Analiza Cepstrum în diagnosticarea vibrațiilor

Definiție: Ce este un Cepstrum?

Analiza cepstrului este o tehnică avansată de procesare a semnalelor care oferă informații despre structurile periodice dintr-un spectru de frecvență. Numele „cepstrum” este o anagramă a cuvântului „spectrum”, ceea ce sugerează natura sa: este practic „spectrul unui spectru”. Se calculează prin luarea logaritmului unui spectru de frecvență și apoi efectuarea unei transformări inverse Fourier asupra rezultatului. Acest proces evidențiază modele periodice din spectru, cum ar fi familiile de armonice sau benzile laterale, care ar putea fi dificil de discernut privind direct spectrul.

În graficul cepstrum, axa x se numește quefrency (o anagramă a frecvenței) și are unități de timp. Vârfurile de pe această axă, numite rahmonică, indică perioada (în secunde) a modelelor repetitive din spectrul original.

De ce să se utilizeze analiza Cepstrum?

Deși un spectru FFT standard este excelent pentru identificarea componentelor individuale de frecvență, acesta poate deveni aglomerat și dificil de interpretat atunci când o defecțiune a unei mașini generează un număr mare de armonice și benzi laterale. Analiza Cepstrum simplifică acest lucru prin consolidarea unei întregi familii de frecvențe repetitive într-un singur vârf clar. Utilizările sale principale sunt:

• Detectarea familiilor armonice: Poate identifica cu ușurință o frecvență fundamentală și armonicele acesteia, chiar dacă fundamentala în sine este slabă sau absentă în spectru.
• Identificarea familiilor de benzi laterale: Excelează la găsirea benzilor laterale, care au adesea amplitudine redusă și sunt îngropate în zgomot. Cepstrum poate arăta clar prezența benzilor laterale și poate măsura distanța dintre ele.
• Separarea efectelor sursei și căii: În unele aplicații, poate ajuta la separarea semnalului sursei de vibrații de răspunsul structural al mașinii.
• Detectarea ecoului: Poate identifica ecouri sau reflexii într-un semnal.

Aplicații cheie în diagnosticarea mașinilor

1. Diagnosticarea cutiei de viteze

Aceasta este cea mai comună și puternică aplicație a analizei cepstrum. Un dinte de angrenaj deteriorat va modula frecvența de încadrare a angrenajului (GMF), creând benzi laterale în jurul vârfului GMF, distanțate la viteza de rotație a angrenajului respectiv. Într-o cutie de viteze complexă cu mai mulți arbori și angrenaje, spectrul poate fi un amestec confuz de diferite GMF-uri și benzi laterale. Cepstrumul trece prin această complexitate:

• Un vârf în cepstrum la frecvența corespunzătoare perioadei de rotație a angrenajului (1 / RPM) este un indicator clar al unei defecțiuni la angrenajul respectiv.
• Amplitudinea vârfului cepstrum poate fi urmărită pentru a monitoriza progresia uzurii angrenajului.

2. Analiza rulmenților cu elemente de rostogolire

Similar cutiilor de viteze, defectele lagărelor generează, de asemenea, benzi laterale. De exemplu, un defect pe calea de rulare interioară va crea benzi laterale distanțate la viteza arborelui în jurul frecvenței defectelor căii de rulare interioare (BPFI) și a armonicelor acesteia. Cepstrumul poate ajuta la confirmarea prezenței acestor modele, în special atunci când acestea nu sunt evidente în spectru.

3. Analiza turbomașinilor

În turbine și compresoare, cepstrumul poate fi utilizat pentru a identifica armonicele de frecvență de trecere a palelor și pentru a diagnostica problemele legate de deteriorarea palelor sau problemele aerodinamice.

Cum se interpretează un grafic Cepstrum

1. Calculați perioadele de rotație: Înainte de a analiza cepstrumul, calculați perioadele de timp ale principalelor componente rotative (de exemplu, pentru un arbore la 1800 RPM sau 30 Hz, perioada este 1/30 = 0,033 secunde).
2. Căutați vârfuri la perioade cunoscute: Examinați cepstrumul pentru vârfuri semnificative (rahmonice) care se aliniază cu aceste perioade de timp calculate.
3. Identificarea armonicilor: Căutați vârfuri la multipli întregi ai quefrenței fundamentale. Acestea indică prezența unor familii armonice puternice în spectrul original.
4. Amplitudini ale tendințelor: Monitorizați amplitudinea vârfurilor cepstrumului în timp. O amplitudine crescătoare indică o agravare a stării.

Analiza Cepstrum este un instrument puternic care necesită experiență pentru a fi utilizat eficient, dar pentru utilaje complexe, cum ar fi cutiile de viteze, poate oferi o claritate diagnostică de neegalat doar prin analiza spectrală.

← Înapoi la indexul principal