Vibrationsanalys med Balanset-1A: En nybörjarguide till spektrumdiagnostik

Introduktion: Från balansering till diagnostik — Frigör din vibrationsanalysators fulla potential

Balanset-1A-enheten är främst känd som ett effektivt verktyg för dynamisk balansering. Dess kapacitet sträcker sig dock långt utöver det, vilket gör den till en kraftfull och lättillgänglig vibrationsanalysator. Utrustad med känsliga sensorer och programvara för Fast Fourier Transform (FFT) spektralanalys är Balanset-1A ett utmärkt instrument för omfattande vibrationsanalys. Denna guide överbryggar luckan som lämnats av den officiella manualen och förklarar vad vibrationsdata avslöjar om maskinens hälsa.

Den här guiden är strukturerad sekventiellt för att vägleda dig från grunderna till praktisk tillämpning:

• Avsnitt 1 lägger den teoretiska grunden och förklarar enkelt och tydligt vad vibration är, hur spektralanalys (FFT) fungerar och vilka spektralparametrar som är viktiga för en diagnostiker.
• Avsnitt 2 ger steg-för-steg-instruktioner för att erhålla högkvalitativa och tillförlitliga vibrationsspektra med hjälp av Balanset-1A-enheten i olika lägen, med fokus på praktiska nyanser som inte beskrivs i standardinstruktionen.
• Avsnitt 3 är artikelns kärna. Här kommer "fingeravtrycken" – karakteristiska spektrala tecken på de vanligaste felen: obalans, feljustering, mekanisk glapp och lagerfel – att analyseras noggrant.
• Avsnitt 4 kommer att integrera den förvärvade kunskapen i ett enhetligt system, med praktiska rekommendationer för implementering av övervakning och en enkel beslutsfattande algoritm.

Genom att behärska materialet i den här artikeln kommer du att kunna använda Balanset-1A inte bara som en balanseringsenhet utan också som ett fullfjädrat diagnostiskt komplex på instegsnivå, vilket gör att du kan identifiera problem tidigt, förhindra kostsamma olyckor och avsevärt öka tillförlitligheten hos din driftsutrustning.

Avsnitt 1: Grunderna i vibrations- och spektralanalys (FFT)

1.1. Vad är vibration och varför är det viktigt?

All roterande utrustning, oavsett om det är en pump, fläkt eller elmotor, skapar vibrationer under drift. Vibration är den mekaniska oscillationen hos en maskin eller dess enskilda delar i förhållande till deras jämviktsläge. I ett idealiskt, fullt fungerande tillstånd genererar en maskin en låg och stabil vibrationsnivå – detta är dess normala "driftsljud". Men när defekter uppstår och utvecklas börjar denna vibrationsbakgrund förändras.

Vibration är mekanismens strukturs reaktion på cykliska exciterande krafter. Källorna till dessa krafter kan vara mycket olika:

• Centrifugalkraft på grund av rotorns obalans: Uppstår på grund av ojämn massafördelning i förhållande till rotationsaxeln. Detta är den så kallade "tunga fläcken", som under rotation skapar en kraft som överförs till lagren och maskinhöljet.
• Krafter associerade med geometriska felaktigheter: Feljustering av kopplade axlar, axelböjning, fel i växellådans kuggprofiler – allt detta skapar cykliska krafter som orsakar vibrationer.
• Aerodynamiska och hydrodynamiska krafter: Uppstår under rotation av impellrar i fläktar, rökgassug, pumpar och turbiner.
• Elektromagnetiska krafter: Karakteristisk för elmotorer och generatorer och kan till exempel orsakas av lindningsasymmetri eller förekomsten av kortslutna varv.

Var och en av dessa källor skapar vibrationer med unika egenskaper. Det är därför vibrationsanalys är ett så kraftfullt diagnostiskt verktyg. Genom att mäta och analysera vibrationer kan vi inte bara säga att "maskinen vibrerar kraftigt" utan också, med hög sannolikhet, fastställa grundorsaken. Denna avancerade diagnostiska förmåga är avgörande för alla moderna underhållsprogram.

1.2. Från tidssignal till spektrum: En enkel förklaring av FFT

En vibrationssensor (accelerometer), installerad på lagerhuset, omvandlar mekaniska svängningar till en elektrisk signal. Om denna signal visas på en skärm som en funktion av tiden får vi en tidssignal eller vågform. Denna graf visar hur vibrationsamplituden förändras vid varje tidpunkt.

För ett enkelt fall, såsom ren obalans, kommer tidssignalen att se ut som en slät sinuskurva. Men i verkligheten påverkas en maskin nästan alltid av flera exciterande krafter samtidigt. Som ett resultat är tidssignalen en komplex, till synes kaotisk kurva, från vilken det är praktiskt taget omöjligt att utvinna användbar diagnostisk information.

Det är här ett matematiskt verktyg kommer till undsättning – den snabba Fouriertransformen (FFT). Den kan föreställas som ett magiskt prisma för vibrationssignaler.

