Analiza vibracij z Balanset-1A: Vodnik za začetnike o spektralni diagnostiki

Uvod: Od uravnoteženja do diagnostike – Izkoriščanje celotnega potenciala vašega analizatorja vibracij

Naprava Balanset-1A je znana predvsem kot učinkovito orodje za dinamično uravnoteženje. Vendar pa njene zmogljivosti segajo daleč preko tega, zaradi česar je zmogljiv in dostopen analizator vibracij. Opremljen z občutljivimi senzorji in programsko opremo za spektralno analizo s hitro Fourierjevo transformacijo (FFT), je Balanset-1A odličen instrument za celovito analizo vibracij. Ta priročnik zapolnjuje vrzel, ki jo je pustil uradni priročnik, in pojasnjuje, kaj podatki o vibracijah razkrivajo o zdravju stroja.

Ta priročnik je strukturiran zaporedno, da vas vodi od osnov do praktične uporabe:

• V 1. razdelku bodo postavljene teoretične osnove, ki bodo preprosto in jasno pojasnile, kaj so vibracije, kako deluje spektralna analiza (FFT) in kateri spektralni parametri so ključni za diagnostika.
• V 2. razdelku bodo podana navodila po korakih za pridobivanje visokokakovostnih in zanesljivih vibracijskih spektrov z uporabo naprave Balanset-1A v različnih načinih, s poudarkom na praktičnih niansah, ki niso opisane v standardnih navodilih.
• 3. razdelek je jedro članka. Tukaj bodo temeljito analizirani "prstni odtisi" – značilni spektralni znaki najpogostejših napak: neuravnoteženosti, neporavnanosti, mehanske zrahljanosti in napak ležajev.
• V 4. razdelku bo pridobljeno znanje združeno v enoten sistem, ki bo ponudil praktična priporočila za izvajanje spremljanja in preprost algoritem za odločanje.

Z obvladovanjem snovi v tem članku boste lahko Balanset-1A uporabljali ne le kot napravo za uravnoteženje, temveč tudi kot polnopravni diagnostični kompleks začetnega nivoja, ki vam bo omogočil zgodnje prepoznavanje težav, preprečevanje dragih nesreč in znatno povečanje zanesljivosti vaše delujoče opreme.

1. del: Osnove vibracij in spektralne analize (FFT)

1.1 Kaj so vibracije in zakaj so pomembne?

Vsaka vrteča se oprema, pa naj bo to črpalka, ventilator ali elektromotor, med delovanjem ustvarja vibracije. Vibracije so mehansko nihanje stroja ali njegovih posameznih delov glede na njihov ravnotežni položaj. V idealnem, popolnoma delujočem stanju stroj ustvarja nizko in stabilno raven vibracij – to je njegov normalen "hrup med delovanjem". Ko pa se pojavijo in razvijejo napake, se to vibracijsko ozadje začne spreminjati.

Vibracije so odziv strukture mehanizma na ciklične vzbujevalne sile. Viri teh sil so lahko zelo raznoliki:

• Centrifugalna sila zaradi neuravnoteženosti rotorja: Nastane zaradi neenakomerne porazdelitve mase glede na os vrtenja. To je tako imenovana "težka točka", ki med vrtenjem ustvarja silo, ki se prenaša na ležaje in ohišje stroja.
• Sile, povezane z geometrijskimi netočnostmi: Neusklajenost sklopljenih gredi, upogibanje gredi, napake v profilih zobnikov menjalnika – vse to ustvarja ciklične sile, ki povzročajo vibracije.
• Aerodinamične in hidrodinamične sile: Pojavijo se med vrtenjem rotorjev v ventilatorjih, odvodih dima, črpalkah in turbinah.
• Elektromagnetne sile: Značilno za elektromotorje in generatorje in ga lahko povzroči na primer asimetrija navitij ali prisotnost kratkih zavojev.

Vsak od teh virov ustvarja vibracije z edinstvenimi značilnostmi. Zato je analiza vibracij tako močno diagnostično orodje. Z merjenjem in analizo vibracij lahko ne le rečemo, da »stroj močno vibrira«, ampak z veliko verjetnostjo tudi določimo temeljni vzrok. Ta napredna diagnostična zmogljivost je bistvena za vsak sodoben program vzdrževanja.

1.2 Od časovnega signala do spektra: preprosta razlaga FFT-ja

Senzor vibracij (merilnik pospeška), nameščen na ohišju ležaja, pretvarja mehanske vibracije v električni signal. Če se ta signal prikaže na zaslonu kot funkcija časa, dobimo časovni signal ali valovno obliko. Ta graf prikazuje, kako se amplituda vibracij spreminja v vsakem trenutku.

V preprostem primeru, kot je čista neuravnoteženost, bo časovni signal videti kot gladek sinusoid. Vendar pa v resnici na stroj skoraj vedno deluje več vzbujevalnih sil hkrati. Posledično je časovni signal kompleksna, na videz kaotična krivulja, iz katere je praktično nemogoče izluščiti uporabne diagnostične informacije.

Tukaj na pomoč priskoči matematično orodje – hitra Fourierjeva transformacija (FFT). Lahko si jo predstavljamo kot čarobno prizmo za vibracijske signale.

