Înțelegerea frecvenței în analiza vibrațiilor
Frecvență este o măsură a frecvenței cu care un eveniment repetitiv se produce într-o anumită unitate de timp — în analiza vibrațiilor, acesta cuantifică viteza cu care oscilează un obiect. Este cel mai important parametru pentru identificarea cauzei principale a unei defecțiuni la un utilaj. În timp ce amplitudine tells you the severity în cazul unei vibrații, frecvența îți indică sursa. Dacă citești valoarea amplitudinii, afli cât de gravă este problema; dacă citești frecvența, afli care este problema.
1. Definiție: Ce este frecvența de vibrație?
Frecvența descrie ritmul unei mișcări ciclice — numărul de cicluri complete de oscilație pe care o piesă vibratoare le efectuează într-o unitate de timp. Un rotor care se rotește cu 1.800 rpm efectuează treizeci de rotații pe secundă, astfel încât forța pe care o generează o dată pe rotație se repetă de treizeci de ori pe secundă. Fiecare componentă periodică ascunsă în interiorul unei mașini formă de undă temporală are propria frecvență, iar separarea acestor componente stă la baza întregii activități de diagnosticare.
Un aspect esențial este faptul că frecvența nu depinde de amplitudine. O vibrație poate fi violentă sau abia perceptibilă la exact aceeași frecvență; ceea ce se modifică atunci când un defect se agravează este, de obicei, amplitudinea, în timp ce frecvența rămâne legată de mecanismul fizic care o produce. Această stabilitate este tocmai ceea ce face ca frecvența să fie o amprentă atât de fiabilă.
2. Puterea de diagnosticare a frecvenței
Principiul fundamental al diagnosticarea vibrațiilor este faptul că diferite componente mecanice și electrice generează vibrații la frecvențe specifice și previzibile pe măsură ce încep să se defecteze. Prin identificarea frecvențelor prezente în semnătura vibrațională a unei mașini — și a intensității fiecăreia dintre ele — un analist poate identifica cu precizie componenta care cauzează problema. Acest proces este foarte asemănător modului în care un medic folosește un stetoscop pentru a asculta sunetele specifice care indică diferite afecțiuni.
Fiecare defecțiune potențială are o semnătură de frecvență caracteristică:
- Dezechilibru: o problemă la nivelul întregului ansamblu rotativ, cum ar fi dezechilibru, apare la frecvența de rotație a arborelui — 1× viteză de funcționare.
- Nealiniere: o problemă la cuplajul dintre doi arbori, cum ar fi nealiniere, apare de obicei la dublul turației de funcționare (2×), adesea cu o proeminență 3×.
- Defecte ale rulmenților: o defectiune la un rulment cu elemente de rulare generează un număr non-integer frecvențele defectelor rulmenților determinată de geometria canalului de rulare și a bilelor, precum și de viteza arborelui.
- Probleme cu angrenajul: dinții care se îmbină generează energie la frecvența de angrenare (GMF) — numărul de dinți înmulțit cu viteza angrenajului — adesea însoțit de benzi laterale.
Deoarece aceste semnale se suprapun foarte rar, un singur spectru bine definit poate distinge dezechilibrul de nealiniere și de un rulment defect, fără a fi necesară deschiderea mașinii.
3. Unitățile de frecvență
Frecvența se exprimă în mai multe unități de măsură, iar un analist cu experiență trebuie să le stăpânească pe toate.
Hertz (Hz)
Unitatea internațională (SI). Un hertz echivalează cu un ciclu pe secundă. Aceasta este unitatea standard utilizată în domeniul științific și în majoritatea aplicațiilor instrumentale, fiind, de asemenea, unitatea folosită pe axa de frecvență a transformatei Fourier rapide (FFT).
Cicluri pe minut (CPM)
Este utilizat pe scară largă în domeniul întreținerii industriale, deoarece este direct legat de viteza de rotație, exprimată în rotații pe minut (RPM). Deoarece un minut are 60 de secunde, conversia se face pur și simplu CPM = Hz × 60. O vibrație de 30 Hz corespunde, așadar, la 1.800 CPM — iar la o mașină care funcționează la 1.800 rpm, acest vârf se situează exact la viteza de funcționare, ceea ce este adesea mai ușor de recunoscut în CPM decât în Hz.
Ordine
Ordinele sunt multipli ai vitezei de funcționare proprii a mașinii: viteza de funcționare reprezintă ordinul 1, dublul vitezei de funcționare reprezintă ordinul 2 și așa mai departe. Avantajul constă în faptul că ordinele rămân constante chiar și atunci când mașina își modifică viteza — dezechilibrul rămâne la ordinul 1 indiferent dacă arborele se rotește la 900 sau la 3.600 rpm, în timp ce frecvența sa în Hz se modifică. Acest lucru face ca ordinele să fie indispensabile pentru echipamentele cu viteză variabilă și constituie baza analiza ordinelor. A free Calculator de frecvență armonică convertește un RPM în frecvențele sale de la 1× la 10× într-un singur pas, iar un convertor de unități de măsură pentru vibrații se ocupă de evidența Hz–CPM.
4. Cum se determină frecvența
Frecvențele ascunse în interiorul unui semnal de vibrație sunt extrase cu ajutorul Transformata Fourier rapidă (FFT). An accelerometru înregistrează forma de undă brută a semnalului de timp, iar algoritmul FFT o descompune într-o spectrul de frecvență — un grafic care prezintă fiecare frecvență în parte din care se compune vibrația complexă, înălțimea fiecărui vârf indicând cantitatea de energie prezentă la acel nivel. Analistul corelează apoi aceste vârfuri cu semnăturile defectelor menționate mai sus. În teren, un instrument portabil cu două canale, precum Balanset-1A efectuează această transformată FFT pe loc, măsurând spectrele de la aproximativ 5 Hz până la 1000 Hz, astfel încât vârful corespunzător vitezei de funcționare și armonicele sale să poată fi citite direct de la mașină, iar impulsul tahometric emis o dată pe rotație identificând cu exactitate care dintre vârfuri corespunde frecvenței de bază (1×).
5. Relația dintre frecvență, viteză și accelerație
Pentru un anumit nivel de energie vibrațională, amplitudinile deplasare, vitezăși accelerație depind în mare măsură de frecvență, motiv pentru care fiecare unitate acoperă o bandă diferită:
- Frecvențe joase: deplasarea este cea mai mare, de aceea este unitatea naturală pentru mișcarea lentă a arborelui.
- Frecvențe medii: viteza este cea mai mare și cea mai uniformă, motiv pentru care intensitatea vibrațiilor standarde precum ISO 20816 (succesorul modern al standardului ISO 10816) evaluează starea generală a mașinii pe baza vitezei exprimate în mm/s.
- Frecvențe înalte: accelerația este cea mai mare, ceea ce o face unitatea preferată pentru tonurile de rulment și de angrenaj.
Alegerea unei unități de măsură nepotrivite pentru o bandă de frecvență poate ascunde o defecțiune reală în zgomotul de fond; alegerea celei potrivite face ca aceeași defecțiune să iasă în evidență. Privită astfel, frecvența este cheia care dezvăluie potențialul de diagnosticare al analizei vibrațiilor — transformând un semnal brut și confuz în informații utile pentru întreținere.