Tänk dig att en komplex tidssignal är en stråle av vitt ljus. Den verkar enhetlig och oskiljbar för oss. Men när denna stråle passerar genom ett glasprisma bryts den ner i sina beståndsdelar – röd, orange, gul och så vidare – och bildar en regnbåge. FFT gör detsamma med en vibrationssignal: den tar en komplex kurva från tidsdomänen och sönderdelar den i enkla sinusformade komponenter, som var och en har sin egen frekvens och amplitud.

Resultatet av denna transformation visas i ett diagram som kallas vibrationsspektrum. Spektrumet är det viktigaste arbetsverktyget för alla som utför vibrationsanalys. Det låter dig se vad som döljer sig i tidssignalen: vilka "rena" vibrationer som utgör maskinens totala buller.

1.3. Viktiga spektrumparametrar att förstå

Vibrationsspektrumet som du ser på Balanset-1A-skärmen i lägena "Vibrometer" eller "Diagram" har två axlar, vilket är absolut nödvändigt för diagnostik.

Horisontell axel (X): Frekvens

Denna axel visar hur ofta oscillationer inträffar och mäts i Hertz (Hz). 1 Hz är en fullständig oscillation per sekund. Frekvensen är direkt relaterad till vibrationskällan. Olika mekaniska och elektriska komponenter i en maskin genererar vibrationer vid sina karakteristiska, förutsägbara frekvenser. Genom att känna till frekvensen vid vilken en hög vibrationstopp observeras kan vi identifiera boven i dramat – en specifik enhet eller defekt.

Rotationsfrekvens (1x): Detta är den viktigaste frekvensen inom all vibrationsdiagnostik. Den motsvarar maskinens axels rotationshastighet. Om till exempel en motoraxel roterar med 3000 varv per minut (rpm), blir dess rotationsfrekvens: f = 3000 rpm / 60 s/min = 50 Hz. Denna frekvens betecknas som 1x. Den fungerar som en referenspunkt för att identifiera många andra defekter.

Vertikal axel (Y): Amplitud

Denna axel visar vibrationens intensitet eller styrka vid varje specifik frekvens. I Balanset-1A-enheten mäts amplituden i millimeter per sekund (mm/s), vilket motsvarar root mean square (RMS)-värdet för vibrationshastigheten. Ju högre toppen i spektrumet är, desto mer vibrationsenergi koncentreras vid den frekvensen, och som regel desto allvarligare är den tillhörande defekten.

Övertoner

Harmoniska övertoner är frekvenser som är heltalsmultiplar av grundtonen. Oftast är grundtonen rotationsfrekvensen 1x. Således blir dess övertoner: 2x (andra övertonen) = 2×1x, 3x (tredje övertonen) = 3×1x, 4x (fjärde övertonen) = 4×1x, och så vidare. Förekomsten och den relativa höjden av övertoner bär på avgörande diagnostisk information. Till exempel manifesterar sig ren obalans huvudsakligen vid 1x med mycket låga övertoner. Mekanisk glapp eller axelfeljustering genererar dock en hel "skog" av höga övertoner (2x, 3x, 4x,...). Genom att analysera förhållandet mellan amplituder mellan 1x och dess övertoner kan olika typer av fel urskiljas.

Avsnitt 2: Erhålla ett vibrationsspektrum med hjälp av Balanset-1A

Diagnostikens kvalitet beror direkt på kvaliteten på de initiala uppgifterna. Felaktiga mätningar kan leda till felaktiga slutsatser, onödiga reparationer eller, omvänt, till att man missar en utvecklande defekt. Detta avsnitt ger en praktisk guide till att samla in korrekta och repeterbara data med hjälp av din enhet.

2.1. Förberedelser inför mätningar: Nyckeln till korrekta data

Innan kablar ansluts och programmet startas måste noggrann uppmärksamhet ägnas åt korrekt installation av sensorer. Detta är det viktigaste steget, som avgör tillförlitligheten hos all efterföljande analys.

Monteringsmetod: Balanset-1A levereras med magnetiska sensorbaser. Detta är en bekväm och snabb monteringsmetod, men för att den ska vara effektiv måste flera regler följas. Ytan vid mätpunkten måste vara:

• Rena: Ta bort smuts, rost och flagnande färg.
• Platt: Sensorn måste ligga i jämnhöjd med hela magnetens yta. Montera den inte på rundade ytor eller bulthuvuden.
• Massiv: Mätpunkten ska vara en del av maskinens bärande konstruktion (t.ex. lagerhus), inte ett tunt skyddskåpa eller kylfläns.

För stationär övervakning eller för att uppnå maximal noggrannhet vid höga frekvenser rekommenderas att använda en gängad anslutning (bult) om maskinens konstruktion tillåter.

Plats: Krafter som uppstår under rotorns drift överförs till maskinhuset via lagren. Därför är lagerhusen den bästa platsen att installera sensorer. Försök att placera sensorn så nära lagret som möjligt för att mäta vibrationer med minimal distorsion.

Mätriktning: Vibration är en tredimensionell process. För en fullständig bild av maskinens skick bör mätningar göras i tre riktningar:

• Radiellt horisontellt (H): Vinkelrätt mot axelns axel, i horisontalplanet.
• Radiell vertikal (V): Vinkelrätt mot axelns axel, i det vertikala planet.
• Axial (A): Parallellt med axeln.

