Pochopenie frekvencie vo vibračnej analýze
Frekvencia je mierou toho, ako často sa opakujúca udalosť vyskytuje v danej časovej jednotke — v analýza vibrácií, vyjadruje, akou rýchlosťou sa objekt kmitá. Je to najdôležitejší parameter pri určovaní príčiny poruchy stroja. Hoci amplitúda tells you the závažnosť frekvencia vibrácie vám udáva zdroj. Ak zistíte hodnotu amplitúdy, viete, aký závažný je problém; ak zistíte jeho frekvenciu, viete, v čom spočíva problém.
1. Definícia: Čo je frekvencia vibrácií?
Frekvencia opisuje rýchlosť cyklického pohybu – počet úplných oscilačných cyklov, ktoré vibrujúca časť vykoná za jednotku času. Rotor otáčajúci sa rýchlosťou 1 800 ot/min vykoná tridsať otáčok za sekundu, takže sila, ktorú vyvíja raz za otáčku, sa opakuje tridsaťkrát za sekundu. Každá periodická zložka ukrytá vo vnútri stroja časový priebeh má svoju vlastnú frekvenciu a oddelenie týchto zložiek je základom akejkoľvek diagnostiky.
Kľúčové je, že frekvencia je nezávislá od amplitúdy. Vibrácie môžu byť pri presne rovnakej frekvencii buď silné, alebo sotva postrehnuteľné; keď sa porucha zväčšuje, zvyčajne sa mení amplitúda, zatiaľ čo frekvencia zostáva viazaná na fyzikálny mechanizmus, ktorý ju vytvára. Práve táto stabilita robí z frekvencie taký spoľahlivý identifikačný znak.
2. Diagnostická hodnota frekvencie
Základný princíp vibračná diagnostika Je to tým, že rôzne mechanické a elektrické komponenty pri poškodení začínajú generovať vibrácie s konkrétnymi, predvídateľnými frekvenciami. Na základe identifikácie frekvencií prítomných vo vibračnom signatúre stroja – a na základe ich intenzity – môže analytik presne určiť komponent, ktorý problém spôsobuje. Je to veľmi podobné tomu, ako lekár pomocou stetoskopu počúva konkrétne zvuky, ktoré prezrádzajú rôzne zdravotné stavy.
Každá potenciálna porucha má charakteristický frekvenčný podpis:
- Nevyváženosť: problém s celým rotujúcim celkom, napríklad nevyváženosť, sa objavuje s frekvenciou otáčania hriadeľa — 1× prevádzková rýchlosť.
- Nesprávne zarovnanie: problém so spojkou medzi dvoma hriadeľmi, napríklad nesprávne zarovnanie, sa zvyčajne objavuje pri dvojnásobnej rýchlosti behu (2×), často s vyvýšeným 3×.
- Vady ložísk: vada na valivom ložisku spôsobuje vznik necelých čísel frekvencie porúch ložísk určuje geometria drážky a guličiek a otáčky hriadeľa.
- Gear problems: zuby, ktoré do seba zapadajú, vytvárajú energiu pri frekvencia záberu ozubených kolies (GMF) — počet zubov vynásobený otáčkami prevodovky — často doplnené bočné pásma.
Keďže sa tieto charakteristiky zriedka prekrývajú, na základe jedného dobre rozlíšeného spektra je možné odlíšiť nevyváženosť od nesprávneho nastavenia či poruchového ložiska bez toho, aby bolo potrebné stroj otvárať.
3. Jednotky frekvencie
Frekvencia sa vyjadruje v niekoľkých jednotkách a profesionálny analytik by mal ovládať všetky z nich.
Hertz (Hz)
Medzinárodná jednotka (SI). Jeden hertz sa rovná jednému cyklu za sekundu. Ide o štandardný údaj vo vedeckej oblasti a pri väčšine meracích prístrojov a táto jednotka sa používa na frekvenčnej osi FFT.
