Înțelegerea graficului orbitei arborelui în analiza vibrațiilor
A orbita arborelui este o reprezentare grafică ce arată traiectoria descrisă de centrul geometric al unui arbore în rotație în timpul uneia sau mai multor rotații. Este o vedere bidimensională a mișcării arborelui în interiorul jocul rulmentului, ca și cum ați privi direct în lungul capătului arborelui. Acest instrument de diagnosticare puternic se obține prin montarea unei perechi de senzori fără contact sonde de proximitate la 90 de grade unul față de altul — de obicei într-o configurație X-Y — și prin reprezentarea semnalelor lor de deplasare simultane unul în raport cu celălalt, în loc de a le reprezenta în raport cu timpul.
1. De ce este atât de utilă diagrama orbitală
Un standard formă de undă temporală sau Spectrul FFT arată vibrații într-o singură direcție. Diagrama orbitală combină două direcții perpendiculare pentru a oferi o imagine completă a mișcării dinamice a arborelui, permițând analiștilor să vizualizeze forma și sensul real al mișcării în loc să le deducă. Această dimensiune suplimentară oferă indicii neprețuite pentru diagnosticarea unei game largi de defecte, motiv pentru care orbita reprezintă o piatră de temelie a dinamică a rotorului analizei — în special pentru mașinile critice de mare viteză echipate cu lagăre cu film fluid lagare radiale cu alunecare, cum ar fi turbinele, compresoarele și generatoarele de mari dimensiuni.
Deoarece sondele măsoară deplasarea direct în raport cu lagărul, orbita dezvăluie și unde se află arborele în interiorul jocului său, nu doar cât de mult se mișcă — informație pe care un senzor montat pe carcasă accelerometru pur și simplu nu poate oferi. Adăugând un tahometru sau Keyphasor marchează fiecare rotație pe orbită, fixându-i fază și făcând sensul de precesie neechivoc.
2. Cum se interpretează formele orbitale
Forma, dimensiunea și orientarea orbitei sunt indicatori direcți ai forțelor care acționează asupra rotorului. Un analist priceput poate diagnostica starea unei mașini pur și simplu uitându-se la forma orbitei.
Orbită circulară sau eliptică
O orbită circulară sau eliptică simplă, centrată în lagăr, indică de obicei un rotor cu comportament bun, dominat de o singură frecvență — cel mai adesea dezechilibru. Orbita va fi circulară dacă rigiditatea reazemelor lagărelor este aceeași în ambele direcții (izotropă) și eliptică dacă rigiditatea diferă pe orizontală și pe verticală (anizotropă), ceea ce este foarte frecvent în practică, deoarece majoritatea mașinilor sunt mai rigide pe verticală decât pe orizontală.
Orbită distorsionată, în formă de 8 sau în formă de banană
Atunci când orbita este deformată față de o elipsă simplă, mișcarea arborelui este influențată de mai multe frecvențe:
- A orbită în formă de „banană” sau semilună este adesea asociat cu nealiniere, unde sunt prezente atât frecvențele 1×, cât și 2×.
- A formă de 8 este un semn clasic al unei componente 2× puternice, un indicator de manual al dezalinierii arborelui. Un model în formă de 8 cu o buclă internă sugerează adesea o stare mai gravă sau prezența unei frecări (rub).
Orbite cu îndoituri sau colțuri ascuțite
Schimbările bruște de direcție, aplatizările sau „îndoiturile” de pe orbită sunt dovezi puternice pentru frecarea dintre rotor și stator. Acestea arată că mișcarea arborelui este constrânsă momentan, pe măsură ce acesta intră în contact cu o componentă staționară, cum ar fi un lagăr, o garnitură de etanșare, sau carcasa mașinii.
Orbite foarte neregulate
O orbită care este neregulată, instabilă sau pare plină de “zgomot” poate semnala o problemă mecanică gravă slăbire mecanică, instabilitate indusă de fluid, cum ar fi vârtej de ulei sau precesie, sau condiții de curgere turbulentă într-o pompă sau într-un compresor.
3. Direcția precesiei: înainte vs. invers
Direcția în care este trasată orbita, raportată la direcția de rotație a arborelui, constituie ea însăși un factor de diagnostic esențial:
- Precesia înainte: orbita este trasată în aceeași direcție ca rotația arborelui. Acesta este comportamentul normal pentru forțe precum dezechilibrul.