Som regel är konstruktionens styvhet i horisontell riktning lägre än i vertikal riktning, så vibrationsamplituden i horisontell riktning är ofta högst. Det är därför den horisontella riktningen ofta väljs för initial bedömning. Axiella vibrationer bär dock på unik information, avgörande för att diagnostisera defekter som axelfeljustering.

Balanset-1A är en tvåkanalig enhet, som i manualen främst behandlas ur ett tvåplansbalanseringsperspektiv. För diagnostik öppnar detta dock upp mycket bredare möjligheter. Istället för att mäta vibrationer på två olika lager kan båda sensorerna anslutas till samma lagerenhet, men i olika riktningar. Till exempel kan sensorkanal 1 installeras radiellt (horisontellt) och sensorkanal 2 axiellt. Samtidig insamling av spektra i två riktningar möjliggör omedelbar jämförelse av axiella och radiella vibrationer, vilket är en standardteknik inom professionell diagnostik för tillförlitlig detektering av feljusteringar. Denna metod utökar enhetens diagnostiska möjligheter avsevärt och går utöver vad som beskrivs i manualen.

2.2. Steg för steg: Använda "Vibrometer"-läget (F5) för snabb bedömning

Detta läge är utformat för driftskontroll av de viktigaste vibrationsparametrarna och är idealiskt för snabb bedömning av maskinens skick "på plats". Förfarandet för att erhålla ett spektrum i detta läge är följande:

1. Anslut sensorer: Installera vibrationssensorer på utvalda punkter och anslut dem till ingångarna X1 och X2 på mätenheten. Anslut laservarvräknaren till ingången X3 och fäst en reflekterande markör på axeln.
2. Starta programmet: I huvudfönstret i Balanset-1A klickar du på knappen "F5 - Vibrationsmätare".
3. Arbetsfönstret öppnas (bild 7.4 i manualen). Dess övre del visar digitala värden: total vibration (V1s), vibration vid rotationsfrekvens (V1o), fas (F1) och rotationshastighet (N varv).
4. Starta mätning: Klicka på knappen "F9 - Kör". Programmet börjar samla in och visa data i realtid.
5. Analysera spektrumet: Längst ner i fönstret finns grafen "Vibrationsspektrum-kanal 1 och 2 (mm/s)". Detta är vibrationsspektrumet. Den horisontella axeln visar frekvensen i Hz och den vertikala axeln visar amplituden i mm/s.

Detta läge möjliggör den första, viktigaste diagnostiska kontrollen, som rekommenderas även i balanseringsmanualen. Jämför värdena för V1s (total vibration) och V1o (vibration vid rotationsfrekvens 1x).

• Om V1s≈V1o betyder det att merparten av vibrationsenergin är koncentrerad vid rotationsfrekvensen. Den främsta orsaken till vibrationerna är troligtvis obalans.
• Om V1s≫V1o indikerar det att en betydande del av vibrationen orsakas av andra källor (feljustering, glapp, lagerfel etc.). I detta fall löser inte enkel balansering problemet, och en djupare analys av spektrumet är nödvändig.

2.3. Steg för steg: Använda "Diagram"-läget (F8) för detaljerad analys

För seriös diagnostik som kräver en mer detaljerad undersökning av spektrumet är läget "Diagram" betydligt bättre. Det ger en större och mer informativ graf, vilket underlättar identifiering av toppar och analys av deras struktur. Förfarandet för att erhålla ett spektrum i detta läge:

1. Anslut sensorerna på samma sätt som för "Vibrometer"-läget.
2. Startläge: Klicka på knappen "F8 - Diagram" i programmets huvudfönster.
3. Välj diagramtyp: I det öppna fönstret (bild 7.19 i manualen) finns en rad med knappar högst upp. Klicka på "F5-Spektrem (Hz)".
4. Fönstret för spektrumanalys öppnas (bild 7.23 i manualen). Den övre delen visar tidssignalen och den nedre, huvudsakliga delen visar vibrationsspektrumet.
5. Starta mätning: Klicka på knappen "F9-Kör". Enheten kommer att utföra en mätning och skapa detaljerade grafer.

Spektrumet som erhålls i detta läge är mycket mer praktiskt för analys. Du kan tydligare se toppar vid olika frekvenser, utvärdera deras höjd och identifiera harmoniska serier. Detta läge rekommenderas för att diagnostisera fel som beskrivs i nästa avsnitt.

Avsnitt 3: Diagnostik av typiska fel med vibrationsspektra (upp till 1000 Hz)

Detta avsnitt är den praktiska kärnan i guiden. Här lär vi oss att läsa spektra och korrelera dem med specifika mekaniska problem. För enkelhets skull och snabb orientering i fält sammanfattas de viktigaste diagnostiska indikatorerna i en konsoliderad tabell. Den kommer att fungera som en snabb referens vid analys av verkliga data.

