Аналіз вібрацій за допомогою Balanset-1A: Посібник для початківців з діагностики спектру

Вступ: Від балансування до діагностики — розкриття повного потенціалу вашого вібраційного аналізатора

Пристрій Balanset-1A відомий, перш за все, як ефективний інструмент для динамічного балансування. Однак його можливості виходять далеко за рамки цього, що робить його потужним та доступним аналізатором вібрації. Оснащений чутливими датчиками та програмним забезпеченням для спектрального аналізу за допомогою швидкого перетворення Фур'є (FFT), Balanset-1A є чудовим інструментом для комплексного аналізу вібрації. Цей посібник заповнює прогалину, залишену офіційним посібником, пояснюючи, що дані вібрації показують про стан машини.

Цей посібник структурований послідовно, щоб провести вас від основ до практичного застосування:

• У розділі 1 буде закладено теоретичну основу, просто та зрозуміло пояснено, що таке вібрація, як працює спектральний аналіз (ШПФ) та які спектральні параметри є ключовими для діагноста.
• У розділі 2 будуть наведені покрокові інструкції щодо отримання високоякісних та надійних спектрів вібрацій за допомогою приладу Balanset-1A в різних режимах, з акцентом на практичні нюанси, не описані в стандартній інструкції.
• Розділ 3 є основою статті. Тут будуть ретельно проаналізовані «відбитки пальців» — характерні спектральні ознаки найпоширеніших несправностей: дисбалансу, перекосу, механічної нещільності та дефектів підшипників.
• У розділі 4 отримані знання будуть інтегровані в єдину систему, пропонуючи практичні рекомендації щодо впровадження моніторингу та простий алгоритм прийняття рішень.

Оволодівши матеріалом цієї статті, ви зможете використовувати Balanset-1A не лише як балансувальний пристрій, але й як повноцінний діагностичний комплекс початкового рівня, що дозволить вам виявляти проблеми на ранній стадії, запобігати дорогим аваріям та значно підвищувати надійність вашого обладнання, що працює.

Розділ 1: Основи вібраційного та спектрального аналізу (ШПФ)

1.1. Що таке вібрація і чому вона важлива?

Будь-яке обертове обладнання, чи то насос, вентилятор чи електродвигун, створює вібрацію під час роботи. Вібрація – це механічне коливання машини або її окремих частин відносно їхнього рівноважного положення. В ідеальному, повністю функціональному стані машина генерує низький та стабільний рівень вібрації – це її нормальний «робочий шум». Однак, у міру виникнення та розвитку дефектів, цей вібраційний фон починає змінюватися.

Вібрація – це реакція структури механізму на циклічні збуджуючі сили. Джерела цих сил можуть бути дуже різноманітними:

• Відцентрова сила, спричинена дисбалансом ротора: Виникає через нерівномірний розподіл маси відносно осі обертання. Це так зване «важке місце», яке під час обертання створює силу, що передається на підшипники та корпус машини.
• Сили, пов'язані з геометричними неточностями: Неспіввісність з'єднаних валів, вигин валу, помилки в профілях зубців коробки передач — все це створює циклічні сили, що викликають вібрацію.
• Аеродинамічні та гідродинамічні сили: Виникають під час обертання робочих коліс у вентиляторах, димотягах, насосах і турбінах.
• Електромагнітні сили: Характерно для електродвигунів та генераторів і може бути викликано, наприклад, асиметрією обмотки або наявністю короткозамкнених витків.

Кожне з цих джерел створює вібрацію з унікальними характеристиками. Саме тому аналіз вібрації є таким потужним діагностичним інструментом. Вимірюючи та аналізуючи вібрацію, ми можемо не лише сказати, що «машина сильно вібрує», але й з високим ступенем ймовірності визначити першопричину. Ця розширена діагностична можливість є важливою для будь-якої сучасної програми технічного обслуговування.

1.2. Від часового сигналу до спектру: просте пояснення швидкого перетворення Фур'є (FFT)

Датчик вібрації (акселерометр), встановлений на корпусі підшипника, перетворює механічні коливання на електричний сигнал. Якщо цей сигнал відображається на екрані як функція часу, ми отримуємо часовий сигнал або форму хвилі. Цей графік показує, як змінюється амплітуда коливань у кожен момент часу.

У простому випадку, такому як чистий дисбаланс, сигнал часу виглядатиме як гладка синусоїда. Однак насправді на машину майже завжди одночасно діє кілька збуджуючих сил. В результаті сигнал часу являє собою складну, на перший погляд хаотичну криву, з якої практично неможливо витягти корисну діагностичну інформацію.

Саме тут на допомогу приходить математичний інструмент — швидке перетворення Фур'є (ШПФ). Його можна уявити як чарівну призму для вібраційних сигналів.

