Dažnio supratimas vibracijos analizėje
Dažnis yra matas, rodantis, kaip dažnai tam tikras pasikartojantis įvykis vyksta per laiko vienetą — vibracijos atveju vibracijos analizė, jis parodo, kaip greitai objektas svyruoja. Tai svarbiausias parametras diagnozuojant mašinos gedimo pagrindinę priežastį. Nors amplitudė rodo, koks yra sunkumas vibracijos, o dažnis rodo, koks yra šaltinis. Perskaitę amplitudės reikšmę sužinosite, kokio masto yra problema; perskaitę jos dažnį — žinosite, kokia ta problema.
1. Apibrėžimas: kas yra vibracijos dažnis?
Dažnis apibūdina ciklinio judesio greitį — kiek pilnų svyravimo ciklų per laiko vienetą atlieka vibruojanti dalis. Rotorius, besisukantis 1 800 rpm greičiu, per sekundę atlieka trisdešimt apsisukimų, todėl jo generuojama kartinė jėga kartojasi trisdešimt kartų per sekundę. Kiekvienas periodinis komponentas, slypintis mašinos laiko bangos forma turi savo dažnį, o tų komponentų atskyrimas yra visų diagnostinių darbų pagrindas.
Svarbu tai, kad dažnis nepriklauso nuo amplitudės. Vibracija gali būti stipri arba vos juntama esant lygiai tam pačiam dažniui; kai gedimas didėja, paprastai keičiasi amplitudė, o dažnis lieka susietas su jį sukeliančiu fiziniu mechanizmu. Būtent šis stabilumas daro dažnį tokiu patikimu diagnostiniu požymiu.
2. Diagnostinė dažnio galia
Pagrindinis principas: vibracijos diagnostika grindžiama tuo, kad skirtingi mechaniniai ir elektriniai komponentai, pradėdami gedti, generuoja vibracijas tam tikrais, nuspėjamais dažniais. Nustatydamas, kokie dažniai yra mašinos vibracijos požymyje — ir koks kiekvieno jų intensyvumas — analitikas gali tiksliai nustatyti konkrečią gedimo priežastį. Tai glaudžiai analogiška tam, kaip gydytojas naudoja stetoskopą klausydamas specifinių garsų, atskleidžiančių skirtingas būkles.
Kiekviena galima gedimo priežastis turi charakteringą dažninę signatūrą:
- Disbalansas: viso besisukančio mazgo problema, pvz., disbalansas, pasireiškia veleno sukimosi dažniu — 1× darbinis greitis.
- Nesuderinimas: dviejų velenų sankabos problema, pvz., nesuderinimas, paprastai pasireiškia dvigubai didesnėje sukimosi greičio dažnyje (2×), dažnai su padidėjusiu 3×.
- Guolių defektai: ritininio guolio defektas sukelia tai, kad atsiranda nesveikaskaitiniai guolių gedimų dažniai nustatomi pagal jo takelių ir rutuliukų geometriją bei veleno greitį.
- Pavarų problemos: užsikabinantys dantys sukuria energiją ties krumpliaračių susikabinimo dažnis (GMF) — dantų skaičius, padaugintas iš pavarų greičio; jį dažnai supa šoninės juostos.
Kadangi šie požymiai retai sutampa, vienas gerai išspręstas spektras gali atskirti disbalansą nuo nesantakos ir nuo gedančio guolio, niekada neatidarant mašinos.
3. Dažnio matavimo vienetai
Dažnis išreiškiamas keliais vienetais, o praktikuojantis analitikas turi laisvai operuoti visais jais.
Hercas (Hz)
Tarptautinis (SI) vienetas. Vienas hercas lygus vienam ciklui per sekundę. Tai yra standartas mokslinėje ir daugumoje prietaisų kontekstų, ir būtent šis vienetas naudojamas FFT dažnių ašyje.
Cycles Per Minute (CPM)
Plačiai naudojamas pramoninėje priežiūroje, nes tiesiogiai siejasi su sukimosi greičiu, kuris nurodomas apsisukimais per minutę (RPM). Kadangi minutę sudaro 60 sekundžių, konvertavimas yra paprastas CPM = Hz × 60. Vibracija ties 30 Hz atitinka 1 800 CPM — o mašinoje, veikiančioje 1 800 rpm, tas smailys yra tiksliai darbo greičio lygyje, kurį CPM dažnai lengviau atpažinti nei Hz.
Eiles
Eilės yra mašinos darbo greičio kartotiniai: darbo greitis yra 1-a eilė, dvigubas darbo greitis — 2-a eilė ir t. t. Privalumas — eilės išlieka pastovios net keičiantis mašinos greičiui: disbalansas yra 1-oje eilėje nepriklausomai nuo to, ar velenas sukasi 900, ar 3 600 rpm, o jo dažnis Hz keičiasi. Tai daro eiles nepakeičiamas kintamo greičio įrenginiams; būtent tuo grindžiama eilių analizė. Nemokama Harmoninio dažnio skaičiuoklė konvertuoja RPM į jo 1× – 10× dažnius vienu žingsniu, o vibracijos vienetų keitiklis tvarko Hz–CPM konvertavimą.
4. Kaip nustatomas dažnis
Dažniai, paslėpti vibracijos signale, išskiriami – tai atlieka Greitoji Furjė transformacija (FFT), o akselerometras užfiksuoja neapdorotą laiko formą, o FFT algoritmas ją skaido į dažnių spektras — grafiką, kuriame pavaizduotos visos atskiros dažnių dedamosios, sudarančios sudėtingą vibraciją; kiekvienos smailės aukštis rodo, kiek energijos ten sutelkta. Analitikas tada sulygina tas smailes su aukščiau nurodytais gedimo požymiais. Lauko sąlygomis nešiojamas dviejų kanalų prietaisas, pavyzdžiui, Balanset-1A atlieka šį FFT vietoje, matuodamas spektrus nuo maždaug 5 Hz iki 1000 Hz, kad veikimo greičio smailė ir jos harmonikos būtų galima nuskaityti tiesiogiai prie mašinos; vieną kartą per apsisukimą generuojamas tachometro impulsas tiksliai nustato, kuri smailė yra 1×.
5. Dažnio, greičio ir pagreičio ryšys
Esant tam tikram vibracijos energijos lygiui, poslinkis, greitis ir pagreitis amplitudės labai priklauso nuo dažnio, todėl kiekvienas vienetas dominuoja skirtingame diapazone:
- Žemi dažniai: poslinkis yra didžiausias, todėl jis yra natūralus vienetas lėtam veleno judėjimui.
- Vidutiniai dažniai: greitis yra didžiausias ir tolygiausias, todėl — vibracijos sunkumas tokie standartai kaip ISO 20816 — (modernus ISO 10816 įpėdinis) vertina bendrą mašinos būklę mm/s greičio vienetais.
- Aukšti dažniai: pagreitis yra didžiausias, todėl jis tampa pasirinktiniu vienetu guolių ir pavarų tonams.
Netinkamo vieneto pasirinkimas dažnių juostai gali paslėpti tikrą gedimą triukšmo lygyje; tinkamo vieneto pasirinkimas tą patį gedimą daro akivaizdų grafike. Suvokus tai, dažnis yra raktas, atrakinantis vibracijos analizės diagnostinį potencialą — paverčiantis neapdorotą, painų signalą į praktinius techninės priežiūros duomenis.
