Analýza kepstra vo vibračnej diagnostike

Definícia: Čo je to kepstrum?

Analýza kepstra je pokročilá technika spracovania signálu, ktorá poskytuje informácie o periodických štruktúrach vo frekvenčnom spektre. Názov „kepstrum“ je anagram slova „spektrum“, čo naznačuje jeho podstatu: v podstate ide o „spektrum spektra“. Vypočíta sa logaritmom frekvenčného spektra a následným vykonaním inverznej Fourierovej transformácie výsledku. Tento proces zvýrazňuje periodické vzory v spektre, ako sú rodiny harmonických alebo bočných pásiem, ktoré môže byť ťažké rozpoznať pri priamom pohľade na spektrum.

V kepstriálnom grafe sa os x nazýva quefrency (anagram frekvencie) a má jednotky času. Vrcholy na tejto osi, nazývané rahmonics, označujú periódu (v sekundách) opakujúcich sa vzorov v pôvodnom spektre.

Prečo používať analýzu kepstra?

Hoci je štandardné FFT spektrum vynikajúce na identifikáciu jednotlivých frekvenčných zložiek, môže sa stať neprehľadným a ťažko interpretovateľným, keď porucha stroja generuje veľké množstvo harmonických a postranných pásiem. Analýza kepstra to zjednodušuje zlúčením celej skupiny opakujúcich sa frekvencií do jedného, jasného vrcholu. Jeho hlavné využitie je:

• Detekcia harmonických rodín: Dokáže ľahko identifikovať základnú frekvenciu a jej harmonické, aj keď je samotná základná frekvencia slabá alebo v spektre chýba.
• Identifikácia rodín postranných pásiem: Vyniká pri vyhľadávaní postranných pásiem, ktoré majú často nízku amplitúdu a sú zašumené. Cepstrum dokáže jasne zobraziť prítomnosť postranných pásiem a zmerať ich rozostup.
• Oddelenie účinkov zdroja a cesty: V niektorých aplikáciách to môže pomôcť oddeliť signál zdroja vibrácií od štrukturálnej odozvy stroja.
• Detekcia ozveny: Dokáže identifikovať ozveny alebo odrazy v signále.

Kľúčové aplikácie v diagnostike strojov

1. Diagnostika prevodovky

Toto je najbežnejšia a najvýkonnejšia aplikácia analýzy kepstra. Poškodený zub ozubeného kolesa moduluje frekvenciu záberu ozubeného kolesa (GMF), čím vytvára bočné pásma okolo vrcholu GMF rozmiestnené podľa rýchlosti otáčania daného ozubeného kolesa. V zložitej prevodovke s viacerými hriadeľmi a ozubenými kolesami môže byť spektrum mätúcou zmesou rôznych GMF a bočných pásiem. Kepstrum prechádza touto zložitosťou:

• Vrchol v kepstre pri frekvencii zodpovedajúcej rotačnej perióde ozubeného kolesa (1 / ot./min.) je jasným indikátorom poruchy na danom ozubenom kolese.
• Amplitúda vrcholu kepstra sa môže sledovať trendom, aby sa monitoroval postup opotrebovania ozubeného kolesa.

2. Analýza valivých ložísk

Podobne ako prevodovky, aj defekty ložísk generujú bočné pásma. Napríklad defekt na vnútornom krúžku vytvorí bočné pásma rozmiestnené podľa otáčok hriadeľa okolo frekvencie defektu vnútorného krúžku (BPFI) a jej harmonických. Kepstrum môže pomôcť potvrdiť prítomnosť týchto vzorcov, najmä ak nie sú v spektre zrejmé.

3. Analýza turbínových strojov

V turbínach a kompresoroch sa kepstrum môže použiť na identifikáciu harmonických frekvencií prechodu lopatiek a na diagnostiku problémov súvisiacich s poškodením lopatiek alebo aerodynamickými problémami.

Ako interpretovať graf kepstra

1. Vypočítajte rotačné periódy: Predtým, ako sa pozrieme na kepstrum, vypočítajte časové periódy hlavných rotujúcich komponentov (napr. pre hriadeľ pri 1800 ot./min. alebo 30 Hz je perióda 1/30 = 0,033 sekundy).
2. Hľadajte vrcholy v známych obdobiach: Preskúmajte kepstrum, či neobsahuje významné vrcholy (rahmoniky), ktoré sa zhodujú s týmito vypočítanými časovými obdobiami.
3. Identifikujte harmonické: Hľadajte vrcholy na celočíselných násobkoch základnej frekvencie. Tieto naznačujú prítomnosť silných harmonických rodín v pôvodnom spektre.
4. Amplitúdy trendu: Sledujte amplitúdu vrcholov kepstra v priebehu času. Zvyšujúca sa amplitúda naznačuje zhoršujúci sa stav.

Kepstrová analýza je výkonný nástroj, ktorého efektívne používanie si vyžaduje skúsenosti, ale v prípade zložitých strojov, ako sú prevodovky, môže poskytnúť diagnostickú jasnosť, ktorú samotná spektrálna analýza neponúka.

← Späť na hlavný index