A rezgésanalízis (VA) megértése
Rezgéselemzés (VA) a forgó gépek rezgésjeleinek mérésével, feldolgozásával és értelmezésével foglalkozó műszaki tudományág, amelyből kiderül a gépek mechanikai állapota. Ez a munkamagja a rezgésdiagnosztika és a modern prediktív karbantartás. Minden futó gép kis mennyiségű rezgés; a rezgéselemzés ezt a jelet nyelvként kezeli, dekódolja, hogy felismerje a hibákat, és meghatározza azok jellegét, helyét és súlyosságát jóval azelőtt, hogy azok meghibásodássá válnának.
1. Definíció: Mi a rezgésanalízis?
A legegyszerűbben fogalmazva a rezgéselemzés annak szisztematikus tanulmányozása, hogy egy gép hogyan mozog működés közben. Egy egészséges gép stabil, alacsony szintű rezgésmintát produkál; egy kialakuló hiba jellegzetes módon megváltoztatja ezt a mintát. A mozgás érzékelővel történő rögzítésével és a megfelelő tartományban történő vizsgálatával az elemző el tudja különíteni a jóindulatú jelet a figyelmeztető jelzéstől, és a figyelmeztetést egy konkrét okhoz rendelheti. kiegyensúlyozatlanság, eltérés, egy meghibásodott csapágy vagy egy fogaskerék hibája.
Mivel a gép belsejébe lát anélkül, hogy megállítaná vagy kinyitná azt, a rezgéselemzés alapvetően egy nem tolakodó technika. Ez teszi olyan értékessé a állapotfelügyelet: egyetlen, másodpercek alatt, üzemi sebességgel végzett mérés megerősítheti az egészségi állapotot, vagy jelezheti a problémát olyan berendezéseknél, amelyeknek a termelésben kell maradniuk.
2. Elemzés vs. megfigyelés: Az okok diagnosztizálása
A feltételek rezgésmonitorozás és rezgéselemzés gyakran együtt használják, de két különböző kérdésre adnak választ. Rezgésmonitorozás figyeli az általános szintet az idő múlásával, és észleli a hogy valami megváltozott - ez egy felügyeleti szerepkör, amely egyetlen számot több gépen keresztül követ, és jelzi, ha egy érték eltér a korábbiaktól. Az elemzés onnan veszi át a feladatot, hogy meghatározza Miért.
Egyszerűbben fogalmazva: a monitoring észleli a változást; az elemzés diagnosztizálja annak okát. Míg egy felügyeleti rendszer csak azt jelentheti, hogy a sebesség egy csapágynál megduplázódott, az elemző megnyitja a frekvenciát. spektrum és a időhullámforma annak eldöntésére, hogy ez az emelkedés kiegyensúlyozatlanság, a láb meglazulása vagy egy csapágyhiba első lépcsője. A két tevékenység egy program egymást kiegészítő része - a felügyelet a gyanús gépek populációját egy maroknyira szűkíti, az elemzés pedig ezek mindegyikét egy-egy megnevezett, kezelhető hibává oldja fel.
3. A rezgéselemzés magja: az FFT
Bár számos technika létezik, a modern rezgésanalízis a következőkre épül: Gyors Fourier-transzformáció (FFT)Az FFT egy rendkívül hatékony algoritmus, amely egy komplex időhullámforma - az elmozdulás, a sebesség vagy a gyorsulás idő függvényében kanyargó nyomát, amelyet szemmel nagyon nehéz értelmezni - és az egyes frekvenciakomponensekre bontja.
Az eredmény egy spektrum: egy grafikon, amely a amplitúdó a rezgés az egyes specifikus frekvencia jelen van a jelben. Ez a spektrum az elemző legerősebb eszköze, mivel a különböző mechanikai és elektromos hibák határozott mintázatok és csúcsok formájában jelennek meg rajta. A logika egyenes: szinte minden hiba gerjeszt egy olyan frekvenciát, amely a gép valamely fizikai eseményéhez kapcsolódik, így a kiegyensúlyozatlanság 1× üzemi fordulatszám, az elhajlás 2× energiát ad hozzá, és a gördülőelemek hibái a saját energiájukkal jelennek meg. csapágyhiba-frekvenciák. A csúcsok leolvasása a lényege spektrális analízis.