Уявіть собі, що складний часовий сигнал – це промінь білого світла. Він здається нам єдиним і нерозрізненим. Але коли цей промінь проходить через скляну призму, він розкладається на складові кольори — червоний, помаранчевий, жовтий тощо, утворюючи веселку. FFT робить те саме з вібраційним сигналом: він бере складну криву з часової області та розкладає її на прості синусоїдальні складові, кожна з яких має свою частоту та амплітуду.

Результат цього перетворення відображається на графіку, який називається спектром вібрацій. Спектр є основним робочим інструментом для будь-кого, хто виконує аналіз вібрацій. Він дозволяє побачити, що приховано в часовому сигналі: які «чисті» вібрації складають загальний шум машини.

1.3. Ключові параметри спектру, які слід розуміти

Спектр коливань, який ви побачите на екрані Balanset-1A в режимах "Віброметр" або "Діаграми", має дві осі, розуміння яких абсолютно необхідне для діагностики.

Горизонтальна вісь (X): Частота

Ця вісь показує частоту коливань і вимірюється в герцах (Гц). 1 Гц – це одне повне коливання за секунду. Частота безпосередньо пов’язана з джерелом вібрації. Різні механічні та електричні компоненти машини генерують вібрацію на своїх характерних, передбачуваних частотах. Знаючи частоту, на якій спостерігається високий пік вібрації, ми можемо визначити винуватця – конкретний вузол або дефект.

Частота обертання (1x): Це найважливіша частота в усіх методах вібраційної діагностики. Вона відповідає швидкості обертання вала машини. Наприклад, якщо вал двигуна обертається зі швидкістю 3000 обертів за хвилину (об/хв), його частота обертання становитиме: f = 3000 об/хв / 60 с/хв = 50 Гц. Ця частота позначається як 1x. Вона служить орієнтиром для виявлення багатьох інших дефектів.

Вертикальна вісь (Y): Амплітуда

Ця вісь показує інтенсивність або силу вібрації на кожній конкретній частоті. У приладі Balanset-1A амплітуда вимірюється в міліметрах за секунду (мм/с), що відповідає середньоквадратичному (RMS) значенню швидкості вібрації. Чим вищий пік у спектрі, тим більше енергії вібрації зосереджено на цій частоті та, як правило, тим серйозніший пов'язаний з нею дефект.

Гармоніки

Гармоніки – це частоти, що є цілочисельними кратними основної частоти. Найчастіше основною частотою є частота обертання 1x. Таким чином, її гармоніки будуть такими: 2x (друга гармоніка) = 2×1x, 3x (третя гармоніка) = 3×1x, 4x (четверта гармоніка) = 4×1x тощо. Наявність та відносна висота гармонік несуть важливу діагностичну інформацію. Наприклад, чистий дисбаланс проявляється переважно при 1x з дуже низькими гармоніками. Однак механічна нещільність або перекіс валу генерують цілий «ліс» високих гармонік (2x, 3x, 4x,...). Аналізуючи співвідношення амплітуд між 1x та її гармоніками, можна розрізнити різні типи несправностей.

Розділ 2: Отримання спектру коливань за допомогою Balanset-1A

Якість діагностики безпосередньо залежить від якості вихідних даних. Неправильні вимірювання можуть призвести до помилкових висновків, непотрібного ремонту або, навпаки, до пропуску дефекту, що розвивається. У цьому розділі наведено практичний посібник зі збору точних і повторюваних даних за допомогою вашого пристрою.

2.1. Підготовка до вимірювань: ключ до точних даних

Перед підключенням кабелів та запуском програми необхідно звернути пильну увагу на правильне встановлення датчиків. Це найважливіший етап, що визначає достовірність усього подальшого аналізу.

Спосіб монтажу: Balanset-1A постачається з магнітними основами датчика. Це зручний та швидкий спосіб монтажу, але для його ефективності необхідно дотримуватися кількох правил. Поверхня в точці вимірювання повинна бути:

• Чистий: Видаліть бруд, іржу та відшаровану фарбу.
• Квартира: Датчик повинен розташовуватися врівень з усією поверхнею магніту. Не встановлюйте його на закруглених поверхнях або головках болтів.
• Масивний: Точка вимірювання повинна бути частиною несучої конструкції машини (наприклад, корпусом підшипника), а не тонким захисним кожухом або ребром охолодження.

Для стаціонарного моніторингу або досягнення максимальної точності на високих частотах рекомендується використовувати різьбове з'єднання (шпильку), якщо дозволяє конструкція машини.

Розташування: Сили, що виникають під час роботи ротора, передаються на корпус машини через підшипники. Тому найкращим місцем для встановлення датчиків є корпуси підшипників. Намагайтеся розмістити датчик якомога ближче до підшипника, щоб вимірювати вібрацію з мінімальними спотвореннями.

Напрямок вимірювання: Вібрація – це тривимірний процес. Для повного уявлення про стан машини вимірювання слід проводити у трьох напрямках:

• Радіально горизонтальний (H): Перпендикулярно до осі вала, в горизонтальній площині.
• Радіальна вертикаль (V): Перпендикулярно до осі вала, у вертикальній площині.
• Осьовий (А): Паралельно осі вала.

