä puuttuvat tai ovat merkityksettömiä. Komponentti 1x tai 2x voi olla hallitseva löysyyden tyypistä riippuen (esim. yksi isku kierrosta kohden tai kaksi iskua kierrosta kohden).

Tärkein ominaisuus: Huomattavan korkeat piikit 1x tai 2x (tai molemmilla) suhteessa muuhun spektriin, mikä osoittaa laakereiden tai rakenteen löysyyttä. Tärinä on voimakkaampaa pystysuunnassa, jos kone on löysästi asennettu. Yksi tai kaksi matalan asteen hallitsevaa piikkiä ja pieni määrä korkean asteen harmonisia ovat ominaisia rakenteelliselle tai perustuksen löysyydelle.

Mitä tehdä: Yksikön perusteellinen tarkastus on tarpeen. Tarkista kaikki saavutettavissa olevat kiinnityspultit (laakerit, kotelo). Tarkista runko ja perustukset halkeamien varalta. Jos sisäistä löysyyttä on (esim. laakeripesä), yksikön purkaminen voi olla tarpeen.

3.4. Vierintälaakerin viat: Ennakkovaroitus

Fyysinen syy: Vikojen (kuoppia, lohkeamia, kulumista) esiintyminen vierintäpinnoilla (sisärengas, ulkorengas, vierintäelementit) tai häkissä. Joka kerta, kun vierintäelementti vierii vian yli, tapahtuu lyhyt iskuimpulssi. Nämä impulssit toistuvat kullekin laakerielementille ominaisella tietyllä taajuudella.

Spektriallekirjoitukset: Laakeriviat ilmenevät piikkeinä epäsynkronisilla taajuuksilla eli taajuuksilla, jotka eivät ole pyörimistaajuuden (1x) kokonaislukukertoja. Nämä taajuudet (BPFO - ulomman laakerikehän vikataajuus, BPFI - sisälaakerikehä, BSF - vierintäelementti, FTF - häkki) riippuvat laakerin geometriasta ja pyörimisnopeudesta. Aloittelevan diagnosoijan ei tarvitse laskea niiden tarkkoja arvoja. Tärkeintä on oppia tunnistamaan niiden läsnäolo spektrissä.

Ulkopuolinen vika

Spektrin kuvaus: Värähtelyspektrissä näkyy sarja piikkejä, jotka vastaavat ulomman vierintäkehän vikataajuutta ja sen harmonisia yliaaltoja. Nämä piikit ovat yleensä korkeammilla taajuuksilla (eivät akselin pyörimisnopeuden kokonaislukukerrannaisina) ja osoittavat joka kerta, kun vierintäelementti kulkee ulomman vierintäkehän vikakohdan yli.

Spektrikomponenttien lyhyt kuvaus: Ulkokehän pallonkiertotaajuudessa (BPFO) on useita harmonisia yliaaltoja. Tyypillisesti spektrissä voidaan havaita 8–10 BPFO-harmonista yliaaltoa voimakkaan ulkokehän viallisen tilan yhteydessä. Näiden piikkien välinen etäisyys on yhtä suuri kuin BPFO (laakerin geometrian ja nopeuden määräämä ominaistaajuus).

Tärkein ominaisuus: Selkeä piikkien sarja BPFO:lla ja sen peräkkäisillä harmonisilla on tunnusmerkki. Lukuisien tasaisesti sijaitsevien korkeataajuisten piikkien (BPFO, 2xBPFO, 3xBPFO, ...) läsnäolo viittaa selvästi ulomman laakerikehän vikaan.

Sisäisen rodun vika

Spektrin kuvaus: Sisemmän vian spektrissä näkyy useita selviä piikkejä sisemmän vian taajuudella ja sen harmonisilla yliaalloilla. Lisäksi jokaiseen näistä vian taajuuspiikeistä liittyy tyypillisesti sivukaistan piikkejä, jotka sijaitsevat nopeustaajuudella (1x).

Spektrikomponenttien lyhyt kuvaus: Sisältää useita sisemmän kiertoradan pallopäästötaajuuden (BPFI) harmonisia yliaaltoja, usein luokkaa 8–10 harmonista. Näitä BPFI-piikkejä moduloivat tyypillisesti sivukaistat ±1x RPM:ssä – mikä tarkoittaa, että jokaisen BPFI-harmonisen vieressä esiintyy pienempiä sivupiikkejä, jotka ovat erillään pääpiikistä akselin pyörimistaajuuden verran.

