Częstotliwość przejścia łopatki (BPF) w analizie drgań

Definicja: Czym jest częstotliwość przejść łopatek?

Częstotliwość przejścia łopatek (BPF) to istotny składnik częstotliwościowy występujący w sygnaturze drgań maszyn aerodynamicznych i hydrodynamicznych, takich jak wentylatory, pompy, dmuchawy i sprężarki. Reprezentuje on prędkość, z jaką obracające się łopatki wirnika mijają punkt stacjonarny, taki jak łopatka odcinająca, dyfuzor lub czujnik. Ta interakcja powoduje wyraźną pulsację ciśnienia dla każdego przejścia łopatki, co skutkuje sygnałem drgań o przewidywalnej częstotliwości.

Jak obliczyć częstotliwość przejść łopatek

Współczynnik BPF jest łatwy do obliczenia i zależy od prędkości obrotowej maszyny oraz liczby łopatek wirnika lub rotora.

Wzór jest następujący:

BPF = Liczba ostrzy × Prędkość obrotowa

Na przykład wentylator z 7 łopatkami obracającymi się z prędkością 1800 obr./min będzie miał współczynnik BPF wynoszący:

BPF = 7 łopatek × 1800 obr./min = 12 600 CPM (cykli na minutę)

Aby przeliczyć na herce (Hz), wystarczy podzielić przez 60:

BPF = 12 600 CPM / 60 = 210 Hz

Dlaczego BPF jest ważny w diagnostyce maszyn?

Wibracje przy częstotliwości przejścia łopat są normalną i oczekiwaną cechą każdej maszyny, która przemieszcza powietrze lub ciecz za pomocą łopatek. Jednak *amplituda* drgań przy tej częstotliwości jest krytycznym wskaźnikiem stanu mechanicznego i aerodynamicznego maszyny. Znaczny wzrost amplitudy BPF lub pojawienie się jego harmonicznych często wskazuje na rozwijające się problemy.

Typowe problemy wskazywane przez wysoką amplitudę BPF

Podwyższone wibracje na poziomie 1xBPF lub jego wielokrotności (2xBPF, 3xBPF itd.) mogą być objawem różnych problemów:

• Zagadnienia aerodynamiczne i hydrauliczne: Nierównomierny lub turbulentny przepływ na wlocie lub wylocie maszyny jest główną przyczyną. Może to być spowodowane zatorami, niewłaściwym przewodem lub pracą maszyny poza jej punktem optymalnej wydajności (BEP).
• Niewyważenie wirnika: Chociaż niewyważenie pojawia się głównie przy prędkości obrotowej 1x, nierównomierny rozkład masy może również prowadzić do nierównomiernego obciążenia łopatek i zwiększonego BPF.
• Uszkodzenie lub zużycie ostrza: Pęknięte, wygięte, ukruszone lub skorodowane ostrze zakłóci równomierne pulsacje ciśnienia, powodując znaczny wzrost drgań BPF.
• Niewłaściwe odstępy: Mimośrodowe położenie wirnika w obudowie lub nieprawidłowy luz między końcami łopatek a obudową może być przyczyną dużych pulsacji ciśnienia, gdy łopatki przechodzą przez najciaśniejszy punkt.
• Rezonans strukturalny: Jeżeli BPF lub jedna z jego harmonicznych wzbudzi częstotliwość własną konstrukcji, rurociągów lub fundamentu maszyny, drgania ulegną znacznemu wzmocnieniu.

Harmoniczne częstotliwości przejścia łopat (2xBPF, 3xBPF)

Obecność silnych harmonicznych BPF często wskazuje na poważniejszy problem lub wyraźniejszą, ostrą pulsację w przepływie cieczy. Na przykład, mocno wygięta łopatka lub znaczna przeszkoda w pobliżu wirnika może powodować ostrzejszy, mniej sinusoidalny impuls ciśnienia, który będzie się objawiał wieloma harmonicznymi w widmie FFT.

Techniki analizy

Diagnozowanie problemów związanych z BPF obejmuje:

1. Obliczanie BPF: Najpierw określ teoretyczny współczynnik BPF na podstawie znanej liczby łopatek i ich prędkości.
2. Analiza widmowa: Przeanalizuj widmo FFT, aby zidentyfikować szczyty przy 1xBPF i jego harmoniczne.
3. Popularne: Porównaj aktualną amplitudę BPF z danymi historycznymi. Nagły lub stopniowy wzrost jest wyraźnym sygnałem pogorszenia.
4. Analiza fazowa: Korzystając z analizatora dwukanałowego, odczyty fazy mogą pomóc ustalić, czy problem jest związany z ruchem wirnika, czy z usterką konstrukcyjną.

Monitorując częstotliwość przejść łopat, zespoły zajmujące się konserwacją mogą uzyskać cenne informacje na temat stanu technicznego najważniejszych urządzeń obrotowych i identyfikować potencjalne awarie, zanim wystąpią.

← Powrót do indeksu głównego