Predstavljajte si, da je kompleksen časovni signal žarek bele svetlobe. Zdi se nam enoten in nerazločljiv. Ko pa ta žarek prehaja skozi stekleno prizmo, se razgradi na svoje sestavne barve – rdečo, oranžno, rumeno itd., pri čemer tvori mavrico. FFT stori enako z vibracijskim signalom: vzame kompleksno krivuljo iz časovne domene in jo razgradi na preproste sinusoidne komponente, od katerih ima vsaka svojo frekvenco in amplitudo.

Rezultat te transformacije je prikazan na grafu, imenovanem vibracijski spekter. Spekter je glavno delovno orodje za vsakogar, ki izvaja analizo vibracij. Omogoča vam, da vidite, kaj se skriva v časovnem signalu: katere "čiste" vibracije sestavljajo celotni hrup stroja.

1.3 Ključni spektralni parametri, ki jih je treba razumeti

Spekter vibracij, ki ga boste videli na zaslonu Balanset-1A v načinu "Vibrometer" ali "Grafikoni", ima dve osi, katerih razumevanje je nujno potrebno za diagnostiko.

Vodoravna os (X): Frekvenca

Ta os prikazuje pogostost nihanj in se meri v hercih (Hz). 1 Hz je eno celotno nihanje na sekundo. Frekvenca je neposredno povezana z virom vibracij. Različne mehanske in električne komponente stroja ustvarjajo vibracije na svojih značilnih, predvidljivih frekvencah. Če poznamo frekvenco, pri kateri opazimo visok vrh vibracij, lahko prepoznamo krivca – določeno enoto ali napako.

Vrtilna frekvenca (1x): To je najpomembnejša frekvenca v vsej vibracijski diagnostiki. Ustreza vrtilni hitrosti gredi stroja. Če se na primer gred motorja vrti s 3000 vrtljaji na minuto (rpm), bo njena vrtilna frekvenca: f = 3000 vrt/min / 60 s/min = 50 Hz. Ta frekvenca je označena kot 1x. Služi kot referenčna točka za prepoznavanje številnih drugih napak.

Navpična os (Y): Amplituda

Ta os prikazuje intenzivnost ali moč vibracij pri vsaki specifični frekvenci. V napravi Balanset-1A se amplituda meri v milimetrih na sekundo (mm/s), kar ustreza efektivni vrednosti (RMS) hitrosti vibracij. Višji kot je vrh v spektru, več energije vibracij je koncentrirane pri tej frekvenci in praviloma resnejša je povezana napaka.

Harmoniki

Harmoniki so frekvence, ki so celoštevilski večkratniki osnovne frekvence. Najpogosteje je osnovna frekvenca vrtilna frekvenca 1x. Njeni harmoniki bodo torej: 2x (drugi harmonik) = 2×1x, 3x (tretji harmonik) = 3×1x, 4x (četrti harmonik) = 4×1x in tako naprej. Prisotnost in relativna višina harmonikov nosita ključne diagnostične informacije. Na primer, čista neuravnoteženost se kaže predvsem pri 1x z zelo nizkimi harmoniki. Vendar pa mehanska zrahljanost ali neporavnanost gredi ustvarita cel "gozd" visokih harmonikov (2x, 3x, 4x,...). Z analizo razmerja amplitud med 1x in njegovimi harmoniki je mogoče ločiti različne vrste napak.

Oddelek 2: Pridobivanje vibracijskega spektra z uporabo Balanset-1A

Kakovost diagnostike je neposredno odvisna od kakovosti začetnih podatkov. Napačne meritve lahko vodijo do napačnih zaključkov, nepotrebnih popravil ali, nasprotno, do spregleda razvijajoče se napake. Ta razdelek ponuja praktičen vodnik za zbiranje natančnih in ponovljivih podatkov z vašo napravo.

2.1. Priprava na meritve: ključ do natančnih podatkov

Preden priključite kable in zaženete program, je treba posebno pozornost nameniti pravilni namestitvi senzorjev. To je najpomembnejša faza, ki določa zanesljivost vseh nadaljnjih analiz.

Način montaže: Balanset-1A je opremljen z magnetnimi podstavki za senzorje. To je priročen in hiter način namestitve, vendar je za njegovo učinkovitost treba upoštevati več pravil. Površina na merilni točki mora biti:

• Čisto: Odstranite umazanijo, rjo in luščečo se barvo.
• Ploščato: Senzor mora biti poravnan s celotno površino magneta. Ne nameščajte ga na zaobljene površine ali glave vijakov.
• Masivno: Merilna točka mora biti del nosilne konstrukcije stroja (npr. ohišje ležaja), ne pa tanek zaščitni pokrov ali hladilno rebro.

Za stacionarno spremljanje ali za doseganje maksimalne natančnosti pri visokih frekvencah je priporočljiva uporaba navojne povezave (čepa), če to dopušča zasnova stroja.

Lokacija: Sile, ki nastanejo med delovanjem rotorja, se prenašajo na ohišje stroja prek ležajev. Zato je najboljše mesto za namestitev senzorjev ohišje ležajev. Poskusite senzor namestiti čim bližje ležaju, da boste lahko merili vibracije z minimalnim popačenjem.

Smer merjenja: Vibracije so tridimenzionalni proces. Za popolno sliko stanja stroja je treba meritve opraviti v treh smereh:

• Radialno vodoravno (H): Pravokotno na os gredi, v vodoravni ravnini.
• Radialna navpična (V): Pravokotno na os gredi, v navpični ravnini.
• Aksialno (A): Vzporedno z osjo gredi.