4. A spektrum olvasása: Jellemző hibafrekvenciák
A rezgéselemzés diagnosztikai ereje abból a tényből ered, hogy minden egyes gyakori hiba a rezgést kiszámítható frekvencián gerjeszti, amelyet a következő értékek többszöröseként fejezünk ki üzemi fordulatszám (1× = fordulatonként egyszer). Az energia spektrumban való megjelenésének felismerése az, ami a mérést diagnózissá teszi. A legfontosabb jelek a következők:
- Egyensúlyhiány - domináns 1×. A nehéz folt a tengellyel együtt forog, és egyetlen, erős csúcsot hoz létre pontosan futási sebességnél, nagyrészt radiális irányban. Az idővel növekvő, tiszta, 1×-es csúcs a klasszikus jellemzője a kiegyensúlyozatlanság.
- Kiegyensúlyozatlanság - erős 2× (gyakran 1× és 3×). Eltérés az összekapcsolt tengelyek között jellemzően kétszeres fordulatszámnál kiemelkedő csúcsot hoz létre, gyakran jelentős axiális rezgéssel - ez a legfontosabb különbség a kiegyensúlyozatlanságtól, amely főként radiális.
- Mechanikai lazaság - a futási sebesség harmonikus felharmonikusainak sorozata. Lazaság generál egy sor felharmonikusok (1×, 2×, 3×, 4× és azon túl), és néha félrendű (0,5×) komponensek, mert a nemlineáris illesztés megkurtítja és torzítja a hullámformát.
- Gördülőelemes csapágyhibák - nem szinkron csapágyhibák gyakorisága. A külső futófelületen, a belső futófelületen, a gördülőelemen vagy a ketrecen lévő hiba a futási sebesség kiszámítható, nem egész számú többszörösének megfelelő rezgést okoz - a csapágyhiba-frekvenciák. A korai hibák gyengék, és magas frekvenciájú vivőn lovagolnak, ezért a burkológörbe (demodulációs) elemzéssel lehet a legjobban feltárni őket.
- Fogaskerekek - fogaskerékfrekvencia és oldalsávok. Egy fogaskerékpár rezeg a saját fogaskerekek közötti frekvencia (fogak száma × tengelyfordulatszám). Egy kopott vagy repedt fog modulálja ezt a csúcsot, és a hibás tengely fordulatszámának megfelelő oldalsávokat hoz létre a hálófrekvencia mindkét oldalán.
- Elektromos hibák - kétszeres hálózati frekvencia. Az indukciós motorok problémái, mint például a légrés vagy a forgórúd problémája, jellemzően az elektromos tápellátás (hálózat) frekvenciájának kétszeresén adnak energiát, ami megkülönbözteti őket a tisztán mechanikus forrásoktól.
Mivel ezek az összefüggések a fordulatszámmal skálázódnak, egy változó fordulatszámú gépen dolgozó elemző gyakran vált át a következőkre megrendeléselemzés, amely a spektrumot nem abszolút hertzben, hanem rendekben (a futási sebesség többszörösei) fejezi ki, így a hibacsúcsok a gép gyorsulása közben a helyükön maradnak.
5. A rezgéselemzés legfontosabb technikái
A rezgéselemzés nem egyetlen tevékenység, hanem speciális technikák gyűjteménye, amelyek mindegyike más-más képet ad a gép állapotáról. A képzett elemző inkább többféle módszert kombinál, mintsem hogy csak egyre hagyatkozzon:
- Általános szintmonitorozás: a VA legegyszerűbb formája, ahol egyetlen érték - általában RMS a teljes rezgési energiát reprezentáló sebesség - az idő függvényében alakul. Egy hirtelen emelkedés jelzi a problémát, de nem fedi fel annak okát; ez egy drótkötél, nem pedig diagnózis.
- Spektrális elemzés: az FFT-spektrum részletes vizsgálata a rezgés frekvenciáinak azonosítása és így a kiváltó ok diagnosztizálása érdekében, megkülönböztetve a kiegyensúlyozatlanságot a rossz beállítás, a lazaság vagy az elektromos problémáktól.
- Időhullám-alak elemzés: a nyers jel közvetlen időbeli elemzése, amely különösen hasznos az átmeneti események, hatások és bizonyos nemlineáris viselkedések azonosítására, amelyek nem mindig egyértelműek a spektrumban.
