Hiểu về Phân tích bậc cho máy tốc độ thay đổi
Phân tích bậc là một kỹ thuật chuyên biệt Phân tích rung động được xây dựng cho các máy không chạy ở một tốc độ duy nhất, ổn định. Thay vì vẽ biên độ so với trục tần số cố định tính bằng Hz hoặc CPM, nó vẽ biên độ so với bậc — bội số của tốc độ vận hànhtức thời của trục. Cấp 1 là rung động chính xác ở 1× (tốc độ chạy), cấp 2 là 2× tốc độ đó, v.v. Bằng cách liên kết phân tích với trục thay vì với đồng hồ, phân tích cấp giữ cho các thành phần liên quan đến tốc độ sắc nét bất kể máy tăng tốc hay suy giảm tốc độ như thế nào.
1. Định nghĩa: Cấp là gì?
MỘT bậc là một hài của tốc độ quay cơ bản. Vì nhiều lỗi máy kích thích rung động ở các bội số nguyên của tốc độ trục, việc biểu thị phổ theo các cấp ánh xạ mỗi đỉnh trực tiếp vào nguyên nhân vật lý. Cấp 1 hầu như luôn mang mất cân bằng; cấp 2 là một dấu hiệu kinh điển của sự không thẳng hàng và các điều kiện mất dính nhất định; các cấp nguyên số cao hơn liên quan đến lưới bánh răng, cánh dẫn hoặc tần số cánh sự kiện gắn với số phần tử trên rotor. Các cấp không nguyên (phân số) chỉ ra không đồng bộ hiện tượng như xoáy dầu hoặc khuyết tật đai. Tóm lại, trục cấp là một bản đồ chẩn đoán đi kèm với rotor.
2. Tại sao FFT tiêu chuẩn lại thất bại trên các máy tốc độ thay đổi
Một Biến đổi Fourier nhanh (FFT) lấy mẫu rung động trong một cửa sổ cố định của thời gian và giả định tốc độ là hằng số đối với cửa sổ đó. Trên một máy tốc độ hằng số, đây là hoàn hảo. Nhưng nếu trục tăng tốc hoặc giảm tốc độ trong khi dữ liệu được thu thập, mỗi thành phần liên quan đến tốc độ trôi dạt qua phổ trong quá trình chụp. Năng lượng của nó được phân tán trên nhiều ngăn tần số liền kề, tạo ra một nốc rộng, thấp, mờ nhạt thay vì một đường sạch. Một đỉnh mất cân bằng 1× mà phải so vượt phổ có thể phẳng lại thành tiếng ồn — không thể đọc chính xác và vô dụng cho xu hướng. Sự smear này là cơ chế tương tự đằng sau rò rỉ phổ, được khuếch đại bởi thay đổi RPM. Phân tích Order được phát triển đặc biệt để vượt qua điều này.
3. Giải pháp: Order Tracking
Kỹ thuật cho phép là theo dõi đơn hàng, và nó phụ thuộc vào đầu vào thứ hai: một máy đo tốc độ quay (hoặc “tacho”) phát động một xung một lần mỗi vòng quay từ trục. Bộ phân tích xem xét dòng xung này — không phải đồng hồ tinh thể nội bộ — là cơ sở thời gian. Thay vì lấy mẫu với các khoảng thời gian cố định (chẳng hạn, mỗi mili giây), nó lấy mẫu với góc nghiêng khoảng (ví dụ, mỗi độ quay). Đây được gọi là lấy mẫu lại trong miền góc.
Hai phương pháp thường dùng. Lấy mẫu phần cứng (đồng bộ) điều khiển bộ chuyển đổi analog-to-digital trực tiếp từ bội số khóa pha của xung tacho, vì vậy mỗi vòng quay luôn tạo ra cùng số lượng mẫu. Theo dõi thứ tự được tính toán (phần mềm) lấy mẫu với tốc độ cố định cao, sau đó kỹ thuật số lại nội suy bản ghi lên các bước góc bằng nhau bằng cách sử dụng thời gian tacho được ghi lại. Dù bằng cách nào, phép biến đổi kết quả được biểu diễn bằng orders, không phải Hz. Nếu máy thay đổi tốc độ, dòng 1× ở lại trong ngăn order thứ nhất dưới dạng đỉnh cao và hẹp — hiệu ứng smear biến mất. Tacho cũng cung cấp một pha tham chiếu, đó là điều cho phép bộ phân tích xây dựng Bode and Nyquist lô đồ thị trong quá trình chạy nhanh.