Praviloma je togost konstrukcije v vodoravni smeri manjša kot v navpični, zato je amplituda vibracij v vodoravni smeri pogosto največja. Zato se za začetno oceno pogosto izbere vodoravna smer. Vendar pa aksialne vibracije nosijo edinstvene informacije, ki so ključnega pomena za diagnosticiranje napak, kot je neusklajenost gredi.

Balanset-1A je dvokanalna naprava, ki je v priročniku primarno obravnavana z vidika dvoravninskega uravnoteženja. Vendar pa to za diagnostiko odpira veliko širše možnosti. Namesto merjenja vibracij na dveh različnih ležajih je mogoče oba senzorja priključiti na isto ležajno enoto, vendar v različnih smereh. Na primer, senzorski kanal 1 je lahko nameščen radialno (vodoravno), senzorski kanal 2 pa aksialno. Sočasno zajemanje spektrov v dveh smereh omogoča takojšnjo primerjavo aksialnih in radialnih vibracij, kar je standardna tehnika v profesionalni diagnostiki za zanesljivo odkrivanje neusklajenosti. Ta metoda znatno razširi diagnostične zmogljivosti naprave in presega tisto, kar je opisano v priročniku.

2.2. Korak za korakom: Uporaba načina »Vibrometer« (F5) za hitro oceno

Ta način je zasnovan za operativni nadzor glavnih parametrov vibracij in je idealen za hitro oceno stanja stroja "na kraju samem". Postopek za pridobitev spektra v tem načinu je naslednji:

1. Priključitev senzorjev: Na izbrane točke namestite senzorje vibracij in jih priključite na vhoda X1 in X2 merilne enote. Laserski tahometer priključite na vhod X3 in na gred pritrdite odsevni marker.
2. Zaženite program: V glavnem oknu programa Balanset-1A kliknite gumb "F5 - Merilnik vibracij".
3. Odpre se delovno okno (slika 7.4 v priročniku). V zgornjem delu bodo prikazane digitalne vrednosti: skupne vibracije (V1s), vibracije pri vrtilni frekvenci (V1o), faza (F1) in hitrost vrtenja (N rev).
4. Začetek meritve: Kliknite gumb »F9 – Zaženi«. Program bo začel zbirati in prikazovati podatke v realnem času.
5. Analizirajte spekter: Na dnu okna je graf »Vibracijski spekter – kanal 1 in 2 (mm/s)«. To je vibracijski spekter. Vodoravna os prikazuje frekvenco v Hz, navpična os pa amplitudo v mm/s.

Ta način omogoča prvo, najpomembnejše diagnostično preverjanje, ki je priporočeno celo v priročniku za uravnoteženje. Primerjajte vrednosti V1s (skupne vibracije) in V1o (vibracije pri vrtilni frekvenci 1x).

• Če je V1s≈V1o, to pomeni, da je večina vibracijske energije skoncentrirana pri vrtilni frekvenci. Glavni vzrok vibracij je najverjetneje neuravnoteženost.
• Če je V1s≫V1o, to pomeni, da znaten del vibracij povzročajo drugi viri (neuravnoteženost, zrahljanost, okvare ležajev itd.). V tem primeru preprosto uravnoteženje ne bo rešilo težave in je potrebna globlja analiza spektra.

2.3. Korak za korakom: Uporaba načina »Grafikoni« (F8) za podrobno analizo

Za resne diagnostične primere, ki zahtevajo podrobnejši pregled spektra, je način »Grafi« bistveno boljši. Zagotavlja večji in bolj informativen graf, ki olajša identifikacijo vrhov in analizo njihove strukture. Postopek za pridobitev spektra v tem načinu:

1. Senzorje priključite na enak način kot pri načinu "Vibrometer".
2. Način zagona: V glavnem oknu programa kliknite gumb »F8 - Grafikoni«.
3. Izberite vrsto grafikona: V odprtem oknu (slika 7.19 v priročniku) bo na vrhu vrsta gumbov. Kliknite "F5-Spekter (Hz)".
4. Odpre se okno za analizo spektra (slika 7.23 v priročniku). Zgornji del bo prikazal časovni signal, spodnji, glavni del pa vibracijski spekter.
5. Začnite meritev: Kliknite gumb »F9-Zaženi«. Naprava bo izvedla meritev in izdelala podrobne grafe.

Spekter, pridobljen v tem načinu, je veliko bolj primeren za analizo. Jasneje lahko vidite vrhove pri različnih frekvencah, ocenite njihovo višino in prepoznate harmonske serije. Ta način je priporočljiv za diagnosticiranje napak, opisanih v naslednjem razdelku.

Oddelek 3: Diagnostika tipičnih napak z vibracijskimi spektri (do 1000 Hz)

Ta razdelek predstavlja praktično jedro priročnika. Tukaj se bomo naučili brati spektre in jih povezovati s specifičnimi mehanskimi težavami. Za udobje in hitro orientacijo na terenu so glavni diagnostični kazalniki povzeti v združeni tabeli. Služila bo kot hiter vir pri analizi dejanskih podatkov.

