ทำความเข้าใจการวิเคราะห์ออร์เดอร์สำหรับเครื่องจักรความเร็วแปรผัน
การวิเคราะห์ออร์เดอร์ เป็นสิ่งที่เชี่ยวชาญ การวิเคราะห์การสั่นสะเทือน เทคนิคที่ออกแบบมาสำหรับเครื่องจักรที่ไม่ทำงานที่ความเร็วคงที่เดียว แทนที่จะแสดงแอมพลิจูดเทียบกับแกนความถี่คงที่เป็น Hz หรือ CPM มันจะแสดงแอมพลิจูดเทียบกับ ลำดับ — ทวีคูณของความเร็วหมุนที่ชั่วขณะ’ ความเร็วเดินเครื่อง. อันดับที่ 1 คือการสั่นสะเทือนที่ความถี่ 1× (ความเร็วรอบหมุน) พอดี อันดับที่ 2 คือ 2 เท่าของความเร็วนั้น และเป็นเช่นนี้ต่อไป การผูกการวิเคราะห์เข้ากับเพลาหมุนเองแทนที่จะอิงกับเวลานาฬิกา ทำให้การวิเคราะห์อันดับ (order analysis) สามารถแยกองค์ประกอบที่สัมพันธ์กับความเร็วรอบได้อย่างคมชัด ไม่ว่าเครื่องจักรจะเร่งความเร็วหรือค่อย ๆ ลดความเร็วลงก็ตาม
1. คำนิยาม: Order คืออะไร
หนึ่ง ออร์เดอร์ คือฮาร์โมนิกของความเร็วหมุนพื้นฐาน เนื่องจากความเสียหายของเครื่องจักรหลายชนิดกระตุ้นการสั่นสะเทือนที่ทวีคูณจำนวนเต็มของความเร็วเพลา การแสดงสเปกตรัมในรูปของ order จึงแมปแต่ละยอดไปยังสาเหตุทางกายภาพ ลำดับที่ 1 เกือบทั้งหมดมี ความไม่สมดุล; ลำดับที่ 2 เป็นตัวบ่งชี้คลาสสิกของ การจัดตำแหน่งที่ไม่ถูกต้อง และสภาวะการหลวมคงที่บางอย่าง; ลำดับจำนวนเต็มที่สูงกว่านั้นเกี่ยวข้องกับ การขบกันของเฟือง, ใบพัด (vane) หรือ เบลดพาส เหตุการณ์ที่เกี่ยวข้องกับจำนวนองค์ประกอบบนโรเตอร์ ลำดับที่ไม่เป็นจำนวนเต็ม (เศษส่วน) บ่งชี้ ซับซิงโครนัส ปรากฏการณ์เช่น oil whirl หรือความเสียหายของสายพาน โดยสรุป แกน order คือแผนที่วินิจฉัยที่เคลื่อนไปกับโรเตอร์
2. ทำไม FFT มาตรฐานล้มเหลวบนเครื่องจักรที่มีความเร็วแปรผัน
เซนเซอร์แบบทั่วไป การแปลงฟูเรียร์อย่างรวดเร็ว (FFT) สุ่มตัวอย่างการสั่นสะเทือนตลอดหน้าต่างเวลาคงที่ของ เวลา และสันนิษฐานว่าความเร็วคงที่สำหรับหน้าต่างนั้น บนเครื่องจักรที่ความเร็วคงที่นี่ถูกต้องสมบูรณ์ แต่หากเพลาเร่งขึ้นหรือชะลอตัวในขณะที่การเก็บข้อมูล ส่วนประกอบที่เกี่ยวข้องกับความเร็วแต่ละส่วนจะลอยผ่านสเปกตรัมระหว่างการจับภาพ พลังงานของมันจะกระจายไปยังถังความถี่ที่อยู่ติดกันจำนวนมาก สร้างเนินเนื้อที่มีความกว้างและต่ำและเป็นความยุ่งวุ่นแทนที่จะเป็นเส้นที่สะอาด ยอดความไม่สมดุล 1× ที่ควรส่งเสริมสเปกตรัมอาจแบนเป็นเสียงรบกวน — อ่านได้ไม่ถูกต้องและไร้ประโยชน์สำหรับ การติดตามแนวโน้ม. การเลือนนี้เป็นกลไกเดียวกันกับ การรั่วไหลของสเปกตรัมโดยขยายสัญญาณจาก RPM ที่เปลี่ยนแปลง Order analysis ถูกพัฒนาขึ้นโดยเฉพาะเพื่อเอาชนะมัน