Ý tưởng chính: phân tích order khóa việc thu thập dữ liệu với trục góc thay vì thời gian, vì vậy rung động đồng bộ tốc độ vẫn sắc nét ở mọi RPM.
4. Ứng dụng chính
Phân tích order là không thể thiếu ở bất cứ nơi nào tốc độ không phải là hằng số:
- Thử nghiệm xe và động cơ: giải quyết rung động của động cơ, hộp số và truyền động trên toàn bộ quét RPM.
- Tuabin gió: tốc độ rotor theo dõi gió liên tục, vì vậy một chế độ xem tần số cố định là vô nghĩa — phân tích order là cần thiết.
- Phân tích run-up và coast-down: bắt giữ rung động khi một máy bắt đầu hoặc dừng là một cách mạnh mẽ để xác định tốc độ tới hạn and các dao động cộng hưởng; order tracking giữ cho kết quả trượt tự do lô đồ thị sạch sẽ và dễ đọc.
- Máy móc đối ứng: máy nén và động cơ mà tốc độ tức thời dao động trong mỗi chu kỳ.
- Máy móc nặng và di động: thiết bị đất, xe khai thác mỏ và các ổ đĩa tốc độ thay đổi khác.
5. Cách Dữ Liệu Phân Tích Bậc Được Hiển Thị
Kết quả được xem trong một số định dạng bổ sung:
- Phổ bậc: biên độ theo các bậc — giống như FFT tiêu chuẩn, nhưng có các bậc trên trục x.
- Waterfall hoặc cascade plot: một tập hợp phổ bậc 3D xếp chồng lên nhau cho thấy biên độ của mỗi bậc thay đổi như thế nào khi tốc độ thay đổi.
- Biểu đồ Bode: biên độ và pha của một bậc được theo dõi (thường là 1× hoặc 2×) được vẽ dựa trên tốc độ máy, là xương sống của thử nghiệm tăng/giảm tốc độ.
- Biểu đồ Campbell: các đường bậc được chồng lên các tần số tự nhiên của hệ thống, do đó một cộng hưởng sẽ xuất hiện ở bất cứ nơi nào một đường bậc cắt nhau với một đường tần số tự nhiên.
A bộ lọc theo dõi có thể cô lập một bậc duy nhất trong thời gian thực để làm việc tinh chỉnh, và Máy tính biểu đồ Campbell giúp dự đoán những nơi mà những giao điểm này sẽ xảy ra trước khi thử nghiệm.
6. Phân Tích Bậc Trong Công Việc Thực Tế Tại Hiện Trường
Trên sàn xưởng, phân tích bậc là nền tảng cho cân bằng trên các máy móc không thể duy trì tốc độ ổn định. Một thiết bị cầm tay hai kênh như Balanset-1A sử dụng máy đo tachometer laser quang học của nó để khóa dữ liệu rung động với góc trục, do đó thành phần mất cân bằng 1× mà nó đo lường cho cân bằng tại hiện trường vẫn sạch ngay cả trên quạt hoặc bơm có RPM dạo động dưới tải. Cách tiếp cận được tham chiếu tacho tương tự cho phép bộ phân tích tách đỉnh đồng bộ với tốc độ 1× khỏi tiếng ồn tần số cố định như tần số lỗi ổ trục, cung cấp một bài đọc đáng tin cậy của vị trí nặng. Trên thực tế, phân tích bậc là điều biến dữ liệu rung động từ một máy tốc độ thay đổi thành điều mà một kỹ sư có thể hành động — chẩn đoán chính xác tình trạng sức khỏe của bất kỳ rotor nào chạy trong một loạt tốc độ.