Tabell 3.1: Sammanfattning av diagnostiska indikatorer

Fel	Primär spektral signatur	Typiska övertoner	Anteckningar
Obalans	Hög amplitud vid 1× rotationsfrekvens	Låg	Radiell vibration dominerar. Amplituden ökar kvadratiskt med hastigheten.
Feljustering	Hög amplitud vid 2× rotationsfrekvens	1×, 3×, 4×	Ofta åtföljd av axiell vibration.
Mekanisk glapp	Flera övertoner 1× ("skog" av övertoner)	1×, 2×, 3×, 4×, 5×...	Subharmoniker (0,5×, 1,5×) kan uppstå vid 1/2x, 3/2x, etc. på grund av sprickor.
Lagerfel	Toppar vid icke-synkrona frekvenser (BPFO, BPFI, etc.)	Flera övertoner av defektfrekvenser	Ofta synliga som sidband runt toppar. Låter som "brus" i det högfrekventa området.
Defekt i kugghjulsingreppet	Högfrekvent kuggingrepp (GMF) och dess övertoner	Sidband runt GMF vid 1x	Indikerar slitage, tandskador eller excentricitet.

Härnäst kommer vi att gå igenom var och en av dessa brister i detalj.

3.1. Obalans: Det vanligaste problemet

Fysisk orsak: Obalans uppstår när en roterande dels (rotorns) masscentrum inte sammanfaller med dess geometriska rotationsaxel. Detta skapar en "tung punkt" som under rotationen genererar en centrifugalkraft som verkar i radiell riktning och överförs till lagren och fundamentet.

Spektrala signaturer: Huvudtecknet är en högamplitudtopp strikt vid rotationsfrekvensen (1x). Vibrationen är övervägande radiell. Det finns två huvudtyper av obalans:

Statisk obalans (ettplan)

Spektrumbeskrivning: Spektrumet domineras helt av en enda topp vid den grundläggande rotationsfrekvensen (1x). Vibrationen är sinusformad, med minimal energi vid andra frekvenser.

Kort beskrivning av spektrala komponenter: Främst en stark 1x rotationsfrekvenskomponent. Lite eller inga högre övertoner (en ren 1x-ton).

Viktig funktion: Stor 1x amplitud i alla radiella riktningar. Vibrationer vid båda lagren är i fas (ingen fasskillnad mellan de två ändarna). Ungefär 90° fasförskjutning observeras ofta mellan horisontella och vertikala mätningar vid samma lager.

Dynamisk obalans (tvåplans / par)

Spektrumbeskrivning: Spektrumet visar också en dominerande frekvenstopp (1x) en gång per varv, liknande statisk obalans. Vibrationer sker vid rotationshastigheten, utan signifikant högre frekvensinnehåll om obalans är det enda problemet.

Kort beskrivning av spektrala komponenter: Dominant 1x RPM-komponent (ofta med en "svajning" eller wobble hos rotorn). Högre övertoner är vanligtvis frånvarande om inte andra fel finns.

Viktig funktion: 1x vibration vid varje lager är ur fas — det är ungefär 180° fasskillnad mellan vibrationerna i rotorns två ändar (vilket indikerar en obalans mellan två vibrationer). Den starka 1x-toppen med detta fasförhållande är ett tecken på dynamisk obalans.

Vad man ska göra: Om spektrumet indikerar obalans måste en balanseringsprocedur utföras. För statisk obalans räcker det med balansering i ett plan (manualavsnitt 7.4), för dynamisk obalans räcker det med balansering i två plan (manualavsnitt 7.5).

3.2. Axelfeljustering: Ett dolt hot

Fysisk orsak: Feljustering uppstår när rotationsaxlarna för två kopplade axlar (t.ex. motoraxel och pumpaxel) inte sammanfaller. När feljusterade axlar roterar uppstår cykliska krafter i kopplingen och lagren, vilket orsakar vibrationer.

Parallell feljustering (förskjutna axlar)

Spektrumbeskrivning: Vibrationsspektrumet uppvisar förhöjd energi vid grundtonen (1x) och dess övertoner 2x och 3x, särskilt i radiell riktning. Vanligtvis är 1x-komponenten dominant med förekommande feljustering, åtföljd av en märkbar 2x-komponent.

Kort beskrivning av spektrala komponenter: Innehåller signifikanta toppar vid 1x, 2x och 3x axelrotationsfrekvenser. Dessa förekommer huvudsakligen i radiella vibrationsmätningar (vinkelrätt mot axeln).

Viktig funktion: Höga 1x och 2x vibrationer i radiell riktning är indikativa. En fasskillnad på 180° mellan radiella vibrationsmätningar på motsatta sidor av kopplingen observeras ofta, vilket skiljer det från ren obalans.

Vinkelfeljustering (lutande axlar)

Spektrumbeskrivning: Frekvensspektrumet visar starka övertoner i axelhastigheten, särskilt en framträdande 2x hastighetskomponent utöver 1x. Vibrationer vid 1x, 2x (och ofta 3x) förekommer, med axiella (längs axeln) vibrationer som betydande.

Kort beskrivning av spektrala komponenter: Märkbara toppar vid 1x och 2x (och ibland 3x) körhastighet. 2x-komponenten är ofta lika stor som eller större än 1x. Dessa frekvenser är uttalade i det axiella vibrationsspektrumet (längs maskinens axel).

