Înțelegerea nivelului de presiune sonoră
Nivelul presiunii sonore (SPL) este măsura logaritmică a presiunii acustice în raport cu o referință, exprimată în decibeli (dB). Pentru mașini, SPL cuantifică intensitatea emisiei de zgomot - intensitatea sonoră emisă de o mașină - măsurată cu un microfon sau cu un sonometru la o anumită distanță. SPL este strâns legat de vibrații, deoarece suprafețele care vibrează radiază sunetul, ceea ce face ca măsurarea acustică să fie o completare naturală a analiza vibrațiilor pentru evaluarea stării mașinii - în special pentru defecțiunile aerodinamice, ale angrenajelor și rulmenților care produc semnături tonale sau de bandă largă caracteristice.
Deși SPL este în primul rând o măsură de sănătate ocupațională și de mediu - protecție auditivă, reglementări privind zgomotul, limite comunitare - acesta are o valoare reală de diagnosticare. Modificările de zgomot preced sau însoțesc adesea degradarea mecanică, iar un spectru acustic poate identifica defecțiuni specifice prin modele de frecvență care le reflectă pe cele observate într-o vibrație spectru.
1. Matematica: De ce decibeli?
SPL este definit ca:
SPL (dB) = 20 × log₁₀(P / P₀), unde P este presiunea acustică măsurată în pascali și P₀ = 20 µPa, presiunea de referință corespunzătoare pragului de auz uman.
Logaritmul există dintr-un motiv practic: urechea face față unei game enorme de presiuni - de la cel mai slab sunet audibil până la pragul durerii se întinde pe un factor de aproximativ un milion în presiune. O scară logaritmică comprimă această gamă într-un interval manevrabil de 0-120+ dB. Aceasta explică, de asemenea, aritmetica care îi surprinde pe noii veniți: deoarece scara este logaritmică, dublarea sunetului putere adaugă doar 3 dB, iar două mașini la fel de puternice împreună sunt cu 3 dB mai puternice decât una - nu de două ori mai puternice. Prin urmare, combinarea surselor este o sumă logaritmică, ușor de rezolvat cu sistemul nostru Calculator de însumare a nivelurilor de zgomot sau convertită între presiune și decibeli cu Convertor de nivel sonor.
Ca un ghid de teren aproximativ pentru scară: 0 dB este pragul de auz; 30-40 dB o cameră liniștită; 60-70 dB o conversație normală; 80-90 dB utilaje zgomotoase pentru care este recomandată protecția auditivă; 100-110 dB utilaje foarte zgomotoase pentru care este necesară protecția auditivă; și 120 dB și peste pragul durerii, cu risc de deteriorare imediată a auzului.
2. Cum se măsoară SPL
Sonometre
- Un microfon de precizie care alimentează un aparat de măsură ce aplică ponderarea în frecvență și ponderarea în timp și afișează rezultatul în dB SPL.
- Instrumentele sunt clasificate în clasa 1 (precizie) sau clasa 2 (uz general) în conformitate cu IEC 61672.
Distanța de măsurare
- Câmp apropiat: la mai puțin de 1 m de sursă, util pentru localizarea unei componente zgomotoase.
- Câmpul îndepărtat: dincolo de 1 m, în cazul în care există condiții de câmp liber; 1 m este un standard comun pentru mașini.
- Într-un câmp liber, SPL scade cu aproximativ 6 dB pentru fiecare dublare a distanței - baza Calculator de atenuare a distanței de zgomot.
Ponderarea frecvenței
- Pondere A (dBA): modelează răspunsul pentru a imita sensibilitatea urechii; de departe cea mai comună pentru evaluarea zgomotului.
- Pondere C (dBC): relativ plat, păstrând conținutul de joasă frecvență pentru zgomotul de vârf și impulsiv.
- Z / liniar (dBZ): fără ponderare; fiecare frecvență contează în mod egal, preferată pentru analiza tehnică.
3. Relația cu vibrațiile
Radiația sonoră de la o suprafață vibratoare
- O suprafață care vibrează împinge aerul din jur și radiază unde sonore.
- Puterea sonoră radiată crește aproximativ cu viteză² × suprafață, astfel încât suprafața mai mare viteză înseamnă, în general, SPL mai mare.
- Cu toate acestea, legătura nu este exactă - eficiența radiației variază puternic în funcție de frecvență și de geometria panoului, astfel încât două suprafețe care vibrează la fel pot radia foarte diferit.
Corelație diagnostică
- Probleme cu rulmenții: șuierat sau măcinat de înaltă frecvență.