- Precesie inversă: orbita este trasată în sens opus rotației arborelui. Aceasta este o stare anormală și poate indica o fisură a axului, o frecare severă (rub) sau anumite tipuri de instabilitate indusă de fluid.
Distingerea celor două necesită marcajul de fază o dată pe rotație; fără acesta, orbita arată forma, dar nu și sensul în care este parcursă, iar distincția de diagnostic se pierde.
4. Orbita în diagnosticarea pe teren
Sondele de proximitate instalate permanent, care alimentează un sistem de monitorizare, reprezintă modalitatea de manual de a capta o orbită pe mașini mari și critice, însă principiul de bază — două semnale de deplasare perpendiculare reprezentate grafic unul față de celălalt, cu o referință de fază — este la fel de accesibil inginerului de teren. Un instrument portabil cu două canale, cum ar fi Balanset-1A măsoară simultan amplitudinea și faza sincrone pe două planuri, astfel încât, odată ce o orbită sau un spectru a confirmat că dezechilibru este forța dominantă, aceeași configurație se transferă direct la echilibrarea la fața locului și verificarea stării corectate. Atunci când orbita dezvăluie în schimb o dezaliniere, o frecare (rub) sau o instabilitate, această constatare redirecționează lucrările către aliniere sau o reparație mecanică, mai degrabă decât către echilibrare.
Orbita de deplasare versus orbita de viteză
Cele două nu reprezintă aceeași măsurătoare, iar diferența decide ce aveți dreptul să concluzionați din imagine. O pereche de sonde de proximitate citește arborele deplasare relativ la lagăr, astfel încât graficul este o hartă reală a poziției fusului în interiorul jocului său, iar componenta DC a aceluiași semnal oferă axul central. Un analizor portabil cu două canale, cu accelerometre fixate pe carcasele lagărelor, reprezintă grafic două viteză canale unul față de celălalt, în mm/s: ceea ce vedeți este mișcarea carcasei, nu poziția arborelui.
Ceea ce supraviețuiește schimbării traductorului este geometria. Forma, orientarea și direcția de precesie sunt determinate de tiparul forțelor care acționează asupra rotorului, nu de senzor, astfel încât familiile familiare tot apar — o elipsă netedă atunci când domină 1×, o semilună sau o cifră de opt atunci când este prezentă o componentă 2× puternică, laturi turtite și îndoituri atunci când ceva freacă. Ceea ce nu supraviețuiește este poziția absolută: o orbită de viteză nu vă poate spune cât joc a mai rămas și nu poate fi rescalată în micrometri de mișcare a arborelui. Folosiți-o pe teren pentru a identifica familia de defecte; apelați la sonde de proximitate atunci când întrebarea este unde se află efectiv arborele.
Unde se află orbita în programul Balanset
Pe un Balanset-1A, orbita este o filă a ferestrei aparatului de vibrații, deschisă cu tasta F5 din fereastra principală; fereastra necesită firmware al dispozitivului 5.5.0 sau mai nou. Fila «X-Y Orbit» reprezintă grafic canalul 1 pe o axă față de canalul 2 pe cealaltă, la o scală 1:1 a axelor, astfel încât un cerc pe ecran este cu adevărat un cerc și nu un artefact al unor axe inegale. Pe Balanset-4A, cu patru canale, o a doua orbită, pentru canalele 3 și 4, este desenată sub prima.
Un comutator de deasupra graficului decide ce este desenat:
| Mod | Ce este reprezentat | Când este vizualizarea potrivită |
|---|---|---|
| Nesincronizat | Traiectoria brută, fără referință de rotație | Nu este disponibil un tahometru, sau doriți să vedeți tot ce conține semnalul |
| Sincronizat (brut) | Cele mai recente rotații suprapuse, aliniate la reperul tahometrului | Evaluarea repetabilității — o figură stabilă, închisă înseamnă că mișcarea se repetă la fiecare rotație |
| 1× | Doar componenta de rotație: o elipsă curată care corespunde citirilor V·o și F | Confirmarea vectorului de dezechilibru înainte de echilibrare |
Fără un reper de la tahometru, cele două moduri sincronizate nu au la ce să se sincronizeze, programul afișează acest lucru în titlul graficului, iar «Nesincronizat» devine singura vizualizare corectă. Aceasta este forma practică a ideii din secțiunea 3: fără referință o dată pe rotație, fără direcție de precesie.
