vibrationsanalyse hjælper dig med at overvåge og registrere problemer ved hjælp af vibrationsdata. Læs om metoder til vibrationsanalyse, værktøjer og teknikker, målemetoder til vibrationsanalyse og meget mere.

Hvad er vibrationsanalyse?

vibrationsanalyse defineres som en proces til måling af maskinens vibrationsniveauer og frekvenser og derefter ved hjælp af disse oplysninger til at analysere, hvor sunde maskinerne og deres komponenter er. Mens de indre funktioner og formler, der bruges til at beregne forskellige former for vibrationer, kan blive komplicerede, starter det hele med at bruge et accelerometer til at måle vibrationer. Når som helst et stykke maskiner kører, gør det vibrationer. Et accelerometer, der er fastgjort til maskinen, genererer et spændingssignal, der svarer til mængden af vibrationer og frekvensen af vibrationer, som maskinen producerer, normalt hvor mange gange pr.alle data indsamlet fra accelerometeret går direkte ind i en dataindsamler, der registrerer signalet som enten amplitude vs. tid (kendt som tidsbølgeform), amplitude vs. frekvens (kendt som hurtig Fourier-transformation) eller begge dele. Alle disse data analyseres af computerprogramalgoritmer, som igen analyseres af ingeniører eller uddannede vibrationsanalytikere for at bestemme maskinens helbred og identificere mulige forestående problemer som løshed, ubalance, forkert justering, smøreproblemer og mere. Vibrationsanalyse kan registrere problemer som:

• ubalance
• Lejefejl
• mekanisk løshed
• forkert justering
• resonans og naturlige frekvenser
• bøjede aksler
• Gearkassefejl
• tom plads eller bobler (kavitation) i pumper
• kritiske hastigheder

distributør og leverandør af justerings-og vedligeholdelsestræning vibralign bruger eksemplet på at tage en industriel ventilator, fjerne et blæserblad og starte det op. Som forventet vibrerer ventilatoren på grund af et ubalanceret ventilatorhjul. Denne ubalancerede kraft vil forekomme en gang pr. Et andet eksempel ville være et beskadiget lejespor, der får en lejerulle til at generere vibrationer, hver gang den kommer i kontakt med spall (svarende til en huller på en motorvej). Revolution, skal du se et Vibrationssignal på tre gange ventilatorens kørehastighed.

Vibrationsanalysemetode

mens accelerometre stadig er det mest almindelige værktøj, der bruges til at indsamle vibrationsdata, har moderne teknologi og forbedret sensorteknologi givet mulighed for berøringsfri lasersensorer med høj hastighed, der kan registrere problemer, som accelerometre ikke kan. dette giver mulighed for en mere nøjagtig og mere lokal analyse og åbner vibrationsanalyse for mere metodologi. Vibrationsanalyse er generelt opdelt i fire principper, og hvert princip giver dig specifikke oplysninger om arbejdsvilkårene og funktionerne i de vibrerende dele.

1. tidsdomæne: når et Vibrationssignal hentes fra en transducer (enhed, der konverterer en fysisk mængde til et elektrisk signal) og vises på skærmen på et oscilloskop, kaldes det en bølgeform. Dette signal er i tidsdomænet. Tidsdomænet er amplitude plottet mod tiden. Mens de fleste maskinvibrationsproblemer opdages ved hjælp af spektrumanalyse, ses nogle typer lettere i bølgeform.
2. frekvensdomæne: når den tidligere diskuterede bølgeform udsættes for spektrumanalyse, er slutresultatet et billede af frekvens vs. amplitude, kendt som et spektrum. Spektret er i frekvensdomænet, ligesom vibrationen er i tidsdomænet. Mest dybdegående analyse af maskinvibrationer udføres i frekvensdomænet eller ved hjælp af spektrumanalyse.
3. fælles domæne: fordi vibrationssignaler varierer med tiden, kan beregning af mere end et spektrum på en gang være nyttigt. For at gøre dette kan en fælles tidsteknik kaldet Gabor-Vigner-bølger anvendes. Denne teknik bruges til at beregne variationer af den hurtige Fourier-transformation (diskuteret nedenfor), inklusive Korttids Fourier-transformation (STFT).
4. Modal analyse: Modal analyse tager målte frekvensresponsfunktioner af et stykke maskiner og sætter dem i en computermodel. Computermodellen kan vises med animationer af alle de forskellige vibrationstilstande. Modellen kan justeres ved enten at tilføje til eller fjerne ting som masse eller stivhed for at se virkningerne.