Tabela 3.1: Povzetek diagnostičnih kazalnikov

Napaka	Primarni spektralni podpis	Tipični harmoniki	Opombe
Neravnovesje	Visoka amplituda pri 1× vrtilni frekvenci	Nizko	Prevladujejo radialne vibracije. Amplituda se povečuje kvadratno s hitrostjo.
Neusklajenost	Visoka amplituda pri 2× vrtilni frekvenci	1×, 3×, 4×	Pogosto ga spremljajo aksialne vibracije.
Mehanska zrahljanost	Več harmonikov 1× ("gozd" harmonikov)	1×, 2×, 3×, 4×, 5×...	Podharmoniki (0,5×, 1,5×) se lahko pojavijo pri 1/2x, 3/2x itd. zaradi razpok.
Okvara ležaja	Vrhovi pri nesinhronih frekvencah (BPFO, BPFI itd.)	Več harmonikov frekvenc napak	Pogosto vidno kot stranski pasovi okoli vrhov. V visokofrekvenčnem območju se sliši kot "šum".
Okvara zobniškega zatikanja	Visoka frekvenca zobniškega zatikanja (GMF) in njegovi harmoniki	Stranski pasovi okoli GMF pri 1x	Označuje obrabo, poškodbo zob ali ekscentričnost.

Nato bomo vsako od teh pomanjkljivosti podrobneje razčlenili.

3.1. Neravnovesje: najpogostejša težava

Fizični vzrok: Do neravnovesja pride, ko središče mase vrtečega se dela (rotorja) ne sovpada z njegovo geometrijsko osjo vrtenja. To ustvari "težko mesto", ki med vrtenjem ustvarja centrifugalno silo, ki deluje v radialni smeri in se prenaša na ležaje in temelj.

Spektralni podpisi: Glavni znak je vrh z visoko amplitudo, ki je strogo pri vrtilni frekvenci (1x). Vibracije so pretežno radialne. Obstajata dve glavni vrsti neuravnoteženosti:

Statično neuravnoteženje (ena ravnina)

Opis spektra: Spekter v celoti prevladuje en sam vrh pri osnovni vrtilni frekvenci (1x). Vibracija je sinusna, z minimalno energijo pri drugih frekvencah.

Kratek opis spektralnih komponent: Predvsem močna 1x rotacijska frekvenčna komponenta. Malo ali nič višjih harmonikov (čisti 1x ton).

Ključna značilnost: Velika 1x amplituda v vseh radialnih smereh. Vibracije na obeh ležajih so v fazi (med obema koncema ni fazne razlike). Med horizontalnimi in vertikalnimi meritvami na istem ležaju se pogosto opazi fazni premik približno 90°.

Dinamično neuravnoteženost (dvoravninsko / parno)

Opis spektra: Spekter kaže tudi prevladujoč vrh s frekvenco enkrat na vrtljaj (1x), podoben statični neuravnoteženosti. Vibracije so pri hitrosti vrtenja, brez pomembnega visokofrekvenčnega deleža, če je neuravnoteženost edina težava.

Kratek opis spektralnih komponent: Dominantna komponenta 1x RPM (pogosto z "nihanjem" ali majanjem rotorja). Višji harmoniki so običajno odsotni, razen če so prisotne druge napake.

Ključna značilnost: 1x vibracija na vsakem ležaju je izven faze — med vibracijami na obeh koncih rotorja je fazna razlika približno 180° (kar kaže na parno neuravnoteženost). Močan vrh 1x s tem faznim razmerjem je znak dinamične neuravnoteženosti.

Kaj storiti: Če spekter kaže na neuravnoteženost, je treba izvesti postopek uravnoteženja. Za statično neuravnoteženost zadostuje enoravninsko uravnoteženje (priročnik, poglavje 7.4), za dinamično neuravnoteženost pa dvoravninsko uravnoteženje (priročnik, poglavje 7.5).

3.2. Neusklajenost gredi: skrita grožnja

Fizični vzrok: Do neusklajenosti pride, ko se osi vrtenja dveh sklopljenih gredi (npr. gredi motorja in gredi črpalke) ne ujemata. Pri vrtenju neusklajenih gredi nastanejo v sklopki in ležajih ciklične sile, ki povzročajo vibracije.

Vzporedna neusklajenost (odmaknjene gredi)

Opis spektra: Vibracijski spekter kaže povišano energijo na osnovnem tonu (1x) in njegovih harmonikih 2x in 3x, zlasti v radialni smeri. Običajno prevladuje komponenta 1x s prisotnim neusklajenjem, ki ga spremlja opazna komponenta 2x.

Kratek opis spektralnih komponent: Vsebuje znatne vrhove pri vrtilnih frekvencah gredi 1x, 2x in 3x. Ti se pojavljajo predvsem pri meritvah radialnih vibracij (pravokotno na gred).

Ključna značilnost: Visoke vibracije 1x in 2x v radialni smeri so indikativne. Pogosto se opazi fazna razlika 180° med meritvami radialnih vibracij na nasprotnih straneh sklopke, kar jo loči od čiste neuravnoteženosti.

Kotna neusklajenost (nagnjene gredi)

Opis spektra: Frekvenčni spekter kaže močne harmonike hitrosti gredi, predvsem izrazito komponento hitrosti 2x poleg 1x. Pojavijo se vibracije pri 1x, 2x (in pogosto 3x), pri čemer so pomembne aksialne (vzdolž gredi) vibracije.

Kratek opis spektralnih komponent: Opazni vrhovi pri 1x in 2x (včasih pa tudi 3x) hitrosti delovanja. 2x komponenta je pogosto tako velika ali večja kot 1x. Te frekvence so izrazite v aksialnem spektru vibracij (vzdolž osi stroja).