Як правило, жорсткість конструкції в горизонтальному напрямку менша, ніж у вертикальному, тому амплітуда коливань у горизонтальному напрямку часто є найбільшою. Саме тому горизонтальний напрямок часто обирають для початкової оцінки. Однак осьова вібрація несе унікальну інформацію, критично важливу для діагностики таких дефектів, як перекіс валів.

Балансет-1А – це двоканальний прилад, який у посібнику розглядається переважно з точки зору двоплощинного балансування. Однак для діагностики це відкриває набагато ширші можливості. Замість вимірювання вібрації на двох різних підшипниках, обидва датчики можна підключити до одного підшипникового вузла, але в різних напрямках. Наприклад, канал датчика 1 можна встановити радіально (горизонтально), а канал датчика 2 – аксіально. Одночасне отримання спектрів у двох напрямках дозволяє миттєво порівнювати осьову та радіальну вібрацію, що є стандартною методикою в професійній діагностиці для надійного виявлення перекосів. Цей метод значно розширює діагностичні можливості приладу, виходячи за рамки того, що описано в посібнику.

2.2. Покрокова інструкція: Використання режиму «Віброметр» (F5) для швидкої оцінки

Цей режим призначений для оперативного контролю основних параметрів вібрації та ідеально підходить для швидкої оцінки стану машини «на місці». Процедура отримання спектру в цьому режимі така:

1. Підключення датчиків: Встановіть датчики вібрації у вибраних точках та підключіть їх до входів X1 та X2 вимірювального блоку. Підключіть лазерний тахометр до входу X3 та прикріпіть світловідбиваючий маркер до валу.
2. Запуск програми: У головному вікні програми Balanset-1A натисніть кнопку «F5 - Вимірювач вібрації».
3. Відкриється робоче вікно (рис. 7.4 в інструкції). У його верхній частині відображатимуться цифрові значення: загальна вібрація (V1s), вібрація на частоті обертання (V1o), фаза (F1) та швидкість обертання (N об/хв).
4. Початок вимірювання: Натисніть кнопку «F9 - Виконати». Програма почне збирати та відображати дані в режимі реального часу.
5. Проаналізуйте спектр: У нижній частині вікна знаходиться графік «Спектр коливань – канал 1 та 2 (мм/с)». Це спектр коливань. Горизонтальна вісь показує частоту в Гц, а вертикальна – амплітуду в мм/с.

Цей режим дозволяє виконати першу, найважливішу діагностичну перевірку, рекомендовану навіть у посібнику з балансування. Порівняйте значення V1s (загальна вібрація) та V1o (вібрація на частоті обертання 1x).

• Якщо V1s≈V1o, це означає, що більша частина коливальної енергії зосереджена на частоті обертання. Основною причиною вібрації, найімовірніше, є дисбаланс.
• Якщо V1s≫V1o, це вказує на те, що значна частина вібрації спричинена іншими джерелами (перекіс, ослаблення кріплення, дефекти підшипників тощо). У цьому випадку просте балансування не вирішить проблему, і необхідний глибший аналіз спектра.

2.3. Покрокова інструкція: використання режиму «Діаграми» (F8) для детального аналізу

Для серйозної діагностики, що потребує детальнішого дослідження спектру, режим "Діаграми" значно кращий. Він забезпечує більший та інформативніший графік, що полегшує ідентифікацію піків та аналіз їх структури. Процедура отримання спектру в цьому режимі:

1. Підключіть датчики так само, як і для режиму "Віброметр".
2. Режим запуску: У головному вікні програми натисніть кнопку «F8 - Діаграми».
3. Виберіть тип діаграми: У вікні, що відкрилося (рис. 7.19 в інструкції), зверху буде ряд кнопок. Натисніть "F5-Спектр (Гц)".
4. Відкриється вікно аналізу спектру (рис. 7.23 в інструкції). У верхній частині буде відображатися часовий сигнал, а в нижній, основній частині – спектр коливань.
5. Початок вимірювання: Натисніть кнопку «F9-Запустити». Пристрій виконає вимірювання та побудує детальні графіки.

Спектр, отриманий у цьому режимі, набагато зручніший для аналізу. Ви можете чіткіше побачити піки на різних частотах, оцінити їх висоту та ідентифікувати гармонічні ряди. Цей режим рекомендується для діагностики несправностей, описаних у наступному розділі.

Розділ 3: Діагностика типових несправностей за спектрами вібрації (до 1000 Гц)

Цей розділ є практичним ядром посібника. Тут ми навчимося читати спектри та співвідносити їх із конкретними механічними проблемами. Для зручності та швидкої орієнтації в цій галузі основні діагностичні показники зведені у зведену таблицю. Вона слугуватиме коротким орієнтиром під час аналізу реальних даних.