Tärkein ominaisuus: Ilmaiseva merkki on sisemmän kehäradan vikataajuuden (BPFI) harmonisten esiintyminen sivukaistakuviolla. Akselinopeudella BPFI-harmonisten ympärillä olevat sivukaistat osoittavat, että sisemmän kehäradan vikaa kuormitetaan kerran kierrosta kohden, mikä vahvistaa sisäisen kehäradan ongelman ulkokehän sijaan.

Vierivän elementin vika (kuula/rulla)

Spektrin kuvaus: Vierintäelementin (kuulan tai rullan) vika aiheuttaa värähtelyä vierintäelementin pyörimistaajuudella ja sen harmonisilla yliaalloilla. Spektrissä näkyy sarja piikkejä, jotka eivät ole akselin nopeuden kokonaislukukertoja, vaan pikemminkin kuulan/rullan pyörimistaajuuden (BSF) kerrannaisia. Yksi näistä harmonisista piikeistä on usein huomattavasti suurempi kuin muut, mikä heijastaa kuinka monta vierintäelementtiä on vaurioitunut.

Spektrikomponenttien lyhyt kuvaus: Perusvierivän elementin vikataajuudella (BSF) ja sen harmonisilla yliaalloilla esiintyy piikkejä. Esimerkiksi BSF, 2xBSF, 3xBSF jne. Näiden piikkien amplitudikuvio voi osoittaa vaurioituneiden elementtien lukumäärän – esimerkiksi jos toinen harmoninen on suurin, se voi viitata siihen, että kahdessa kuulassa/rullassa on lohkeamia. Usein tähän liittyy jonkin verran värähtelyä vierintäelementin vikataajuuksilla, koska vierintäelementin vaurioituminen johtaa usein myös vierintäelementin vaurioitumiseen.

Tärkein ominaisuus: Laakerielementin pyörimistaajuuden (BSF) ja akselin pyörimistaajuuden erottamalla toisistaan esiintyvien piikkien sarja osoittaa vierintäelementin vian. Laakerielementin N:nnen harmonisen erityisen suuri amplitudi viittaa usein siihen, että N elementtiä on vaurioitunut (esim. erittäin korkea 2xBSF-piikki voi viitata kahteen vialliseen kuulaan).

Häkkivika (laakerihäkki / FTF)

Spektrin kuvaus: Vierintälaakerin häkki- (erotin-) vika aiheuttaa värähtelyä häkin pyörimistaajuudella – perustaajuudella (FTF) – ja sen harmonisilla yliaalloilla. Nämä taajuudet ovat yleensä alisynkronisia (akselin nopeuden alapuolella). Spektrissä näkyy huippuja FTF:llä, 2xFTF:llä, 3xFTF:llä jne., ja usein vuorovaikutusta muiden laakeritaajuuksien kanssa modulaation vuoksi.

Spektrikomponenttien lyhyt kuvaus: Häkin pyörimistaajuutta (FTF) vastaavat matalataajuiset piikit ja sen kokonaislukukerrannaiset. Esimerkiksi, jos FTF ≈ 0,4x akselin nopeus, piikkejä voi nähdä arvoilla ~0,4x, ~0,8x, ~1,2x jne. Monissa tapauksissa häkkivika esiintyy samanaikaisesti kilparadoissa olevien vikojen kanssa, joten FTF voi moduloida kilparadoissa olevien vikojen signaaleja tuottaen summa-/erotustaajuuksia (sivukaistoja kilparadoissa olevien taajuuksien ympärillä).

Tärkein ominaisuus: Yksi tai useampi laakerihäkin pyörimisnopeuden (FTF) mukainen aliharmoninen huippu (alle 1x) viittaa häkkiongelmaan. Tämä ilmenee usein muiden laakerivikaoireiden rinnalla. Keskeinen oire on FTF:n ja sen harmonisten esiintyminen spektrissä, mikä on muuten harvinaista, ellei häkki ole vikaantumassa.

Mitä tehdä: Laakeritaajuuksien ilmestyminen on kehotus toimintaan. On tarpeen tehostaa tämän yksikön valvontaa, tarkistaa voitelun kunto ja aloittaa laakerin vaihdon suunnittelu mahdollisimman pian.