Otáčky za minútu (CPM)
Široko sa používa v priemyselnej údržbe, pretože priamo súvisí s otáčkami, ktoré sa uvádzajú v otáčkach za minútu (RPM). Keďže minúta má 60 sekúnd, prepočet je jednoduchý CPM = Hz × 60. Vibrácia s frekvenciou 30 Hz teda zodpovedá 1 800 CPM – a pri stroji bežiacom pri 1 800 otáčkach za minútu sa táto špičková hodnota nachádza presne na prevádzkovej rýchlosti, čo sa často ľahšie rozpozná v jednotkách CPM ako v Hz.
Objednávky
Rady sú násobkami vlastnej prevádzkovej rýchlosti stroja: prevádzková rýchlosť je 1. rad, dvojnásobok prevádzkovej rýchlosti je 2. rad a tak ďalej. Výhodou je, že rady zostávajú konštantné aj pri zmene rýchlosti stroja – nevyváženosť zostáva v 1. rade bez ohľadu na to, či sa hriadeľ otáča rýchlosťou 900 alebo 3 600 ot./min, zatiaľ čo sa mení jej frekvencia v Hz. Preto sú rady nevyhnutné pre zariadenia s premenlivou rýchlosťou a tvoria základ analýza objednávok. A free Kalkulačka harmonickej frekvencie premení otáčky za minútu (RPM) na ich frekvencie v rozmedzí 1× až 10× v jednom kroku a prevodník jednotiek vibrácií zabezpečuje evidenciu Hz–CPM.
4. Ako sa určuje frekvencia
Frekvencie ukryté vo vibračnom signáli sa extrahujú pomocou Rýchla Fourierova transformácia (FFT). An akcelerometer zaznamenáva surový časový priebeh signálu a algoritmus FFT ho rozloží na frekvenčné spektrum — graf, ktorý zobrazuje každú jednotlivú frekvenciu tvoriacu komplexnú vibráciu, pričom výška každého vrcholu udáva, koľko energie sa v danom frekvenčnom pásme nachádza. Analytik následne porovnáva tieto vrcholy so znakmi porúch uvedenými vyššie. V teréne sa na tento účel používa prenosný dvojkanálový prístroj, ako napríklad Balanset-1A túto FFT vykonáva priamo na mieste a meria spektrá v rozsahu približne od 5 Hz do 1000 Hz, takže vrchol prúdu zodpovedajúci prevádzkovej rýchlosti a jeho harmonické zložky je možné odčítať priamo na stroji, pričom impulz tachometra s frekvenciou jeden impulz na otáčku presne určuje, ktorý vrchol zodpovedá 1×.
5. Vzťah medzi frekvenciou, rýchlosťou a zrýchlením
Pri danej úrovni vibračnej energie sú amplitúdy výtlak, rýchlosťa zrýchlenie silne závisia od frekvencie, a preto každá jednotka pokrýva iné pásmo:
- Nízke frekvencie: posun je najväčší, a preto je to prirodzená jednotka pre pomalý pohyb hriadeľa.
- Stredné frekvencie: rýchlosť je najväčšia a najrovnomernejšia, a preto intenzita vibrácií normy, ako napríklad ISO 20816 (moderný nástupca normy ISO 10816) posudzuje celkový technický stav stroja na základe rýchlosti v mm/s.
- Vysoké frekvencie: zrýchlenie je najväčšie, čo z neho robí preferovanú jednotku pre tóny ložísk a ozubených kolies.
Výber nesprávnej jednotky pre dané frekvenčné pásmo môže skutočnú poruchu zakryť v šume pozadia; výber tej správnej jednotky naopak tú istú poruchu jasne vynikne na grafe. Z tohto hľadiska je frekvencia kľúčom, ktorý odomyká diagnostický potenciál analýzy vibrácií – premení surový, neprehľadný signál na informácie využiteľné pre údržbu.