3. วิธีแก้ไข: Order Tracking
เทคนิคการเปิดใช้งานคือ การติดตามออร์เดอร์และมันขึ้นอยู่กับอินพุตที่สอง: เครื่องวัดความเร็วรอบ (หรือ “tacho”) ส่งมอบพัลส์ครั้งต่อรอบการปฏิวัติจากเพลา เครื่องวิเคราะห์จัดการรถไฟพัลส์นี้ — ไม่ใช่นาฬิกาสายผลึกภายในของมัน — เป็นฐานเวลา แทนที่จะสุ่มตัวอย่างในช่วงเวลาคงที่ (เช่น ทุกมิลลิวินาที) มันสุ่มตัวอย่างตามช่วง เชิงมุม ของการหมุน (เช่น ทุกองศาของการหมุน) สิ่งนี้เรียกว่า การสุ่มตัวอย่างใหม่ในโดเมนมุม.
วิธีการทั่วไปสองวิธี การสุ่มตัวอย่างฮาร์ดแวร์ (ซิงโครนัส) ขับเคลื่อนตัวแปลงแอนะล็อกเป็นดิจิทัลโดยตรงจากพัลส์ tacho ที่ล็อคเฟสแบบหลายตัว ดังนั้นแต่ละรอบการหมุนจึงให้จำนวนตัวอย่างเท่าเดิมเสมอ การติดตามลำดับที่คำนวณได้ (ซอฟต์แวร์) สุ่มตัวอย่างในอัตราคงที่สูง จากนั้นแล้วแก้ไขค่าบันทึกโดยดิจิทัลลงบนขั้นตอนมุมเท่ากัน โดยใช้ไทมิ่ง tacho ที่บันทึกไว้ ไม่ว่าด้วยวิธีใด การแปลงผลลัพธ์จะแสดงเป็นลำดับ ไม่ใช่ Hz หากเครื่องจักรเปลี่ยนความเร็ว เส้น 1× จะคงที่อยู่ในช่องลำดับที่ 1 เป็นยอดแคบ ยาว — การสั่นระยะไกลหายไป tacho ยังจ่าย เฟส การอ้างอิง ซึ่งเป็นสิ่งที่ช่วยให้เครื่องวิเคราะห์สามารถสร้าง โบเด และ นีควิสต์ กราฟขณะเรียก
ความคิดสำคัญ: การวิเคราะห์ลำดับ ล็อคการได้มาซึ่งข้อมูลกับเพลา มุม แทนที่จะเป็น เวลาดังนั้น การสั่นที่ซิงโครไนซ์ด้วยความเร็วจึงคงความคมชัดไว้ที่ RPM ทุกระดับ
4. การประยุกต์ใช้หลัก
การวิเคราะห์ลำดับ เป็นสิ่งที่ขาดไม่ได้ทุกที่ที่ความเร็วไม่คงที่:
- การทดสอบยานพาหนะและเครื่องยนต์: การแยกแยะการสั่นของเครื่องยนต์ เกียร์ส่งกำลัง และระบบขับเคลื่อนทั่วกวาด RPM ทั้งหมด
- กังหันลม: ความเร็วของโรเตอร์ติดตามลมอย่างต่อเนื่อง ดังนั้นมุมมองความถี่คงที่จึงไม่มีความหมาย — การวิเคราะห์ลำดับจึงเป็นสิ่งจำเป็น