Таблиця 3.1: Зведена інформація про діагностичні показники

Розлом	Первинна спектральна сигнатура	Типові гармоніки	Примітки
Дисбаланс	Висока амплітуда при частоті обертання 1×	Низький	Домінує радіальна коливання. Амплітуда зростає квадратично зі швидкістю.
Нерівність	Висока амплітуда при 2× частоті обертання	1×, 3×, 4×	Часто супроводжується осьовою вібрацією.
Механічна розхитаність	Кілька гармонік 1× ("ліс" гармонік)	1×, 2×, 3×, 4×, 5×...	Субгармоніки (0,5×, 1,5×) можуть з'являтися на 1/2x, 3/2x тощо через тріщини.
Дефект підшипника	Піки на несинхронних частотах (BPFO, BPFI тощо)	Кілька гармонік дефектних частот	Часто видно як бічні смуги навколо піків. Звучить як «шум» у діапазоні високих частот.
Дефект зачеплення шестерень	Висока частота зубчастого зачеплення (ЗЗ) та його гармоніки	Бічні смуги навколо GMF при 1x	Вказує на знос, пошкодження зуба або ексцентриситет.

Далі ми детально розглянемо кожен із цих дефектів.

3.1. Дисбаланс: найпоширеніша проблема

Фізична причина: Дисбаланс виникає, коли центр мас обертової деталі (ротора) не збігається з її геометричною віссю обертання. Це створює «важку точку», яка під час обертання генерує відцентрову силу, що діє в радіальному напрямку та передається на підшипники та фундамент.

Спектральні сигнатури: Основною ознакою є пік високої амплітуди, що знаходиться виключно на частоті обертання (1x). Вібрація переважно радіальна. Існує два основних типи дисбалансу:

Статичний дисбаланс (одна площина)

Опис спектру: Спектр повністю характеризується одним піком на основній частоті обертання (1x). Вібрація синусоїдальна, з мінімальною енергією на інших частотах.

Короткий опис спектральних компонентів: В основному сильна складова обертальної частоти 1x. Вищих гармонік мало або взагалі немає (чистий тон 1x).

Ключова характеристика: Велика амплітуда 1x у всіх радіальних напрямках. Вібрація в обох підшипниках синфазна (різниці фаз між двома кінцями немає). Часто спостерігається зсув фаз приблизно на 90° між горизонтальними та вертикальними вимірюваннями в одному й тому ж підшипнику.

Динамічний дисбаланс (двоплощинний / пара)

Опис спектру: Спектр також демонструє домінуючий пік частоти один раз за оберт (1x), подібний до статичного дисбалансу. Вібрація відповідає швидкості обертання, без значного високочастотного вмісту, якщо єдиною проблемою є дисбаланс.

Короткий опис спектральних компонентів: Домінантна складова 1x RPM (часто з "гойданням" або хитанням ротора). Вищі гармоніки зазвичай відсутні, якщо немає інших несправностей.

Ключова характеристика: 1x вібрація на кожному підшипнику поза фазою — між вібрацією на двох кінцях ротора існує різниця фаз приблизно 180° (що вказує на дисбаланс пари). Сильний пік 1x з цим фазовим співвідношенням є ознакою динамічного дисбалансу.

Що робити: Якщо спектр вказує на дисбаланс, необхідно виконати процедуру балансування. Для статичного дисбалансу достатньо одноплощинного балансування (розділ 7.4 інструкції), для динамічного дисбалансу — двоплощинного (розділ 7.5 інструкції).

3.2. Перекіс валів: прихована загроза

Фізична причина: Неспіввісність виникає, коли осі обертання двох з'єднаних валів (наприклад, валу двигуна та валу насоса) не збігаються. При обертанні неспіввісних валів у муфті та підшипниках виникають циклічні сили, що викликають вібрацію.

Паралельне зміщення (зміщені вали)

Опис спектру: Спектр коливань демонструє підвищену енергію на основній частоті (1x) та її гармоніках 2x та 3x, особливо в радіальному напрямку. Як правило, домінує компонент 1x з присутнім зміщенням, що супроводжується помітним компонентом 2x.

Короткий опис спектральних компонентів: Містить значні піки на частотах обертання вала 1x, 2x та 3x. Вони з'являються переважно при вимірюваннях радіальної вібрації (перпендикулярно до вала).

Ключова характеристика: Високі показники вібрації 1x та 2x у радіальному напрямку є показовими. Часто спостерігається різниця фаз 180° між вимірюваннями радіальної вібрації на протилежних сторонах муфти, що відрізняє її від чистого дисбалансу.

Кутове зміщення (похилі вали)

Опис спектру: Частотний спектр демонструє сильні гармоніки швидкості вала, зокрема, помітну складову швидкості обертання 2x на додаток до 1x. З'являється вібрація на 1x, 2x (і часто 3x), причому значною є осьова (уздовж вала) вібрація.