Citirea valorilor de lângă orbită
Casetele de lângă grafic afișează trei valori pentru fiecare plan de măsurare, iar împreună reprezintă cea mai rapidă verificare de bun-simț înainte de a începe interpretarea formelor:
- V·s — viteza RMS de bandă largă pe întreaga bandă de lucru, în mm/s.
- V·o — doar componenta 1×, la frecvența de rotație, în mm/s.
- F - a fază a acestei componente 1×, în grade.
Componenta de rotație face parte din total prin construcție, astfel încât V·o nu poate depăși niciodată V·s, iar raportul dintre ele prezice forma orbitei chiar înainte de a o privi. Când V·o este apropiat de V·s, aproape toată energia se află la 1×, orbita se reduce la o elipsă curată, iar dezechilibru este forța dominantă. Când V·o este semnificativ mai mic, diferența constă în armonici și zgomot de bandă largă — și tocmai acest rest este cel care îndoaie elipsa în semilune, cifre de opt și îndoituri descrise în secțiunea 2. O orbită puternic distorsionată raportată alături de V·o ≈ V·s este o contradicție, iar instrumentația este primul lucru de verificat.
Sub fiecare plan se află o bară de stabilitate: gri cât timp citirea încă derivă, verde imediat ce coeficientul de variație al ultimelor douăsprezece valori din flux scade sub 10%, portocalie atunci când răspândirea depășește 20%. O orbită captată în timp ce bara este portocalie nu este un diagnostic — este o fotografie a unei mașini care nu s-a stabilizat încă.
Confirmarea formei prin comparație cu spectrul
Orbita vă spune că ceva distorsionează elipsa; spectrul vă spune care ordin este responsabil. Fila «Wave Spectrum» a aceleiași ferestre arată forma de undă deasupra și spectrul de viteză dedesubt, cu ghidaje punctate plasate la multipli exacți ai turației măsurate, nu la cea mai apropiată bară înaltă — astfel încât un vârf care ratează reperul nu este deloc o armonică a turației arborelui și aparține în schimb lagărelor, angrenării dinților sau trecerii paletelor. O componentă 2× dominantă alături de o orbită în formă de semilună sau cifră de opt indică nealiniere; un vârf între 0,43× și 0,48×, sub o orbită instabilă și în derivă, este semnătura vârtej de ulei; conținutul de bandă largă cu laturile orbitei turtite indică o frecare.
Selectorul de sub grafic comută spectrul între viteză și accelerație. Viteza este axa de folosit atunci când raționați despre orbită, deoarece orbita însăși este desenată din canalele de viteză.
Urmărirea orbitei printr-o rezonanță
O orbită este un instantaneu la o singură turație, iar forma se poate schimba complet la câteva sute de RPM distanță. Fila «Run-down» înregistrează în schimb întreaga decelerare: amplitudinea și faza 1× sunt înregistrate în funcție de turația în scădere, o valoare brută pentru fiecare rotație, fără netezire, până la un prag de oprire care poate fi setat oriunde între 100 și 2000 RPM și care implicit este 300. O rezonanță se anunță printr-un vârf de amplitudine însoțit de o rotație de fază de aproximativ 180° — aceeași turație critică pe care o Diagrama Campbell prezice acolo unde o linie de excitație traversează o curbă de frecvență naturală. Raportul complet de decelerare păstrează orbita X-Y captată la turația de lucru alături de aceste curbe, astfel încât forma și harta rezonanțelor ajung într-un singur document.
5. Ce arată o diagramă de orbită
Pe scurt, o singură diagramă de orbită oferă o multitudine de informații dintr-o privire:
- Amplitudinea generală a vibrației arborelui.
- – Forma mișcării arborelui, care ajută la identificarea tipului de defect.
- Direcția de precesie, înainte sau înapoi.
- Poziția medie a arborelui în interiorul jocului lagărului — adică axul central.
Analizată împreună cu spectrul FFT și forma de undă în timp, orbita îi permite unui analist să ajungă la un extrem de sigur și detaliat diagnostic al comportamentului dinamic al unei mașini — combinând „cât de mult”, „ce formă” și „în ce direcție” într-o singură imagine decisivă.
