Kurtosis i vibrationsanalys för feldetektering

Definition: Vad är Kurtosis?

Kurtosis är en statistisk parameter som beskriver formen på en sannolikhetsfördelning. Vid vibrationsanalys tillämpas den på tidsvågformssignalen för att mäta dess "topphet" eller "impulsivitet". En signal med hög kurtos kännetecknas av skarpa, distinkta toppar eller stötar, medan en signal med låg kurtos är plattare eller mer rundad. Den ger ett enda numeriskt värde som kan indikera en förändring i vibrationssignalens underliggande karaktär, även om den totala energin (RMS-värdet) inte har förändrats signifikant.

Det diagnostiska värdet av kurtos

Kurtos primära värde vid tillståndsövervakning är dess höga känslighet för tidiga, impulsiva felMånga mekaniska defekter börjar som mikroskopiska sprickor eller splittringar. När dessa utvecklande fel kommer i kontakt genererar de kortvariga, högfrekventa stötar. Dessa stötar orsakar skarpa toppar i vibrationsvågformen, vilket dramatiskt ökar kurtosvärdet långt innan felet har vuxit sig tillräckligt stort för att påverka maskinens totala RMS-vibrationsnivå.

Kurtosis är därför ett utmärkt verktyg för:

• Tidig upptäckt av lagerfel: Det är en av de mest effektiva metoderna för att upptäcka de allra första tecknen på splittring av en lagerbana eller ett rullelement.
• Detektering av kuggfel: En sprucken eller trasig kugghjulstand ger en tydlig stöt per varv, vilket lätt upptäcks genom ett stigande kurtosvärde.
• Upptäcka intermittenta skav eller stötar: Alla icke-enhetliga, påverkande händelser i en maskin kan framhävas med denna mätning.

Tolkning av Kurtosis-värden

Kurtos är ett normaliserat värde. För en perfekt gaussisk (normal) fördelning, vilket är typiskt för den slumpmässiga bakgrundsvibrationen i en frisk maskin, är kurtosvärdet **3,0**. Avvikelser från detta värde är diagnostiskt signifikanta:

• Kurtos ≈ 3,0: Indikerar att vibrationen är slumpmässig och Gaussisk, vilket tyder på normal och hälsosam drift.
• Kurtos > 3.0: Indikerar att signalen blir mer "topp" eller impulsiv än normalt. Ett stigande kurtosvärde är ett tydligt varningstecken på att stötar är på gång. Värden på 5, 10 eller ännu högre är vanliga när det finns betydande lager- eller växelfel.
• Kurtosis < 3.0: Indikerar att signalen är flackare än en normalfördelning. Detta kan ibland inträffa vid vissa typer av gnidning eller när signalen domineras av en mycket ren, sinusformad vibration.

Kurtosis-livscykeln för ett lagerfel

När man spårar ett lagerfel från början till slut följer kurtosvärdet ofta ett förutsägbart mönster:

1. Hälsosamt stadium: Kurtosis är stabil och nära 3,0.
2. Tidigt felstadium: En mikroskopisk defekt bildas. Skarpa, tydliga stötar genereras, vilket gör att kurtosen ökar avsevärt (t.ex. till 5,0 eller högre). Den totala RMS-vibrationen kan fortfarande vara låg. Detta är den ideala tidpunkten att upptäcka felet.
3. Utvecklad felfas: Allt eftersom defekten blir större och sprider sig blir stötarna mer frekventa och mindre distinkta. Signalen börjar likna slumpmässigt brus igen, om än på en mycket högre energinivå. Följaktligen kan kurtosvärdet *minska* och återgå mot 3,0, medan RMS-vibrationsnivån nu börjar stiga dramatiskt.
4. Sent/misslyckande skede: Lagret är svårt skadat och vibrationerna är höga och ofta slumpmässiga. Kurtosis ligger kvar nära 3,0, men RMS-värdet är nu larmgivande.

Denna livscykel belyser varför kurtos är så värdefull. Den "sweet spot" för detektering är i de tidiga stadierna när kurtos ökar. Att enbart förlita sig på RMS skulle innebära att felet inte detekteras förrän det redan har blivit betydande.

Begränsningar

Även om kurtos är kraftfull bör den användas tillsammans med andra tekniker som spektrum- och vågformsanalys. Den kan vara känslig för slumpmässiga, icke-maskinrelaterade stötar, så den används bäst som en trendparameter. En konsekvent ökning av kurtos över tid är en mycket mer tillförlitlig indikator än en enda hög avläsning.

← Tillbaka till huvudmenyn