3.5. Vaihdeviat

Vaihteen epäkeskisyys / Taivutettu akseli

Spektrin kuvaus: Tämä vika aiheuttaa hammaspyörän kytkentävärähtelyn modulaatiota. Spektrissä hammaspyörän kytkentätaajuuden (GMF) huippua ympäröivät sivukaistahuiput, jotka sijaitsevat hammaspyörän akselin pyörimistaajuudella (1x hammaspyörän RPM). Usein myös hammaspyörän oma 1x käyntinopeuden värähtely on koholla epätasapainon kaltaisen vaikutuksen vuoksi.

Spektrikomponenttien lyhyt kuvaus: Huomattava amplitudin kasvu vaihteen kytkentätaajuudella ja sen alemmilla harmonisilla (esim. 1x, 2x, 3x GMF). GMF:n ympärille (ja joskus sen harmonisten ympärille) ilmestyy selkeitä sivunauhoja välein, jotka ovat 1x kyseisen vaihteen pyörimisnopeus. Näiden sivunauhojen läsnäolo osoittaa kytkentätaajuuden amplitudimodulaatiota vaihteen pyörimisen vaikutuksesta.

Tärkein ominaisuus: Tyypillinen ominaisuus on vaihteen kytkeytymistaajuus, jossa on selkeät sivunauhat 1x vaihdetaajuudella. Tämä sivunauhakuvio (huiput, jotka ovat tasaisin välein GMF:n ympärillä käyntinopeuden mukaan) viittaa vahvasti vaihteen epäkeskisyyteen tai vääntyneeseen vaihdeakseliin. Lisäksi vaihteen perusvärähtely (1x) voi olla normaalia korkeampi.

Vaihteiden hampaiden kuluminen tai vaurioituminen

Spektrin kuvaus: Hammasrattaiden viat (kuten kuluneet tai rikkoutuneet hampaat) aiheuttavat värähtelyn lisääntymistä hammasrattaiden kytkeytymistaajuudella ja sen harmonisilla yliaalloilla. Spektrissä näkyy usein useita suuriamplitudisia GMF-piikkejä (1xGMF, 2xGMF jne.). Lisäksi näiden GMF-piikkien ympärillä esiintyy lukuisia sivukaistataajuuksia, joiden välissä on akselin pyörimistaajuus. Joissakin tapauksissa voidaan havaita myös hammasrattaiden ominaistaajuuksien (resonanssien) herätettä sivukaistoilla.

Spektrikomponenttien lyhyt kuvaus: Kohonneet piikit hammaspyörän kytkeytymistaajuudella (hampaiden kytkeytymistaajuudella) ja sen harmonisilla yliaalloilla (esimerkiksi 2xGMF). Kunkin GMF-pääharmonisen ympärillä on sivukaistojen piikkejä, joiden välissä on 1x kierrosluku. 1x-, 2x- ja 3x-GMF-komponenttien ympärillä olevien sivukaistojen lukumäärä ja koko kasvavat yleensä hammasvaurion vakavuuden myötä. Vakavissa tapauksissa voi esiintyä lisäpiikkejä, jotka vastaavat hammaspyörän resonanssitaajuuksia (omine sivukaistoineen).

Tärkein ominaisuus: Useat suuren amplitudin omaavat hammaspyörän kytkentätaajuusharmoniset, joihin liittyy tiheitä sivukaistakuvioita, ovat tyypillisiä merkkejä. Tämä viittaa epätasaiseen hampaan ylikulkuun kulumisen tai rikkoutuneen hampaan vuoksi. Voimakkaasti kuluneella tai vaurioituneella hammasrattaalla on laajat sivunauhat (kerran vaihdenopeuden välein) kytkentätaajuushuippujen ympärillä, mikä erottaa sen terveestä hammasrattaasta (jolla olisi puhtaampi spektri keskittyen GMF:ään).

Mitä tehdä: Vaihteistoon liittyvien taajuuksien esiintyminen vaatii tarkempaa huomiota. Vaihteiston öljyn kunto on suositeltavaa tarkistaa metallihiukkasten varalta ja ajoittaa vaihdelaatikon tarkastus hampaiden kulumisen tai vaurioiden arvioimiseksi.

