Analiza widma drgań: odczyt FFT do diagnozowania usterek to praktyka przekształcania surowej fali drgań maszyny w widmo częstotliwości, tak aby każdą usterkę mechaniczną można było zidentyfikować po częstotliwości, na której pojawia się jej energia. Maszyna obrotowa drga na częstotliwościach powiązanych z jej prędkością obrotową i wewnętrzną geometrią.
Poprzez rozkład sygnału analityk może odróżnić niezrównoważenie od niewspółosiowości, luzy od uszkodzonego łożyska oraz zdrową przekładnię od tej, która urywa zęby, często na tygodnie przed tym, jak usterka stanie się słyszalna lub destrukcyjna.
Czujnik drgań generuje sygnał w dziedzinie czasu: amplitudę naniesioną względem czasu. Sam w sobie jest trudny do odczytania. Szybka transformacja Fouriera (FFT) to wydajny algorytm, który rozkłada przebieg na poszczególne składowe sinusoidalne, które się sumują, tworząc go. Wynikiem jest widmo: amplituda naniesiona względem częstotliwości, gdzie każdy szczyt oznacza odrębne źródło drgań.
Dwa ustawienia decydują o tym, co widmo może ujawnić. Zakres częstotliwości ustawia najwyższą rejestrowaną częstotliwość, a liczba linii rozdzielczości określa, jak dokładnie można rozdzielić blisko położone szczyty. Ponieważ usterki najlepiej wyrażają się jako wielokrotności prędkości wału, analitycy często nanoszą oś x w rzędach (orders), gdzie 1x równa się prędkości obrotowej w hercach (RPM podzielone przez 60).
Te same drgania można wyrazić na trzy sposoby, a wybór decyduje, które usterki będą najbardziej widoczne.
Do oceny ogólnego stanu względem progów zobacz ISO 10816-3 określające nasilenie drgań, które ustala limity prędkości w zależności od klasy maszyny i sposobu montażu.
Niezrównoważenie masy generuje czysty, dominujący szczyt dokładnie przy 1x prędkości obrotowej, kierunkowo promieniowy, z relatywnie małą energią w innych obszarach. Amplituda rośnie z kwadratem prędkości, a faza jest stabilna. Pojedynczy wysoki szczyt 1x z niskimi harmonicznymi to klasyczne rozpoznanie niezrównoważenia.
Niewspółosiowość między sprzęganymi wałami zazwyczaj podnosi szczyt przy 2x prędkości obrotowej i, co ważne, generuje silne drgania osiowe, ponieważ sprzęgło zmusza wały do ugięcia się raz i dwa razy na obrót. Gdy amplituda osiowa przy 1x lub 2x zbliża się do lub przekracza amplitudę promieniową, należy podejrzewać niewspółosiowość lub wygięty wał.
Luzy mechaniczne generują długą serię harmonicznych prędkości obrotowej: 1x, 2x, 3x, 4x i dalej. Luzy konstrukcyjne i zużyte dopasowania mogą także powodować podharmoniki pół-rzędu, takie jak 0,5x, 1,5x i 2,5x.
Wady łożysk tocznych pojawiają się jako energia niesynchroniczna, czyli szczyty na częstotliwościach, które nie są całkowitymi wielokrotnościami prędkości obrotowej. Każda wada ma swoje własne „brzmienie”: częstotliwość przejścia kul przez bieżnię zewnętrzną (BPFO), częstotliwość przejścia kul przez bieżnię wewnętrzną (BPFI), częstotliwość obrotu kul (BSF) oraz podstawowa częstotliwość koszyka (FTF). Pojawiają się one jako niskopoziomowe, wysokoczęstotliwościowe szczyty ponad podniesionym szumem szerokopasmowym; matematyka jest opisana w częstotliwościach defektów łożysk.
