Analýza vibrácií: Príčiny a identifikácia
Na stránke analýza vibrácií, bitie (or a poraziť) je výrazný jav charakterizovaný pomalým, periodickým stúpaním a klesaním amplitúdy vibrácie signálu. Vzniká, keď sú súčasne prítomné a kombinujú sa dve samostatné vibračné zložky s veľmi blízkymi — no nie identickými — frekvencia . Výsledný časový priebeh vyzerá ako jediná sínusoida, ktorej amplitúda pomaly rastie a klesá v rytmickom, takmer dýchajúcom vzore. Rozpoznanie rázov je cenné, pretože ide o priamy, jednoznačný príznak dvoch súčasne existujúcich zdrojov bežiacich takmer rovnakou rýchlosťou.
1. Definícia: Čo je vibračný ráz?
Ráz nie je samostatná frekvencia sama o sebe — je počuteľným a merateľným dôsledkom interakcie dvoch frekvencií. Pre ucho vytvára charakteristický “chvejivý” alebo pulzujúci zvuk; na amplitúda merači sa to prejaví ako údaj, ktorý sa neudrží stabilný a pravidelne kolíše nahor a nadol. Čím bližšie sú obe zdrojové frekvencie k sebe, tým pomalšie a výraznejšie je narastanie; čím sú od seba vzdialenejšie, tým je pulzácia rýchlejšia, až nakoniec ucho aj analyzátor začujú dva odlišné tóny namiesto jedného modulovaného tónu.
To robí rázy zásadne odlišnými od amplitúda modulácie spôsobenej poruchou vo vnútri jediného stroja. Rázy si vyžadujú dve nezávislé budenia porovnateľnej intenzity; ide o interference efekt, nie o poruchu jedného komponentu.
2. Fyzika za rázmi
Rázy sú výsledkom konštruktívnej a deštruktívnej interferencie. Keď sa vrcholy dvoch vibračných vĺn zhodujú (sú vo fáze), ich amplitúdy sa sčítavajú a vytvárajú vyššiu celkovú amplitúdu. Keď sa vrchol jednej vlny zhoduje s dolinou druhej (sú v protifáze), čiastočne alebo úplne sa rušia a vytvárajú nižšiu celkovú amplitúdu. Tento nepretržitý cyklus zosilňovania a rušenia vytvára charakteristický zvuk a vibračný vzor rázov.
Frekvencia tejto amplitúdovej modulácie, známa ako frekvencia úderov, sa rovná absolútnemu rozdielu medzi dvoma zdrojovými frekvenciami.
Frekvencia rázov = |Frekvencia 1 − Frekvencia 2|
Napríklad ak dva stroje vytvárajú vibrácie pri 29,5 Hz a 30,5 Hz, výsledná frekvencia rázov je |29,5 − 30,5| = 1,0 Hz. Celková amplitúda teda raz za sekundu narastie a klesne. Všimnite si dôležitý detail: vibrácie, ktoré skutočne cítite, stále oscilujú približne na priemer oboch frekvencií (tu približne 30 Hz), zatiaľ čo pomalá obálka nad nimi pulzuje na frekvencii rázov 1 Hz. Maximálna amplitúda dosiahnutá pri každom vrchole tejto obálky je súčtom oboch jednotlivých amplitúd — takže dva rovnaké zdroje s hodnotou 2 mm/s sa môžu na okamih spojiť do takmer 4 mm/s.
3. Bežné príčiny rázov v priemyselných strojoch
Keďže ráz nezameniteľne poukazuje na dve blízko od seba ležiace budiace frekvencie, je užitočným diagnostickým vodidlom. Medzi bežné zdroje v priemyselnom prostredí patria:
- Viacero strojov na spoločnej konštrukcii: klasickým príkladom sú dve identické čerpadlá alebo ventilátory bežiace na rovnakom základovom ráme alebo potrubnom systéme. Ak sa ich prevádzkové otáčky mierne líšia (napríklad 1780 ot./min a 1785 ot./min), vytvárajú nízkofrekvenčný ráz. Toto úzko súvisí s rýchlosť behu (1×) vibrácia z každej jednotky.
- Elektromotory: môže dochádzať k zázvuku medzi otáčkovou frekvenciou motora a elektrickou frekvenciou — napríklad frekvencia prechodu pólu v asynchrónnom motore, kde sa prekrýva s dvojnásobkom frekvencia sklzu. Tieto zázvuky sú charakteristickým znakom určitých elektrické poruchy.
