Widmo wibracji: plan diagnostyczny
A widmo drgań (lub widmo częstotliwości) to wykres przedstawiający poszczególne częstotliwości składające się na złożony sygnał drgań. Jest to najskuteczniejsze narzędzie do diagnozowania usterek maszyn, ponieważ przekształca nieuporządkowane dane pomiarowe w przejrzystą mapę związków przyczynowo-skutkowych. Widmo tworzy się poprzez przetworzenie surowych przebieg czasowy i przetwarzając ją za pomocą Szybka transformata Fouriera (FFT) algorytm. Powstały wykres przedstawia amplitudę drgań na osi pionowej (Y) i częstotliwość na osi poziomej (X).
1. Definicja: Czym jest widmo?
Maszyna nigdy nie wibruje z jedną częstotliwością. Jej ruch stanowi superpozycję wielu zjawisk okresowych zachodzących jednocześnie — obracającego się wału, zazębiających się zębów kół zębatych, toczących się elementów łożysk, przemieszczających się łopatek oraz pulsujących sił elektromagnetycznych. W dziedzinie czasu wszystkie te zjawiska sumują się, tworząc jedno pozornie chaotyczne drganie. Widmo to po prostu ta sama informacja wyrażona w dziedzina częstotliwości: zamiast pytać „jak zmienia się sygnał z chwili na chwilę?”, zadaje pytanie „ile energii występuje na każdej częstotliwości?”.
To jest główna idea analiza widmowa. Podczas gdy przebieg czasowy przedstawia całość, widmo pokazuje poszczególne elementy. To właśnie ten rozkład umożliwia diagnozę, ponieważ każda usterka mechaniczna i elektryczna ujawnia się na swojej własnej, przewidywalnej częstotliwości.
2. Dlaczego widmo jest kluczem do diagnostyki
Wibracje maszyny to mieszanina wielu różnych sygnałów występujących jednocześnie. Przebieg czasowy przedstawia ten chaotyczny sygnał, ale widmo działa jak pryzmat, rozdzielając go na poszczególne składowe. Jest to kluczowe, ponieważ różne usterki mechaniczne i elektryczne generują wibracje o określonych, przewidywalnych częstotliwościach. Analizując szczyty w widmie, wykwalifikowany analityk może z dużą pewnością zidentyfikować przyczynę problemu. niewyważenie która wymaga wyważenia i niewspółosiowość która wymaga regulacji geometrii, dwa problemy, które z zewnątrz mogą wydawać się identyczne, ale wymagają zupełnie innych działań naprawczych.
3. Jak odczytywać widmo drgań
Wykres widma zawiera bogactwo informacji. Trzy elementy, na które należy zwrócić uwagę, to oś częstotliwości, oś amplitudy oraz same piki.
Częstotliwość (oś X)
Ta oś pokazuje co wibruje. Wartość tę można podawać w różnych jednostkach — hercach (Hz), cyklach na minutę (CPM, co pokrywa się z obrotami na minutę, czyli RPM) lub rzędy (wielokrotności prędkości biegu). Wyświetlanie osi w rzędach, poprzez analiza rzędów, jest to szczególnie przydatne w przypadku maszyn o zmiennej prędkości obrotowej, ponieważ pik usterki pozostaje wówczas w tym samym miejscu nawet przy zmianie prędkości obrotowej wału. Położenie piku na tej osi stanowi główną wskazówkę co do jego źródła.
Amplituda (oś Y)
Ta oś pokazuje ile Wibracje występują z określoną częstotliwością, co pozwala ocenić nasilenie zjawiska. Można je mierzyć w jednostkach przemieszczenia, prędkości lub przyspieszenia oraz przedstawiać w skali liniowej lub logarytmicznej. Skala logarytmiczna (dB) kompresuje zakres, dzięki czemu niewielkie szczyty uszkodzeń we wczesnym stadium stają się widoczne obok dominujących — skala liniowa natomiast ułatwia ocenę największego szczytu, ale może ukryć początkową usterkę łożyska w linii bazowej.
The Peaks
Każdy pik w widmie odpowiada konkretnemu, cyklicznemu zjawisku zachodzącemu w maszynie. Interpretacja widma polega na przyporządkowaniu tych pików do znanych częstotliwości uszkodzeń oraz na ustaleniu, w jaki sposób są one ze sobą powiązane – czy są to harmoniczne, wstęgi bocznelub samodzielne tony niesynchroniczne.
4. Typowe schematy i ich znaczenie
Analitycy poszukują charakterystycznych wzorców w celu zdiagnozowania usterek. Poniższe sygnatury obejmują zdecydowaną większość typowych przypadków:
- Pojedynczy wysoki pik przy 1× obrotach na minutę: klasyczny objaw niewyważenia wirnika — drgania zsynchronizowane z prędkość obrotowa.
- Dominujący pik przy 2× obrotach na minutę: często towarzyszy temu wysoka drgania osiowe, jest to wyraźna oznaka niewspółosiowości wału.
- Szereg harmonicznych prędkości obrotowej (1×, 2×, 3×, 4×…): długi szereg harmoniczne jest głównym wskaźnikiem luzu mechanicznego.
- Wysokoczęstotliwościowe szczyty niecałkowite: często odpowiadają one obliczonym częstotliwości uszkodzeń łożysk w łożyskach tocznych i często towarzyszą im pasma boczne w miarę postępu uszkodzenia.
- Szczyt o wysokiej częstotliwości z pasmami bocznymi: pik przy częstotliwość zazębienia Obecność mniejszych szczytów rozmieszczonych w odstępach odpowiadających prędkości obrotowej koła zębatego stanowi jednoznaczny znak usterki koła zębatego.
- Podwyższony „poziom szumów”: Wzrost energii podstawowej widma w szerokim paśmie może wskazywać na tarcie, ocieranie się elementów lub kawitację w pompach.
Analiza tych wzorców to po części nauka, a po części systematyczne porównywanie — właśnie dlatego kolejna część ma tak duże znaczenie.
5. Pomiar widma w terenie
Widmo jest ograniczone jakością sygnału, który go zasilą. W terenie przebieg jest rejestrowany przez akcelerometr przymocowany śrubami do obudowy łożyska i poddany analizie za pomocą przenośnego analizatora. Dwukanałowy przyrząd, taki jak Balanset-1A rejestruje przebieg czasowy, oblicza widmo FFT oraz — ponieważ odczytuje również impuls generowany raz na obrót z tachometr — można połączyć każdy szczyt z wałem faza. To właśnie ten punkt odniesienia pozwala temu samemu urządzeniu przejść od etapu diagnozy do etapu korekcji, obliczając masę i kąt przeciwwagi, gdy dominujący pik okaże się być niewyważeniem rzędu 1×.
6. Znaczenie wartości początkowej i analizy trendów
Pojedyncze widmo stanowi migawkę stanu maszyny w danym momencie. Prawdziwa siła tej metody polega na porównaniu bieżącego widma z widmo bazowe zebrane w momencie, gdy wiadomo było, że maszyna jest w dobrym stanie. Analizując zmiany amplitud określonych pików w czasie, analitycy mogą śledzić rozwój usterki od jej najwcześniejszych etapów, ustalać rozsądne poziomy alarmowe i wyłączające oraz planować zapobiegawcze prace konserwacyjne na długo przed wystąpieniem awarii. Krótko mówiąc, pojedyncze widmo pokazuje aktualny stan maszyny, natomiast trend widm wskazuje, w jakim kierunku zmierza.
