조기 결함 감지를 위한 엔벨로프 분석(복조)
엔벨로프 분석 — 라고도 합니다 복조 또는 고주파 인벨로핑 - 신호 처리 기술입니다. 진동 분석 는 작동 중인 기계의 시끄러운 배경 진동에서 초기 단계 결함의 희미하고 반복적인 충격을 추출합니다. 구름 요소 베어링과 기어박스의 초기 손상을 감지하는 데 사용할 수 있는 가장 강력한 도구입니다. 미세한 균열, 탈락 및 표면 결함은 각각 구름 요소 또는 기어 톱니가 결함에 부딪힐 때마다 저에너지 고주파 응력파를 발생시키며, 엔벨로프 분석은 이러한 버스트를 복구하고 반복되는 주파수를 밝혀내는 방법입니다.
1. 정의: 엔벨로프 분석이 감지하는 것
롤링 요소가 베어링 궤도의 작은 구덩이나 균열 위로 굴러가면 부드러운 사인파가 아니라 날카로운 망치 같은 충격이 발생합니다. 각 충격은 짧고 에너지가 거의 전달되지 않지만 자연스러운 울림( 공명) 베어링, 센서 및 주변 구조물에 수 킬로헤르츠의 고주파(일반적으로 수 킬로헤르츠)로 충격을 가합니다. 이러한 충격은 베어링 형상과 샤프트 속도에 따라 정확한 속도로 반복됩니다. 엔벨로프 분석은 이러한 고주파 고리를 반송파 반복적인 충격에 의해 켜지고 꺼지는(변조되는) 변조 패턴을 역으로 작동하여 변조 패턴을 복구합니다. 그 결과는 분석가에게 다음과 같은 정보를 알려줍니다. 그것 어떤 것이 영향을 미치고 있지만 얼마나 자주, 그리고 따라서 어느 부분 의 베어링이 손상되었습니다.
2. 표준 FFT로는 충분하지 않은 이유
이러한 초기 충격의 에너지는 일반적으로 너무 작고 너무 높은 주파수에 위치하기 때문에 일반적인 속도에서는 보이지 않습니다. 스펙트럼 표준 계측기에서 생성된 FFT. 일상적인 측정에서 충격 에너지는 광대역 노이즈 플로어에 묻혀서 다음과 같은 큰 저주파 피크에 완전히 휩싸입니다. 불균형, 정렬 불량 및 기계적 풀림. 즉, 일반 스펙트럼은 기계의 건강한 1× 및 2× 진동이 지배하는 반면, 새로운 베어링 결함에 대한 진단 정보는 아무도 보지 않는 고주파 영역에 숨어 있습니다. 복조 는 저주파의 잡음을 제거하고 변조 오류 신호를 잡음에서 제거하기 위해 정확하게 존재합니다.
3. 엔벨로프 분석 프로세스
이 기술은 고주파 울림을 분리한 다음 그 반복률을 측정합니다. 실제로는 4단계로 진행됩니다:
- 대역 통과 필터링: 원시 신호의 가속도계 가 먼저 하이패스를 통과하거나 대역 통과 필터. 이렇게 하면 강한 저주파 진동(일반적으로 약 1kHz 또는 5kHz 이하의 모든 진동)은 제거되고 충격으로 인해 발생하는 고주파 울림과 스트레스 파만 유지됩니다. 구조적 공진에 위치하도록 대역을 선택하면 감도가 극대화됩니다.
- 정류: 그런 다음 필터링된 고주파 신호를 정류하여 음의 절반을 위로 뒤집어 울림의 크기만 남도록 합니다. 이 단계는 인벨로핑을 위해 신호를 준비합니다.
- 엔벨로핑(저역 통과 필터링): A 저역 통과 필터 가 정류된 신호에 적용됩니다. 빠른 반송파 진동을 부드럽게 하고 천천히 변화하는 윤곽선, 즉 진폭-변조 패턴, 즉 원래 충격의 반복 속도를 추적하는 “엔벨로프”만 남깁니다.