On tärkeää ymmärtää, että todellisissa olosuhteissa koneissa on harvoin vain yksi vika. Hyvin usein spektri on yhdistelmä useiden vikojen merkkejä, kuten epätasapaino ja linjausvirhe. Tämä voi olla hämmentävää aloittelevalle diagnostiikolle. Tällaisissa tapauksissa pätee yksinkertainen sääntö: puutu ensin suurimman amplitudin omaavaan huippuun liittyvään ongelmaan. Usein yksi vakava vika (esim. vakava linjausvirhe) aiheuttaa toissijaisia ongelmia, kuten lisääntynyttä laakerien kulumista tai kiinnikkeiden löystymistä. Poistamalla perimmäisen syyn voit merkittävästi vähentää toissijaisten vikojen ilmenemistä.

Osa 4: Käytännön suositukset ja seuraavat vaiheet

Hallittuasi spektritulkinnan perusteet olet ottanut ensimmäisen ja tärkeimmän askeleen. Nyt on tarpeen integroida tämä tieto päivittäiseen kunnossapitotyöhösi. Tässä osiossa käsitellään sitä, miten siirrytään kertaluonteisista mittauksista systemaattiseen lähestymistapaan ja miten saatuja tietoja käytetään tietoon perustuvien päätösten tekemiseen.

4.1. Yksittäisestä mittauksesta seurantaan: Trendien voima

Yksi spektri on vain "tilannekuva" koneen kunnosta tiettynä hetkenä. Se voi olla hyvin informatiivinen, mutta sen todellinen arvo paljastuu vertaamalla sitä aiempiin mittauksiin. Tätä prosessia kutsutaan kunnonvalvonnaksi tai trendianalyysiksi.

Idea on hyvin yksinkertainen: sen sijaan, että koneen kuntoa arvioitaisiin absoluuttisten värähtelyarvojen ("hyvä" tai "huono") perusteella, seurataan, miten nämä arvot muuttuvat ajan kuluessa. Hidas, asteittainen amplitudin kasvu tietyllä taajuudella viittaa systemaattiseen kulumiseen, kun taas äkillinen hyppäys on hälytyssignaali, joka osoittaa vian nopeaa kehittymistä.

Käytännön vinkki:

• Luo perusspektri: Suorita perusteellinen mittaus uusille, juuri korjatuille tai tunnetusti toimiville laitteille. Tallenna nämä tiedot (spektrit ja numeeriset arvot) Balanset-1A-ohjelman arkistoon. Tämä on sinun "kuntotestisi" tälle laitteelle.
• Määritä jaksotus: Määritä, kuinka usein suoritat tarkastusmittauksia. Kriittisten laitteiden kohdalla tämä voi olla kerran kahdessa viikossa; apulaitteille kerran kuukaudessa tai neljännesvuosittain.
• Varmista toistettavuus: Suorita mittaukset joka kerta samoista pisteistä, samoihin suuntiin ja, jos mahdollista, koneen samoissa käyttöolosuhteissa (kuormitus, lämpötila).
• Vertaile ja analysoi: Jokaisen uuden mittauksen jälkeen vertaa saatua spektriä perusviivaan ja aiempiin mittauksiin. Kiinnitä huomiota paitsi uusien piikkien ilmestymiseen myös olemassa olevien piikkien amplitudin kasvuun. Minkä tahansa piikin amplitudin jyrkkä kasvu (esim. kaksinkertainen edelliseen mittaukseen verrattuna) on luotettava merkki kehittyvästä viasta, vaikka absoluuttinen värähtelyarvo olisikin edelleen ISO-standardien mukaisten hyväksyttävien rajojen sisällä.

4.2. Milloin tasapainottaa ja milloin etsiä muuta syytä?

Diagnostiikan perimmäinen tavoite ei ole vain vian löytäminen, vaan oikean päätöksen tekeminen tarvittavista toimenpiteistä. Spektrianalyysin perusteella voidaan rakentaa yksinkertainen ja tehokas päätöksentekoalgoritmi.

