Разумевање убрзања у анализи вибрација
Убрзање је брзина промене брзине објекта у односу на време. У Анализа вибрација то је један од три основна параметра мерења, квантификујући како брзо брзина вибрујуће компоненте се мења. Где померање вам говори колико далеко се део помера а брзина вам говори како брзо, убрзање је заправо мера сила које делују на део — што га чини изузетно осетљивим на догађаје високе фреквенције као што су удари и нагле промене у кретању.
1. Дефиниција: Шта је убрзање вибрације?
Математички, убрзање је први временски дериват брзине и други дериват помака. За тело које вибрира синусоидно на фреквенцији ф, амплитуда убрзања је пропорционална квадрату фреквенције за фиксни помак — удвостручавање фреквенције учетверостручи убрзање. Та једина чињеница објашњава зашто је убрзање природан језик за брзе, оштре догађаје: што је виши садржај фреквенције грешке, то више он истиче у сигналу убрзања. То је такође разлог зашто аналитичар бира убрзање када су феномени од интереса у килохерцулском опсегу него близу брзине рада.
2. Зашто је мерење убрзања важно?
Мерење убрзања је централно за свеобухватан праћења стања програм јер одлично хвата грешке које нежнији параметри могу пропустити. Његова важност почива на неколико кључних фактора:
- Детектовање грешака високе фреквенције: убрзање је инхерентно осетљивије на вибрације високе фреквенције, што га чини идеалним параметром за раном детекцијом оштећења ваљних лежајева, проблема са озубљењем и побуде проласка лопатице, која сва зраче енергију високо у спектру.
- Директна релација са силом: према Њутновом другом закону (Sila = Masa × Убрзање), убрзање је директно пропорционално динамичким силама унутар машине. Читање убрзања због тога пружа директан увид у силе које узрокују напон и умор у компонентама.
- Широки динамички домет: акцелометри који се користе за прикупљање података обухватају врло широк спектар фреквенција и амплитуда, што их чини свестраним за многе врсте машина и брзине обртања.
3. Јединице и мерење
Уобичајене јединице
Убрзање вибрација обично се изражава у једној од две јединице:
- г: јединица референцирана на убрзање Земљине гравитације, где је 1 g ≈ 9.81 m/s². Ова g је популаран јер даје стандардизован, интуитиван увид у интензитет вибрација одређеног дела.
- м/с² (или мм/с²): је SI јединица, метри по секунди на квадрат, преферирана за званична извештавања и прорачуне.
Важно је јасно назначити да ли се ради о врховној вредности, правој врховној вредности или RMS, пошто иста вибрација може бити представљена на три начина. Конверзија између г, m/s² и еквивалената брзине или помераја на датој фреквенцији је управо оно што наша Калкулатор убрзања вибрација је за.
Како се мери?
Убрзање се мерено скоро искључиво помоћу Акцелерометар — претварача који механичку силу вибрација конвертује у пропорционални електрични сигнал. пиезоелектрични акцелерометар је најчешће коришћени тип у индустријском надзору стања, цењено због отпорности, тачности и широког, равног фреквенцијског одзива. Његов излаз може се анализирати директно или, преко електронске интеграција, представити као брзина или померај.
4. Практичне апликације у дијагностици
У свакодневној дијагностици, подаци убрзања прецизно идентификују специфичне проблеме:
- Кварови на лежајима: микроскопски дефекти на стазама, ваљцима и куглама стварају мале, високофреквентне ударце. Мерења убрзања — посебно у комбинацији са анализа обвојнице да их демодулирају — примарни су пут ка хватању ових кварова у најранијој, најакцијски могућој фази, често пратећи фреквенције кварова лежајева.
- Анализа зупчаника: високофреквентни садржај од захвата зуба, плус ударци од пукотина или окрњених зуба, јасно се виде у спектру убрзања, често управо на фреквенција зупчаника и њене бочне траке.
- Машине велике брзине: за турбине и брзоходне компресоре доминантне фреквенције се налазе у опсегу где је убрзање најсензитивније, па је често преферовано као укупно мерење.
Управо та свестраност омогућава преносивом двоканалном инструменту као што је Balanset-1A да буде и алат за балансирање и дијагностички инструмент: прикупља убрзање са својих сензора, интегрује га у брзину ради провере степена озбиљности вибрација према ISO 20816 (модерног замењивача за ISO 10816), и користи исте канале за мерење амплитуде и фазе 1× за балансирање на терену.
5. Веза између брзине и помераја
Померај, брзина и убрзање су математички повезани интеграцијом и диференцијацијом. За једноставну синусоидну вибрацију, брзина је интеграл убрзања, а померај је интеграл брзине; обрнуто, диференцијација иде у супротном смеру. Практична последица је да, за исту вибрационо енергију, амплитуде убрзања су природно највеће на високим фреквенцијама, док амплитуде помераја доминирају на ниским фреквенцијама — са брзином у средини и релативно равном кроз средњи опсег. То је управо разлог зашто аналитичари бирају параметар најбоље усклађен са фреквенцијским распоном очекиваног квар: померај за спора кретања вратила, брзина за опште здравље машинског система, и убрзање за брзе, сило-вођене догођаје лежаја и зупчаника.
6. Шта Balanset-1A показује о убрзању
Balanset-1A региструје вибрације MEMS акцелерометрима и приказује брзину вибрација у mm/s RMS, а његов спектар се може посматрати у брзини или у убрзању. Поређење та два приказа је брза провера где се налази енергија вибрација пре него што одлучите да балансирате.
- Поставите оба сензора радијално на крут део кућишта лежаја, тако да цела површина магнета належе. Не постављајте их на заштитне поклопце, поклопце кућишта нити на чеону површину. Сензоре постављајте и премештајте само када је машина заустављена и закључана (lockout).
- Отворите Vibration Meter (F5) и останите на картици Wave Spectrum. Упоредите V1s са V1o. Ако је компонента 1× близу укупне вредности, вибрације су углавном од неуравнотежености. Ако је много мања, већина енергије је у хармоницима и шуму.
- Пребаците избор Spectrum испод графикона са Velocity на Acceleration (m/s2). Убрзање даје већу тежину вишим фреквенцијама, па врхови на 2×, 3× и више расту у односу на 1×. За исту брзину, 3× показује троструко веће убрзање од 1×: при 3000 rpm, 1 mm/s RMS износи око 0.31 m/s2 на 1× (50 Hz) и 0.94 m/s2 на 3× (150 Hz). Задржите курсор изнад врха да бисте у наслову графикона очитали његову фреквенцију и амплитуду.
- Тежину стања процењујте према очитавањима брзине, јер су ISO зоне вибрација дате у mm/s. Да бисте V1s и V2s обојили по зонама, изаберите стандард за оцену вибрација (Vibration evaluation standard) на картици F4 - Settings главног прозора.
- Ако је 1× највећи врх у приказу брзине и V1o је близу V1s, пређите на балансирање. Ако врхови 2× или 3× у приказу брзине достижу величину 1×, прво проверите центрирање (alignment), лежајеве и причвршћење, па тек онда балансирајте. Врх који је велик само у приказу убрзања увећан је због своје фреквенције; проверите га у приказу брзине пре него што поступите.