- Probleme cu angrenajul: un vâjâit caracteristic la frecvența de angrenare.
- Dezechilibru: un zgomot de joasă frecvență la 1× viteză de funcționare.
- Cavitație: crepitații sau pocnituri aleatorii în momentul prăbușirii bulelor de vapori.
4. Analiza spectrului acustic
La fel ca în cazul vibrațiilor, transformarea semnalului sonor într-un spectru de frecvențe separă un zgomot complex în părți diagnosticabile.
Componente tonale
- Angrenaj: un ton pur la frecvența de angajare a dintelui, adesea cu benzi laterale.
- Trecerea palei: un ton la frecvența de trecere a paletelor ventilatorului sau compresorului.
- Electric: un zumzet de 120/100 Hz de la motoare la o frecvență de două ori mai mare decât frecvența de linie.
- Tonuri de rulment: o familie de frecvența defecțiunilor rulmenților armonice.
Zgomot în bandă largă
- Aerodinamic: turbulențe și zgomot de curgere.
- Cavitație: colapsul aleatoriu al bulelor de vapori pe o bandă largă.
- Deteriorarea rulmentului: o creștere în bandă largă pe măsură ce suprafețele se degradează.
- Frecare: emisie aleatorie continuă.
5. Aplicații
Măsurarea SPL își câștigă locul în patru domenii practice:
- Monitorizarea stării: completează datele privind vibrațiile, oferind adesea cel mai timpuriu indiciu al unui defect al rulmentului - zgomotul poate crește înaintea vibrațiilor carcasei - și urmărirea uzurii angrenajelor prin modificările calității zgomotului.
- Controlul calității: teste de acceptare a echipamentelor noi în raport cu limitele de zgomot, verificări post-reparare și verificări ale calității produselor în producție.
- Conformitatea cu reglementările: limitele de expunere profesională (OSHA, directivele UE), limitele comunitare de zgomot și specificațiile echipamentelor, susținute de instrumente de doză de expunere, cum ar fi Calculator de expunere la zgomot.
- Depanare: localizarea surselor de zgomot, clasificarea contribuitorilor la zgomotul global al instalației și validarea efectului măsurilor de reducere a zgomotului.
Ca o regulă generală, nivelurile tipice ponderate A la 1 m sunt de aproximativ 70-85 dBA pentru motoarele electrice, 75-90 dBA pentru pompele centrifugale, 80-100 dBA pentru ventilatoare și suflante, 75-95 dBA pentru cutiile de viteze, 85-105 dBA pentru compresoare și 95-110 dBA pentru motoarele diesel.
6. Zgomotul ca indicator de diagnostic
Două tipuri de schimbări sunt importante atunci când ascultați o mașină în timp. Un nivel în creștere indică deteriorarea rulmenților (măcinarea sau scârțâitul), uzura angrenajelor (un scârțâit care se intensifică), probleme de lubrifiere (creșterea zgomotului de frecare) sau joc axial (zornăit). Un schimbarea caracterului - apariția unor tonuri noi, schimbarea frecvențelor, zgomote intermitente sau modulate - este la fel de semnificativă, semnalând o problemă în curs de dezvoltare, chiar dacă valoarea totală a dBA abia s-a modificat.
Metodele acustice au limitele lor: un sonometru aude totul în zonă, astfel încât o mașină vecină zgomotoasă, reflexiile de pe pereți și zgomotul de fond al instalației contaminează citirea într-un mod pe care un senzor de contact îl evită. De aceea, pentru a confirma o defecțiune mecanică și mai ales pentru a o corecta, inginerii recurg la măsurarea directă a vibrațiilor. Atunci când un studiu de zgomot sugerează un dezechilibru, un analizor portabil cu două canale, cum ar fi Balanset-1A poate confirma acest lucru prin măsurarea amplitudinii și a fazei 1× la nivelul rulmentului și apoi prin echilibrarea rotorului în poziție - izolând adevărata sursă mecanică pe care microfonul a putut doar să o sugereze.
7. Standarde de măsurare
- IEC 61672: specificații pentru sonometre.
- ISO 3744: determinarea puterii acustice din presiunea acustică.
- ISO 1680: cod de testare a zgomotului pentru mașini electrice rotative.
- ANSI S12.19: măsurarea zgomotului mașinilor.
Folosit alături de vibrații, SPL completează o imagine completă a stării de sănătate a mașinii: microfonul avertizează uneori primul, iar accelerometru confirmă și localizează, iar împreună oferă o evaluare mai completă decât ar putea-o face fiecare în parte.
