Înțelegerea accelerației în analiza vibrațiilor
Accelerație este rata de variație a vitezei unui obiect în funcție de timp. În analiza vibrațiilor este unul dintre cei trei parametri de măsurare principali, care cuantifică cât de repede viteză a unei componente vibrante se modifică. Unde deplasare vă indică distanța parcursă de o piesă, iar viteza vă indică cât de repede se mișcă; accelerația este, de fapt, o măsură a forțelor care acționează asupra piesei — ceea ce o face extrem de sensibilă la evenimente de înaltă frecvență, precum impacturile și schimbările bruște de mișcare.
1. Definiție: Ce este accelerația vibrațională?
Din punct de vedere matematic, accelerația este derivata de ordinul întâi a vitezei și derivata de ordinul al doilea a deplasării. Pentru un corp care vibrează sinusoidal la frecvența f, amplitudinea accelerației variază proporțional cu pătratul frecvenței pentru o deplasare fixă — dublarea frecvenței duce la o creștere de patru ori a accelerației. Acest simplu fapt explică de ce accelerația este „limbajul natural” al evenimentelor rapide și bruște: cu cât conținutul de frecvență al unei defecțiuni este mai ridicat, cu atât aceasta iese mai mult în evidență într-un semnal de accelerație. De asemenea, acesta este motivul pentru care un analist optează pentru accelerație atunci când fenomenele de interes se situează în domeniul kiloherților, mai degrabă decât în apropierea vitezei de deplasare.
2. De ce este importantă măsurarea accelerației?
Măsurarea accelerației este esențială pentru o analiză aprofundată monitorizarea stării program, deoarece excelează în depistarea erorilor pe care parametrii mai blânzi le pot omite. Importanța sa se bazează pe câțiva factori cheie:
- Detectarea defecțiunilor la frecvențe înalte: Accelerația este, prin natura sa, mai sensibilă la vibrațiile de înaltă frecvență, ceea ce o face parametrul ideal pentru depistarea din stadiu incipient a deteriorării rulmenților cu elemente de rulare, a problemelor legate de angrenarea roților dințate și a excitației provocate de trecerea palelor, toate acestea emițând energie în partea superioară a spectrului.
- Relație directă cu forța: Conform celei de-a doua legi a lui Newton (Forță = Masă × Accelerație), accelerația este direct proporțională cu forțele dinamice din interiorul unei mașini. Măsurarea accelerației oferă, prin urmare, o imagine directă asupra forțelor care determină solicitarea și oboseală în componente.
- Gamă dinamică largă: accelerometrele utilizate pentru înregistrarea acestora acoperă o gamă foarte largă de frecvențe și amplitudini, ceea ce le conferă versatilitate în cazul multor tipuri de mașini și viteze.
3. Unități și măsurători
Unități comune
Accelerația vibrațională este exprimată de obicei în una dintre următoarele două unități:
- g: o unitate de măsură bazată pe accelerația gravitațională a Pământului, unde 1 g ≈ 9,81 m/s². g este apreciat deoarece oferă o indicație standardizată și intuitivă a intensității cu care este agitată o piesă.
- m/s² (sau mm/s²): unitatea SI, metri pe secundă la pătrat, preferată pentru raportarea oficială și calcule.
Merită să se precizeze clar dacă o valoare reprezintă valoarea de vârf, valoarea de vârf reală sau RMS, întrucât aceeași vibrație poate fi exprimată în trei moduri diferite. Conversia între g, m/s² și echivalentele de viteză sau deplasare la o frecvență dată este exact ceea ce face aplicația noastră Calculator de accelerare a vibrațiilor este pentru.
Cum se măsoară?
Accelerația se măsoară aproape exclusiv cu ajutorul unui accelerometru — un traductor care transformă forța mecanică a vibrației într-un semnal electric proporțional. accelerometru piezoelectric este cel mai răspândit tip în domeniul monitorizării stării echipamentelor industriale, fiind apreciat pentru rezistența sa, precizia și răspunsul în frecvență plat și cu o bandă largă. Semnalul său de ieșire poate fi analizat direct sau prin intermediul unor dispozitive electronice integrare, exprimate în schimb ca viteză sau deplasare.
4. Aplicații practice în diagnostic
În cadrul diagnosticării de zi cu zi, datele privind accelerația identifică cu precizie anumite probleme:
- Defecte lagăre: Defectele microscopice de pe ghidaje, role și bile generează mici vârfuri de impact de înaltă frecvență. Măsurătorile de accelerație — mai ales atunci când sunt combinate cu analiza anvelopei pentru a le demodula — reprezintă principala modalitate de a detecta aceste defecțiuni într-un stadiu incipient, când se pot lua măsuri, adesea prin monitorizarea frecvențele defectelor rulmenților.