Spektrianalyysiin perustuva toiminta-algoritmi:

1. Hanki korkealaatuinen spektri Balanset-1A:lla, mieluiten "Charts"-tilassa (F8), tekemällä mittauksia sekä säteittäis- että aksiaalisuunnassa.
2. Tunnista suurin amplitudinen huippu. Se osoittaa hallitsevan ongelman, johon tulisi puuttua ensin.
3. Määritä vian tyyppi tämän piikin taajuuden perusteella:
   • Jos 1x-piikki on hallitseva: Todennäköisin syy on epätasapaino.
     Toiminto: Suorita dynaaminen tasapainotusmenetelmä käyttämällä Balanset-1A-laitteen toimintoja.
   • Jos 2x-piikki on hallitseva (etenkin jos se on korkea aksiaalisuunnassa): Todennäköisin syy on akselin virheasento.
     Toiminto: Tasapainotus ei ole tehokasta. Laite on pysäytettävä ja akselin linjaus on suoritettava.
   • Jos havaitaan monien harmonisten (1x, 2x, 3x,...) "metsä": Todennäköisin syy on mekaaninen löysyys.
     Toiminto: Suorita silmämääräinen tarkastus. Tarkista ja kiristä kaikki kiinnityspultit. Tarkista runko ja perustukset halkeamien varalta.
   • Jos epäsynkroniset piikit hallitsevat keski- tai korkeilla taajuusalueilla: Todennäköisin syy on vierintälaakerin vika.
     Toiminto: Tarkista laakeriyksikön voitelu. Aloita laakerin vaihdon suunnittelu. Lisää tämän yksikön valvontatiheyttä seurataksesi vikojen kehittymisnopeutta.
   • Jos sivukaistoilla varustettu vaihteiden kytkeytymistaajuus (GMF) on hallitseva: Todennäköisin syy on vaihteiston vika.
     Toiminto: Tarkista vaihteiston öljyn kunto. Varaa vaihteiston tarkastus hampaiden kulumisen tai vaurioiden arvioimiseksi.

Tämä yksinkertainen algoritmi mahdollistaa siirtymisen abstraktista analyysistä konkreettisiin, kohdennettuihin ylläpitotoimenpiteisiin, mikä on kaiken diagnostiikkatyön perimmäinen tavoite.

Päätelmä

Alun perin tasapainotukseen erikoistuneeksi työkaluksi suunniteltu Balanset-1A-laite tarjoaa huomattavasti suuremman potentiaalin. Värähtelyspektrien keräämisen ja näyttämisen kyky tekee siitä tehokkaan aloittelijan värähtelyanalysaattorin. Tämän artikkelin tarkoituksena oli yhdistää käyttöohjeessa kuvatun laitteen toimintaominaisuudet ja värähtelyanalyysisessioista saatujen tietojen tulkitsemiseen tarvittavat perustiedot.

Spektrianalyysin perusteiden hallitseminen ei tarkoita pelkästään teorian opiskelua, vaan käytännön työkalun hankkimista työsi tehokkuuden lisäämiseksi. Ymmärtämällä, miten erilaiset viat – epätasapaino, linjausvirhe, löysyys ja laakeriviat – ilmenevät ainutlaatuisina "sormenjälkinä" värähtelyspektrissä, voit katsoa käynnissä olevan koneen sisään purkamatta sitä.

Tämän oppaan tärkeimmät huomiot:

• Värähtely on tietoa. Jokainen spektrin piikki sisältää tietoa tietystä mekanismissa tapahtuvasta prosessista.
• FFT on kääntäjäsi. Nopea Fourier-muunnos kääntää värähtelyn monimutkaisen ja kaoottisen kielen yksinkertaiseksi ja ymmärrettäväksi taajuuksien ja amplitudien kieleksi.
• Diagnostiikka on hahmontunnistusta. Oppimalla tunnistamaan merkittävien vikojen ominaisia spektrikuvioita voit nopeasti ja tarkasti määrittää lisääntyneen värähtelyn perimmäisen syyn.
• Trendit ovat tärkeämpiä kuin absoluuttiset arvot. Säännöllinen seuranta ja nykyisten tietojen vertailu lähtötilanteeseen ovat ennakoivan lähestymistavan perusta, minkä ansiosta ongelmat voidaan tunnistaa varhaisimmassa vaiheessa.

Polku itsevarmaksi ja päteväksi värähtelyanalyytikoksi vaatii aikaa ja harjoittelua. Älä pelkää kokeilla, kerätä tietoja erilaisista laitteista ja luoda oma "terveysspektrien" ja "sairausspektrien" kirjasto. Tämä opas on antanut sinulle kartan ja kompassin. Käytä Balanset-1A:ta paitsi oireiden "hoitamiseen" tasapainottamalla, myös tarkan "diagnoosin" tekemiseen. Tämän lähestymistavan avulla voit parantaa merkittävästi laitteidesi luotettavuutta, vähentää hätäpysäytysten määrää ja siirtyä laadullisesti uudelle kunnossapidon tasolle.