Viktig funktion: Relativt hög amplitud för andra harmoniska (2x) jämfört med 1x, kombinerat med stark axiell vibration. Axiella mätningar på vardera sidan om kopplingen är 180° ur fas, ett kännetecken för vinkelfeljustering.

Vad man ska göra: Balansering hjälper inte här. Stoppa enheten och utför en axeluppriktningsprocedur med specialverktyg.

3.3. Mekanisk glapp: "Skrammel" i maskinen

Fysisk orsak: Denna defekt är förknippad med minskad styvhet i strukturella förbindningar: lösa bultar, sprickor i fundamentet, ökat spel i lagersäten. På grund av spel uppstår stötar, vilket bildar ett karakteristiskt vibrationsmönster.

Mekanisk glapp (komponentglapp)

Beskrivning: Spektrumet är rikt på frekvenskomponenter för rotationshastigheten. Ett brett spektrum av heltalsmultiplar av 1x (från 1x till högre ordning, såsom ~10x) med betydande amplituder förekommer. I vissa fall kan även subharmoniska frekvenser (t.ex. 0,5x) förekomma.

Spektrala komponenter: Dominerande är flera frekvenskomponenter av rotationshastigheten (1x, 2x, 3x ... upp till ~10x). Ibland kan fraktionerade (halvtaliga) frekvenskomponenter också förekomma vid 1/2x, 3/2x, etc. på grund av upprepade stötar.

Viktig funktion: Den distinkta "serien av toppar" i spektrumet — många jämnt fördelade toppar vid frekvenser som är heltalsmultiplar av rotationshastigheten. Detta indikerar en förlust av styvhet eller felaktig montering av delar som orsakar upprepade stötar. Förekomsten av många övertoner (och möjligen halva heltalssubharmoner) är en viktig indikator.

Strukturell löshet (löshet i bas/montering)

Beskrivning: I vibrationsspektrumet dominerar ofta vibrationer vid grundfrekvensen eller den dubbla rotationsfrekvensen. Vanligtvis uppträder en topp vid 1x och/eller 2x. Högre övertoner (över 2x) har vanligtvis mycket mindre amplituder jämfört med dessa huvudövertoner.

Spektrala komponenter: Visar övervägande frekvenskomponenter vid 1x och 2x hastigheter på axeln. Andra övertoner (3x, 4x, etc.) är vanligtvis frånvarande eller obetydliga. Komponenten 1x eller 2x kan dominera beroende på typen av glapp (t.ex. en stöt per varv eller två stötar per varv).

Viktig funktion: Märkbart höga toppar vid 1x eller 2x (eller båda) i förhållande till resten av spektrumet, vilket indikerar glapp i lager eller konstruktion. Vibrationen är starkare i vertikal riktning om maskinen är löst monterad. En eller två dominerande toppar av låg ordning med ett litet antal övertoner av hög ordning är karakteristiska för glapp i strukturen eller fundamentet.

Vad man ska göra: En noggrann inspektion av enheten är nödvändig. Kontrollera alla åtkomliga fästbultar (lager, hus). Inspektera ram och fundament för sprickor. Om det finns inre löshet (t.ex. lagersäte) kan demontering av enheten vara nödvändig.

3.4. Defekter i rullager: Tidig varning

Fysisk orsak: Förekomst av defekter (gropar, splittringar, slitage) på rullytorna (innerring, ytterring, rullkroppar) eller på hållaren. Varje gång ett rullkropp rullar över en defekt uppstår en kort stötimpuls. Dessa impulser upprepas med en specifik frekvenskarakteristik för varje lagerelement.

Spektrala signaturer: Lagerdefekter uppträder som toppar vid icke-synkrona frekvenser, dvs. vid frekvenser som inte är heltalsmultiplar av rotationsfrekvensen (1x). Dessa frekvenser (BPFO - yttre lagerdefektfrekvens, BPFI - innerlager, BSF - rullelement, FTF - lagerhållare) beror på lagrets geometri och rotationshastighet. För en nybörjardiagnostiker är det inte nödvändigt att beräkna deras exakta värden. Det viktigaste är att lära sig att känna igen deras närvaro i spektrumet.

Yttre rasdefekt

Spektrumbeskrivning: Vibrationsspektrumet uppvisar en serie toppar som motsvarar den yttre lagerbanans defektfrekvens och dess övertoner. Dessa toppar finns vanligtvis vid högre frekvenser (inte heltalsmultiplar av axelrotation) och indikerar varje gång ett rullelement passerar över den yttre lagerbanans defekt.

Kort beskrivning av spektrala komponenter: Flera övertoner av den yttre lagerbanan med kulpassfrekvens (BPFO) förekommer. Vanligtvis kan 8–10 övertoner av BPFO observeras i spektrumet för ett uttalat fel i den yttre lagerbanan. Avståndet mellan dessa toppar är lika med BPFO (en karakteristisk frekvens som bestäms av lagergeometri och hastighet).