Короткий опис спектральних компонентів: Помітні піки на швидкості руху 1x та 2x (а іноді й 3x). Компонент 2x часто такий самий великий або більший за 1x. Ці частоти яскраво виражені в спектрі осьових коливань (вздовж осі машини).

Ключова характеристика: Відносно висока амплітуда другої гармоніки (2x) порівняно з 1x у поєднанні із сильною осьовою вібрацією. Осьові вимірювання з обох боків муфти зміщені по фазі на 180°, що є ознакою кутового зміщення.

Що робити: Балансування тут не допоможе. Зупиніть агрегат та виконайте процедуру вирівнювання валів за допомогою спеціалізованих інструментів.

3.3. Механічна нещільність: «брязкіт» у машині

Фізична причина: Цей дефект пов'язаний з втратою жорсткості в конструктивних з'єднаннях: ослаблені болти, тріщини у фундаменті, збільшення зазорів у посадкових місцях підшипників. Через зазори виникають удари, що утворюють характерну вібраційну картину.

Механічна нещільність кріплення (нещільність кріплення компонентів)

Опис: Спектр багатий на частотні складові швидкості обертання. З'являється широкий діапазон цілочисельних кратних 1x (від 1x до високих порядків, таких як ~10x) зі значними амплітудами. У деяких випадках також можуть з'являтися субгармонічні частоти (наприклад, 0,5x).

Спектральні компоненти: Домінуючими є множинні частотні складові швидкості обертання (1x, 2x, 3x ... до ~10x). Іноді дробові (напівцілі) частотні складові також можуть бути присутніми при 1/2x, 3/2x тощо через повторювані удари.

Ключова характеристика: Характерна «серія піків» у спектрі — численні рівномірно розташовані піки на частотах, що є цілочисельними кратними швидкості обертання. Це вказує на втрату жорсткості або неправильне складання деталей, що спричиняє повторні удари. Наявність багатьох гармонік (і, можливо, напівцілих субгармонік) є ключовим показником.

Структурна нещільність (нещільність основи/кріплення)

Опис: У спектрі коливань часто домінує коливання на основній або подвійній частоті обертання. Зазвичай пік з'являється на 1x та/або 2x. Вищі гармоніки (вище 2x) зазвичай мають значно менші амплітуди порівняно з цими основними.

Спектральні компоненти: Переважно показує частотні складові при швидкостях вала 1x та 2x. Інші гармоніки (3x, 4x тощо) зазвичай відсутні або незначні. Складова 1x або 2x може домінувати залежно від типу розхитаності (наприклад, один удар на оберт або два удари на оберт).

Ключова характеристика: Помітно високі піки на рівні 1x або 2x (або обох) відносно решти спектру, що вказує на нещільне кріплення підшипників або конструкції. Вібрація сильніша у вертикальному напрямку, якщо машина нещільно встановлена. Один або два домінантні піки низького порядку з невеликою кількістю гармонік вищого порядку характерні для нещільного кріплення конструкції або фундаменту.

Що робити: Необхідно ретельно оглянути агрегат. Перевірте всі доступні кріпильні болти (підшипники, корпус). Огляньте раму та фундамент на наявність тріщин. Якщо є внутрішня нещільність (наприклад, посадочне місце підшипника), може знадобитися розбирання агрегату.

3.4. Дефекти підшипників кочення: раннє попередження

Фізична причина: Виникнення дефектів (ямок, відколів, зносу) на поверхнях кочення (внутрішнє кільце, зовнішнє кільце, тіла кочення) або на сепараторі. Щоразу, коли тіло кочення перекочується по дефекту, виникає короткий ударний імпульс. Ці імпульси повторюються з певною частотою, характерною для кожного елемента підшипника.

Спектральні сигнатури: Дефекти підшипників проявляються у вигляді піків на несинхронних частотах, тобто на частотах, які не є цілочисельними кратними частоті обертання (1x). Ці частоти (BPFO - частота дефекту зовнішнього кільця, BPFI - внутрішнє кільце, BSF - елемент кочення, FTF - сепаратор) залежать від геометрії підшипника та швидкості обертання. Для початківця-діагноста не потрібно розраховувати їх точні значення. Головне - навчитися розпізнавати їх присутність у спектрі.

Дефект зовнішньої обойми

Опис спектру: Спектр вібрацій демонструє серію піків, що відповідають частоті дефекту зовнішнього кільця та його гармонікам. Ці піки зазвичай знаходяться на вищих частотах (не цілочисельних кратних обертання вала) та вказують на кожен раз, коли елемент кочення проходить над дефектом зовнішнього кільця.

Короткий опис спектральних компонентів: Присутні кілька гармонік частоти кульового проходу зовнішнього кільця (BPFO). Зазвичай у спектрі можна спостерігати 8–10 гармонік BPFO для вираженого дефекту зовнішнього кільця. Відстань між цими піками дорівнює BPFO (характеристичній частоті, що визначається геометрією підшипника та швидкістю).