- Fázisanalízis: a rezgésjel és egy referenciapont, például egy egyszeri fordulatonkénti impulzus közötti relatív időzítés mérése. Fázis nélkülözhetetlen az egylövetű kiegyensúlyozás, a hibás igazolás megerősítésére, és a csak amplitúdó szempontjából azonosnak tűnő hibák megkülönböztetésére.
- Burkológörbe-elemzés: egy jelfeldolgozási technika, amely demodulálja a nagyfrekvenciás vivőjelet, hogy feltárja a gördülőelemek és fogaskerekek korai szakaszában fellépő csapágy- és fogaskerékhibákra jellemző alacsony energiájú, ismétlődő ütéseket.
- Modális elemzés és ODS-elemzés: fejlett módszerek, amelyeket egy gép vagy annak alapja szerkezeti rezgési jellemzőinek megértésére használnak, elsősorban a következők azonosítására és megoldására rezonancia problémák.
- Rendeléselemzés: A spektrális analízis adaptációja változó sebességű gépekhez. A spektrumot „rendekben” (a futási sebesség többszöröseiben) jeleníti meg abszolút frekvencia (Hz) helyett.
6. Idő hullámforma vs. spektrum: Egy jel két nézete
A spektrum erőteljes, de ez egy származtatott nézet - az FFT feltételezi, hogy a jel ismétlődik, és az energiát frekvenciatartományokba átlagolja, ami elrejtheti a rövid, szabálytalan eseményeket. A nyers időhullámforma megőrzi azt, amit a spektrum elsimít, és a kettő együtt olvasható, nem pedig külön-külön.
A hullámforma a jobb nézet a rövid ideig tartó ütések, dörzsölések és két közeli frekvencia közötti dobbanások esetében, valamint annak megítélésére, hogy egy jel szinuszos (kiegyensúlyozatlanságra jellemző) vagy éles és impulzív (lazaságra vagy csapágyhibára jellemző). A gyakorlati munkafolyamat az, hogy a spektrumot a következők azonosítására használják fel amely frekvenciák energiát hordoznak, majd térjünk vissza a hullámformához, hogy lássuk, hogy hogyan hogy az energiát egyenletesen, időszakos tüskékben vagy véletlenszerű tranziensek formájában szállítják. A két terület kombinálása különbözteti meg a biztos diagnózist az egyetlen csúcson alapuló találgatástól.
7. A rezgéselemzés munkafolyamata
A megismételhető diagnózis következetes sorrendet követ, nem pedig egyetlen leolvasást:
- Gépi kontextus összegyűjtése. Jegyezze meg a futási sebességet, a csapágytípusokat, a fogaskerekek számát, a meghajtás elrendezését és a terhelést. A fenti hibafrekvenciákat ezen alapvető tények nélkül nem lehet a spektrumban lokalizálni.
- Szerelje fel az érzékelőt megfelelően. Egy gyorsulásmérő a csapágyházhoz szilárdan rögzítve, minden alkalommal ugyanabban a pontban, a megfelelő mérési irányban, ez a megismételhető adatok alapja.
- Általános szint, spektrum, hullámforma és fázis felvétele. Néhány másodperc rögzítése üzemi sebességgel, egy fordulatszámmérő referencia, ahol 1× fázisra van szükség.
- Hasonlítsa össze a történelemmel és a korlátokkal. Állítsa be a leolvasott értéket a gép trend és az elismert súlyossági zónákkal szemben (lásd alább). A gép saját alapvonalához viszonyított változás gyakran árulkodóbb, mint az abszolút határérték.
- Diagnosztizáljon, majd cselekedjen. Párosítsa a csúcsokat a hibához, erősítse meg a hullámformával és a fázissal, majd ajánlja a korrekciót - igazítás, meghúzás, csapágycsere vagy helyszíni kiegyensúlyozás.
8. Hogyan történik a mérés a terepen
A gyakorlatban egy elemző egy gyorsulásmérő a csapágyházhoz, rögzít néhány másodpercnyi adatot üzemi sebességgel, és a műszer a helyszínen kiszámítja a spektrumot és az általános szintet. A kiegyensúlyozási munkához elengedhetetlen egy második információ - a fázisreferencia -, amelyet egy fordulatszámmérő fordulatonként egyszer impulzál. Egy hordozható kétcsatornás műszer, mint például a Balanset-1A pontosan ezt a munkafolyamatot végzi: amplitúdót és fázist mér, felépíti az FFT spektrumot, és támogatja a helyszíni egy- és kétsíkú kiegyenlítést szétszerelés nélkül. Mivel a leolvasás a gép saját csapágyazásában, valós terhelés mellett történik, a valós üzemi állapotot rögzíti, nem pedig egy próbapadi közelítést.
