Razumevanje frekvence pri analizi vibracij
Pogostost je merilo, kako pogosto se ponavljajoči se dogodek ponovi v določeni časovni enoti - v analiza vibracij, določa, kako hitro predmet niha. Je najpomembnejši parameter za diagnosticiranje osnovnega vzroka težav s stroji. Medtem ko amplituda vam pove. resnost vibracij, frekvenca pa pove, kakšna je vir. Če preberete podatek o amplitudi, veste, kako huda je težava; če preberete podatek o frekvenci, veste, v čem je težava.
1. Opredelitev: Kaj je frekvenca vibracij?
Frekvenca opisuje hitrost cikličnega gibanja - število ciklov nihanja, ki jih vibrirajoči del opravi v časovni enoti. Rotor, ki se vrti s 1800 vrtljaji na minuto, vsako sekundo opravi trideset obratov, zato se sila, ki jo ustvari enkrat na obrat, ponovi tridesetkrat na sekundo. Vsaka periodična komponenta, ki se skriva v stroju časovni potek signala ima svojo lastno frekvenco, ločevanje teh komponent pa je temelj vseh diagnostičnih postopkov.
Pomembno je, da je frekvenca neodvisna od amplitude. Vibracija je lahko močna ali komaj zaznavna pri popolnoma enaki frekvenci; ko se napaka poveča, se običajno spremeni amplituda, medtem ko frekvenca ostane vezana na fizični mehanizem, ki jo povzroča. Prav zaradi te stabilnosti je frekvenca tako zanesljiv prstni odtis.
2. Diagnostična moč frekvence
Osnovno načelo vibracijska diagnostika je, da različne mehanske in električne komponente, ko začnejo odpovedovati, ustvarjajo vibracije s specifičnimi, predvidljivimi frekvencami. Z ugotavljanjem, katere frekvence so prisotne v vibracijskem podpisu stroja - in kako močne so posamezne frekvence - lahko analitik natančno določi komponento, ki povzroča težavo. To je zelo podobno temu, kako zdravnik s stetoskopom posluša posebne zvoke, ki izdajajo različna stanja.
Vsaka potencialna napaka ima značilen frekvenčni podpis:
- Neravnovesje: težava s celotnim vrtljivim sklopom, na primer neravnovesje, se pojavi pri frekvenci vrtenja gredi - 1× hitrost teka.
- Neusklajenost: težava v sklopki med dvema gredema, kot je neusklajenost, se običajno prikaže pri dvakratni hitrosti delovanja (2×), pogosto z dvignjenim 3×.
- Okvare ležajev: defekt na kotalnem ležaju ustvarja neceloštevilsko število frekvence napak ležajev določajo geometrija tekalne steze in kroglic ter hitrost gredi.
- Težave z zobniki: zobje z mrežo ustvarjajo energijo na frekvenca ubiranja zobnikov (GMF) - število zob, pomnoženo s hitrostjo zobnika -, ki ga pogosto spremlja stranski pasovi.
Ker se ti podpisi redko prekrivajo, lahko z enim samim dobro razločenim spektrom ločimo neuravnoteženost od neskladja od okvarjenega ležaja, ne da bi stroj sploh odprli.
3. Enote frekvence
Frekvenca se izraža v več enotah, ki jih mora analitik dobro obvladati.
Herc (Hz)
Mednarodna enota (SI). En herc je enak enemu ciklu na sekundo. To je standardna enota v znanstvenih in drugih instrumentih, ki se uporablja na frekvenčni osi FFT.
Število ciklov na minuto (CPM)
Široko se uporablja pri industrijskem vzdrževanju, saj je neposredno povezana s hitrostjo vrtenja, ki se navaja v obratih na minuto (RPM). Ker minuta vsebuje 60 sekund, je pretvorba preprosta CPM = Hz × 60. Vibracija pri 30 Hz je torej enaka 1.800 CPM - pri stroju, ki deluje pri 1.800 vrtljajih na minuto, je ta vrh točno pri hitrosti delovanja, kar je pogosto lažje prepoznati v CPM kot v Hz.
Naročila
Vrstni redi so večkratniki hitrosti delovanja stroja: hitrost delovanja je 1. red, dvakratna hitrost delovanja je 2. red in tako naprej. Prednost tega je, da redi ostanejo konstantni, tudi če se hitrost stroja spreminja - neuravnoteženost ostane na 1. redu ne glede na to, ali se gred vrti pri 900 ali 3 600 vrtljajih na minuto, medtem ko se njena frekvenca v Hz spreminja. Zaradi tega so redi nepogrešljivi za opremo s spremenljivo hitrostjo in so osnova za analiza naročila. Brezplačno Kalkulator harmoničnih frekvenc v enem koraku pretvori frekvenco RPM v frekvence od 1× do 10×, in pretvornik vibracijskih enot vodi knjigovodstvo sistema Hz-CPM.
4. Kako se določi pogostost
Frekvence, ki se skrivajo v vibracijskem signalu, se izločijo z Hitra Fourierjeva transformacija (FFT). Na spletni strani merilnik pospeška zajame surovo časovno obliko valovanja, algoritem FFT pa jo razgradi v frekvenčni spekter - graf, ki prikazuje vsako posamezno frekvenco, ki sestavlja kompleksno vibracijo, višina posameznega vrha pa kaže, koliko energije se nahaja v njem. Analitik nato te vrhove primerja z zgornjimi podpisi napak. Na terenu se uporablja prenosni dvokanalni instrument, kot je npr. Balanset-1A opravi to FFT na kraju samem in meri spektre od približno 5 Hz do 1000 Hz, tako da je mogoče vrh tekoče hitrosti in njegove harmonske odčitati neposredno na stroju, pri čemer impulz tahometra enkrat na obračanje natančno določi, kateri vrh je 1×.
5. Razmerje med frekvenco, hitrostjo in pospeškom
Za določeno raven vibracijske energije so amplitude premik, hitrostin pospešek so močno odvisni od frekvence, zato vsaka enota prevladuje v drugem frekvenčnem pasu:
- Nizke frekvence: premik je največji, zato je naravna enota za počasno gibanje gredi.
- Srednje frekvence: hitrost je največja in najbolj enakomerna, zato je jakost vibracij standardi, kot so ISO 20816 (sodobni naslednik standarda ISO 10816) ocenjuje splošno stanje stroja v mm/s hitrosti.
- Visoke frekvence: pospešek je največji, zato je to enota, ki se uporablja pri tonih ležajev in zobnikov.
Izbira napačne enote za določen frekvenčni pas lahko zakoplje pravo napako v šumno območje; ob izbiri prave enote pa ta napaka skoči iz diagrama. Tako razumljena frekvenca je ključ, ki odklene diagnostični potencial analize vibracij in spremeni surov, zapleten signal v uporabne informacije o vzdrževanju.
