Разбирање на фреквенцијата во анализата на вибрации
Фреквенција е мерка за тоа колку често се повторува одреден настан во дадена единица време — во анализа на вибрации, таа квантитативно изразува колку брзо осцилира објектот. Тоа е единствениот најважен параметар за дијагностицирање на основната причина за проблем со машините. Додека амплитуда ви ја кажува сериозноста на вибрацијата, фреквенцијата ви кажува извор. Прочитајте ја амплитудата и знаете колку е сериозен проблемот; прочитајте ја нејзината фреквенција и знаете каков е проблемот.
1. Дефиниција: Што е фреквенција на вибрациите?
Фреквенцијата ја опишува стапката на цикличното движење — бројот на целосни осцилаторни циклуси што ги завршува вибрирачкиот дел во единица време. Ротор што се врти со 1.800 вртежи во минута завршува триесет вртежи во секунда, така што силата што се јавува еднаш по вртеж се повторува триесет пати во секунда. Секоја периодична компонента скриена во машината’ временски бранов облик има своја фреквенција, а раздвојувањето на тие компоненти е основата на целата дијагностичка работа.
Клучно е што фреквенцијата е независна од амплитудата. Вибрацијата може да биде силна или едвај забележлива на сосема иста фреквенција; она што се менува кога дефектот расте обично е амплитудата, додека фреквенцијата останува приврзана за физичкиот механизам што ја создава. Токму таа стабилност е она што ја прави фреквенцијата толку сигурен отпечаток.
2. Дијагностичката моќ на фреквенцијата
Основниот принцип на вибрациска дијагностика е дека различни механички и електрични компоненти создаваат вибрации на специфични, предвидливи фреквенции кога почнуваат да откажуваат. Со идентификување на тоа кои фреквенции се присутни во вибрацискиот потпис на машината — и колку е силна секоја од нив — аналитичарот може прецизно да ја утврди точната компонента што го предизвикува проблемот. Тоа е тесно аналогно на тоа како лекарот користи стетоскоп за да ги слуша посебните звуци што откриваат различни состојби.
Секој потенцијален дефект носи карактеристичен фреквенциски потпис:
- Дебаланс: проблем со целиот ротирачки склоп, како што е дебаланс, се појавува на фреквенцијата на вртењето на вратилото — 1× работна брзина.
- Несоосност: проблем во спојката меѓу две вратила, како што е неосовиненост, вообичаено се појавува на двојно поголема работна брзина (2×), често со зголемен 3×.
- Дефекти на лежиштата: дефект на тркалачко лежиште создава нецелобројни фреквенции на дефекти на лежиштата определени со геометријата на неговата патека и топчиња и со брзината на вратилото.
- Проблеми со запчаниците: забите што се спрегнуваат создаваат енергија на фреквенција на запченување на запчаниците (GMF) — бројот на заби помножен со брзината на запчаникот — често придружен со странични ленти.
Бидејќи овие потписи ретко се преклопуваат, еден добро разложен спектар може да ги раздвои неурамнотеженоста, несоосноста и дефектното лежиште без воопшто да се отвора машината.
3. Единиците на фреквенцијата
Фреквенцијата се изразува во неколку единици, а аналитичарот во пракса треба да владее со сите нив.
Херци (Hz)
Меѓународната (SI) единица. Еден херц е еднаков на еден циклус во секунда. Ова е стандардот во научниот и во повеќето инструментски контексти, и тоа е единицата што се користи на фреквенциската оска на FFT.
Циклуси во минута (CPM)
Широко се користи во индустриското одржување бидејќи директно се однесува на брзината на вртење, која се изразува во вртежи во минута (RPM). Бидејќи една минута има 60 секунди, конверзијата е едноставно CPM = Hz × 60. Затоа вибрација на 30 Hz е еднаква на 1.800 CPM — а на машина што работи со 1.800 вртежи во минута, тој врв се наоѓа точно на работната брзина, што често полесно се препознава во CPM отколку во Hz.
Редови
Редовите се множители на сопствената работна брзина на машината: работната брзина е 1-виот ред, двојната работна брзина е 2-риот ред, и така натаму. Предноста е што редовите остануваат константни дури и кога машината ја менува брзината — неурамнотеженоста живее на 1-виот ред без разлика дали вратилото се врти со 900 или со 3.600 вртежи во минута, додека нејзината фреквенција во Hz се менува. Ова ги прави редовите незаменливи за опрема со променлива брзина и е основата на анализа на редови. Бесплатен Калкулатор за хармониска фреквенција претвора RPM во неговите фреквенции од 1× до 10× во еден чекор, а конвертор на единици за вибрации ја врши пресметката меѓу Hz и CPM.
4. Како се определува фреквенцијата
Фреквенциите скриени во вибрацискиот сигнал се извлекуваат со Брза Фуриеова трансформација (FFT). Еден акцелерометар го снима необработениот временски бран, а алгоритмот FFT го разложува во фреквенциски спектар — график што ја прикажува секоја поединечна фреквенција што ја сочинува сложената вибрација, при што висината на секој врв покажува колку енергија се наоѓа таму. Аналитичарот потоа ги совпаѓа тие врвови со горенаведените потписи на дефекти. На терен, преносен двоканален инструмент како што е Balanset-1A го врши ова FFT на самото место, мерејќи спектри од приближно 5 Hz до 1000 Hz така што врвот на работната брзина и неговите хармоници можат директно да се читаат на машината, при што импулсот од тахометарот еднаш по вртеж точно го идентификува кој врв е 1×.
5. Односот меѓу фреквенцијата, брзината и забрзувањето
За дадено ниво на вибрациска енергија, амплитудите на поместување, брзина, и забрзување силно зависат од фреквенцијата, поради што секоја единица доминира во различен опсег:
- Ниски фреквенции: поместувањето е најголемо, па затоа тоа е природната единица за бавно движење на вратилото.
- Средни фреквенции: брзината е најголема и најрамномерна, поради што сериозност на вибрациите стандарди како ISO 20816 (современиот наследник на ISO 10816) ја оценуваат вкупната состојба на машината преку брзина изразена во mm/s.
- Високи фреквенции: забрзувањето е најголемо, што го прави единица од избор за тоновите на лежиштата и запчаниците.
Изборот на погрешна единица за даден фреквенциски опсег може да ја закопа вистинската неисправност во нивото на шумот; изборот на вистинската единица прави истата неисправност да отскокне од графиконот. Разбрана вака, фреквенцијата е клучот што го отклучува дијагностичкиот потенцијал на вибрационата анализа — претворајќи го суровиот, заплеткан сигнал во корисни информации за одржување.
