振動解析におけるうなり音:原因と特定
定義: バイブレーションビートとは何ですか?
振動解析の文脈では、 ビート または 殴打 振動信号の振幅が周期的に上昇・下降する特徴的な現象です。この変調は、非常に近い周波数を持つものの、同一ではない2つの別々の振動信号が同時に存在し、それらが組み合わさることで発生します。結果として生じる時間波形は、振幅がリズミカルなパターンでゆっくりと増加・減少する単一の正弦波のように見えます。
鼓動の背後にある物理学
うなり音は、建設的干渉と破壊的干渉によって生じます。2つの振動波のピークが揃う(同位相)と、振幅が加算され、全体の振幅が大きくなります。一方の波のピークがもう一方の波の谷に揃う(逆位相)と、互いに打ち消し合い、全体の振幅が小さくなります。この増幅と打ち消しの連続的なサイクルによって、「うなり音」または「震え音」と呼ばれる特徴的な音と振動パターンが生まれます。
この振幅変調の周波数は、 ビート周波数は、2 つのソース周波数の絶対差に等しくなります。
ビート周波数 = |周波数 1 – 周波数 2|
例えば、2台の機械が29.5Hzと30.5Hzの振動を発生している場合、結果として生じるうなり周波数は|29.5 – 30.5| = 1.0Hzとなります。つまり、全体の振動振幅は1秒ごとに上昇と下降を繰り返します。
産業機械におけるビートの一般的な原因
ビート周波数の存在は、2つの近接した駆動周波数の存在を示唆するため、貴重な診断の手がかりとなります。産業現場でよく見られる発生源としては、以下のようなものがあります。
- 共通構造上の複数のマシン: 最も典型的な例は、同一設計の2台のポンプまたはファンを同じプラットフォームまたは配管システムで稼働させることです。これらのポンプまたはファンの運転速度がわずかに異なる場合(例:1780 RPMと1785 RPM)、低周波のうなり音が発生します。
- 電気モーター: モーターの回転周波数と、誘導モーターの極通過周波数などの電気周波数の間でビートが発生することがあります。
- 多段ポンプまたはコンプレッサー: わずかに異なる実効速度で実行されている異なるステージ間の相互作用。
- ギアボックス: 同様の歯数を持つ 2 つのギアのかみ合い間の相互作用。
- 油圧または空気力学的脈動: 流れに関連した乱流の 2 つの異なる発生源間の相互作用。
振動データにおけるうなり音の識別方法
時間波形解析
時間波形は、ビートを観察する最も直接的な方法です。信号は明確な振幅変調の繰り返しパターンを示します。連続する2つの振幅のピーク(または谷)間の時間が、ビート周波数の周期です。
周波数スペクトル(FFT)解析
周波数スペクトルでは、ビートは次のように現れます。 非常に近い位置にある2つの異なる山頂標準的なFFTでは、これらを分離するのに十分な解像度がないため、単一の幅広いピークとして表示されてしまう可能性があります。ビートを正しく診断するには、分析者は高解像度のFFT(スペクトル線の数を増やす)を使用する必要があります。これにより、ビートの原因となっている2つの個別の周波数成分を明確に分離できます。
殴打は問題ですか?
鼓動自体は欠陥ではなく、むしろ相互作用する周波数の症状です。しかし、次のような問題を引き起こす可能性があります。
- 迷惑な騒音: 音が大きくなったり小さくなったりすることは、一定の騒音よりも人目に付きやすく、作業員をイライラさせる可能性があります。
- ピーク振幅に関する懸念: 干渉位相における最大振幅は、個々の信号の振幅のほぼ2倍に達する可能性があります。このピークレベルは、平均的な振動が許容範囲内であっても、警報限界を超えたり、部品に過度のストレスを与えたりする可能性があります。
- その他の問題のマスキング: 信号が変動すると、他の根本的な振動の問題を特定することが困難になる場合があります。
問題のあるビートを解決するには、通常、2 つのソース周波数を特定し、いずれかのマシンの速度を変更するか、減衰を導入して振幅のピークを緩和する必要があります。