Pochopenie zrýchlenia vo vibračnej analýze
Zrýchlenie je rýchlosť zmeny rýchlosti objektu v závislosti od času. V rámci toho, čo sa nazýva analýza vibrácií je to jeden z troch základných parametrov merania, ktorý kvantifikuje, ako rýchlo rýchlosť vibrujúceho komponentu sa mení. Kde výchylka hovorí o tom, ako ďaleko sa súčiastka pohybuje, a rýchlosť hovorí o tom, ako rýchlo, zrýchlenie je v skutočnosti meradlom síl pôsobiacich na súčiastku - čo ho robí veľmi citlivým na vysokofrekvenčné udalosti, ako sú nárazy a náhle zmeny pohybu.
1. Definícia: Čo je to zrýchlenie vibrácií?
Z matematického hľadiska je zrýchlenie prvou časovou deriváciou rýchlosti a druhou deriváciou posunu. Pre teleso kmitajúce sínusoidálne s frekvenciou f, amplitúda zrýchlenia sa pri pevnom posunutí mení so štvorcom frekvencie - zdvojnásobením frekvencie sa zrýchlenie zoštvornásobí. Tento jediný fakt vysvetľuje, prečo je zrýchlenie prirodzeným jazykom rýchlych a prudkých udalostí: čím vyšší je obsah frekvencie poruchy, tým viac vynikne v signále zrýchlenia. Je to tiež dôvod, prečo si analytik vyberá zrýchlenie, keď javy, ktoré ho zaujímajú, žijú v oblasti kilohertzov, a nie v blízkosti rýchlosti otáčania.
2. Prečo je meranie zrýchlenia dôležité?
Meranie zrýchlenia je základom dôkladného monitorovanie stavu pretože je vynikajúci pri zachytávaní chýb, ktoré jemnejšie parametre môžu prehliadnuť. Jeho význam spočíva v niekoľkých kľúčových faktoroch:
- Vysokofrekvenčná detekcia porúch: zrýchlenie je prirodzene citlivejšie na vysokofrekvenčné vibrácie, čo z neho robí ideálny parameter pre poškodenie valivých ložísk v ranom štádiu, problémy s ozubenými kolesami a budenie lopatiek, ktoré vyžarujú energiu vysoko v spektre.
- Priamy vzťah k sile: podľa druhého Newtonovho zákona (sila = hmotnosť × zrýchlenie) je zrýchlenie priamo úmerné dynamickým silám vo vnútri stroja. Odčítanie zrýchlenia preto poskytuje priamy pohľad na sily, ktoré poháňajú napätie a únava v komponentoch.
- Široký dynamický rozsah: akcelerometre používané na jeho snímanie pokrývajú veľmi široký rozsah frekvencií a amplitúd, vďaka čomu sú univerzálne pre mnohé typy strojov a rýchlosti.
3. Jednotky a meranie
Bežné jednotky
Zrýchlenie vibrácií sa zvyčajne vyjadruje v jednej z dvoch jednotiek:
- g: jednotka vzťahujúca sa na gravitačné zrýchlenie Zeme, kde 1 g ≈ 9,81 m/s². g je obľúbený, pretože poskytuje štandardizovaný, intuitívny pocit, ako silno sa časť pretrepáva.
- m/s² (alebo mm/s²): jednotku SI, meter za sekundu na druhú, ktorá sa uprednostňuje pri formálnom vykazovaní a výpočtoch.
Stojí za to jasne uviesť, či ide o vrchol, skutočný vrchol alebo RMS, pretože tie isté vibrácie sa môžu uvádzať tromi spôsobmi. Prevod medzi g, m/s² a ekvivalentmi rýchlosti alebo posunu pri danej frekvencii je presne to, na čo je určená naša Kalkulačka vibračného zrýchlenia .
Ako sa meria?
Zrýchlenie sa meria takmer výlučne pomocou toho, čo nazývame akcelerometer — prevodník, ktorý premieňa mechanickú silu vibrácií na proporcionálny elektrický signál. piezoelektrický akcelerometer je najbežnejším typom v priemyselnom monitorovaní stavu, ktorý je cenený pre svoju robustnosť, presnosť a širokú, plochú frekvenčnú odozvu. Jeho výstup možno analyzovať priamo alebo prostredníctvom elektronického integrácia, ktoré sa namiesto toho prezentujú ako rýchlosť alebo posun.
4. Praktické aplikácie v diagnostike
Pri každodennej diagnostike sa pomocou údajov o zrýchlení určujú konkrétne problémy:
- Poruchy ložiska: mikroskopické defekty na dráhach, valčekoch a guľôčkach vytvárajú malé vysokofrekvenčné nárazové hroty. Merania zrýchlenia - najmä v kombinácii s analýza obálky na ich demoduláciu - sú hlavnou cestou k zachyteniu týchto porúch v ich najranejšom, najúčinnejšom štádiu, často sledovaním frekvencie porúch ložísk.