uden for disse fire grundlæggende principper ligger adskillige former for analyse, beregninger og algoritmer, der bruges til at bestemme forskellige aspekter af vibrationsanalyse. Disse omfatter:

• tid bølgeform: en tid bølgeform er acceleration vs. tid vises som tabeller og plots. Tid bølgeformer viser en kort tid prøve af rå vibrationer, afslørende spor til tilstanden af maskiner ikke altid klart i frekvensspektret. En metode til at anvende tidsbølgeformvibrationssignaler som et vibrationsanalyseværktøj er ved hjælp af FFT.



• Fast Fourier Transform (FFT): FFT er defineret som en algoritme, der bruges til at beregne et spektrum fra en tidsbølgeform. Med andre ord er det en beregning beregnet til at nedbryde et signal i alle dets frekvenser. Hvis du husker tidsdomæne og frekvensdomæne diskuteret ovenfor, konverterer FFT et signal fra tidsdomænet til frekvensdomænet. Hurtig Fourier-transformation bruges oftest til at detektere maskinfejl som forkert justering eller ubalance.Fasemåling: når vi taler om vibrationsanalyse, er fase en relativ tidsforskel mellem to signaler målt i vinkelenheder i modsætning til tid. Det fungerer kun, hvis de to signaler, der sammenlignes, har samme frekvens. Fasemåling bruges sammen med FFT til at dechiffrere maskinfejl som løse dele, forkert justering og ubalance.
• Ordreanalyse: Ordreanalyse er en variation af FFT-analyse og bruges mest til at kvantificere vibrationer af maskiner med varierende omdrejninger pr. Med andre ord er ordreanalyse frekvensanalyse, hvor spektrumets frekvensakse er vist i ordrer af RPM snarere end Herts. Udtrykket” ordrer ” henviser til en frekvens, der er et multiplum af en referencerotationshastighed. For eksempel, hvis et Vibrationssignal er lig med to gange frekvensen af motorens rotation, er ordren to.
• effektspektral densitet (PSD): effektspektral densitet beregnes ved at multiplicere amplituden fra FFT med dens forskellige former for at normalisere den med frekvensbeholderbredden (bin bredde henviser til de grupperede h-akseværdier). Tænk på PSD som at se på” tilfældige ” vibrationer eller bevægelse ved mange forskellige frekvenser. PSD sammenligner nøjagtigt tilfældige vibrationssignaler, der har forskellige signallængder.



• Envelope analyse: Konvolutanalyse er en form for vibrationsanalyse, der kan registrere påvirkninger med meget lav energi, ofte skjult af andre vibrationssignaler. Det er et populært diagnostisk værktøj til beskadigede tandhjul og rullelejer.
• Orbit: orbit er defineret som et plot af en ærmebærende journals midterlinie. Det måles ved at placere to sonder i lejehuset 90 grader fra hinanden. Data fra disse sonder kan vises digitalt og bruges til at detektere akselvibrationer forårsaget af oliehvirvel – olie, der hvirvler rundt indeni, hvilket får journalen til at bevæge sig.
• Resonansanalyse: Resonansanalyse identificerer alle de naturlige vibrationer og frekvenser i maskiner. Tilstedeværelsen af resonans betyder høj vibration, som kan nå skadelige niveauer.

