Vibracijos analizės (VA) supratimas
Vibracijos analizė (VA) yra techninė disciplina, skirta matuoti, apdoroti ir interpretuoti besisukančių mašinų vibracijos signatūras, siekiant atskleisti jų mechaninę būklę. Tai yra darbo branduolys vibracijos diagnostika ir kertinis šiuolaikinio nuspėjamoji priežiūra. Kiekviena veikianti mašina skleidžia nedidelį kiekį vibracija; vibracijos analizė šį signalą traktuoja kaip kalbą, iššifruoja jį, kad aptiktų gedimus ir nustatytų jų pobūdį, vietą ir rimtumą gerokai anksčiau, nei jie tampa gedimais.
1. Apibrėžimas: Kas yra vibracijos analizė?
Paprasčiausia vibracijos analizė - tai sistemingas tyrimas, kaip mašina juda, kai ji veikia. Sveika mašina skleidžia stabilią, žemo lygio vibraciją, o atsirandantis gedimas šią vibraciją keičia būdingais būdais. Užfiksavęs judesį jutikliu ir išnagrinėjęs jį tinkamoje srityje, analitikas gali atskirti nekenksmingą požymį nuo įspėjamojo ženklo ir priskirti šį įspėjimą konkrečiai priežasčiai. disbalansas, nesutapimas, sugedęs guolis arba pavarų dėžės defektas.
Kadangi vibracijos analizė atliekama nesustabdžius ir neatidarius mašinos, ji iš esmės yra neįkyrus technika. Būtent dėl to ji tokia vertinga būklės stebėjimas: vienas matavimas, atliktas per kelias sekundes, esant darbiniam greičiui, gali patvirtinti įrangos, kuri turi būti naudojama gamyboje, būklę arba nurodyti problemą.
2. Analizė ir stebėsena: Priežasties diagnozavimas
Terminai vibracijos stebėjimas ir vibracijos analizė dažnai vartojami kartu, tačiau jie atsako į du skirtingus klausimus. Vibracijos stebėjimas laikui bėgant stebi bendrą lygį ir aptinka kad kažkas pasikeitė - tai yra stebėjimo funkcija, kuri stebi vieno skaičiaus tendencijas daugelyje mašinų ir iškelia vėliavėlę, kai rodmenys nukrypsta nuo istorijos. Toliau atliekama analizė, siekiant nustatyti kodėl.
Paprastai tariant, stebint nustatomas pokytis, o analizuojant diagnozuojama jo priežastis. Jei stebėsenos sistema gali pranešti tik apie tai, kad greitis ties guoliu padvigubėjo, analitikas nustato dažnį. spektras ir laiko bangos forma nuspręsti, ar šis pakilimas yra pusiausvyros sutrikimas, atsilaisvinusi pėda, ar pirmoji guolio defekto stadija. Šios dvi veiklos yra viena kitą papildančios vienos programos dalys - stebint susiaurinama įtartinų mašinų populiacija iki keleto, o analizuojant kiekvieną iš jų nustatomas konkretus gedimas, kurį galima pašalinti.
3. Vibracijų analizės pagrindas: FFT
Nors egzistuoja daug metodų, šiuolaikinė vibracijos analizė yra pagrįsta Greitoji Furjė transformacija (FFT)FFT yra labai efektyvus algoritmas, kuris atlieka sudėtingą laiko bangos forma - banguotas poslinkio, greičio ar pagreičio pėdsakas laiko atžvilgiu, kurį labai sunku interpretuoti iš akies, ir išskaido jį į atskiras dažnio sudedamąsias dalis.
Rezultatas yra spektras: grafikas, kuriame pavaizduotas amplitudė vibracijos pagal kiekvieną konkretų dažnis yra signale. Šis spektras yra galingiausias analitiko įrankis, nes skirtingi mechaniniai ir elektriniai gedimai jame pasireiškia kaip skirtingi modeliai ir viršūnės. Logika tiesioginė: beveik kiekvienas gedimas sužadina dažnį, susijusį su fiziniu įvykiu mašinoje, todėl disbalansas rodomas 1× bėgimo greitis, nesuderinimas prideda 2 kartus daugiau energijos, o riedėjimo elementų defektai pasireiškia savo guolių gedimų dažniai. Šių viršūnių skaitymas yra esmė spektrinė analizė.