Viktig funktion: Ett tydligt tåg av toppar vid BPFO och dess successiva övertoner är kännetecknet. Förekomsten av ett flertal jämnt fördelade högfrekventa toppar (BPFO, 2xBPFO, 3xBPFO, ...) pekar tydligt på en defekt i det yttre lagerringen.

Inre rasdefekt

Spektrumbeskrivning: Spektrumet för ett inre lagerbanefel visar flera framträdande toppar vid den inre lagerbanefelets frekvens och dess övertoner. Dessutom åtföljs var och en av dessa felfrekvenstoppar vanligtvis av sidbandstoppar med mellanrum mellan drifthastighetsfrekvensen (1x).

Kort beskrivning av spektrala komponenter: Innehåller flera övertoner av den inre banans kulpassfrekvens (BPFI), ofta i storleksordningen 8–10 övertoner. Karakteristiskt moduleras dessa BPFI-toppar av sidband vid ±1x varv/min – vilket innebär att bredvid varje BPFI-överton uppträder mindre sidotoppar, separerade från huvudtoppen med ett belopp som motsvarar axelns rotationsfrekvens.

Viktig funktion: Det tydliga tecknet är närvaron av BPFI-övertoner (Inner Race Defect Frequency Harmonics) med ett sidbandsmönster. Sidbanden som är fördelade med axelhastigheten runt BPFI-övertonerna indikerar att den inre lagerdefekten belastas en gång per varv, vilket bekräftar ett problem med den inre lagerbanan snarare än den yttre lagerbanan.

Defekt i rullelement (kula/rulle)

Spektrumbeskrivning: Ett fel på ett rullelement (kula eller rulle) producerar vibrationer vid rullelementets rotationsfrekvens och dess övertoner. Spektrumet kommer att visa en serie toppar som inte är heltalsmultiplar av axelhastigheten, utan snarare multiplar av kulans/rullens rotationsfrekvens (BSF). En av dessa övertonstoppar är ofta betydligt större än de andra, vilket återspeglar hur många rullelement som är skadade.

Kort beskrivning av spektrala komponenter: Toppar vid den grundläggande rullelementets defektfrekvens (BSF) och dess övertoner. Till exempel BSF, 2xBSF, 3xBSF, etc., kommer att uppstå. Amplitudmönstret för dessa toppar kan i synnerhet indikera antalet skadade element – t.ex. om den andra övertonen är störst kan det tyda på att två kulor/rullar har splittring. Ofta medföljer viss vibration vid lagerbanans felfrekvenser, eftersom skador på rullelementet ofta också leder till lagerbanans skador.

Viktig funktion: Förekomsten av en serie toppar med avstånd mellan BSF (lagerelementets rotationsfrekvens) snarare än axelns rotationsfrekvens identifierar en defekt i rullelementet. En särskilt hög amplitud hos den N:te harmoniska övertonen i BSF antyder ofta att N element är skadade (t.ex. kan en mycket hög 2xBSF-topp indikera två kulor med defekter).

Lagerhållardefekt (lagerhållare / FTF)

Spektrumbeskrivning: En defekt i buren (separatorn) i ett rullningslager ger vibrationer vid burens rotationsfrekvens – den grundläggande tågfrekvensen (FTF) – och dess övertoner. Dessa frekvenser är vanligtvis subsynkrona (under axelhastigheten). Spektrumet visar toppar vid FTF, 2xFTF, 3xFTF, etc., och ofta viss interaktion med andra lagerfrekvenser på grund av modulering.

Kort beskrivning av spektrala komponenter: Lågfrekventa toppar motsvarande burens rotationsfrekvens (FTF) och heltalsmultiplar av den. Till exempel, om FTF ≈ 0,4x axelhastighet, kan man se toppar vid ~0,4x, ~0,8x, ~1,2x etc. I många fall samexisterar en burdefekt med löpningsdefekter, så FTF kan modulera löpningsdefektsignaler och producera summa-/differensfrekvenser (sidband runt löpningsfrekvenser).

Viktig funktion: En eller flera subharmoniska toppar (under 1x) som överensstämmer med lagerhållarens rotationshastighet (FTF) tyder på ett lagerproblem. Detta uppträder ofta tillsammans med andra indikationer på lagerfel. Nyckelsignaturen är närvaron av FTF och dess övertoner i spektrumet, vilket annars är ovanligt om inte lagerhållaren slutar fungera.

Vad man ska göra: Uppkomsten av lagerfrekvenser är en uppmaning till handling. Det är nödvändigt att intensifiera övervakningen av denna enhet, kontrollera smörjtillståndet och börja planera lagerbyte så snart som möjligt.

3.5. Växelfel

Kugghjulets excentricitet / böjd axel

Spektrumbeskrivning: Detta fel orsakar modulering av kugghjulets ingreppsvibrationer. I spektrumet omges kugghjulets ingreppsfrekvens (GMF) av sidbandstoppar med avstånd mellan kugghjulets axelrotationsfrekvens (1x kugghjulets varvtal). Ofta är kugghjulets egen 1x driftshastighetsvibration också förhöjd på grund av den obalansliknande effekten av excentricitet.