Ključna značilnost: Relativno visoka amplituda drugega harmonika (2x) v primerjavi z 1x, v kombinaciji z močnimi aksialnimi vibracijami. Aksialne meritve na obeh straneh sklopke so za 180° izven faze, kar je značilnost kotne neusklajenosti.

Kaj storiti: Uravnoteženje tukaj ne bo pomagalo. Ustavite enoto in izvedite postopek poravnave gredi s specializiranim orodjem.

3.3. Mehanska zrahljanost: "Ropotanje" v stroju

Fizični vzrok: Ta napaka je povezana z izgubo togosti v konstrukcijskih povezavah: ohlapni vijaki, razpoke v temeljih, povečane zračnosti v ležajnih sedežih. Zaradi zračnosti pride do udarcev, ki tvorijo značilen vzorec vibracij.

Mehanska zrahljanost (zrahljanost komponent)

Opis: Spekter je bogat s frekvenčnimi komponentami vrtilne hitrosti. Pojavi se širok razpon celoštevilskih večkratnikov števila 1x (od 1x do višjih redov, kot je ~10x) z znatnimi amplitudami. V nekaterih primerih se lahko pojavijo tudi subharmonične frekvence (npr. 0,5x).

Spektralne komponente: Prevladujoče so večfrekvenčne komponente vrtilne hitrosti (1x, 2x, 3x ... do ~10x). Včasih so lahko prisotne tudi delne (polceloštevilske) frekvenčne komponente pri 1/2x, 3/2x itd. zaradi ponavljajočih se udarcev.

Ključna značilnost: Značilna "niza vrhov" v spektru – številni enakomerno razporejeni vrhovi pri frekvencah, ki so celoštevilski večkratniki hitrosti vrtenja. To kaže na izgubo togosti ali nepravilno sestavljanje delov, kar povzroča ponavljajoče se udarce. Prisotnost številnih harmonikov (in morda pol-celoštevilskih podharmonikov) je ključni pokazatelj.

Konstrukcijska zrahljanost (ohlapnost podlage/montaže)

Opis: V vibracijskem spektru pogosto prevladujejo vibracije na osnovni ali dvojni vrtilni frekvenci. Običajno se vrh pojavi pri 1x in/ali 2x. Višji harmoniki (nad 2x) imajo običajno veliko manjše amplitude v primerjavi s temi glavnimi.

Spektralne komponente: Predvsem prikazuje frekvenčne komponente pri hitrostih gredi 1x in 2x. Drugi harmoniki (3x, 4x itd.) so običajno odsotni ali so nepomembni. Komponenta 1x ali 2x lahko prevladuje, odvisno od vrste zrahljanosti (npr. en udarec na vrtljaj ali dva udarca na vrtljaj).

Ključna značilnost: Opazno visoki vrhovi pri 1x ali 2x (ali obeh) glede na preostali del spektra, kar kaže na zrahljanost ležajev ali konstrukcije. Vibracije so močnejše v navpični smeri, če je stroj rahlo nameščen. Za zrahljanost konstrukcije ali temeljev sta značilna en ali dva dominantna vrhova nižjega reda z majhnim številom harmonikov višjega reda.

Kaj storiti: Potreben je temeljit pregled enote. Preverite vse dostopne pritrdilne vijake (ležaji, ohišje). Preverite okvir in temelj glede razpok. Če je notranja zrahljanost (npr. sedež ležaja), bo morda potrebna demontaža enote.

3.4. Okvare kotalnih ležajev: zgodnje opozarjanje

Fizični vzrok: Pojav napak (jamice, odkruški, obraba) na kotalnih površinah (notranji obroč, zunanji obroč, kotalni elementi) ali na kletki. Vsakič, ko se kotalni element kotali čez napako, se pojavi kratek udarni impulz. Ti impulzi se ponavljajo s specifično frekvenco, značilno za vsak ležajni element.

Spektralni podpisi: Okvare ležajev se pojavljajo kot vrhovi pri nesinhronih frekvencah, tj. pri frekvencah, ki niso celoštevilski večkratniki vrtilne frekvence (1x). Te frekvence (BPFO - frekvenca napake zunanjega obroča, BPFI - notranji obroč, BSF - kotalni element, FTF - kletka) so odvisne od geometrije ležaja in hitrosti vrtenja. Začetniku diagnostiku ni treba izračunati njihovih natančnih vrednosti. Glavno je, da se nauči prepoznati njihovo prisotnost v spektru.

Okvara zunanjega obroča

Opis spektra: Spekter vibracij kaže vrsto vrhov, ki ustrezajo frekvenci napake zunanjega obroča in njenim harmonikom. Ti vrhovi so običajno pri višjih frekvencah (ne celoštevilskih večkratnikih vrtenja gredi) in označujejo vsakič, ko kotalni element preide čez napako zunanjega obroča.

Kratek opis spektralnih komponent: Prisotnih je več harmonikov frekvence krogličnega prehoda zunanjega obroča (BPFO). Običajno je v spektru mogoče opaziti 8–10 harmonikov BPFO pri izraziti napaki zunanjega obroča. Razmik med temi vrhovi je enak BPFO (karakteristični frekvenci, ki jo določata geometrija ležaja in hitrost).

Ključna značilnost: Značilen je izrazit niz vrhov na BPFO in njegovih zaporednih harmonikih. Prisotnost številnih enakomerno razporejenih visokofrekvenčnih vrhov (BPFO, 2xBPFO, 3xBPFO, ...) jasno kaže na okvaro zunanjega obroča ležaja.

