Compreendendo o Espectro do Envelope
Definição: O que é um espectro de envelope?
Espectro de envelope é a frequência espectro obtido pelo cálculo do FFT do sinal de envelope (amplitude demodulada) de análise de envelope. Revela as taxas de repetição de impactos ou modulações em vibrações de alta frequência, tornando-se a técnica mais poderosa para detecção. defeitos em rolamentos de elementos rolantes. Enquanto a FFT padrão mostra as frequências portadoras (ressonâncias excitadas por impactos), o espectro de envelope mostra as frequências moduladoras (a taxa na qual os impactos ocorrem), correspondendo diretamente a frequências de falhas de rolamentos como BPFO, BPFI, BSF e FTF.
O espectro de envelope é para o diagnóstico de rolamentos o que a FFT padrão é para... desequilíbrio e desalinhamento Detecção — a principal ferramenta de diagnóstico que possibilita a detecção precoce de falhas, extraindo frequências de diagnóstico do "ruído" de alta frequência que a FFT padrão não consegue analisar de forma eficaz.
Como o espectro do envelope é gerado
Processo de Análise de Envelope
- Filtro passa-banda: Filtrar dados brutos vibração sinal para banda de alta frequência (ex: 1-10 kHz)
- Detecção de envelope (desmodulação): Extrair o envelope de amplitude do sinal filtrado
- Filtro passa-baixa: Envelope liso (remover resíduos de suporte)
- FFT: Calcular o espectro de frequência do sinal de envelope
- Resultado: Espectro de envelope mostrando taxas de repetição de impacto
O que o envelope representa
- Vibração de alta frequência (portadora) modulada por impactos de rolamentos (modulação)
- Envelope extrai modulação (padrão de impacto repetitivo)
- A FFT do envelope mostra as frequências de modulação.
- Frequências de modulação = frequências de falha do rolamento
Espectros de envelope de leitura
Rolamento saudável
- Nível geral de envoltório baixo
- Espectro plano ou com inclinação suave
- Sem picos distintos
- Ruído de fundo igual ou inferior à sensibilidade do instrumento.
Rolamento defeituoso
- Pico primário: Na frequência de falha do rolamento (BPFO, BPFI, BSF ou FTF)
- Harmônicos: 2×, 3×, 4× da frequência de falhas à medida que o defeito piora
- Bandas laterais: Frequência de falha em torno da gaiola (FTF) ou espaçamento da velocidade de operação (1×)
- Piso elevado: O nível de ruído geral aumenta com a deterioração dos rolamentos.
Indicadores de gravidade
- Amplitude de pico: Maior amplitude = defeito mais grave
- Número de harmônicos: Mais harmônicos = danos mais avançados
- Complexidade da banda lateral: Bandas laterais extensas indicam modulação, frequentemente de alta intensidade.
- Aumento do nível de ruído: O piso elevado sugere deterioração superficial generalizada.
Vantagens em relação à FFT padrão
Detecção Precoce
- Detecta defeitos em rolamentos de 6 a 18 meses antes do FFT padrão.
- Sensível a micro-lascas invisíveis no espectro de velocidade.
- Proporciona o máximo de tempo possível para o planejamento da manutenção.
Assinaturas de falhas claras
- A frequência de falhas em rolamentos é alta e fácil de identificar.
- Menos interferência causada por desequilíbrio e desalinhamento (filtrada).
- Padrões de banda lateral claramente visíveis
- Clareza diagnóstica superior ao espectro padrão
Detecção de eventos de baixa energia
- Pequenos impactos em rolamentos geram pouca energia em FFT padrão.
- Mas excitar ressonâncias de alta frequência de forma eficaz
- A análise de envelope amplifica esses sinais diagnósticos fracos.
Diretrizes de Interpretação
Identificação de falhas
- Calcular as frequências de rolamento: BPFO, BPFI, BSF, FTF para rolamento instalado
- Espectro de envelope de pesquisa: Procure por picos nas frequências calculadas (tolerância de ±5%).
- Match Peak: Qual frequência calculada corresponde ao pico observado?
- Verificar com harmônicos: Verifique os harmônicos de 2× e 3×.
- Verifique as faixas laterais: O espaçamento da faixa lateral fornece confirmação adicional.
- Diagnosticar: Pico em BPFO = pista externa; BPFI = pista interna; BSF = elemento rolante; FTF = gaiola
Avaliação da gravidade
- Incipiente (envelope de 0,5 a 1 g): Pico pequeno, sem harmônicos, monitorar mensalmente
- Início (1-3g): Pico claro, harmônicos 1-2, monitoramento semanal, planejamento de substituição mensal.
- Moderado (3-10g): Pico forte, múltiplos harmônicos, bandas laterais, semanas de substituição do plano
- Avançado (>10g): Amplitude muito alta, muitos harmônicos, piso elevado, substituição urgente.
Aplicação prática
Monitoramento de rotina
- Incluir o espectro de envelope nas rotas de monitoramento de condição
- Amplitude do envelope de tendência nas frequências de falha do rolamento
- Detecção precoce em relação à tendência geral de vibração
- Identificação de falhas específicas versus aumento geral da vibração
Solução de problemas
- Quando a vibração geral está elevada, mas a FFT padrão não está clara.
- Suspeita de problemas nos rolamentos
- Verificar a necessidade de substituição do rolamento
- Identificar qual rolamento em uma máquina com múltiplos rolamentos.
Relação com a Análise de Envoltória
- Análise de Envelope: Processo completo (filtragem + demodulação + FFT)
- Espectro de envelope: O gráfico de frequência resultante da análise de envelope.
- Sinal do envelope: Sinal demodulado no domínio do tempo (etapa intermediária)
- Termos: Frequentemente usados como sinônimos, mas tecnicamente o espectro de envelope é a saída.
O espectro de envelope é o padrão ouro para a detecção de defeitos em rolamentos na análise de vibração. Sua capacidade de revelar frequências de falhas em rolamentos meses antes de se tornarem visíveis em espectros padrão, combinada com padrões de diagnóstico claros e capacidade de identificação específica de falhas, torna a análise do espectro de envelope uma ferramenta indispensável em programas de manutenção preditiva para equipamentos rotativos.
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