Comprensione dell'analisi degli ordini per macchine a velocità variabile
Analisi degli ordini è un'azienda specializzata analisi delle vibrazioni tecnica costruita per macchine che non funzionano a una singola velocità costante. Invece di tracciare l'ampiezza rispetto a un asse di frequenza fisso in Hz o CPM, traccia l'ampiezza rispetto a ordini - multipli del valore istantaneo dell'albero velocità di marcia. Il 1° ordine è la vibrazione esattamente a 1× (velocità di marcia), il 2° ordine è 2× tale velocità e così via. Legando l'analisi all'albero stesso piuttosto che all'orologio, l'analisi dell'ordine mantiene i componenti legati alla velocità in modo chiaro, indipendentemente dall'accelerazione o dalla velocità della macchina.
1. Definizione: Che cos'è un ordine?
UN ordine è un'armonica della velocità di rotazione fondamentale. Poiché molti guasti della macchina eccitano le vibrazioni a multipli interi della velocità dell'albero, l'espressione dello spettro in ordini consente di identificare ogni picco direttamente con una causa fisica. Il 1° ordine porta quasi sempre sbilanciare; il 2° ordine è un classico marcatore di disallineamento e alcune condizioni di lassità; gli ordini interi superiori si riferiscono a ingranaggio ingranato, paletta o passaggio della lama eventi legati al numero di elementi del rotore. Flag per gli ordini non interi (frazionari) sub-sincrono fenomeni come il vortice dell'olio o i difetti della cinghia. In breve, l'asse degli ordini è una mappa diagnostica che viaggia con il rotore.
2. Perché la FFT standard fallisce sulle macchine a velocità variabile
Un convenzionale Trasformata di Fourier veloce (FFT) campioni di vibrazione in una finestra fissa di tempo e assume che la velocità sia costante per quella finestra. In una macchina a velocità costante questo è perfetto. Ma se l'albero accelera o rallenta durante la raccolta dei dati, ogni componente legato alla velocità viene spostato sullo spettro durante l'acquisizione. La sua energia viene spalmata su molti bins di frequenza adiacenti, producendo una gobba larga, bassa e confusa invece di una linea pulita. Un picco di sbilanciamento 1× che dovrebbe sovrastare lo spettro può appiattirsi in un rumore, impossibile da leggere con precisione e inutile per la misurazione di un'anomalia. di tendenza. Questo meccanismo è lo stesso che sta alla base di perdita spettrale, amplificato dalla variazione del numero di giri. L'analisi dell'ordine è stata sviluppata appositamente per sconfiggerlo.
3. La soluzione: Tracciabilità degli ordini
La tecnica di abilitazione è tracciamento degli ordini, e dipende da un secondo ingresso: a tachimetro (o “tacho”) che fornisce un impulso una volta per giro dall'albero. L'analizzatore considera questo treno di impulsi, e non il suo orologio a cristallo interno, come base temporale. Invece di campionare a intervalli di tempo fissi (ad esempio, ogni millisecondo), campiona a intervalli di tempo fissi. angolare intervalli (ad esempio, ogni grado di rotazione). Questo è noto come ricampionamento nel dominio dell'angolo.
I metodi più diffusi sono due. Campionamento hardware (sincrono) pilota il convertitore analogico-digitale direttamente da un multiplo a fase bloccata dell'impulso tachimetrico, per cui ogni giro produce sempre lo stesso numero di campioni. Tracciabilità degli ordini computerizzata (software) campioni a una velocità fissa elevata, quindi reinterpola digitalmente la registrazione su passi ad angolo uguale utilizzando la temporizzazione tachimetrica registrata. In entrambi i casi, la trasformazione risultante è espressa in ordini, non in Hz. Se la macchina cambia velocità, la linea 1× rimane nel bin del 1° ordine come un picco alto e stretto - la sbavatura scompare. Il tacho fornisce anche un fase che permette all'analizzatore di costruire un riferimento Bode e Nyquist durante un run-up.
Idea chiave: l'analisi degli ordini blocca l'acquisizione dei dati all'albero angolo invece di tempo, in modo che la vibrazione sincrona della velocità rimanga nitida a ogni numero di giri.
4. Applicazioni chiave
L'analisi degli ordini è indispensabile quando la velocità non è costante:
- Test su veicoli e motori: risolvendo le vibrazioni del motore, della trasmissione e della catena cinematica sull'intero arco di giri.
- Turbine eoliche: La velocità del rotore segue continuamente il vento, quindi una visione a frequenza fissa non ha senso: l'analisi dell'ordine è essenziale.
- Analisi di run-up e coast-down: La cattura delle vibrazioni all'avvio o all'arresto di una macchina è un modo efficace per localizzare velocità critiche e risonanze; La tracciabilità dell'ordine mantiene il risultato costa-giù Trame pulite e leggibili.
- Macchine a pistoni: compressori e motori la cui velocità istantanea fluttua all'interno di ogni ciclo.
- Macchinari pesanti e mobili: macchine movimento terra, veicoli da miniera e altri azionamenti a velocità variabile.
5. Come vengono visualizzati i dati dell'analisi degli ordini
I risultati sono visualizzati in diversi formati complementari:
- Spettro dell'ordine: ampiezza rispetto agli ordini - come una FFT standard, ma con gli ordini sull'asse x.
- Cascata o cascata trama: una serie impilata in 3-D di spettri di ordini che mostra come l'ampiezza di ciascun ordine si evolve al variare della velocità.
- Trama di Bode: ampiezza e fase di un ordine tracciato (di solito 1× o 2×) in funzione della velocità della macchina, la spina dorsale dei test run-up/coast-down.
- diagramma di Campbell: Le linee d'ordine si sovrappongono alle frequenze naturali del sistema, in modo da evidenziare una risonanza ovunque una linea d'ordine incroci una linea di frequenza naturale.
A filtro di tracciamento può isolare un singolo ordine in tempo reale per il lavoro di rifinitura, e una Calcolatrice del diagramma di Campbell aiuta a prevedere dove si verificheranno questi incroci prima dei test.
6. Analisi degli ordini nel lavoro pratico sul campo
In officina, l'analisi degli ordini è alla base del bilanciamento delle macchine che non riescono a mantenere una velocità costante. Uno strumento portatile a due canali come il Bilanciamento-1a Utilizza il suo tachimetro laser ottico per bloccare i dati sulle vibrazioni all'angolo dell'albero, in modo che la componente di sbilanciamento 1× che misura per bilanciamento in situ rimane pulito anche su una ventola o una pompa il cui numero di giri varia sotto carico. Lo stesso approccio basato sul tachimetro consente all'analizzatore di separare il picco 1× della velocità sincrona dal rumore a frequenza fissa, come ad esempio frequenze di guasto dei cuscinetti, fornendo una lettura attendibile del punto pesante. In effetti, l'analisi degli ordini è ciò che trasforma i dati sulle vibrazioni di una macchina a velocità variabile in qualcosa su cui un ingegnere può agire, diagnosticando con precisione lo stato di salute di qualsiasi rotore che funzioni a una gamma di velocità.