Ключова характеристика: Характерною ознакою є чіткий ланцюжок піків на BPFO та його послідовних гармоніках. Наявність численних рівномірно розташованих високочастотних піків (BPFO, 2xBPFO, 3xBPFO тощо) чітко вказує на дефект підшипника зовнішнього кільця.

Дефект внутрішньої обойми

Опис спектру: Спектр розлому внутрішнього кільця демонструє кілька помітних піків на частоті дефекту внутрішнього кільця та його гармоніках. Крім того, кожен з цих піків частоти розлому зазвичай супроводжується піками бічної смуги, розташованими на частоті швидкості руху (1x).

Короткий опис спектральних компонентів: Містить кілька гармонік частоти кульового проходу внутрішньої обойми (BPFI), часто порядку 8–10 гармонік. Характерно, що ці піки BPFI модулюються бічними смугами на ±1x об/хв, тобто поруч із кожною гармонікою BPFI з'являються менші бічні піки, відокремлені від основного піку на величину, що дорівнює частоті обертання вала.

Ключова характеристика: Ознакою є наявність гармонік частоти дефекту внутрішнього кільця (BPFI) з бічними смугами. Бічні смуги, розташовані на відстані швидкості вала навколо гармонік BPFI, вказують на те, що дефект внутрішнього кільця навантажується один раз за оберт, що підтверджує проблему з внутрішнім кільцем, а не із зовнішнім кільцем.

Дефект елемента кочення (кулька/ролик)

Опис спектру: Дефект елемента кочення (кульки або ролика) викликає вібрацію на частоті обертання елемента кочення та його гармоніках. Спектр покаже серію піків, які не є цілочисельними кратними швидкості валу, а радше кратними частоті обертання кульки/ролика (ЧОРО). Один з цих гармонічних піків часто значно більший за інші, що відображає кількість пошкоджених елементів кочення.

Короткий опис спектральних компонентів: З'являться піки на основній частоті дефекту елемента кочення (BSF) та її гармоніках. Наприклад, BSF, 2xBSF, 3xBSF тощо. Примітно, що амплітудна картина цих піків може вказувати на кількість пошкоджених елементів — наприклад, якщо друга гармоніка найбільша, це може свідчити про відколи двох кульок/роликів. Часто це супроводжується деякою вібрацією на частотах дефекту кочення, оскільки пошкодження елемента кочення зазвичай призводить також до пошкодження кочення.

Ключова характеристика: Наявність серії піків, розташованих на відстані BSF (частота обертання елемента підшипника), а не частота обертання вала, вказує на дефект елемента кочення. Особливо висока амплітуда N-ї гармоніки BSF часто означає, що N елементів пошкоджено (наприклад, дуже високий пік 2xBSF може вказувати на дві кулі з дефектами).

Дефект сепаратора (сепаратор підшипника / FTF)

Опис спектру: Дефект сепаратора (оболонки) в підшипнику кочення призводить до вібрації на частоті обертання оболонки – основній частоті обертання (FTF) – та її гармоніках. Ці частоти зазвичай є субсинхронними (нижче швидкості обертання вала). Спектр показуватиме піки на FTF, 2xFTF, 3xFTF тощо, а часто й деяку взаємодію з частотами інших підшипників через модуляцію.

Короткий опис спектральних компонентів: Низькочастотні піки, що відповідають частоті обертання клітки (ЧОО) та її цілочисельним кратним. Наприклад, якщо ЧОО ≈ 0,4x швидкості вала, ви можете побачити піки приблизно при ~0,4x, ~0,8x, ~1,2x тощо. У багатьох випадках дефект клітки співіснує з дефектами перегонів, тому ЧОО може модулювати сигнали дефектів перегонів, створюючи сумарні/різницеві частоти (бічні смуги навколо частот перегонів).

Ключова характеристика: Один або декілька субгармонікальних піків (нижче 1x), що збігаються зі швидкістю обертання обойми підшипника (FTF), свідчать про проблему з обоймою. Це часто з'являється разом з іншими ознаками несправності підшипника. Ключовою ознакою є наявність FTF та її гармонік у спектрі, що в іншому випадку є рідкістю, якщо тільки обіймач не виходить з ладу.

Що робити: Поява частот підшипників є закликом до дії. Необхідно посилити моніторинг цього вузла, перевірити стан мастила та якомога швидше почати планувати заміну підшипників.

3.5. Несправності шестерень

Ексцентриситет шестерні / Вигнутий вал

Опис спектру: Ця несправність спричиняє модуляцію вібрації зубчастого зачеплення. У спектрі пік частоти зубчастого зачеплення (GMF) оточений піками бічної смуги, розташованими на частоті обертання вала шестерні (1x об/хв шестерні). Часто власна вібрація шестерні, що відповідає 1x швидкості обертання, також підвищена через ефект ексцентриситету, подібний до дисбалансу.

