Analiza kepstruma u vibracijskoj dijagnostici

Definicija: Što je kepstrum?

Analiza kepstruma je napredna tehnika obrade signala koja pruža informacije o periodičnim strukturama unutar frekvencijskog spektra. Naziv „kepstrum“ je anagram od „spektar“, što ukazuje na njegovu prirodu: on je zapravo „spektar spektra“. Izračunava se logaritmom frekvencijskog spektra, a zatim inverznom Fourierovom transformacijom rezultata. Ovaj proces ističe periodične uzorke u spektru, poput obitelji harmonika ili bočnih pojaseva, koje je možda teško razaznati izravnim gledanjem spektra.

U kepstrum dijagramu, x-os se naziva quefrency (anagram frekvencije) i ima jedinice vremena. Vrhovi na ovoj osi, nazvani rahmonika, označavaju period (u sekundama) ponavljajućih uzoraka u izvornom spektru.

Zašto koristiti analizu kepstruma?

Iako je standardni FFT spektar izvrstan za identificiranje pojedinačnih frekvencijskih komponenti, može postati pretrpan i teško ga je interpretirati kada kvar stroja generira veliki broj harmonika i bočnih pojaseva. Kepstrum analiza pojednostavljuje to konsolidiranjem cijele obitelji ponavljajućih frekvencija u jedan, jasan vrh. Njegova primarna upotreba je:

• Detekcija harmonijskih obitelji: Može lako identificirati osnovnu frekvenciju i njezine harmonike, čak i ako je sama osnovna frekvencija slaba ili odsutna u spektru.
• Identificiranje obitelji bočnih pojaseva: Izvanredno pronalazi bočne pojaseve, koji su često niske amplitude i prekriveni šumom. Cepstrum može jasno pokazati prisutnost bočnih pojaseva i izmjeriti njihov razmak.
• Razdvajanje učinaka izvora i puta: U nekim primjenama može pomoći u odvajanju signala izvora vibracija od strukturnog odziva stroja.
• Detekcija odjeka: Može identificirati odjeke ili refleksije u signalu.

Ključne primjene u dijagnostici strojeva

1. Dijagnostika mjenjača

Ovo je najčešća i najmoćnija primjena analize kepstruma. Oštećeni zub zupčanika modulirat će frekvenciju zahvata zupčanika (GMF), stvarajući bočne pojaseve oko vrha GMF-a raspoređene brzinom vrtnje tog zupčanika. U složenom mjenjaču s više osovina i zupčanika, spektar može biti zbunjujuća mješavina različitih GMF-ova i bočnih pojaseva. Kepstrum probija ovu složenost:

• Vrhunac kepstruma na frekvenciji koja odgovara periodu rotacije zupčanika (1 / okretaji u minuti) jasan je pokazatelj kvara na tom specifičnom zupčaniku.
• Amplituda vrha kepstruma može se pratiti kako bi se pratilo napredovanje trošenja zupčanika.

2. Analiza kotrljajućih ležajeva

Slično kao i kod mjenjača, defekti ležajeva također generiraju bočne pojaseve. Na primjer, defekt na unutarnjem kolutu stvorit će bočne pojaseve razmaknute brzinom osovine oko frekvencije defekta unutarnjeg koluta (BPFI) i njegovih harmonika. Kepstrum može pomoći u potvrđivanju prisutnosti ovih obrazaca, posebno kada nisu očiti u spektru.

3. Analiza turbostrojeva

U turbinama i kompresorima, kepstrum se može koristiti za identifikaciju harmonika frekvencije prolaza lopatica i dijagnosticiranje problema povezanih s oštećenjem lopatica ili aerodinamičkim problemima.

Kako interpretirati kepstrum dijagram

1. Izračunajte rotacijske periode: Prije nego što pogledamo kepstrum, izračunajmo vremenske periode glavnih rotirajućih komponenti (npr. za osovinu pri 1800 okretaja u minuti ili 30 Hz, period je 1/30 = 0,033 sekunde).
2. Tražite vrhove u poznatim razdobljima: Pregledajte kepstrum za značajne vrhove (rahmonike) koji se poklapaju s ovim izračunatim vremenskim razdobljima.
3. Identificirajte harmonike: Tražite vrhove na cjelobrojnim višekratnicima osnovne frekvencije. To ukazuje na prisutnost jakih harmonijskih obitelji u izvornom spektru.
4. Amplitude trenda: Pratite amplitudu vrhova kepstruma tijekom vremena. Povećana amplituda ukazuje na pogoršanje stanja.

Kepstrum analiza je moćan alat koji zahtijeva iskustvo za učinkovito korištenje, ali za složene strojeve poput mjenjača može pružiti dijagnostičku jasnoću koja se ne može usporediti samo sa spektralnom analizom.

← Natrag na glavni indeks