- Viacstupňové čerpadlá alebo kompresory: interakcia medzi jednotlivými stupňami, ktoré pracujú s mierne odlišnými efektívnymi rýchlosťami.
- Prevodovky: interakcia medzi dvoma frekvenciami zubov ozubenia s podobným počtom zubov.
- Hydraulické alebo aerodynamické pulzácie: interakcie medzi dvoma rôznymi zdrojmi turbulencie súvisiacej s prúdením, ako sú prekrývajúce sa hydraulické sily alebo aerodynamické sily.
4. Ako rozpoznať zázvuk vo vibračných údajoch
Analýza časového prieberu
Stránka časový priebeh je najpriamejším spôsobom, ako pozorovať zázvuk. Signál vykazuje jasný, opakujúci sa vzor amplitúdovej modulácie. Čas medzi dvoma po sebe nasledujúcimi vrcholmi amplitúdy (alebo dvoma minimami) je perióda zázvuku; jej prevrátená hodnota je frekvencia zázvuku. Dlhé záznamové okno je nevyhnutné — ak je záznam kratší než jedna perióda zázvuku, uvidíte iba zlomok nárastu a môžete ho mylne interpretovať ako jednoduchý stúpajúci alebo klesajúci trend.
Analýza frekvenčného spektra (FFT)
V frekvencii spektrum, sa objavia údery ako dva zreteľné vrchy umiestnené veľmi blízko seba. A standard Rýchla premena funkcie (FFT) nemusí mať dostatočné rozlíšenie na ich oddelenie, takže sa zlúčia do jediného širokého vrcholu. Na správnu diagnostiku zázvuku musí analytik zvýšiť spektrálne rozlíšenie — použitím väčšieho počtu čiar, dlhšieho záznamu alebo Priblíženie FFT zameraného na sledovanú oblasť. Potrebný počet čiar a šírku pásma môžete vopred určiť pomocou Kalkulačka rozlíšenia FFT. Po rozlíšení sa dve zložkové frekvencie, ktoré zázvuk vytvárajú, stanú jasne viditeľnými a ich vzdialenosť by sa mala rovnať pozorovanej frekvencii zázvuku.
5. Zázvuk pri praktickom meraní v teréne
Na mieste je rozlíšenie skutočného zázvuku od jedinej poruchy s vhodným prístrojom jednoduché. Prenosný dvojkanálový analyzátor, ako je Balanset-1A vám umožňuje sledovať živý časový priebeh a spektrum s vysokým rozlíšením vedľa seba, a umiestnením jedného kanála na každý stroj môžete potvrdiť, či dve jednotky bežiace takmer pri rovnakých prevádzková rýchlosť sú zdrojom. Pretože zázvuk nadhodnocuje hodnotu vrcholu, oplatí sa tiež skontrolovať, či zväčšená amplitúda nespustí úroveň alarmu aj keď je priemerná vibrácia prijateľná — prístrojové vrchol a RMS hodnoty budú rozprávať odlišné príbehy.
6. Je zázvuk problém?
Zázvuk sám osebe nie je porucha — je príznakom interagujúcich frekvencií. Napriek tomu môže byť stále problematický:
- Nepríjemný hluk: stúpajúci a klesajúci zvuk je pre personál často nápadnejší a otravnejší než stály tón.
- Obavy z maximálnej amplitúdy: maximálna amplitúda počas konštruktívnej interferencie môže byť takmer dvojnásobkom amplitúdy ktoréhokoľvek z jednotlivých signálov. Tento vrchol môže prekročiť výstražné limity alebo vystaviť komponenty nadmernému cyklickému namáhaniu — čo zvyšuje mechanické únava — a to aj vtedy, keď sa priemerné vibrácie javia ako prijateľné.
- Zatieňovanie iných problémov: kolísavý signál môže sťažiť odhalenie ďalších základných problémov s vibráciami skrytých pod moduláciou.
Odstránenie problematického rázu (beat) zvyčajne znamená identifikovať dve zdrojové frekvencie a potom buď posunúť otáčky jedného stroja (aby sa obe už neprekrývali), preladiť konštrukciu tak, aby sa vzdialila od rezonancia, or adding tlmenie na potlačenie amplitúdových vrcholov. Tam, kde je samotná základná zložka 1× nadmerná, korekcia nevyváženosť na každom stroji v prvom rade znižuje energiu dostupnú pre vznik rázov.