Okvara notranjega obroča

Opis spektra: Spekter napake notranjega teka kaže več izrazitih vrhov na frekvenci napake notranjega teka in njenih harmonikih. Poleg tega vsakega od teh vrhov frekvence napake običajno spremljajo vrhovi stranskega pasu, razporejeni na frekvenci hitrosti delovanja (1x).

Kratek opis spektralnih komponent: Vsebuje več harmonikov frekvence krogličnega prehoda notranjega obroča (BPFI), pogosto v velikosti 8–10 harmonikov. Značilno je, da so ti vrhovi BPFI modulirani s stranskimi pasovi pri ±1x vrtljajih na minuto – kar pomeni, da se poleg vsakega harmonika BPFI pojavijo manjši stranski vrhovi, ločeni od glavnega vrha za količino, ki je enaka frekvenci vrtenja gredi.

Ključna značilnost: Znak za to je prisotnost harmonikov frekvence napake notranjega obroča (BPFI) z vzorcem stranskih pasov. Stranski pasovi, razporejeni glede na hitrost gredi okoli harmonikov BPFI, kažejo, da se napaka notranjega obroča obremeni enkrat na vrtljaj, kar potrjuje težavo z notranjim obročem in ne z zunanjim obročem.

Okvara kotalnega elementa (kroglica/valj)

Opis spektra: Okvara kotalnega elementa (kroglice ali valja) povzroči vibracije pri vrtilni frekvenci kotalnega elementa in njegovih harmonikih. Spekter bo prikazal vrsto vrhov, ki niso celoštevilski večkratniki hitrosti gredi, temveč večkratniki vrtilne frekvence kroglice/valja (BSF). Eden od teh harmonskih vrhov je pogosto bistveno večji od drugih, kar odraža, koliko kotalnih elementov je poškodovanih.

Kratek opis spektralnih komponent: Pojavijo se vrhovi pri osnovni frekvenci napake kotalnega elementa (BSF) in njenih harmonikih. Pojavijo se na primer BSF, 2xBSF, 3xBSF itd. Omeniti velja, da lahko amplitudni vzorec teh vrhov kaže na število poškodovanih elementov – npr. če je drugi harmonik največji, lahko to kaže na to, da sta se dve kroglici/valju odluščili. To pogosto spremljajo tudi vibracije pri frekvencah napake teka, saj poškodba kotalnega elementa pogosto povzroči tudi poškodbo teka.

Ključna značilnost: Prisotnost vrste vrhov, razporejenih glede na BSF (frekvenco vrtenja ležajnega elementa) in ne glede na frekvenco vrtenja gredi, kaže na napako kotalnega elementa. Posebej visoka amplituda N-tega harmonika BSF pogosto pomeni, da je poškodovanih N elementov (npr. zelo visok vrh 2xBSF lahko kaže na dve kroglici z napakami).

Okvara kletke (ležajna kletka / FTF)

Opis spektra: Okvara kletke (ločila) v kotalnem ležaju povzroča vibracije pri vrtilni frekvenci kletke – osnovni frekvenci vlaka (FTF) – in njenih harmonikih. Te frekvence so običajno subsinhrone (pod hitrostjo gredi). Spekter bo pokazal vrhove pri FTF, 2xFTF, 3xFTF itd. in pogosto nekaj interakcije z drugimi frekvencami ležajev zaradi modulacije.

Kratek opis spektralnih komponent: Nizkofrekvenčni vrhovi, ki ustrezajo vrtilni frekvenci kletke (FTF) in njenim celoštevilskim večkratnikom. Na primer, če je FTF ≈ 0,4x hitrosti gredi, lahko vidite vrhove pri ~0,4x, ~0,8x, ~1,2x itd. V mnogih primerih napaka kletke sobiva z napakami teka, zato lahko FTF modulira signale napak teka in ustvarja frekvence vsote/razlike (stranski pasovi okoli frekvenc teka).

Ključna značilnost: Eden ali več subharmonskih vrhov (pod 1x), ki se poravnajo s hitrostjo vrtenja ležajne kletke (FTF), kažejo na težavo s kletko. To se pogosto pojavi skupaj z drugimi znaki okvare ležaja. Ključni znak je prisotnost FTF in njenih harmonikov v spektru, kar je sicer neobičajno, razen če kletka odpove.

Kaj storiti: Pojav frekvenc ležajev je poziv k ukrepanju. Potrebno je okrepiti spremljanje te enote, preveriti stanje mazanja in čim prej začeti načrtovati zamenjavo ležajev.

3.5. Napake prestav

Ekscentričnost zobnika / ukrivljena gred

Opis spektra: Ta napaka povzroča modulacijo vibracij zobniškega prijema. V spektru je vrh frekvence zobniškega prijema (GMF) obdan z vrhovi stranskih pasov, ki so razporejeni na ravni vrtilne frekvence gredi zobnika (1x vrtljaji zobnika). Pogosto so zaradi neuravnoteženega učinka ekscentričnosti povišane tudi lastne vibracije zobnika, ki znašajo 1x hitrost delovanja.