9. Alkalmazások és előnyök
A rezgéselemzést gyakorlatilag minden olyan iparágban alkalmazzák, ahol forgó berendezéseket használnak, beleértve a feldolgozóipart, az energiatermelést, az olaj- és gázipart, a vízellátást, a cellulóz- és papírgyártást, a tengeri meghajtást és a közlekedést. A súlyosság megítélését általában elismert határértékekhez kötik - a leggyakrabban a ISO 20816 sorozat (amely felváltotta a régebbi ISO 10816 szabványt), amely géposztályonként határozza meg a “jó” és az “elfogadhatatlan” közötti elfogadási zónákat.
A jól végrehajtott program előnyei jelentősek:
- Megnövelt üzemidő: a hibák korai észlelése lehetővé teszi a karbantartás ütemezését a katasztrofális meghibásodás előtt, elkerülve a nem tervezett leállásokat.
- Fokozott biztonság: megelőzi a személyzetet veszélyeztető berendezés meghibásodását.
- Csökkentett karbantartási költségek: kiküszöböli a felesleges “megelőző” munkát az egészséges gépeken, és korlátozza a javítási költségeket azáltal, hogy a problémákat még a kiterjedt másodlagos károk bekövetkezése előtt észleli.
- Fokozott eszközmegbízhatóság: a karbantartás a reaktív vagy naptáralapú modellből egy reaktív vagy naptáralapú modellbe feltétel-alapú megközelítés, amely maximalizálja a gépek élettartamát és teljesítményét.
10. Gyakran ismételt kérdések
Mi a különbség a rezgéselemzés és a rezgésfelügyelet között?
Az általános szint megfigyelési tendenciái az alábbiak kimutatására hogy egy gép állapota egyszerre több gépen is megváltozott; az elemzés ezután a megjelölt gép spektrumát, hullámformáját és fázisát vizsgálja a diagnózis felállításához. Miért. A megfigyelés leszűkíti a területet; az elemzés megnevezi a hibát. Lásd rezgésmonitorozás.
Mit mutat az FFT spektrum?
A FFT a nyers időhullámformát az amplitúdó és a frekvencia közötti spektrumra alakítja át. Mivel minden egyes hiba egy jellegzetes frekvenciát gerjeszt - 1× a kiegyensúlyozatlanság, 2× a kiegyensúlyozatlanság, a csapágyhiba frekvenciája a hibás csapágyak esetében -, a csúcsok helyzete alapján azonosítható az ok.
Melyik frekvencia jelzi a kiegyensúlyozatlanságot a kiegyensúlyozatlansággal szemben?
A kiegyensúlyozatlanság 1×-es futási sebességnél domináns csúcsot mutat, főként radiális irányban. A kiegyensúlyozatlanság jellemzően egy erős 2×-es csúcsot emel ki, és általában észrevehető axiális rezgés kíséri, ami a kettő megkülönböztetésének gyakorlati módja.
Milyen berendezésekre van szükség a rezgéselemzéshez?
Legalább egy gyorsulásmérő és egy olyan műszer, amely képes az FFT spektrum és a teljes szint kiszámítására. A kiegyensúlyozáshoz és a fázisalapú diagnosztikához szükség van egy fordulatszámmérő-referenciára is; egy kétcsatornás rezgésanalizátor mint például a Balanset-1A, mindezeket egyetlen hordozható egységben egyesíti.
Mennyire pontos a rezgéselemzés a meghibásodás előrejelzésében?
A legtöbb forgó gépen megbízhatóan észleli a kialakuló hibákat hetekkel vagy hónapokkal a meghibásodás előtt, különösen akkor, ha a leolvasott értékeket egy stabil alapvonalhoz viszonyítják. A pontosság az érzékelő következetes felszerelésétől, a helyes gépadatoktól, valamint a spektrum, a hullámforma és a mérőműszerek kombinációjától függ. fázis ahelyett, hogy egyetlen számra hagyatkoznánk.
Elvégezhető-e rezgéselemzés a gép leállítása nélkül?
Igen. Ez egy nem beavatkozó, üzemi sebességgel végzett technika, amely éppen ezért alkalmas olyan termelőberendezésekre, amelyeket nem lehet ellenőrzés céljából lekapcsolni.