Короткий опис спектральних компонентів: Помітне збільшення амплітуди на частоті зачеплення шестерні та її нижчих гармоніках (наприклад, 1x, 2x, 3x GMF). Чіткі бічні смуги з'являються навколо GMF (а іноді й навколо її гармонік) з інтервалами, що дорівнюють 1x швидкості обертання відповідної шестерні. Наявність цих бічних смуг вказує на амплітудну модуляцію частоти зачеплення обертанням шестерні.

Ключова характеристика: Характерною рисою є частота зачеплення шестерні з яскраво вираженими бічними смугами на частоті, що перевищує 1x. Така схема бічних смуг (піки, рівномірно розташовані навколо GMF залежно від швидкості обертання) чітко вказує на ексцентриситет шестерні або вигнутий вал шестерні. Крім того, основна вібрація шестерні (1x) може бути вищою за норму.

Знос або пошкодження зубів шестерні

Опис спектру: Дефекти зубців шестерень (такі як зношені або поламані зубці) призводять до збільшення вібрації на частоті зачеплення шестерень та її гармоніках. Спектр часто показує кілька піків GMF (1xGMF, 2xGMF тощо) з високою амплітудою. Крім того, навколо цих піків GMF з'являються численні бічні частоти, розташовані на відстані частоти обертання вала. У деяких випадках також можна спостерігати збудження власних частот шестерень (резонансів) з бічними смугами.

Короткий опис спектральних компонентів: Підвищені піки на частоті зачеплення шестерні (частота зачеплення зубів) та її гармоніках (наприклад, 2xGMF). Навколо кожної основної гармоніки GMF є піки бічних смуг, розділені швидкістю обертання 1x. Кількість та розмір бічних смуг навколо компонентів GMF 1x, 2x, 3x мають тенденцію до збільшення зі ступенем пошкодження зубів. У важких випадках можуть з'являтися додаткові піки, що відповідають резонансним частотам шестерні (з власними бічними смугами).

Ключова характеристика: Відмінною рисою є численні високоамплітудні гармоніки частоти зачеплення зубчастих передач, що супроводжуються щільними бічними смугами. Це вказує на нерівномірне проходження зубців через знос або поломку зубців. Сильно зношена або пошкоджена шестерня матиме значні бічні смуги (з інтервалами швидкості, що перевищують 1x передачі) навколо піків частоти зачеплення, що відрізняє її від справної шестерні (яка матиме чистіший спектр, зосереджений на GMF).

Що робити: Поява частот, пов'язаних із зубчастими передачами, потребує пильнішої уваги. Рекомендується перевірити стан оливи в коробці передач на наявність металевих частинок та запланувати огляд коробки передач для оцінки зносу або пошкодження зубців.

Важливо розуміти, що в реальних умовах машини рідко страждають лише від однієї несправності. Дуже часто спектр являє собою поєднання ознак кількох дефектів, таких як дисбаланс та перекіс. Це може заплутати початківця-діагноста. У таких випадках застосовується просте правило: спочатку вирішуйте проблему, що відповідає піку з найбільшою амплітудою. Часто одна серйозна несправність (наприклад, сильний перекіс) викликає вторинні проблеми, такі як підвищений знос підшипників або ослаблення кріплень. Усунувши першопричину, можна значно зменшити прояв вторинних дефектів.

Розділ 4: Практичні рекомендації та наступні кроки

Оволодівши основами інтерпретації спектру, ви зробили перший і найважливіший крок. Тепер необхідно інтегрувати ці знання у вашу щоденну практику технічного обслуговування. Цей розділ присвячений тому, як перейти від разових вимірювань до систематичного підходу та як використовувати отримані дані для прийняття обґрунтованих рішень.

4.1. Від одиничного вимірювання до моніторингу: сила трендів

Один спектр – це лише «моментальний знімок» стану машини в певний момент часу. Він може бути дуже інформативним, але його справжнє значення виявляється при порівнянні з попередніми вимірюваннями. Цей процес називається моніторингом стану або аналізом трендів.

Ідея дуже проста: замість того, щоб оцінювати стан машини за абсолютними значеннями вібрації («хороший» чи «поганий»), ви відстежуєте, як ці значення змінюються з часом. Повільне, поступове збільшення амплітуди на певній частоті вказує на систематичний знос, тоді як раптовий стрибок є сигналом тривоги, що вказує на швидкий розвиток дефекту.

Практична порада:

• Створіть базовий спектр: Проведіть ретельне вимірювання на новому, щойно відремонтованому або свідомо справному обладнанні. Збережіть ці дані (спектри та числові значення) в архіві програми Balanset-1A. Це ваш «еталон справності» для цієї машини.
• Встановити періодичність: Визначте, як часто ви будете проводити контрольні вимірювання. Для критично важливого обладнання це може бути раз на два тижні; для допоміжного обладнання — раз на місяць або квартал.
• Забезпечення повторюваності: Щоразу виконуйте вимірювання в тих самих точках, в тих самих напрямках і, якщо можливо, за тих самих умов роботи машини (навантаження, температура).
• Порівняйте та проаналізуйте: Після кожного нового вимірювання порівнюйте отриманий спектр з базовим та попередніми. Звертайте увагу не лише на появу нових піків, але й на збільшення амплітуди існуючих. Різке збільшення амплітуди будь-якого піку (наприклад, вдвічі порівняно з попереднім вимірюванням) є достовірним сигналом про дефект, що розвивається, навіть якщо абсолютне значення вібрації все ще знаходиться в допустимих межах згідно зі стандартами ISO.