Kratek opis spektralnih komponent: Opazno povečanje amplitude pri frekvenci mreženja zobnika in njenih nižjih harmonikih (npr. 1x, 2x, 3x GMF). Okoli GMF (in včasih okoli njenih harmonikov) se pojavijo jasni stranski pasovi v intervalih, enakih 1-kratniku hitrosti vrtenja prizadetega zobnika. Prisotnost teh stranskih pasov kaže na amplitudno modulacijo frekvence mreže z vrtenjem zobnika.

Ključna značilnost: Značilnost je frekvenca zobniškega zatikanja z izrazitimi stranskimi pasovi pri 1x frekvenci zobnika. Ta vzorec stranskih pasov (vrhovi, enakomerno razporejeni okoli GMF glede na hitrost delovanja) močno kaže na ekscentričnost zobnika ali ukrivljeno gred zobnika. Poleg tega so lahko osnovne vibracije zobnika (1x) višje od običajnih.

Obraba ali poškodba zob zobnika

Opis spektra: Okvare zob zobnika (kot so obrabljeni ali zlomljeni zobje) povzročajo povečanje vibracij na frekvenci zobniškega prijema in njenih harmonikih. Spekter pogosto kaže več vrhov GMF (1xGMF, 2xGMF itd.) z visoko amplitudo. Poleg tega se okoli teh vrhov GMF pojavijo številne stranske frekvence, razporejene glede na vrtilno frekvenco gredi. V nekaterih primerih je mogoče opaziti tudi vzbujanje lastnih frekvenc zobnika (resonanc) s stranskimi pasovi.

Kratek opis spektralnih komponent: Povišani vrhovi pri frekvenci zatikanja zobnika (frekvenca zatikanja zob) in njenih harmonikih (na primer 2xGMF). Okoli vsakega glavnega harmonika GMF so vrhovi stranskih pasov, ločeni z 1x hitrostjo delovanja. Število in velikost stranskih pasov okoli komponent 1x, 2x in 3x GMF se ponavadi povečujeta s stopnjo poškodbe zoba. V hujših primerih se lahko pojavijo dodatni vrhovi, ki ustrezajo resonančnim frekvencam zobnika (z lastnimi stranskimi pasovi).

Ključna značilnost: Značilni so številni visokoamplitudni frekvenčni harmoniki zobniškega zatikanja, ki jih spremljajo gosti vzorci stranskih pasov. To kaže na nepravilen prehod zob zaradi obrabe ali zlomljenega zoba. Močno obrabljen ali poškodovan zobnik bo imel obsežne stranske pasove (pri intervalih hitrosti 1x zobnika) okoli vrhov frekvence zatikanja, kar ga loči od zdravega zobnika (ki bi imel čistejši spekter, skoncentriran pri GMF).

Kaj storiti: Pojav frekvenc, povezanih z zobniškimi mehanizmi, zahteva večjo pozornost. Priporočljivo je preveriti stanje olja v menjalniku glede kovinskih delcev in naročiti pregled menjalnika, da se oceni obraba ali poškodba zob.

Pomembno je razumeti, da v resničnih pogojih stroji redko trpijo samo zaradi ene napake. Zelo pogosto je spekter kombinacija znakov več napak, kot sta neuravnoteženost in neporavnanost. To je lahko za začetnika diagnostika zmedeno. V takih primerih velja preprosto pravilo: najprej obravnavajte težavo, ki ustreza vrhu z največjo amplitudo. Pogosto ena resna napaka (npr. huda neporavnanost) povzroči sekundarne težave, kot sta povečana obraba ležajev ali zrahljanje pritrdilnih elementov. Z odpravo osnovnega vzroka lahko znatno zmanjšate manifestacijo sekundarnih napak.

Oddelek 4: Praktična priporočila in naslednji koraki

Ko ste osvojili osnove interpretacije spektra, ste naredili prvi in najpomembnejši korak. Zdaj je treba to znanje vključiti v svojo vsakodnevno vzdrževalno prakso. Ta razdelek je posvečen temu, kako preiti od enkratnih meritev k sistematičnemu pristopu in kako uporabiti pridobljene podatke za sprejemanje premišljenih odločitev.

4.1 Od posamezne meritve do spremljanja: Moč trendov

En sam spekter je le "posnetek" stanja stroja v danem trenutku. Lahko je zelo informativen, vendar se njegova prava vrednost razkrije v primerjavi s prejšnjimi meritvami. Ta postopek se imenuje spremljanje stanja ali analiza trendov.

Ideja je zelo preprosta: namesto da bi stanje stroja ocenjevali po absolutnih vrednostih vibracij ("dobro" ali "slabo"), spremljate, kako se te vrednosti spreminjajo skozi čas. Počasno, postopno povečanje amplitude pri določeni frekvenci kaže na sistematično obrabo, medtem ko je nenaden skok alarmni signal, ki kaže na hiter razvoj napake.

Praktični nasvet:

• Ustvarite osnovni spekter: Izvedite temeljito meritev na novi, na novo popravljeni ali veste, da deluje. Te podatke (spektre in numerične vrednosti) shranite v arhiv programa Balanset-1A. To je vaš "referenčni test zdravja" za ta stroj.
• Določite periodičnost: Določite, kako pogosto boste izvajali kontrolne meritve. Za kritično pomembno opremo je to lahko enkrat na dva tedna, za pomožno opremo pa enkrat na mesec ali četrtletje.
• Zagotovite ponovljivost: Meritve vsakič izvajajte na istih točkah, v istih smereh in, če je mogoče, pod enakimi delovnimi pogoji stroja (obremenitev, temperatura).
• Primerjaj in analiziraj: Po vsaki novi meritvi primerjajte dobljeni spekter z osnovnim in prejšnjimi. Bodite pozorni ne le na pojav novih vrhov, temveč tudi na povečanje amplitude obstoječih. Ostro povečanje amplitude katerega koli vrha (npr. dvakratno v primerjavi s prejšnjo meritvijo) je zanesljiv signal za nastajajočo napako, tudi če je absolutna vrednost vibracij še vedno v sprejemljivih mejah v skladu s standardi ISO.