- Analýza prevodovky: vysokofrekvenčný obsah z prekrývania zubov a nárazy z prasknutých alebo odštiepených zubov sa zreteľne prejavujú v spektre zrýchlenia, často priamo na frekvencia ozubených kolies a jeho bočné pásma.
- Vysokorýchlostné stroje: v prípade turbín a vysokorýchlostných kompresorov sa dominantné frekvencie nachádzajú v pásme, v ktorom je zrýchlenie najcitlivejšie, preto sa často uprednostňuje celkové meranie.
Rovnaká všestrannosť umožňuje prenosnému dvojkanálovému prístroju, ako je napr. Balanset-1A slúži ako vyvažovací aj diagnostický nástroj: získava zrýchlenie zo svojich senzorov, integruje ho na rýchlosť pre kontrolu intenzity vibrácií voči ISO 20816 (moderná náhrada normy ISO 10816) a používa tie isté kanály na meranie 1× amplitúdy a fázy na vyváženie na mieste.
5. Vzťah k rýchlosti a posunutiu
Posunutie, rýchlosť a zrýchlenie sú matematicky prepojené integráciou a diferenciáciou. Pre jednoduché sínusové kmitanie je rýchlosť integrálom zrýchlenia a posunutie je integrálom rýchlosti; a naopak, diferenciácia sa pohybuje opačným smerom. Praktickým výsledkom je, že pri rovnakej vibračnej energii sú amplitúdy zrýchlenia prirodzene najväčšie pri vysokých frekvenciách, zatiaľ čo amplitúdy posunu dominujú pri nízkych frekvenciách - pričom rýchlosť sa nachádza medzi nimi a zostáva relatívne rovná v celom strednom pásme. Práve preto analytici vyberajú parameter, ktorý najlepšie zodpovedá frekvenčnému rozsahu očakávanej poruchy: posun pre pomalý pohyb hriadeľa, rýchlosť pre všeobecný stav strojov a zrýchlenie pre rýchle, silou riadené udalosti ložísk a prevodov.
6. Čo Balanset-1A ukazuje o zrýchlení
Balanset-1A snímá vibrácie MEMS akcelerometrami a udáva rýchlosť vibrácií v mm/s RMS; jeho spektrum možno zobraziť v rýchlosti alebo v zrýchlení. Porovnanie oboch zobrazení je rýchla kontrola, kde leží energia vibrácií, skôr než sa rozhodnete vyvažovať.
- Obidva snímače upevnite radiálne na tuhú časť ložiskových telies tak, aby sa magnet dotýkal celou plochou. Neumiestňujte ich na kryty, veká ani na čelo. Snímače nasadzujte a premiestňujte len pri zastavenom a zaistenom stroji.
- Otvorte Vibration Meter (F5) a zostaňte na karte Wave Spectrum. Porovnajte V1s s V1o. Ak je zložka 1× blízko celkovej hodnote, vibrácie sú prevažne spôsobené nevyváženosťou. Ak je oveľa menšia, väčšina energie je v harmonických a šume.
- Prepnite volič Spectrum pod grafom z Velocity na Acceleration (m/s2). Zrýchlenie dáva väčšiu váhu vyšším frekvenciám, takže vrcholy pri 2×, 3× a vyššie narastú voči 1×. Pri rovnakej rýchlosti vykazuje 3× trojnásobné zrýchlenie oproti 1×: pri 3000 ot./min zodpovedá 1 mm/s RMS približne 0,31 m/s2 pri 1× (50 Hz) a 0,94 m/s2 pri 3× (150 Hz). Keď umiestnite kurzor nad vrchol, v nadpise grafu si prečítate jeho frekvenciu a amplitúdu.
- Závažnosť posudzujte podľa hodnôt rýchlosti, pretože pásma vibrácií podľa ISO sú uvedené v mm/s. Ak chcete V1s a V2s farebne označiť podľa pásma, vyberte Vibration evaluation standard na karte F4 - Settings v hlavnom okne.
- Ak je 1× najväčší vrchol v zobrazení rýchlosti a V1o je blízko V1s, pokračujte vyvažovaním. Ak vrcholy 2× alebo 3× dosahujú veľkosť 1× v zobrazení rýchlosti, najprv skontrolujte súosovosť, ložiská a upevnenie a potom vyvažujte. Vrchol, ktorý je veľký len v zobrazení zrýchlenia, je zväčšený svojou frekvenciou; skôr než začnete konať, overte ho v zobrazení rýchlosti.
