Analiza kepstruma v vibracijski diagnostiki

Definicija: Kaj je kepstrum?

Analiza kepstruma je napredna tehnika obdelave signalov, ki zagotavlja informacije o periodičnih strukturah znotraj frekvenčnega spektra. Ime »kepstrum« je anagram besede »spekter«, kar namiguje na njegovo naravo: dejansko je »spekter spektra«. Izračuna se tako, da se logaritem frekvenčnega spektra in nato izvede inverzna Fourierjeva transformacija rezultata. Ta postopek poudarja periodične vzorce v spektru, kot so družine harmonikov ali stranskih pasov, ki jih je morda težko razločiti z neposrednim pogledom na spekter.

V kepstrumskem diagramu se os x imenuje quefrency (anagram frekvence) in ima časovne enote. Vrhovi na tej osi, imenovani rahmonika, označujejo periodo (v sekundah) ponavljajočih se vzorcev v prvotnem spektru.

Zakaj uporabljati analizo kepstruma?

Čeprav je standardni FFT spekter odličen za identifikacijo posameznih frekvenčnih komponent, lahko postane natrpan in ga je težko interpretirati, ko napaka stroja ustvari veliko število harmonikov in stranskih pasov. Kepstrum analiza to poenostavi z združevanjem celotne družine ponavljajočih se frekvenc v en sam, jasen vrh. Njena primarna uporaba je:

• Zaznavanje harmoničnih družin: Z lahkoto prepozna osnovno frekvenco in njene harmonike, tudi če je osnovna frekvenca sama po sebi šibka ali odsotna v spektru.
• Prepoznavanje družin stranskih pasov: Odlično se obnese pri iskanju stranskih pasov, ki imajo pogosto nizko amplitudo in so zakriti s šumom. Cepstrum lahko jasno prikaže prisotnost stranskih pasov in izmeri njihov razmik.
• Ločevanje učinkov vira in poti: V nekaterih aplikacijah lahko pomaga ločiti signal vira vibracij od strukturnega odziva stroja.
• Zaznavanje odmeva: Lahko prepozna odmeve ali odseve v signalu.

Ključne aplikacije v diagnostiki strojev

1. Diagnostika menjalnika

To je najpogostejša in najmočnejša uporaba analize kepstruma. Poškodovan zob zobnika bo moduliral frekvenco zaskoka zobnika (GMF), kar bo ustvarilo stranske pasove okoli vrha GMF, razporejene glede na hitrost vrtenja tega zobnika. V kompleksnem menjalniku z več gredmi in zobniki je lahko spekter zmedena mešanica različnih GMF in stranskih pasov. Kepstrum prereže to kompleksnost:

• Vrhunec kepstruma pri frekvenci, ki ustreza vrtilnemu obdobju zobnika (1 / vrt/min), je jasen pokazatelj okvare na tem določenem zobniku.
• Amplitudo vrha kepstruma je mogoče spremljati za spremljanje napredovanja obrabe zobnika.

2. Analiza kotalnih ležajev

Podobno kot pri menjalnikih tudi napake ležajev ustvarjajo stranske pasove. Na primer, napaka na notranjem obroču bo ustvarila stranske pasove, razporejene glede na hitrost gredi okoli frekvence napake notranjega obroča (BPFI) in njenih harmonikov. Kepstrum lahko pomaga potrditi prisotnost teh vzorcev, zlasti kadar niso očitni v spektru.

3. Analiza turbostrojev

V turbinah in kompresorjih se lahko kepstrum uporablja za prepoznavanje harmonikov frekvence prehoda lopatic in diagnosticiranje težav, povezanih s poškodbo lopatic ali aerodinamičnimi težavami.

Kako razlagati kepstrumski zaplet

1. Izračunajte rotacijske periode: Preden si ogledamo kepstrum, izračunamo časovne periode glavnih vrtečih se komponent (npr. za gred pri 1800 vrt/min ali 30 Hz je period 1/30 = 0,033 sekunde).
2. Iščite vrhove v znanih obdobjih: Preglejte kepstrum za pomembne vrhove (rahmonike), ki se ujemajo s temi izračunanimi časovnimi obdobji.
3. Prepoznajte harmonike: Iščite vrhove pri celoštevilčnih večkratnikih osnovne frekvence. Ti kažejo na prisotnost močnih harmonskih družin v prvotnem spektru.
4. Amplitude trenda: Spremljajte amplitudo vrhov kepstruma skozi čas. Naraščajoča amplituda kaže na poslabšanje stanja.

Kepstrum analiza je močno orodje, ki za učinkovito uporabo zahteva izkušnje, vendar lahko pri kompleksnih strojih, kot so menjalniki, zagotovi diagnostično jasnost, ki je sama spektralna analiza ne more doseči.

← Nazaj na glavno kazalo