Koła zębate drgają przy częstotliwości zazębienia (GMF), równej liczbie zębów pomnożonej przez prędkość obrotową danego wału. Zdrowe zazębienie pokazuje umiarkowany szczyt GMF; rozwijająca się usterka podnosi GMF i otacza go bocznymi składowymi rozmieszczonymi z odstępem równym prędkości obrotowej uszkodzonego koła. Wzrost bocznych składowych jest silnym wskaźnikiem miejscowego uszkodzenia zębów, jak wyjaśniono w częstotliwości zazębienia.
| Usterka | Charakterystyczna częstotliwość | Dominujący kierunek | Wskazówka w widmie |
|---|---|---|---|
| Niezrównoważenie masy | 1x RPM | Promieniowy | Pojedynczy wysoki 1x, niskie harmoniczne |
| Niewspółosiowość kątowa | 1x i 2x RPM | Osiowy | Wysoki osiowy 1x lub 2x |
| Niewspółosiowość równoległa | 2x RPM | Promieniowy | 2x często przewyższa 1x |
| Wygięty wał | 1x i 2x RPM | Osiowy | Dominujący osiowy, stabilna faza |
| Luzy mechaniczne | 1x plus wiele harmonicznych; czasem podharmoniki 0,5x | Promieniowy | Długa seria harmonicznych |
| Łożysko, bieżnia zewnętrzna | BPFO (niecałkowity względem RPM) | Promieniowy | Niesynchroniczne, wysokoczęstotliwościowe |
| Łożysko, bieżnia wewnętrzna | BPFI (niecałkowity względem RPM) | Promieniowy | Boczne składowe przy 1x |
| Uszkodzenie zęba | GMF = liczba zębów x RPM wału | Promieniowy i osiowy | Boczne składowe przy prędkości obrotowej |
| Wir olejowy (łożysko ślizgowe) | 0,42x do 0,48x RPM | Promieniowy | Podsynchroniczny szczyt |
Pojedyncze widmo mówi o stanie aktualnym; linia bazowa pokazuje, co się zmieniło. Zarejestruj widmo odniesienia, gdy maszyna jest znana jako zdrowa, następnie trenduj ogólny poziom i poszczególne piki w czasie przy tej samej prędkości, obciążeniu i punkcie pomiarowym. Spójność jest niezbędna: używaj tej samej lokalizacji czujnika, orientacji i mocowania za każdym razem, ponieważ luźne lub trzymane w ręku czujniki zniekształcają zawartość wysokoczęstotliwościową.
To właśnie łączy zbieranie danych w trasie z szerszym workflow utrzymania ruchu. Wprowadzanie odczytów drgań do Fabrico pozwala zespołom trendować każdy punkt pomiarowy względem jego linii bazowej i automatycznie generować zlecenie pracy oparte na stanie maszyny, gdy pik przekroczy limit alarmowy, dzięki czemu narastający ton łożyska staje się zaplanowaną naprawą zamiast nieplanowanej awarii. Zarezerwuj demo Fabrico, aby zobaczyć przepływ od trasy pomiarowej do zlecenia pracy.
Prędkość jest w przybliżeniu płaska w amplitudzie w paśmie średnim, gdzie występuje większość usterek maszyn obrotowych, więc jeden próg prędkości pokrywa w dużym stopniu niezrównoważenie, niewspółosiowość i luzy. Dlatego standardy nasilenia są napisane w mm/s RMS.
Niezrównoważenie występuje dokładnie przy 1x prędkości obrotowej i jest synchroniczne. Wady łożysk pojawiają się na częstotliwościach niesynchronicznych, które nie są całkowitymi wielokrotnościami prędkości obrotowej, wraz z podniesioną wysokoczęstotliwościową energią szerokopasmową. Jeśli podejrzane szczyty nie pokrywają się z całkowitymi rzędami, należy podejrzewać łożysko.
Ustaw zakres tak, aby uchwycić najwyższą interesującą częstotliwość, typowo kilka wielokrotności częstotliwości zazębienia lub częstotliwości defektów łożysk, i użyj wystarczającej liczby linii rozdzielczości, aby oddzielić blisko położone szczyty, takie jak boczne składowe GMF. Zbyt gruba rozdzielczość zlewa sąsiednie tony w jeden szczyt i ukrywa wczesne usterki.
Zaloguj
Blog