Kort beskrivning av spektrala komponenter: Märkbar ökning av amplitud vid kugghjulets ingreppsfrekvens och dess lägre övertoner (t.ex. 1x, 2x, 3x GMF). Tydliga sidband uppträder runt GMF (och ibland runt dess övertoner) med intervall lika med 1x rotationshastigheten för det berörda kugghjulet. Närvaron av dessa sidband indikerar amplitudmodulering av ingreppsfrekvensen genom kugghjulets rotation.

Viktig funktion: Kugghjulsingreppsfrekvens med uttalade sidband vid 1x kugghjulsfrekvensen är det kännetecknande kännetecknet. Detta sidbandsmönster (toppar jämnt fördelade runt GMF beroende på driftshastigheten) indikerar starkt kugghjulets excentricitet eller en böjd kugghjulsaxel. Dessutom kan kugghjulets grundläggande (1x) vibration vara högre än normalt.

Slitage eller skada på kugghjulet

Spektrumbeskrivning: Kuggfel i kugghjulet (såsom slitna eller trasiga kuggar) producerar en ökning av vibrationer vid kugghjulets ingreppsfrekvens och dess övertoner. Spektrumet visar ofta flera GMF-toppar (1xGMF, 2xGMF, etc.) med hög amplitud. Dessutom uppträder ett flertal sidbandsfrekvenser runt dessa GMF-toppar, utspridda av axelns rotationsfrekvens. I vissa fall kan man också observera excitation av kugghjulets naturliga frekvenser (resonanser) med sidband.

Kort beskrivning av spektrala komponenter: Förhöjda toppar vid kugghjulets ingreppsfrekvens (kuggingreppsfrekvens) och dess övertoner (till exempel 2xGMF). Runt varje större GMF-överton finns sidbandstoppar separerade med 1x körhastighet. Antalet och storleken på sidband runt 1x-, 2x-, 3x-GMF-komponenterna tenderar att öka med svårighetsgraden av kuggskador. I allvarliga fall kan ytterligare toppar motsvarande kugghjulets resonansfrekvenser (med sina egna sidband) uppstå.

Viktig funktion: Kännetecknet är flera högamplitudiga kuggnätfrekvensövertoner åtföljda av täta sidbandsmönster. Detta indikerar oregelbunden tandpassage på grund av slitage eller en trasig tand. Ett kraftigt slitet eller skadat kugghjul kommer att uppvisa omfattande sidband (vid intervaller på 1x kugghastigheten) runt nätfrekvenstopparna, vilket skiljer det från ett friskt kugghjul (som skulle ha ett renare spektrum koncentrerat vid GMF).

Vad man ska göra: Uppkomsten av frekvenser relaterade till kugghjulsdrift kräver närmare uppmärksamhet. Det rekommenderas att kontrollera oljeskicket i växellådan för metallpartiklar och att boka en inspektion av växellådan för att bedöma kuggslitage eller skador.

Det är viktigt att förstå att maskiner i verkliga förhållanden sällan lider av bara ett fel. Mycket ofta är spektrumet en kombination av tecken på flera defekter, såsom obalans och feljustering. Detta kan vara förvirrande för en nybörjardiagnostiker. I sådana fall gäller en enkel regel: åtgärda problemet som motsvarar toppen med störst amplitud först. Ofta orsakar ett allvarligt fel (t.ex. allvarlig feljustering) sekundära problem, såsom ökat lagerslitage eller lossning av fästelement. Genom att eliminera grundorsaken kan man avsevärt minska förekomsten av sekundära defekter.

Avsnitt 4: Praktiska rekommendationer och nästa steg

Nu när du behärskar grunderna i spektrumtolkning har du tagit det första och viktigaste steget. Nu är det nödvändigt att integrera denna kunskap i din dagliga underhållspraxis. Detta avsnitt ägnas åt hur man går från engångsmätningar till en systematisk metod och hur man använder den erhållna informationen för att fatta välgrundade beslut.

4.1. Från enskild mätning till övervakning: Trendernas kraft

Ett enda spektrum är bara en "ögonblicksbild" av maskinens tillstånd vid en given tidpunkt. Det kan vara mycket informativt, men dess verkliga värde avslöjas när det jämförs med tidigare mätningar. Denna process kallas tillståndsövervakning eller trendanalys.

Idén är mycket enkel: istället för att bedöma maskinens skick utifrån absoluta vibrationsvärden ("bra" eller "dåligt"), spårar man hur dessa värden förändras över tid. En långsam, gradvis ökning av amplituden vid en viss frekvens indikerar systematiskt slitage, medan ett plötsligt hopp är en larmsignal som indikerar snabb utveckling av ett fel.

