Биения в вибрационном анализе: причины и выявление
В анализ вибраций, избиение (или удар) — это характерное явление, характеризующееся медленным периодическим увеличением и уменьшением амплитуды вибрация сигнал. Он возникает, когда две отдельные составляющие колебаний имеют очень близкие — но не одинаковые — частота присутствуют одновременно и взаимодействуют. В результате временная форма сигнала выглядит как одиночная синусоидальная волна, амплитуда которой ритмично, словно дыша, постепенно увеличивается и уменьшается. Умение распознавать ритм очень ценно, поскольку это прямой и однозначный признак наличия двух сосуществующих источников, работающих с почти одинаковой скоростью.
1. Определение: что такое вибрационный ритм?
Биение — это не отдельная частота сама по себе, а слышимое и измеримое явление, возникающее в результате взаимодействия двух частот. Для уха оно воспринимается как характерное «трепетание» или пульсирующий звук; на амплитуда На измерительном приборе это отображается в виде показания, которое не остается стабильным, а колеблется вверх и вниз с регулярным циклом. Чем ближе частоты двух источников, тем медленнее и выраженнее становится колебание; чем дальше они друг от друга, тем быстрее пульсация, пока в конце концов ухо и анализатор не начинают воспринимать два отдельных тона вместо одного модулированного.
Это делает «бийтинг» принципиально отличным от амплитуда модуляция, вызванная неисправностью внутри одной машины. Для образования биения требуются два независимых возбуждающих сигнала сопоставимой силы; это помехи это результат, а не неисправность какого-либо одного компонента.
2. Физика ритма
Биение возникает в результате конструктивной и деструктивной интерференции. Когда пики двух колебательных волн совпадают (находятся в фазе), их амплитуды складываются, образуя более высокую суммарную амплитуду. Когда пик одной волны совпадает с впадиной другой (находятся в противофазе), они частично или полностью гасят друг друга, образуя более низкую суммарную амплитуду. Этот непрерывный цикл усиления и гашения создает характерный звук биения и картину колебаний.
Частота этой амплитудной модуляции, известная как разностная частота, равна абсолютной разности двух исходных частот.
Частота биений = |Частота 1 − Частота 2|
Например, если две машины генерируют колебания с частотами 29,5 Гц и 30,5 Гц, результирующая частота биений равна |29,5 − 30,5| = 1,0 Гц. Таким образом, общая амплитуда будет подниматься и опускаться один раз в секунду. Обратите внимание на важную тонкость: колебания, которые вы на самом деле ощущаете, по-прежнему колеблются с частотой примерно в среднем двух частот (в данном случае около 30 Гц), в то время как медленная огибающая, наложенная на неё, пульсирует с частотой биений 1 Гц. Максимальная амплитуда, достигаемая на каждом пике этой огибающей, равна сумме двух отдельных амплитуд — таким образом, два источника с одинаковой амплитудой 2 мм/с могут на мгновение объединиться, создав амплитуду почти 4 мм/с.
3. Распространенные причины вибрации в промышленном оборудовании
Поскольку стук однозначно указывает на наличие двух близко расположенных частот, он служит полезным диагностическим признаком. К типичным источникам в промышленных условиях относятся:
- Несколько машин на одной платформе: Классическим примером являются два одинаковых насоса или вентилятора, установленных на одной опорной плите или подключенных к одной системе трубопроводов. Если их рабочие скорости незначительно различаются (например, 1780 об/мин и 1785 об/мин), они создают низкочастотный биение. Это тесно связано с скорость бега (1×) вибрация от каждого агрегата.
- Электродвигатели: может возникать резонанс между частотой вращения двигателя и частотой электросети — например, частота прохождения полюсов в асинхронном двигателе, где она перекрывается с величиной, равной удвоенной частота скольжения. Эти ритмы являются отличительной чертой некоторых электрические неисправности.
- Многоступенчатые насосы или компрессоры: взаимодействие между различными этапами, работающими с незначительно отличающимися эффективными скоростями.
- Коробки передач: взаимодействие между двумя частоты зацепления зубчатых колес с аналогичным количеством зубьев.
- Гидравлические или аэродинамические пульсации: взаимодействие между двумя различными источниками турбулентности, связанной с потоком, такими как перекрывающиеся гидравлические силы или аэродинамические силы.
4. Как выявить биение в данных о вибрации
Анализ временных сигналов
Сайт временная форма сигнала — это самый прямой способ наблюдать за биением. Сигнал демонстрирует четкую, повторяющуюся картину амплитудной модуляции. Время между двумя последовательными пиками амплитуды (или двумя впадинами) является периодом биения; его обратная величина — частота биения. Очень важно использовать длинное окно записи — если запись короче одного периода биения, вы увидите лишь фрагмент колебания и можете ошибочно принять его за простой восходящий или нисходящий тренд.
Анализ частотного спектра (БПФ)
В частотном диапазоне спектр, ритм выглядит так: два отчетливых пика, расположенных очень близко друг к другу. стандарт БПФ может не хватать разрешения для их разделения, в результате чего они сливаются в один широкий пик. Для правильной диагностики биения аналитик должен повысить спектральное разрешение — за счет увеличения количества линий, удлинения времени сбора данных или Масштабирование БПФ сфокусированный на интересующем вас участке. Вы можете заранее определить необходимое количество строк и пропускную способность с помощью Калькулятор разрешения БПФ. После устранения помех две составляющие частоты, создающие биение, становятся четко различимыми, и разность между ними должна равняться наблюдаемой частоте биения.
5. Измерение частоты в полевых условиях
На месте с помощью подходящего прибора легко отличить реальный сбой от единичной неисправности. Портативный двухканальный анализатор, такой как Балансет-1А позволяет одновременно просматривать график сигнала в реальном времени и спектр высокого разрешения, а при подключении одного канала к каждому устройству можно проверить, работают ли два устройства с практически одинаковой рабочая скорость являются источником. Поскольку удары приводят к завышению пиковых значений, также стоит проверить, не вызывает ли увеличенная амплитуда срабатывание уровень тревоги даже если средний уровень вибрации находится в допустимых пределах — прибор пик а показания RMS будут свидетельствовать о совершенно разных вещах.
6. Является ли насилие проблемой?
Саморезонанс сам по себе не является недостатком — это признак взаимодействия частот. Однако он все же может создавать проблемы:
- Раздражающий шум: Звук, то усиливающийся, то затихающий, часто воспринимается персоналом как более заметный и раздражающий, чем постоянный сигнал.
- Проблемы, связанные с пиковой амплитудой: максимальная амплитуда при конструктивной интерференции может быть почти вдвое больше, чем у любого из отдельных сигналов. Этот пик может превысить пределы срабатывания сигнализации или вызвать чрезмерную циклическую нагрузку на компоненты — питающие механические усталость — даже если средний уровень вибрации кажется приемлемым.
- Отвлечение внимания от других проблем: из-за колебаний сигнала может быть сложнее обнаружить другие скрытые проблемы с вибрацией, маскирующиеся под модуляцией.
Чтобы устранить нежелательный ритм, обычно необходимо определить две исходные частоты, а затем либо изменить скорость одного из устройств (чтобы они больше не совпадали), либо перенастроить структуру, чтобы сместить её от резонанс, или добавить демпфирование для подавления пиков амплитуды. Если исходная составляющая 1× сама по себе имеет чрезмерную амплитуду, то корректировка дисбаланс на каждом устройстве изначально снижает количество энергии, доступной для работы.