kategorier af vibrationsmåling

• samlet vibrationsniveau: du kan tænke på at kontrollere det samlede vibrationsniveau som en “grov kontrol” på en maskine. Ved at føle en maskine med din hånd kan du bestemme en generel fornemmelse af, om den kører omtrent over et bredt frekvensbånd. Denne indledende kontrol er bedst på roterende maskiner, især højhastighedsmaskiner. Det er normalt ikke anvendeligt til frem-og tilbagegående maskiner.
• spektral analyse af vibrationer: spektralanalyse er processen med at omdanne et signal fra tidsdomænet til frekvensdomænet. Det gøres ofte ved hjælp af FFT. Signalet analyseres for at bestemme eventuelle væsentlige frekvenser, der kommer fra maskinens komponenter. Hvor der er en top i frekvenssignal, er det den sandsynlige kilde til vibrationer. Almindelige anvendelser til spektralanalyse inkluderer rotationshastigheden for en aksel, eller hvor ofte tandnet forekommer på et par tandhjul.
• diskret frekvensovervågning: Hvis du har brug for at overvåge en bestemt komponent i en maskine, måler diskret frekvensovervågning det vibrationsniveau, der genereres ved en bestemt frekvens, som komponenten forventes at generere. For eksempel, hvis du vil undersøge en bestemt aksel i en maskine, vil du vende overvågningen til maskinens rotationshastighed. Diskret frekvens beregnes ved hjælp af FFT-algoritmen.
• Shock pulse monitoring: Shock pulse monitoring er en forudsigelig vedligeholdelsesteknik, der overvåger rullelejer med et håndholdt instrument. Det håndholdte instrument afgiver en naturlig frekvens, der er ophidset af stød eller vibrationer genereret af rullende lejer. Med andre ord, når to metalstykker rører hinanden, mens de er i bevægelse, udvikles stødbølger fra påvirkningen, der bevæger sig gennem metallet. Denne chokbølge bruges i chokpulsovervågning.
• Kurtosis måling: Kurtosis giver dig et mål for “spikedness” af et tilfældigt signal. Signaler med en højere kurtosis værdi har flere toppe, der er større end tre gange signalets rod middelværdi (RMS) værdi. I vibrationsanalyse bruges kurtosis til at overvåge træthedsudvikling i rullende lejer med et simpelt instrument.Signal averaging: da signaler ændrer sig med tiden, er signal averaging vigtigt i spektrumanalyse, fordi det bestemmer signalets niveau ved hver frekvens. Det er især vigtigt for lavfrekvente målinger, fordi de har brug for en længere gennemsnitstid for at få et statisk nøjagtigt skøn over spektret. Signalgennemsnit anvendes ofte til overvågning af et gear i forhold til dets rotationshastighed. I dette eksempel viser signalgennemsnit dig den cykliske virkning af hver tand i gearet. Hvis en tand har en stor revne, vil den blive detekteret på grund af dens øgede fleksibilitet.cepstrumanalyse: oprindeligt opfundet for at karakterisere seismiske ekkoer produceret af jordskælv og bombeeksplosioner, bruges cepstrum til at se på de gentagne mønstre i et spektrum. Gentagne mønstre i spektret registreres som en eller to komponenter i cepstrummet med flere sæt sidebånd, hvilket kan være forvirrende. Cepstrummet adskiller disse sidebånd som den måde, spektret adskiller gentagne tidsmønstre i bølgeformen. Cepstrumanalyse bruges ofte til at se på interaktioner mellem rotationsfrekvensen for bladede rotorer og bladets passeringsfrekvens. Et andet eksempel er at undersøge gear tand meshing frekvenser og gear rotationshastigheder.

vibrationsanalyse måleparametre

alle disse vibrationsanalyseteknikker hjælper med at identificere tre hovedparametre: acceleration, hastighed (RMS) og forskydning. Hver af disse parametre understreger visse frekvensområder på deres egen måde og kan analyseres sammen for at diagnosticere problemer. Lad os se på hver parameter.

• Acceleration: Acceleration lægger større vægt på høje frekvenser. Et accelerationssignal er dog ikke eksklusivt. Accelerationssignalet kan konverteres til hastighed eller forskydning.
• forskydning: ligesom acceleration lægger større vægt på høje frekvenser, ser forskydning på lave frekvenser. Forskydningsmålinger bruges generelt kun, når man undersøger det brede billede af mekaniske vibrationer. Du kan bruge forskydning til at opdage ubalance i en roterende del på grund af en betydelig forskydning ved rotationsfrekvenserne på maskinens aksel.
• hastighed: hastighed er relateret til den destruktive kraft af vibrationer, hvilket gør den til den vigtigste parameter. Det lægger lige stor vægt på både høje og lave frekvenser. Normalt viser RMS-værdien af hastighed (målt i området fra 10 til 10.000 HS) det bedste tegn på vibrationssværhedsgrad. RMS beregnes ved at multiplicere peak amplitude med 0,707.

nedenfor er et eksempel på, hvordan acceleration, forskydning og hastighed ser ud på det samme signal. Du kan se nogle toppe ved de samme frekvenser, men hver har forskellige amplituder. Dette er et godt billede af, hvordan hver parameter tildeler forskellig betydning for frekvensområder.

