Változtatható sebességű gépek sorrendelemzésének megértése
Rendeléselemzés egy szakosodott rezgéselemzés olyan gépekhez kifejlesztett technika, amelyek nem egyetlen, állandó fordulatszámon működnek. Ahelyett, hogy az amplitúdót egy rögzített frekvenciatengelyhez viszonyítva ábrázolná Hz-ben vagy CPM-ben, az amplitúdót megrendelések — a tengely pillanatnyi sebességének többszöröse üzemi fordulatszám. Az 1. rendű rezgés pontosan a 1×-es (üzemsebesség) frekvencián jelentkezik, a 2. rendű a sebesség kétszeresén, és így tovább. Mivel az elemzés nem az óraműhöz, hanem magához a tengelyhez kapcsolódik, a rendű elemzés a sebességtől függő komponenseket pontosan meghatározza, függetlenül attól, hogy a gép éppen gyorsul vagy szabadon fut.
1. Fogalommeghatározás: Mi az a megrendelés?
Egy rendelés az alapforgási sebesség harmonikus frekvenciája. Mivel a gépi meghibásodások nagy része a tengelyfordulatszám egész számú többszörösénél kelt rezgést, a spektrum rendek szerinti ábrázolása minden csúcsot közvetlenül egy fizikai okhoz rendel. Az 1. rend szinte mindig kiegyensúlyozatlanság; a második rendű egy klasszikus jelzője eltérés és bizonyos lazasági feltételekhez; a magasabb egész számú rendek a következőkre vonatkoznak: fogaskerék-háló, lapát vagy blade-pass a rotoron található elemek számához kapcsolódó események. Nem egész (tört) rendjelző szubszinkron olajörvény vagy szíjhibákhoz hasonló jelenségek. Röviden: a sorrendtengely egy olyan diagnosztikai térkép, amely a rotorral együtt mozog.
2. Miért nem működik a standard FFT a változó fordulatszámú gépeknél?
Egy hagyományos Gyors Fourier-transzformáció (FFT) a rezgés mérését egy meghatározott időintervallumon belül idő és feltételezi, hogy a sebesség az adott időintervallumban állandó. Állandó sebességű gépen ez tökéletes. De ha a tengely felgyorsul vagy lelassul az adatgyűjtés közben, minden sebességgel kapcsolatos komponens eltolódik a spektrumon a rögzítés során. Energiája számos szomszédos frekvenciatartományra oszlik el, így tiszta vonal helyett széles, alacsony, homályos domborulatot hoz létre. Egy 1×-es kiegyensúlyozatlansági csúcs, amelynek a spektrum felett kellene tornyosulnia, zajjá laposodhat – ami lehetetlen pontosan leolvasni, és haszontalan trendi. Ez a becsmérlés ugyanaz a mechanizmus, amely spektrális szivárgás, amit a fordulatszám változtatása még tovább fokoz. Az „Order analysis” módszert kifejezetten ennek a jelenségnek a kiküszöbölésére fejlesztették ki.
3. A megoldás: a megrendelések nyomon követése
A megvalósító technika a következő: rendeléskövetés, és ez egy második bemeneti értéktől függ: egy fordulatszámmérő (vagy „tacho”), amely a tengelyről forogásonként egy impulzust továbbít. Az analizátor ezt az impulzus-sorozatot – és nem a saját kristályos óráját – használja időalapként. Ahelyett, hogy rögzített időközönként (például minden milliszekundumban) végezne mintavételt, rögzített szögletes intervallumok (például minden egyes fokos elfordulás). Ezt nevezzük újramintavételezés a szögtartományban.
Két módszer elterjedt. Hardveres (szinkron) mintavétel az analóg-digitális átalakítót közvetlenül a fordulatszám-impulzus fáziszárt többszöröséből vezérli, így minden fordulat mindig azonos számú mintát eredményez. Számítógépes (szoftveres) megrendeléskövetés a mintákat egy magas, rögzített frekvencián veszi, majd a rögzített fordulatszám-adatok alapján digitálisan újrainterpolálja a felvételt egyenlő szögű lépésekre. Akár így, akár úgy, a kapott transzformáció rendekben, nem pedig Hz-ben fejeződik ki. Ha a gép sebessége megváltozik, az 1× vonal az elsőrendű tartományban marad, magas, keskeny csúcs formájában – az elmosódás eltűnik. A fordulatszámmérő emellett egy fázis hivatkozás, amelynek segítségével az elemző létrehozza Előjel és Nyquist ábra a felszállás során.