Praktiskt tips:

• Skapa ett baslinjespektrum: Genomför en grundlig mätning på ny, nyligen reparerad eller fungerande utrustning. Spara dessa data (spektra och numeriska värden) i Balanset-1A-programarkivet. Detta är ditt "hälsoriktmärke" för den här maskinen.
• Fastställ periodicitet: Bestäm hur ofta du ska utföra kontrollmätningar. För kritiskt viktig utrustning kan detta vara en gång varannan vecka; för hjälputrustning, en gång i månaden eller kvartalet.
• Säkerställ repeterbarhet: Utför varje gång mätningar på samma punkter, i samma riktningar och, om möjligt, under samma driftsförhållanden för maskinen (belastning, temperatur).
• Jämför och analysera: Jämför det erhållna spektrumet med baslinjen och tidigare mätningar efter varje ny mätning. Var uppmärksam inte bara på förekomsten av nya toppar utan även på ökningen av amplituden hos befintliga. En kraftig ökning av amplituden för en topp (t.ex. dubbelt så mycket som vid föregående mätning) är en tillförlitlig signal om en defekt som är under utveckling, även om det absoluta vibrationsvärdet fortfarande ligger inom acceptabla gränser enligt ISO-standarder.

4.2. När ska man balansera och när ska man leta efter en annan orsak?

Det slutgiltiga målet med diagnostik är inte bara att hitta en defekt, utan att fatta rätt beslut om nödvändiga åtgärder. Baserat på spektrumanalys kan en enkel och effektiv beslutsalgoritm byggas.

Aktionsalgoritm baserad på spektrumanalys:

1. Erhåll ett högkvalitativt spektrum med Balanset-1A, helst i "Charts"-läge (F8), genom att göra mätningar i både radiell och axiell riktning.
2. Identifiera toppen med den största amplituden. Den indikerar det dominerande problemet som bör åtgärdas först.
3. Bestäm feltypen med hjälp av frekvensen för denna topp:
   • Om 1x-toppen dominerar: Den mest troliga orsaken är obalans.
     Handling: Utför en dynamisk balanseringsprocedur med hjälp av Balanset-1A-enhetens funktioner.
   • Om 2x-toppen dominerar (särskilt om den är hög i axiell riktning): Den mest troliga orsaken är axelns feljustering.
     Handling: Balanseringen är ineffektiv. Det är nödvändigt att stoppa enheten och utföra axeluppriktning.
   • Om en "skog" av många övertoner (1x, 2x, 3x,...) observeras: Den mest troliga orsaken är mekanisk glapp.
     Handling: Gör en visuell inspektion. Kontrollera och dra åt alla monteringsbultar. Inspektera ramen och fundamentet för sprickor.
   • Om icke-synkrona toppar dominerar i mellan- eller högfrekvensområdet: Den mest troliga orsaken är ett fel på rullageret.
     Handling: Kontrollera smörjningen i lagerenheten. Börja planera lagerbyte. Öka övervakningsfrekvensen för denna enhet för att spåra hastigheten på felutvecklingen.
   • Om kugghjulsnätfrekvensen (GMF) med sidband dominerar: Den mest troliga orsaken är ett växelfel.
     Handling: Kontrollera oljeskicket i växellådan. Boka en växellådans inspektion för att bedöma kuggslitage eller skador.

Denna enkla algoritm möjliggör övergång från abstrakt analys till konkreta, riktade underhållsåtgärder, vilket är det yttersta målet för allt diagnostiskt arbete.

Slutsats

Balanset-1A-enheten, ursprungligen designad som ett specialiserat verktyg för balansering, har betydligt större potential. Möjligheten att erhålla och visa vibrationsspektra förvandlar den till en kraftfull vibrationsanalysator för instegsbruk. Den här artikeln var avsedd att vara en brygga mellan enhetens operativa funktioner som beskrivs i manualen och den grundläggande kunskap som krävs för att tolka de erhållna data från dina vibrationsanalyssessioner.

Att behärska grundläggande färdigheter i spektrumanalys handlar inte bara om att studera teori, utan om att förvärva ett praktiskt verktyg för att öka effektiviteten i ditt arbete. Att förstå hur olika fel – obalans, feljustering, glapp och lagerfel – manifesterar sig som unika "fingeravtryck" på vibrationsspektrumet gör att du kan titta inuti en löpande maskin utan att behöva montera isär den.

Viktiga lärdomar från den här guiden:

• Vibration är information. Varje topp i spektrumet bär information om en specifik process som sker i mekanismen.
• FFT är din översättare. Snabb Fouriertransform översätter vibrationers komplexa och kaotiska språk till frekvensers och amplituders enkla och begripliga språk.
• Diagnostik är mönsterigenkänning. Genom att lära dig att identifiera karakteristiska spektralmönster för större defekter kan du snabbt och noggrant fastställa grundorsaken till ökad vibration.
• Trender är viktigare än absoluta värden. Regelbunden övervakning och jämförelse av aktuella data med baslinjedata är grunden för en prediktiv metod, vilket gör det möjligt att identifiera problem i ett tidigt skede.

Vägen till att bli en säker och kompetent vibrationsanalytiker kräver tid och övning. Var inte rädd för att experimentera, samla in data från olika utrustningar och skapa ditt eget bibliotek med "hälsospektra" och "sjukdomsspektra". Den här guiden har försett dig med en karta och kompass. Använd Balanset-1A inte bara för att "behandla" symtom genom balansering utan också för att ställa en korrekt "diagnos". Denna metod gör att du kan avsevärt öka tillförlitligheten hos din utrustning, minska antalet nödstopp och gå vidare till en kvalitativt ny nivå av underhåll.