- 엔벨로프의 FFT: 마지막으로, 이 봉투에 대해 FFT를 수행합니다. 시간 파형. 그 결과 포락선 스펙트럼 는 반복적인 충격의 주파수에서 깨끗한 피크를 표시하며, 이전에는 이를 가렸던 저주파 기계 진동이 없습니다.
4. 엔벨로프 스펙트럼으로 결함 진단하기
엔벨로프 스펙트럼의 피크는 베어링의 계산된 값과 일치합니다. 베어링 결함 주파수. 분석가는 측정된 피크를 알려진 주파수와 일치시킴으로써 결함이 있는 위치를 정확히 찾아낼 수 있습니다:
- BPFO (볼 통과 주파수, 외륜): 고정된 외부 레이스의 결함입니다.
- BPFI (볼 통과 주파수, 내륜): 회전하는 내부 레이스의 결함입니다. 이 피크는 일반적으로 측파대 1× 간격으로 운전 속도 결함이 회전당 한 번씩 로드 영역 안팎으로 이동하기 때문입니다.
- BSF (볼 자전 주파수): 롤링 요소 중 하나에 결함이 있는 경우입니다.
- FTF (기본 케이지 주파수): 세트 중 가장 느린 것으로, 롤링 요소를 고정하는 케이지의 결함을 가리킵니다.
기어에도 동일한 논리가 적용됩니다. 기어 톱니에 금이 가거나 파손되면 회전당 한 번씩 충격이 가해지므로 엔벨로프 스펙트럼은 해당 기어의 작동 속도에서 피크가 나타나며 종종 측 대역으로 둘러싸여 있습니다. 측정하기 전에 베어링의 보어, 볼 수, 속도를 정확한 목표 주파수로 변환하기 위해 분석가들은 베어링 결함 빈도 계산기; 기어 메시의 경우 기어 메시 주파수 계산기 도 같은 용도로 사용됩니다. 고조파 패턴을 읽는 것은 그 자체로 베어링 결함 진단입니다. 엔벨로프 스펙트럼에서 배음 는 손상이 얼마나 진행되었는지에 따라 봉투 스펙트럼의 척도가 달라집니다.
5. 엔벨로프 분석이 현장에 적합한 경우
엔벨로프 분석은 모든 진지한 상태 모니터링 프로그램과 현대 휴대용 분석기 일반 스펙트럼과 함께 일상적으로 계산합니다. 일상적인 현장 작업에서 유지보수 팀은 종종 기계의 균형을 맞추고 전반적인 상태를 확인하기 위해 기계에 먼저 도착하여 다음과 같은 기기를 사용합니다. 발란셋-1A 광대역 진동을 측정하고 1× 진폭 및 위상 다음에 필요 필드 밸런싱, 밸런싱 작업을 완료하기 전에 아래 베어링이 건전한지 확인하는 보완적인 인벨로핑 채널이 함께 작동합니다. 이미 베어링이 파손된 기계의 밸런싱은 증상을 가릴 뿐이므로 베어링 문제를 먼저 파악하는 것이 중요합니다.
6. 조기 발견의 힘
엔벨로프 분석의 결정적인 장점은 바로 뛰어난 민감도입니다. 동일한 결함이 일상적인 속도 스펙트럼에 등록될 만큼 커지거나 아래에서 나타날 만큼 충분한 열을 방출하기 전에 수개월, 때로는 1년 전에 베어링 또는 기어 결함을 표시할 수 있습니다. 열화상. 이 긴 리드 타임은 바로 조기 경고 유지보수를 계획하고, 부품을 주문하고, 갑작스러운 고장으로 인한 강제 중단이 아닌 편리한 중단 시간에 맞춰 수리를 진행할 수 있다는 점이 그 가치입니다. 더 넓은 맥락에서 예측 유지 보수, 복조가 제공하는 확장된 경고는 치명적인 장애와 이로 인한 값비싼 2차 피해를 방지합니다.