4.2. Kdaj uravnotežiti in kdaj iskati drug vzrok?

Končni cilj diagnostike ni le najti napako, temveč sprejeti pravilno odločitev o potrebnih ukrepih. Na podlagi spektralne analize je mogoče zgraditi preprost in učinkovit algoritem za odločanje.

Algoritem delovanja, ki temelji na spektralni analizi:

1. Z uporabo programa Balanset-1A, po možnosti v načinu "Grafi" (F8), pridobite visokokakovosten spekter z meritvami v radialni in aksialni smeri.
2. Določite vrh z največjo amplitudo. To kaže na prevladujočo težavo, ki jo je treba najprej obravnavati.
3. Določite vrsto napake glede na frekvenco tega vrha:
   • Če prevladuje vrh 1x: Najverjetnejši vzrok je neravnovesje.
     Dejanje: Izvedite postopek dinamičnega uravnoteženja z uporabo funkcionalnosti naprave Balanset-1A.
   • Če prevladuje vrh 2x (še posebej, če je visok v aksialni smeri): Najverjetnejši vzrok je nepravilna poravnava gredi.
     Dejanje: Uravnoteženje ni učinkovito. Enoto je treba ustaviti in izvesti poravnavo gredi.
   • Če opazimo "gozd" mnogih harmonikov (1x, 2x, 3x,...): Najverjetnejši vzrok je mehanska zračnost.
     Dejanje: Opravite vizualni pregled. Preverite in privijte vse pritrdilne vijake. Preverite okvir in temelj glede razpok.
   • Če v srednjem ali visokofrekvenčnem območju prevladujejo nesinhroni vrhovi: Najverjetnejši vzrok je okvara kotalnega ležaja.
     Dejanje: Preverite mazanje v ležajni enoti. Začnite načrtovati zamenjavo ležaja. Povečajte pogostost spremljanja te enote, da boste lahko spremljali stopnjo razvoja napak.
   • Če prevladuje frekvenca zobniškega zatikanja (GMF) s stranskimi pasovi: Najverjetnejši vzrok je okvara zobnika.
     Dejanje: Preverite stanje olja v menjalniku. Načrtujte pregled menjalnika, da ocenite obrabo ali poškodbe zob.

Ta preprost algoritem omogoča prehod od abstraktne analize h konkretnim, ciljno usmerjenim vzdrževalnim ukrepom, kar je končni cilj vsega diagnostičnega dela.

Zaključek

Naprava Balanset-1A, prvotno zasnovana kot specializirano orodje za uravnoteženje, ima bistveno večji potencial. Zmožnost pridobivanja in prikazovanja vibracijskih spektrov jo spreminja v zmogljiv analizator vibracij začetnega nivoja. Ta članek je bil mišljen kot most med operativnimi zmogljivostmi naprave, opisane v priročniku, in temeljnim znanjem, potrebnim za interpretacijo podatkov, pridobljenih iz vaših sej analize vibracij.

Obvladovanje osnovnih veščin spektralne analize ni le študij teorije, temveč pridobitev praktičnega orodja za povečanje učinkovitosti vašega dela. Razumevanje, kako se različne napake – neuravnoteženost, neporavnanost, zrahljanost in okvare ležajev – kažejo kot edinstveni "prstni odtisi" na vibracijskem spektru, vam omogoča, da pogledate v notranjost delujočega stroja, ne da bi ga razstavili.

Ključne ugotovitve iz tega vodnika:

• Vibracija je informacija. Vsak vrh v spektru nosi informacije o specifičnem procesu, ki se dogaja v mehanizmu.
• FFT je vaš prevajalnik. Hitra Fourierjeva transformacija prevaja kompleksen in kaotičen jezik vibracij v preprost in razumljiv jezik frekvenc in amplitud.
• Diagnostika je prepoznavanje vzorcev. Z učenjem prepoznavanja značilnih spektralnih vzorcev za večje napake lahko hitro in natančno določite temeljni vzrok povečanih vibracij.
• Trendi so pomembnejši od absolutnih vrednosti. Redno spremljanje in primerjava trenutnih podatkov z izhodiščnimi podatki sta osnova napovednega pristopa, ki omogoča prepoznavanje težav v najzgodnejši fazi.

Pot do samozavestnega in kompetentnega analitika vibracij zahteva čas in prakso. Ne bojte se eksperimentirati, zbirati podatke iz različne opreme in ustvariti svojo knjižnico "zdravstvenih spektrov" in "bolezenskih spektrov". Ta priročnik vam je zagotovil zemljevid in kompas. Uporabite Balanset-1A ne le za "zdravljenje" simptomov z uravnoteženjem, temveč tudi za postavitev natančne "diagnoze". Ta pristop vam bo omogočil znatno povečanje zanesljivosti vaše opreme, zmanjšanje števila izklopov v sili in prehod na kakovostno novo raven vzdrževanja.