4. Spektro skaitymas: Būdingi gedimų dažniai
Vibracinės analizės diagnostinė galia atsiranda dėl to, kad kiekvienas bendras gedimas sužadina vibraciją nuspėjamu dažniu, kuris išreiškiamas daugikliu bėgimo greitis (1× = vieną kartą per apsisukimą). Atpažinus, kurioje spektro vietoje atsiranda energija, matavimas virsta diagnoze. Svarbiausi požymiai yra šie:
- Disbalansas - dominuojantis 1×. Sunkusis taškas sukasi kartu su velenu ir, esant tiksliai važiavimo spartai, sukuria vieną stiprų maksimumą, daugiausia radialine kryptimi. Laikui bėgant didėjanti 1× viršūnė yra klasikinis požymis. disbalansas.
- Nesuderinimas - stiprus 2× (dažnai su 1× ir 3×). Nesuderinimas tarp sukabintų velenų paprastai būna ryškus viršūnės taškas esant dvigubai didesniam važiavimo greičiui, dažnai su didele ašine vibracija - tai esminis skirtumas nuo disbalanso, kuris dažniausiai būna radialinis.
- Mechaninis laisvumas - keletas važiavimo greičio harmonikų. Laisvumas sukuria eilutę harmonikos (1×, 2×, 3×, 4× ir daugiau), o kartais ir pusės eilės (0,5×) komponentai, nes netiesinė jungtis suspaudžia ir iškraipo bangos formą.
- Riedėjimo elementų guolių defektai - nesinchroninių guolių gedimų dažniai. Išorinės riedėjimo riedėjimo riedėjimo juostos, vidinės riedėjimo juostos, riedėjimo elemento ar narvelio defektas sukelia vibraciją, kai apskaičiuojamas neintegralinis važiavimo greičio kartotinis - guolių gedimų dažniai. Ankstyvieji defektai yra silpni ir veikia aukšto dažnio nešikliu, todėl juos geriausiai atskleidžia vokų (demoduliacijos) analizė.
- Krumpliaračiai - krumpliaračių tinklelio dažnis ir šalutinės juostos. Pavaros pora vibruoja krumplių sąveikos dažnis (dantų skaičius × veleno greitis). Nusidėvėjęs arba įtrūkęs dantis moduliuoja šį maksimumą, todėl atsiranda šalutinės juostos, išsidėsčiusios abipus tinklelio dažnio abipus sugedusio veleno važiavimo greičio.
- Elektros gedimai - dvigubai didesnis linijos dažnis. Indukcinių variklių problemos, pavyzdžiui, oro tarpas arba rotoriaus strypo problema, būdinga tai, kad energija yra dvigubai didesnė už elektros tiekimo (linijos) dažnį, todėl jos skiriasi nuo grynai mechaninių šaltinių.
Kadangi šie ryšiai priklauso nuo greičio, analitikas, dirbantis su kintamo greičio mašina, dažnai pereina prie užsakymų analizė, kurioje spektras išreiškiamas ne absoliučiaisiais hercais, o eilės tvarka (važiavimo greičio kartotiniais dydžiais), todėl, mašinai greitėjant, gedimo viršūnės išlieka fiksuotos.
5. Pagrindiniai vibracijos analizės metodai
Vibracijos analizė - tai ne viena veikla, o specializuotų metodų rinkinys, kurių kiekvienas suteikia skirtingą vaizdą apie mašinos būklę. Įgudęs analitikas derina kelis metodus, o ne pasikliauja vienu:
- Bendras lygio stebėjimas: paprasčiausia VA forma, kai viena reikšmė - paprastai RMS greitis, atspindintis bendrą vibracinę energiją, yra tendencingas laikui bėgant. Staigus padidėjimas signalizuoja apie problemą, bet neatskleidžia jos priežasties; tai yra trikdis, o ne diagnozė.
- Spektrinė analizė: išsamiai išnagrinėti FFT spektrą, kad būtų galima nustatyti vibracijos dažnius ir diagnozuoti pagrindinę priežastį, atskirti disbalansą nuo dislokacijos, laisvumo ar elektros problemų.
- Laiko bangos formos analizė: tiesioginė neapdoroto signalo analizė laike, ypač naudinga nustatant pereinamuosius įvykius, smūgius ir tam tikrą netiesinę elgseną, kuri ne visada aiškiai matoma spektre.
