Analiza drgań wibracyjnych: przyczyny i identyfikacja

Definicja: Czym jest rytm wibracyjny?

W kontekście analizy drgań, pokonać lub bicie To charakterystyczne zjawisko charakteryzujące się okresowym wzrostem i spadkiem amplitudy sygnału wibracyjnego. Modulacja ta występuje, gdy dwa oddzielne sygnały wibracyjne o bardzo zbliżonych, ale nie identycznych częstotliwościach występują jednocześnie i nakładają się na siebie. Powstały przebieg czasowy przypomina pojedynczą falę sinusoidalną, której amplituda powoli rośnie i maleje w rytmicznym wzorcu.

Fizyka stojąca za biciem

Dudnienie jest wynikiem interferencji konstruktywnej i destruktywnej. Gdy szczyty dwóch fal wibracyjnych pokrywają się (są w fazie), ich amplitudy sumują się, co skutkuje wyższą amplitudą całkowitą. Gdy szczyt jednej fali pokrywa się z doliną drugiej (są w przeciwfazie), fale te znoszą się wzajemnie, co skutkuje niższą amplitudą całkowitą. Ten ciągły cykl wzmacniania i znoszenia tworzy charakterystyczny wzór dźwięku i wibracji „dudniący” lub „ćwierkający”.

Częstotliwość tej modulacji amplitudy, znana jako częstotliwość uderzeń, jest równa różnicy bezwzględnej między dwoma częstotliwościami źródłowymi.

Częstotliwość uderzeń = |Częstotliwość 1 – Częstotliwość 2|

Na przykład, jeśli dwie maszyny generują wibracje o częstotliwości 29,5 Hz i 30,5 Hz, wynikowa częstotliwość uderzeń wyniesie |29,5 – 30,5| = 1,0 Hz. Oznacza to, że całkowita amplituda wibracji będzie wzrastać i opadać raz na sekundę.

Najczęstsze przyczyny bicia maszyn przemysłowych

Obecność częstotliwości dudnień jest cenną wskazówką diagnostyczną, ponieważ wskazuje na istnienie dwóch blisko siebie położonych częstotliwości sterujących. Typowe źródła w zastosowaniach przemysłowych to:

• Wiele maszyn na wspólnej strukturze: Najbardziej klasycznym przykładem są dwie pompy lub wentylatory o identycznej konstrukcji, pracujące na tej samej platformie lub w tym samym systemie rurociągów. Jeśli ich prędkości robocze nieznacznie się różnią (np. 1780 obr./min i 1785 obr./min), będą one wytwarzać dudnienie o niskiej częstotliwości.
• Silniki elektryczne: Dudnienie może występować pomiędzy częstotliwością obrotową silnika a częstotliwością elektryczną, np. częstotliwością przejścia biegunów w silniku indukcyjnym.
• Pompy lub sprężarki wielostopniowe: Interakcja między różnymi etapami, które działają z nieznacznie różnymi efektywnymi prędkościami.
• Skrzynie biegów: Interakcja między dwoma zazębiającymi się kołami zębatymi o podobnej liczbie zębów.
• Pulsacje hydrauliczne lub aerodynamiczne: Interakcja pomiędzy dwoma różnymi źródłami turbulencji związanych z przepływem.

Jak zidentyfikować bicie w danych o wibracjach

Analiza przebiegu czasowego

Przebieg czasowy to najbardziej bezpośredni sposób obserwacji dudnień. Sygnał będzie wykazywał wyraźny, powtarzający się wzór modulacji amplitudy. Czas między dwoma kolejnymi szczytami (lub dołkami) amplitudy to okres częstotliwości dudnień.

Analiza widma częstotliwości (FFT)

W widmie częstotliwości uderzenie będzie widoczne jako dwa wyraźne szczyty położone bardzo blisko siebieStandardowa FFT może nie mieć wystarczającej rozdzielczości, aby je rozdzielić, przez co wyglądają jak pojedynczy, szeroki szczyt. Aby prawidłowo zdiagnozować rytm, analityk musi użyć FFT o wysokiej rozdzielczości (poprzez zwiększenie liczby linii widmowych). Pozwoli to wyraźnie rozróżnić dwie indywidualne składowe częstotliwości, które powodują rytm.

Czy bicie jest problemem?

Samo bicie nie jest wadą, lecz objawem interakcji częstotliwości. Może jednak być problematyczne:

• Denerwujący hałas: Wznoszące się i opadające dźwięki mogą być bardziej zauważalne i irytujące dla personelu niż hałas stały.
• Obawy dotyczące amplitudy szczytowej: Maksymalna amplituda w fazie interferencji konstruktywnej może być niemal dwukrotnie większa niż amplituda poszczególnych sygnałów. Ten poziom szczytowy może przekroczyć granice alarmowe lub spowodować nadmierne obciążenie podzespołów, nawet jeśli średnie drgania są akceptowalne.
• Maskowanie innych problemów: Zmieniający się sygnał może czasami utrudniać identyfikację innych, ukrytych problemów związanych z drganiami.

Rozwiązanie problemu rytmu zwykle polega na zidentyfikowaniu dwóch częstotliwości źródłowych i podjęciu próby zmiany prędkości jednego z urządzeń lub wprowadzeniu tłumienia w celu złagodzenia szczytów amplitudy.

← Powrót do indeksu głównego