- การวิเคราะห์การเพิ่มขึ้นและการเสื่อมลง: การจับภาพการสั่นขณะเครื่องจักรเริ่มหรือหยุด เป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพในการค้นหา ความเร็ววิกฤต และ การสั่นพ้องการติดตามลำดับทำให้ ช่วงปล่อยลดความเร็ว กราฟสะอาดและอ่านได้
- เครื่องจักรแบบลูกสูบ: คอมเพรสเซอร์และเครื่องยนต์ที่มีความเร็วชั่วขณะผันผวนภายในแต่ละรอบ
- เครื่องจักรหนักและเคลื่อนที่ได้: อุปกรณ์ขุดดิน ยานพาหนะขุดเหมือง และการขับเคลื่อนความเร็วแปรผันอื่นๆ
5. วิธีการแสดงผลข้อมูลการวิเคราะห์อันดับ
ผลลัพธ์จะแสดงในรูปแบบเสริมประกอบกันหลายรูปแบบ:
- สเปกตรัมลำดับ: แอมพลิจูดเทียบกับอันดับ — เหมือนกับ FFT มาตรฐาน แต่มีอันดับบนแกน x
- วอเตอร์ฟอลล์ หรือ คาสเคด พล็อต: ชุด 3 มิติแบบซ้อนของสเปกตรัมอันดับ แสดงว่าแอมพลิจูดของแต่ละอันดับเปลี่ยนแปลงอย่างไรเมื่อความเร็วเปลี่ยน
- กราฟโบด: แอมพลิจูดและเฟสของอันดับ (order) ที่ติดตามหนึ่งอันดับ (โดยทั่วไปคือ 1× หรือ 2×) พล็อตเทียบกับความเร็วเครื่องจักร ซึ่งเป็นแกนหลักของการทดสอบ run-up/coast-down
- แผนภาพแคมป์เบลล์: เส้นอันดับวางทับบนความถี่ธรรมชาติของระบบ ดังนั้นการสั่นพ้องจะปรากฏขึ้นทุกที่ที่เส้นอันดับตัดผ่านเส้นความถี่ธรรมชาติ
A ตัวกรองการติดตาม สามารถแยกอันดับเดียวแบบเรียลไทม์เพื่องานสอบเทียม และ เครื่องคำนวณแผนภาพแคมป์เบลล์ ช่วยทำนายว่าการข้ามเหล่านั้นจะเกิดขึ้นในตำแหน่งใดก่อนการทดสอบ
6. การวิเคราะห์อันดับในงานระดับสนามปฏิบัติ
บนพื้นที่ทำงาน การวิเคราะห์อันดับรองรับการทำสมดุลบนเครื่องจักรที่ไม่สามารถรักษาความเร็วที่คงที่ได้ เครื่องมือออปติกสองช่องสัญญาณแบบพกพา เช่น Balanset-1A ใช้แท็กโคมิเตอร์เลเซอร์ออปติกของตัวเองเพื่อล็อกข้อมูลการสั่นสะเทือนไปยังมุมเพลา ดังนั้นส่วนประกอบความไม่สมดุล 1× ที่วัดได้สำหรับ การถ่วงสมดุลภาคสนาม ยังคงสะอาดแม้ว่าจะเป็นพัดลมหรือปั๊มที่ RPM ลดลงภายใต้โหลด วิธีการอ้างอิงแท็กโคเดียวกันช่วยให้ตัววิเคราะห์แยกจุดสูงสุด 1× ที่ซิงโครไนซ์ความเร็วจากสัญญาณรบกวนความถี่คงที่ เช่น ความถี่ความผิดพลาดของตลับลูกปืนให้การอ่านค่าที่น่าเชื่อถือของจุดหนัก ในความเป็นจริง การวิเคราะห์อันดับคือสิ่งที่เปลี่ยนข้อมูลการสั่นสะเทือนจากเครื่องจักรที่มีความเร็วไม่คงที่เป็นสิ่งที่วิศวกรสามารถดำเนินการได้ — วินิจฉัยสุขภาพของโรเตอร์ที่ทำงานในช่วงของความเร็วได้อย่างแม่นยำ