Fő gondolat: a sorrendelemzés az adatgyűjtést a tengelyhez köti szög ahelyett, hogy idő, így a fordulatszámmal szinkronban lévő rezgés minden fordulatszámon éles marad.
4. Főbb alkalmazási területek
A rendelemzés elengedhetetlen minden olyan esetben, amikor a sebesség nem állandó:
- Jármű- és motorvizsgálat: a motor, a sebességváltó és a hajtáslánc rezgéseinek kiküszöbölése a teljes fordulatszám-tartományban.
- Szélturbinák: A rotor fordulatszáma folyamatosan követi a szél változását, ezért a rögzített frekvenciájú elemzés értelmetlen – elengedhetetlen a rendelemzés.
- Gyorsulás- és kigyulladás utáni elemzés: A gép indításakor vagy leállásakor fellépő rezgés rögzítése hatékony módszer a hiba helyének megállapítására kritikus sebességek és rezonanciák; a rendeléskövetés segítségével nyomon követhető a coast-down tiszta és jól olvasható ábrák.
- Dugattyús gépek: olyan kompresszorok és motorok, amelyek pillanatnyi fordulatszáma az egyes ciklusokon belül ingadozik.
- Nehéz és mozgatható gépek: földmunkagépek, bányajárművek és egyéb változó fordulatszámú hajtások.
5. A megrendeléselemzési adatok megjelenítése
Az eredmények több, egymást kiegészítő formátumban tekinthetők meg:
- Rendelési spektrum: amplitúdó a rendek függvényében – hasonlóan a szokásos FFT-hez, de az x-tengelyen a rendek szerepelnek.
- Vízesés vagy kaszkád telek: egy egymásra helyezett 3D-s rendspektrum-sorozat, amely bemutatja, hogyan változik az egyes rendek amplitúdója a sebesség változásával.
- Bode-rajz: egy követett rend (általában 1× vagy 2×) amplitúdója és fázisa a gép sebességének függvényében ábrázolva, ami a felgyorsítási/leállási tesztek alapját képezi.
- Campbell-diagram: a rendvonalak a rendszer sajátfrekvenciáira vetülnek, így rezonancia lép fel ott, ahol egy rendvonal keresztezi a sajátfrekvencia-vonalat.
A követő szűrő valós időben ki tud szűrni egy adott megrendelést a befejező munkákhoz, és egy Campbell-diagram kalkulátor segít előre megjósolni, hogy a tesztelés során hol fognak ezek a kereszteződések előfordulni.
6. Megbízások elemzése a gyakorlati terepmunkában
A gyártócsarnokban a megrendelések elemzése alapul szolgál a nem állandó fordulatszámmal működő gépek terheléskiegyenlítéséhez. Egy hordozható, kétcsatornás műszer, mint például a Balanset-1A optikai lézeres fordulatszámmérőjével a rezgési adatokat a tengely szögéhez köti, így az általa mért 1×-es kiegyensúlyozatlansági komponens helyszíni kiegyensúlyozás még olyan ventilátorok vagy szivattyúk esetében is pontos marad, amelyek fordulatszáma terhelés alatt ingadozik. Ugyanez a fordulatszám-alapú módszer lehetővé teszi az analizátor számára, hogy elkülönítse a fordulatszámmal szinkron 1×-es csúcsot az olyan állandó frekvenciájú zajoktól, mint például csapágyhiba-frekvenciák, így megbízható eredményt adva a terhelési pontról. Lényegében a rendelemzés az, ami a változó fordulatszámú gépek rezgési adatait olyan formába alakítja, amely alapján a mérnökök cselekedhetnek – pontosan diagnosztizálva bármely, különböző fordulatszám-tartományban működő rotor állapotát.
