Forstå frekvens i vibrasjonsanalyse
Hyppighet er et mål på hvor ofte en gjentakende hendelse inntreffer i løpet av en gitt tidsenhet — i vibrasjonsanalyse, angir den hvor raskt et objekt svinger. Det er den aller viktigste parameteren for å finne årsaken til et maskinproblem. Mens amplitude tells you the alvorlighetsgrad Når det gjelder en vibrasjon, forteller frekvensen deg kilde. Les av amplituden, så vet du hvor alvorlig problemet er; les av frekvensen, så vet du hva problemet er.
1. Definisjon: Hva er vibrasjonsfrekvens?
Frekvens beskriver hastigheten til en syklisk bevegelse – antallet fullstendige svingningssykluser en vibrerende del gjennomfører per tidsenhet. En rotor som roterer med 1 800 o/min, fullfører tretti omdreininger hvert sekund, slik at kraften den genererer én gang per omdreining gjentas tretti ganger i sekundet. Hver periodisk komponent som ligger inne i en maskins tidsbølgeform har sin egen frekvens, og å skille disse komponentene fra hverandre er grunnlaget for alt diagnostisk arbeid.
Det avgjørende er at frekvensen er uavhengig av amplituden. En vibrasjon kan være kraftig eller knapt merkbar ved nøyaktig samme frekvens; det som endrer seg når en forkastning vokser, er vanligvis amplituden, mens frekvensen forblir knyttet til den fysiske mekanismen som forårsaker den. Nettopp denne stabiliteten er det som gjør frekvensen til et så pålitelig kjennetegn.
2. Frekvensens diagnostiske betydning
Hovedprinsippet i vibrasjonsdiagnostikk er at ulike mekaniske og elektriske komponenter avgir vibrasjoner med bestemte, forutsigbare frekvenser når de begynner å svikte. Ved å identifisere hvilke frekvenser som finnes i maskinens vibrasjonssignatur – og hvor sterke de enkelte frekvensene er – kan en analytiker finne den nøyaktige komponenten som forårsaker problemet. Dette kan sammenlignes med hvordan en lege bruker et stetoskop til å lytte etter bestemte lyder som avslører ulike tilstander.
Hver potensiell feil har en karakteristisk frekvenssignatur:
- Ubalanse: et problem med hele roterende enheten, for eksempel ubalanse, opptrer med samme frekvens som akselens rotasjon — 1× løpehastighet.
- Feiljustering: et problem i koblingen mellom to aksler, for eksempel feiljustering, vises vanligvis med dobbelt så høy hastighet (2×), ofte med en forhøyet 3×.
- Lagerfeil: En feil i et rullelager gir et tall som ikke er et heltall frekvenser av lagerfeil bestemmes av rillebanen og kulens geometri samt akselhastigheten.
- Gear problems: tannhjulene som griper inn i hverandre skaper energi ved girinngrepsfrekvens (GMF) — antall tenner ganget med girhastigheten — ofte ledsaget av sidebånd.
Siden disse signalmønstrene sjelden overlapper hverandre, kan et enkelt, tydelig spektrum skille mellom ubalanse og feiljustering og et defekt lager uten at man trenger å åpne maskinen.
3. Frekvensenhetene
Frekvens angis i flere enheter, og en analytiker i praksis må beherske dem alle.
Hertz (Hz)
Den internasjonale enheten (SI). Én hertz tilsvarer én syklus per sekund. Dette er standarden innen vitenskap og i de fleste instrumenter, og det er denne enheten som brukes på frekvensaksen i en FFT.
Svingninger per minutt (CPM)
Dette er mye brukt innen industrielt vedlikehold fordi det henger direkte sammen med rotasjonshastigheten, som angis i omdreininger per minutt (RPM). Siden et minutt har 60 sekunder, er omregningen ganske enkelt CPM = Hz × 60. En vibrasjon på 30 Hz tilsvarer derfor 1 800 CPM – og på en maskin som går med 1 800 o/min, ligger denne toppverdien nøyaktig på driftshastigheten, noe som ofte er lettere å forstå i CPM enn i Hz.
Bestillinger
Ordene er multipler av maskinens egen driftshastighet: driftshastigheten utgjør 1. orden, det dobbelte av driftshastigheten utgjør 2. orden, og så videre. Fordelen er at ordene forblir konstante selv når maskinen endrer hastighet – ubalansen forblir på 1. orden uansett om akselen roterer med 900 eller 3 600 o/min, mens frekvensen i Hz endres. Dette gjør ordene uunnværlige for utstyr med variabel hastighet og danner grunnlaget for ordreanalyse. A free Harmonisk frekvenskalkulator konverterer et RPM-tall til dets frekvenser fra 1× til 10× i ett trinn, og en Omregner for vibrasjonsenheter tar seg av regnskapsføringen for Hz–CPM.
4. Hvordan frekvensen fastsettes
Frekvensene som ligger skjult i et vibrasjonssignal, hentes ut ved hjelp av Rask Fourier-transformasjon (FFT). An akselerometer registrerer den rå tidsbølgeformen, og FFT-algoritmen bryter den ned i en frekvensspektrum — en graf som viser hver enkelt frekvens som inngår i den sammensatte vibrasjonen, der høyden på hver topp angir hvor mye energi som finnes der. Analytikeren sammenligner deretter disse toppene med feilsignaturene ovenfor. I felten brukes et bærbart tokanalsinstrument som for eksempel Balanset-1A utfører denne FFT-analysen umiddelbart, og måler spektra fra omtrent 5 Hz opp til 1000 Hz, slik at toppverdien for driftshastigheten og dens harmoniske kan avleses direkte på maskinen, der turtellerpulsen – som kommer én gang per omdreining – identifiserer nøyaktig hvilken topp som er 1×.
5. Forholdet mellom frekvens, hastighet og akselerasjon
For et gitt nivå av vibrasjonsenergi vil amplitudene til forskyvning, hastighet, og akselerasjon avhenger i stor grad av frekvensen, og det er derfor hver enhet dekker et eget bånd:
- Lave frekvenser: forskyvningen er størst, og derfor er det den naturlige enheten for langsom akselbevegelse.
- Mellomfrekvenser: hastigheten er størst og mest jevn, og det er derfor vibrasjonsintensitet standarder som ISO 20816 (den moderne etterfølgeren til ISO 10816) vurderer maskinens generelle tilstand ut fra hastigheten i mm/s.
- Høye frekvenser: akselerasjonen er størst, noe som gjør den til den foretrukne enheten for tonefrekvenser i lagre og tannhjul.
Hvis man velger feil enhet for et frekvensbånd, kan en reell feil bli overskygget av støynivået; velger man riktig enhet, vil den samme feilen derimot skille seg tydelig ut på diagrammet. Sett på denne måten er frekvensen nøkkelen som frigjør det diagnostiske potensialet i vibrasjonsanalyse – og forvandler et rått, uoversiktlig signal til praktisk vedlikeholdsinformasjon.
