Розуміння частоти в аналізі вібрацій
Частота — це міра того, як часто повторювана подія виникає за одиницю часу; у аналіз вібрації, вона кількісно визначає швидкість коливань об'єкта. Це єдиний найважливіший параметр для діагностики першопричини несправності машини. Тоді як амплітуда tells you the суворість вібрації, частота показує Вам джерело. Зчитавши значення амплітуди, Ви дізнаєтеся, наскільки серйозною є проблема; зчитавши частоту — яка саме це проблема.
1. Визначення: що таке частота вібрації?
Частота описує швидкість циклічного руху — кількість повних коливальних циклів, які здійснює вібруюча деталь за одиницю часу. Ротор, що обертається зі швидкістю 1 800 об/хв, здійснює тридцять оборотів на секунду, тому сила, яку він генерує один раз за оберт, повторюється тридцять разів на секунду. Кожна періодична складова, прихована всередині часова форма сигналу має власну частоту, і розділення цих складових є основою будь-якої діагностичної роботи.
Важливо зазначити, що частота не залежить від амплітуди. Вібрація може бути потужною або ледь відчутною при однаковій частоті; коли несправність розвивається, зазвичай змінюється амплітуда, тоді як частота залишається прив'язаною до фізичного механізму, що її породжує. Саме ця стабільність робить частоту настільки надійним ідентифікатором.
2. Діагностична цінність частоти
Основний принцип вібраційна діагностика полягає в тому, що різні механічні та електричні компоненти генерують вібрацію на конкретних, передбачуваних частотах у міру розвитку несправності. Визначивши, які частоти присутні у вібраційному сигнатурі машини — та наскільки кожна з них виражена, — аналітик може точно встановити компонент, що спричиняє проблему. Це дуже схоже на те, як лікар за допомогою стетоскопа прислухається до характерних звуків, що вказують на різні захворювання.
Кожна потенційна несправність має характерний частотний підпис:
- Дисбаланс: проблема з усім обертовим вузлом, наприклад дисбаланс, проявляється на частоті обертання валу — 1× робоча швидкість.
- Нерівність: проблема в муфті між двома валами, наприклад невідповідність, як правило, проявляється на подвійній частоті обертання («2×), часто з підвищеним 3×.
- Дефекти підшипників: дефект підшипника кочення генерує дробові (не кратні цілому числу) частоти несправностей підшипників що визначаються геометрією доріжок кочення та кульок і швидкістю обертання валу.
- Gear problems: зачеплення зубців створює енергію на частота зачеплення зубчастих коліс (GMF) — кількість зубців, помножена на швидкість шестерні, — нерідко в оточенні бічні смуги.
Оскільки ці сигнатури рідко збігаються, один добре розрізнений спектр дозволяє розмежувати дисбаланс, розцентрування та дефект підшипника, жодного разу не відкриваючи машину.
3. Одиниці вимірювання частоти
Частота виражається в кількох одиницях, і досвідчений аналітик має вільно оперувати всіма ними.
Герц (Гц)
Міжнародна одиниця (СІ). Один герц дорівнює одному циклу на секунду. Це стандарт у наукових і більшості приладових контекстів, і саме ця одиниця використовується на осі частот БПФ-спектру.
Cycles Per Minute (CPM)
Широко застосовується в промисловому обслуговуванні, оскільки безпосередньо пов'язана зі швидкістю обертання, яка вказується в оборотах на хвилину (об/хв). Оскільки в хвилині 60 секунд, перерахунок просто CPM = Гц × 60. Вібрація на частоті 30 Гц, таким чином, відповідає 1 800 CPM — а на машині, що працює зі швидкістю 1 800 об/хв, цей пік знаходиться точно на робочій швидкості, що в одиницях CPM зазвичай впізнати простіше, ніж у Гц.
Замовлення
Порядки є кратними власній робочій швидкості машини: робоча швидкість — це 1-й порядок, подвійна робоча швидкість — 2-й порядок, і так далі. Перевага полягає в тому, що порядки залишаються постійними навіть при зміні швидкості машини — дисбаланс знаходиться на 1-му порядку незалежно від того, чи обертається вал на 900 або 3 600 об/хв, тоді як його частота в Гц змінюється. Це робить порядки незамінними для обладнання зі змінною швидкістю і є основою аналіз замовлень. A free Калькулятор гармонійної частоти перетворює об/хв на відповідні частоти від 1× до 10× за один крок, а конвертер одиниць вібрації виконує перерахунок між Гц та CPM.
4. Як визначається частота
Частоти, приховані у сигналі вібрації, виділяються за допомогою Швидке перетворення Фур'є (ШПФ). An акселерометр фіксує необроблену часову форму сигналу, а алгоритм БПФ розкладає її на частотний спектр — графік, що відображає кожну окрему частоту, яка складає складне коливання, де висота кожного піку показує величину енергії в цій точці. Потім аналітик зіставляє ці піки з наведеними вище сигнатурами несправностей. У польових умовах портативний двоканальний прилад, наприклад Балансет-1а виконує це БПФ безпосередньо на місці, вимірюючи спектри приблизно від 5 Гц до 1000 Гц, щоб пік робочої частоти та його гармоніки можна було зчитати безпосередньо на машині, а імпульс тахометра один раз на оберт точно визначає, який пік відповідає 1×.
5. Зв'язок між частотою, швидкістю та прискоренням
Для заданого рівня вібраційної енергії амплітуди зміщення, швидкість, та прискорення суттєво залежать від частоти, саме тому кожна одиниця переважає у своєму діапазоні:
- Низькі частоти: переміщення найбільше, тому воно є природною одиницею для повільного руху валу.
- Середні частоти: швидкість найбільша і найбільш рівномірна, саме тому інтенсивність вібрації такі стандарти, як ISO 20816 (сучасний наступник ISO 10816) оцінює загальний стан машини за швидкістю вібрації в мм/с.
- Високі частоти: прискорення найбільше, що робить його основною одиницею для тонів підшипників і зубчастих передач.
Вибір невідповідної одиниці для діапазону частот може приховати реальну несправність у рівні шуму; правильний вибір змусить ту саму несправність чітко виділитися на графіку. З цієї точки зору частота є ключем, що розкриває діагностичний потенціал аналізу вібрації — перетворюючи необроблений, заплутаний сигнал на практичну інформацію для технічного обслуговування.