- Fazių analizė: santykinio laiko tarp vibracijos signalo ir atskaitos taško, pvz., vieną kartą per apsisukimą perduodamo impulso, matavimas. Fazė yra nepakeičiamas vienkartiniam šaudymui balansavimas, kad būtų galima patvirtinti nesuderinamumą ir atskirti gedimus, kurie tik pagal amplitudę atrodo vienodi.
- Vokų analizė: signalų apdorojimo metodas, kuris demoduliuoja aukšto dažnio nešiklį, kad būtų atskleisti mažos energijos pasikartojantys smūgiai, būdingi ankstyvosios stadijos riedėjimo elementų guolių ir pavarų gedimams.
- Modalinė analizė ir ODS analizė: Pažangūs metodai, naudojami siekiant suprasti mašinos ar jos pagrindo konstrukcines vibracijos charakteristikas, visų pirma siekiant nustatyti ir išspręsti rezonansas problemų.
- Užsakymų analizė: Spektrinės analizės pritaikymas mašinoms, kurios keičia greitį. Ji pateikia spektrą „eilių“ (greičio kartotinių) terminais, o ne absoliučiu dažniu (Hz).
6. Laiko bangos formos ir spektro santykis: Du vieno signalo vaizdai
Spektras yra galingas, tačiau tai išvestinis vaizdas - FFT daro prielaidą, kad signalas kartojasi, ir vidutiniškai suskirsto energiją į dažnių intervalus, o tai gali paslėpti trumpus, nereguliarius įvykius. Neapdorotas laiko bangos forma išsaugo tai, ką spektras išlygina, ir abu spektrai skaitomi kartu, o ne atskirai.
Bangos formą geriau matyti trumpalaikių smūgių, trinties ir smūgių tarp dviejų artimų dažnių atveju, taip pat norint nustatyti, ar signalas yra sinusoidinis (būdingas disbalansui), ar staigus ir impulsyvus (būdingas laisvumui arba guolio defektui). Praktinė darbo eiga - naudoti spektrą, kad būtų galima nustatyti kuris dažniai perneša energiją, tada grįžkite prie bangos formos ir pažiūrėkite. kaip kad energija būtų tiekiama tolygiai, periodiniais šuoliais arba atsitiktiniais pereinamaisiais procesais. Abiejų sričių derinimas yra tai, kas skiria patikimą diagnozę nuo spėjimo, pagrįsto vienu pikiniu tašku.
7. Vibracijos analizės darbo eiga
Pakartojama diagnozė atliekama pagal nuoseklią seką, o ne pagal vieną rodmenį:
- Surinkite mašinos kontekstą. Atkreipkite dėmesį į važiavimo greitį, guolių tipus, krumpliaračių dantų skaičių, pavaros išdėstymą ir apkrovą. Be šių pagrindinių faktų negalima nustatyti pirmiau nurodytų gedimų dažnių spektro.
- Teisingai sumontuokite jutiklį. An akselerometras tvirtai pritvirtintas prie guolio korpuso, kiekvieną kartą tame pačiame taške, tinkama matavimo kryptimi, yra pasikartojančių duomenų pagrindas.
- Įgykite bendrą lygį, spektrą, bangos formą ir fazę. Užfiksuokite kelias sekundes, kai darbiniu greičiu tachometras nuoroda, kai reikia 1× fazės.
- Palyginkite su istorija ir ribomis. Nustatykite rodmenis pagal mašinos tendencija ir pagal pripažintas pavojingumo zonas (žr. toliau). Pokytis, lyginant su mašinos bazine verte, dažnai yra labiau atskleidžiantis nei absoliuti riba.
- Nustatykite diagnozę, tada imkitės veiksmų. Prilyginkite viršūnes gedimui, patvirtinkite bangos formą ir fazę, tada rekomenduokite korekciją - lyginimą, priveržimą, guolių keitimą arba lauko balansavimas.
8. Kaip atliekamas matavimas lauke
Praktikoje analitikas prideda akselerometras prie guolio korpuso, įrašo kelių sekundžių duomenis esant darbiniam greičiui ir leidžia prietaisui vietoje apskaičiuoti spektrą ir bendrą lygį. Balansavimo darbui būtina kita informacija - fazės atskaitos elementas, kurį teikia tachometras impulsas vieną kartą per apsisukimą. Nešiojamasis dviejų kanalų prietaisas, pvz. Balanset-1A Atlieka būtent tokį darbą: matuoja amplitudę ir fazę, sukuria FFT spektrą ir vietoje palaiko vienos ir dviejų plokštumų balansavimą neišardant. Kadangi rodmenys nuskaitomi pačios mašinos guoliuose, esant tikrajai apkrovai, jie atspindi tikrąją veikimo būklę, o ne apytikslę stendo aproksimaciją.