- Analiza cutiei de viteze: conținutul de frecvențe înalte generat de contactul dintre dinți, precum și impacturile provocate de dinții fisurați sau ciobiți, se evidențiază clar în spectrul de accelerație, adesea chiar la frecvența de angrenare și benzile sale laterale.
- Mașini de mare viteză: în cazul turbinelor și al compresoarelor de mare viteză, frecvențele dominante se încadrează în banda în care accelerația este cea mai sensibilă, de aceea aceasta este adesea metoda de măsurare preferată.
Această versatilitate este cea care permite unui instrument portabil cu două canale, precum Balanset-1A servește atât ca instrument de echilibrare, cât și ca instrument de diagnosticare: colectează accelerația de la senzorii săi, o integrează la viteză pentru verificarea intensității vibrațiilor în raport cu ISO 20816 (versiunea modernă care înlocuiește standardul ISO 10816) și utilizează aceleași canale pentru a măsura amplitudinea și faza componentei 1× în vederea echilibrării la fața locului.
5. Relația cu viteza și deplasarea
Deplasarea, viteza și accelerația sunt legate matematic prin integrare și derivare. În cazul unei vibrații sinusoidale simple, viteza este integrala accelerației, iar deplasarea este integrala vitezei; invers, diferențiere se îndreaptă în sens invers. Concluzia practică este că, pentru aceeași energie vibrațională, amplitudinile de accelerație sunt în mod natural cele mai mari la frecvențe înalte, în timp ce amplitudinile de deplasare domină la frecvențe joase — viteza situându-se între acestea și rămânând relativ constantă în banda medie. Tocmai de aceea analiștii aleg parametrul care se potrivește cel mai bine cu gama de frecvențe a defectului preconizat: deplasarea pentru mișcarea lentă a arborelui, viteza pentru starea generală a mașinilor și accelerația pentru evenimentele rapide, determinate de forță, ale rulmenților și angrenajelor.
6. Ce arată Balanset-1A despre accelerație
Balanset-1A măsoară vibrația cu accelerometre MEMS și afișează viteza vibrației în mm/s RMS, iar spectrul său poate fi vizualizat în viteză sau în accelerație. Compararea celor două vizualizări este o verificare rapidă a locului în care se află energia vibrației, înainte de a decide echilibrarea.
- Montați ambii senzori radial pe o parte rigidă a carcaselor lagărelor, cu întreaga față a magnetului în contact. Nu îi plasați pe apărători, capace sau pe suprafața frontală. Montați și mutați senzorii numai cu mașina oprită și blocată (lockout).
- Deschideți Vibration Meter (F5) și rămâneți în fila Wave Spectrum. Comparați V1s cu V1o. Dacă componenta 1× este apropiată de valoarea globală, vibrația provine în mare parte din dezechilibru. Dacă este mult mai mică, cea mai mare parte a energiei se află în armonici și zgomot.
- Comutați selectorul Spectrum de sub grafic de la Velocity la Acceleration (m/s2). Accelerația dă o pondere mai mare frecvențelor înalte, astfel că vârfurile de la 2×, 3× și peste cresc față de 1×. Pentru aceeași viteză, 3× are o accelerație de trei ori mai mare decât 1×: la 3000 rpm, 1 mm/s RMS înseamnă aproximativ 0.31 m/s2 la 1× (50 Hz) și 0.94 m/s2 la 3× (150 Hz). Treceți cursorul peste un vârf pentru a citi frecvența și amplitudinea în titlul graficului.
- Evaluați severitatea pe baza citirilor de viteză, deoarece zonele de vibrații ISO sunt exprimate în mm/s. Pentru a colora V1s și V2s în funcție de zonă, selectați un standard de evaluare a vibrațiilor (Vibration evaluation standard) pe fila F4 - Settings din fereastra principală.
- Dacă 1× este cel mai mare vârf în vizualizarea vitezei și V1o este apropiat de V1s, treceți la echilibrare. Dacă vârfurile 2× sau 3× ating amplitudinea lui 1× în vizualizarea vitezei, verificați mai întâi alinierea, lagărele și fixarea, apoi echilibrați. Un vârf care este mare doar în vizualizarea accelerației este amplificat de frecvența sa; verificați-l în vizualizarea vitezei înainte de a acționa.