4.2. Коли потрібно збалансувати, а коли шукати іншу причину?

Кінцева мета діагностики — не просто знайти дефект, а прийняти правильне рішення про необхідні дії. На основі спектрального аналізу можна побудувати простий та ефективний алгоритм прийняття рішень.

Алгоритм дій на основі спектрального аналізу:

1. Отримайте високоякісний спектр за допомогою Balanset-1A, бажано в режимі "Діаграми" (F8), проводячи вимірювання як у радіальному, так і в осьовому напрямках.
2. Визначте пік з найбільшою амплітудою. Він вказує на домінуючу проблему, яку слід вирішити в першу чергу.
3. Визначте тип несправності за частотою цього піку:
   • Якщо домінує пік 1x: Найбільш ймовірна причина – дисбаланс.
     Дія: Виконайте процедуру динамічного балансування, використовуючи функціональність пристрою Balanset-1A.
   • Якщо пік 2x домінує (особливо якщо він високий в осьовому напрямку): Найбільш ймовірною причиною є перекіс вала.
     Дія: Балансування неефективне. Необхідно зупинити агрегат та виконати вирівнювання валів.
   • Якщо спостерігається "ліс" з багатьох гармонік (1x, 2x, 3x,...): Найбільш ймовірною причиною є механічна нещільність.
     Дія: Проведіть візуальний огляд. Перевірте та затягніть усі монтажні болти. Огляньте раму та фундамент на наявність тріщин.
   • Якщо в діапазоні середніх або високих частот домінують несинхронні піки: Найбільш ймовірною причиною є дефект підшипника кочення.
     Дія: Перевірте мастило у вузлі підшипника. Почніть планувати заміну підшипника. Збільште частоту моніторингу цього вузла, щоб відстежувати швидкість розвитку дефектів.
   • Якщо домінує частота зачеплення зубчастих передач (GMF) з бічними смугами: Найбільш ймовірна причина – дефект шестерні.
     Дія: Перевірте стан оливи в коробці передач. Заплануйте перевірку коробки передач, щоб оцінити знос або пошкодження зубців.

Цей простий алгоритм дозволяє перейти від абстрактного аналізу до конкретних, цілеспрямованих дій з технічного обслуговування, що є кінцевою метою всієї діагностичної роботи.

Висновок

Прилад «Балансет-1А», спочатку розроблений як спеціалізований інструмент для балансування, має значно більший потенціал. Можливість отримання та відображення спектрів вібрацій перетворює його на потужний аналізатор вібрацій початкового рівня. Ця стаття мала стати сполучною ланкою між експлуатаційними можливостями пристрою, описаного в інструкції, та фундаментальними знаннями, необхідними для інтерпретації отриманих даних під час ваших сеансів вібраційного аналізу.

Оволодіння базовими навичками спектрального аналізу – це не лише вивчення теорії, а й отримання практичного інструменту для підвищення ефективності вашої роботи. Розуміння того, як різні несправності – дисбаланс, перекіс, ослаблення кріплення та дефекти підшипників – проявляються як унікальні «відбитки пальців» на спектрі вібрації, дозволяє зазирнути всередину працюючої машини, не розбираючи її.

Ключові висновки з цього посібника:

• Вібрація – це інформація. Кожен пік у спектрі несе інформацію про певний процес, що відбувається в механізмі.
• FFT – це ваш перекладач. Швидке перетворення Фур'є перетворює складну та хаотичну мову вібрації на просту та зрозумілу мову частот та амплітуд.
• Діагностика — це розпізнавання образів. Навчившись визначати характерні спектральні закономірності для основних дефектів, ви можете швидко та точно визначити першопричину підвищеної вібрації.
• Тенденції важливіші за абсолютні значення. Регулярний моніторинг та порівняння поточних даних з базовими даними є основою прогнозного підходу, що дозволяє виявляти проблеми на найраннішій стадії.

Шлях до того, щоб стати впевненим та компетентним аналітиком вібрацій, вимагає часу та практики. Не бійтеся експериментувати, збирайте дані з різного обладнання та створюйте власну бібліотеку «спектрів здоров'я» та «спектрів захворювань». Цей посібник надав вам карту та компас. Використовуйте Balanset-1A не лише для «лікування» симптомів шляхом балансування, але й для постановки точного «діагнозу». Такий підхід дозволить вам значно підвищити надійність вашого обладнання, зменшити кількість аварійних відключень та перейти на якісно новий рівень обслуговування.