9. Programos ir nauda
Vibracijos analizė taikoma beveik visose pramonės šakose, kuriose naudojama besisukanti įranga, įskaitant gamybą, elektros energijos gamybą, naftos ir dujų, vandens tiekimo, celiuliozės ir popieriaus, laivų variklių ir transporto sektorius. Vertinant stiprumą paprastai remiamasi pripažintomis ribomis - dažniausiai ISO 20816 seriją (kuri pakeitė senesnį ISO 10816), apibrėžiančią priėmimo zonas nuo “geros” iki “nepriimtinos” pagal mašinų klases.
Gerai įgyvendintos programos nauda yra didelė:
- Padidėjęs veikimo laikas: ankstyvas gedimų nustatymas leidžia suplanuoti techninę priežiūrą iki katastrofiško gedimo ir išvengti neplanuotų prastovų.
- Didesnė sauga: užkerta kelią įrangos gedimams, galintiems kelti pavojų darbuotojams.
- Mažesnės techninės priežiūros išlaidos: pašalina nereikalingus “profilaktinius” sveikų mašinų darbus ir sumažina remonto išlaidas, nes problemos nustatomos prieš atsirandant didelei antrinei žalai.
- Pagerintas turto patikimumas: perkelia techninę priežiūrą iš reaktyvaus ar kalendoriumi pagrįsto modelio į pagal sąlygas metodas, maksimaliai padidinantis mašinų tarnavimo laiką ir našumą.
10. Dažniausiai užduodami klausimai
Kuo skiriasi vibracijos analizė nuo vibracijos stebėsenos?
Stebėsenos tendencijos bendruoju lygiu, siekiant nustatyti kad mašinos būklė pasikeitė daugelyje mašinų vienu metu; tada analizė nagrinėja pažymėtos mašinos spektrą, bangos formą ir fazę, kad diagnozuotų kodėl. Stebėsena susiaurina sritį; analizė įvardija kaltę. Žr. vibracijos stebėjimas.
Ką rodo FFT spektras?
Svetainė FFT paverčia neapdorotą laiko bangos formą į amplitudės ir dažnio spektrą. Kadangi kiekvienas gedimas sužadina būdingą dažnį - 1× disbalanso atveju, 2× nesubalansuotumo atveju, 2× guolių gedimo atveju - sugedusių guolių - pagal viršūnių padėtį galima nustatyti priežastį.
Kuris dažnis rodo nesubalansuotumą arba nesuderinamumą?
Išbalansavimas rodo dominuojantį piką, kai greitis yra 1× didesnis už važiavimo greitį, daugiausia radialinį. Neišsibalansavimas paprastai iškelia stiprų 2× maksimumą ir paprastai jį lydi pastebima ašinė vibracija, kuri yra praktinis būdas juos atskirti.
Kokios įrangos reikia vibracijos analizei atlikti?
Bent jau akcelerometras ir prietaisas, galintis apskaičiuoti FFT spektrą ir bendrąjį lygį. Balansavimui ir fazių diagnostikai taip pat reikia tachometro etalono; dviejų kanalų vibracijos analizatorius pvz., "Balanset-1A", sujungia visus šiuos elementus į vieną nešiojamąjį įrenginį.
Kaip tiksliai vibracijos analizė padeda numatyti gedimus?
Daugumoje besisukančių mašinų jis patikimai nustato atsirandančius gedimus likus kelioms savaitėms ar mėnesiams iki gedimo, ypač kai rodmenys lyginami su stabilia atskaitos linija. Tikslumas priklauso nuo nuoseklaus jutiklio montavimo, teisingų mašinos duomenų ir spektro, bangos formos ir fazė o ne remtis vienu skaičiumi.
Ar galima atlikti vibracijos analizę nesustabdžius mašinos?
Taip. Tai neinvazinis metodas, atliekamas esant darbiniam greičiui, būtent todėl jis tinka gamybinei įrangai, kurios negalima išimti iš tinklo ir patikrinti.
