De watervalgrafiek (cascadediagram) in trillingsanalyse

Definitie: Wat is een watervalplot?

A waterval plot, ook wel bekend als een cascadediagram, is een driedimensionale grafiek die gebruikt wordt om te visualiseren hoe een trillingsspectrum verandert in de loop van de tijd of met een andere variabele, meestal de machinesnelheid. De grafiek bestaat uit een reeks individuele FFT-spectra die achter elkaar zijn "gestapeld", waardoor een driedimensionaal oppervlak ontstaat dat lijkt op een waterval. Deze presentatie maakt het gemakkelijk om te zien hoe de amplitudes van verschillende trillingscomponenten veranderen naarmate de bedrijfsomstandigheden van de machine variëren.

De drie assen van een typische watervalplot zijn:

• X-as: Frequentie
• Y-as: Amplitude
• Z-as: Tijd of, vaker, RPM (machinesnelheid)

De primaire toepassing: opstart- en aflooptesten

De belangrijkste toepassing van een watervaldiagram is het analyseren van trillingsgegevens die zijn verzameld tijdens het opstarten (run-up) of uitschakelen (coast-down) van een machine. Tijdens deze transiënten doorloopt de snelheid van de machine het volledige werkbereik. Het watervaldiagram biedt een complete en gedetailleerde weergave van de dynamische respons van de machine over dit volledige snelheidsbereik.

Deze analyse is cruciaal voor:

• Identificeren Kritische snelheden en resonanties: Een resonantie wordt geïdentificeerd als een "richel" in de watervalgrafiek die optreedt bij een vaste *frequentie*, ongeacht de snelheid van de machine. Naarmate de verschillende snelheidsvolgordes (1x, 2x, enz.) over deze vaste frequentie bewegen, zal hun amplitude dramatisch toenemen, waardoor een duidelijke piek in de grafiek ontstaat.
• Het onderscheiden van gedwongen trillingen en resonantie: In de grafiek wordt duidelijk onderscheid gemaakt tussen snelheidsafhankelijke pieken (gedwongen trillingen zoals onevenwichtigheid, die de ordelijnen volgen) en pieken met een vaste frequentie (resonanties, die een rechte rand vormen over de snelheidsas).

– Veranderingen in de rotorstabiliteit observeren: Het kan worden gebruikt om de snelheid te zien waarmee subsynchrone instabiliteiten zoals oliewerveling of zweep verschijnen en verdwijnen.

Hoe een watervalplot te interpreteren

Bij het analyseren van een watervaldiagram moet u op twee hoofdkenmerken letten:

1. Orderregels (diagonale richels)

Dit zijn de trillingsribben die direct gekoppeld zijn aan de snelheid van de machine. Ze verschijnen als diagonale lijnen op de grafiek.

• De meest prominente diagonale lijn is meestal de 1e orde (1x), die de reactie op onbalans van de rotor weergeeft.
• Er zijn andere diagonale lijnen te zien voor de 2e orde (2x), die vaak verband houdt met verkeerde uitlijning en andere harmonischen.

2. Resonanties (horizontale richels)

Dit zijn richels met hoge trillingen die voorkomen op een constante frequentie, onafhankelijk van de snelheid van de machine. Ze verschijnen als horizontale lijnen die over de plot lopen.

• Wanneer een ordelijn (zoals de 1x onbalansrespons) een resonantielijn kruist, zal de amplitude ervan aanzienlijk toenemen en een grote piek vormen bij die specifieke snelheid.
• De snelheid waarmee deze kruising plaatsvindt is een kritische snelheid van het systeem.

Gegevensverzameling en weergave

Om een duidelijke watervalgrafiek te maken, worden de gegevens doorgaans verkregen met behulp van bestelling volgenHiervoor is een tachometersignaal nodig om ervoor te zorgen dat de spectrale gegevens vrij zijn van "smering" bij snelheidsveranderingen. Hoewel een watervaldiagram kan worden weergegeven met een vaste frequentie-as, is het vaak nuttiger om het weer te geven als een "volgorde-gebaseerde" waterval, waarbij de x-as in volgorde staat in plaats van Hz.

Naast de 3D-watervalweergave worden deze gegevens ook gebruikt om andere belangrijke op- en aflopende grafieken te maken, zoals de Bode-plot (die de amplitude en fase van een enkele orde uitzet tegen de snelheid) en de Nyquist-plot (hiermee wordt het reële versus het imaginaire deel van de vector van een order uitgezet).

De watervalgrafiek is een onmisbaar hulpmiddel voor elke diepgaande rotordynamische analyse. Deze grafiek geeft een compleet beeld van het gedrag van een machine over het gehele snelheidsbereik.

← Terug naar hoofdindex