Vibrationsanalyseværktøjer og teknologi

avanceret teknologi, især fremskridt inden for trådløs teknologi, har forbedret, hvordan vibrationsanalytikere indsamler, fortolker og deler data. I dag er vibrationsanalysatorer ekstremt bærbare, kommunikerer med smartphones og tablets i realtid og kan generere FFT i ekstremt høj opløsning. Mange vibrationsinstrumentfirmaer udvikler deres egne apps til at kommunikere med hinanden.

en anden form for avanceret teknologi, du vil se med vibrationsanalysetolkningsinstrumenter, er drift af afbøjningsformer (ODS) 3D-simuleringer af maskinvibrationer. I en nøddeskal overdriver denne type programmer vibrationsinducerede bevægelser i en 3D-model, så du kan visualisere de kræfter, der påvirker din maskine, mens den kører.

nogle vibrationsanalyseinstrumentfirmaer tilbyder databaser med tusindvis af lejefejlfrekvenser forudindlæst for at hjælpe dig med at identificere bestemte fejlfrekvenser for dine lejer. Nogle programmer kan løbende overvåge geometrien af dine rullende elementer og advare dig, når der kan opstå for tidlige fejl.

som med den mest avancerede teknologi uploades størstedelen af vibrationsanalysedata automatisk til skyen og er tilgængelig på din mobile enhed, computer eller direkte fra din bro.ser. Dette er især nyttigt, hvis du udfører vibrationsanalyse som tredjepartskonsulent, så du frit kan dele spectra med dine kunder.

fordele ved kontinuerlig Vibrationsovervågning

metoderne og værktøjerne, der diskuteres i denne artikel, er ikke kun gode til at bestemme, hvad der er galt med et udstyr eller maskiner (reaktivt), men de kan også bruges til at fange problemer, før de forårsager betydelig nedetid (proaktiv). Ved hjælp af vibrationsanalyse og overvågning kan du se kvantitativt på strukturel svaghed eller løshed, roterende komponentløshed og om resonans er til stede.

Hvis det implementeres korrekt, hjælper kontinuerlig vibrationsovervågning dig med at optimere maskinens ydeevne. Med brug af moderne teknologi kan du tage kontinuerlige vibrationsaflæsninger på forskellige udstyr i realtid og få dataene sendt direkte til din smartphone, tablet eller desktop via skyen.

• overvåge kritisk udstyr: Kritisk udstyr er ethvert udstyr eller maskine, der kan få dig til at tage et stort økonomisk hit, hvis der opstår en fejl. Kontinuerlig vibrationsovervågning hjælper med at registrere uoverensstemmelser i vibrationsspektret, hvilket kan afsløre smøreproblemer og lejefejl i god tid, før der opstår større problemer.
• Overvåg stærkt brugt udstyr: mange anlæg opererer 24/7 og stopper kun månedligt eller kvartalsvis for rutinemæssig vedligeholdelse. At stoppe mere end dette kan koste planten en betydelig sum penge. Online kontinuerlig vibrationsovervågning hjælper med at overvåge tilstanden af stærkt brugte maskiner eller urolige maskiner og sender advarsler, når denne tilstand ændres.
• Overvåg vanskeligt tilgængeligt udstyr: det er vanskeligt at udføre vedligeholdelse på udstyr, der er placeret på vanskelige steder. Maskiner på hustage, køletårne og dem, der opererer i områder med høj temperatur, kan kontinuerligt overvåges for vibrationsabnormiteter, hvilket gør det muligt at udføre vedligeholdelse på et passende tidspunkt. Dette forhindrer uplanlagt nedetid og forhindrer vedligeholdelsespersonale i at få adgang til disse placeringer unødigt.

vibrationsanalyse casestudie

de værktøjer og teknikker, der anvendes i vibrationsanalyseprocessen, kan være lidt forvirrende på papir, så lad os se på et virkeligt eksempel fra IVC Technologies. Denne særlige casestudie undersøger testningen af en luftbehandlingsenhed i et farmaceutisk anlæg. Enheden er nødvendig for at køre to forsyningsventilatorer med kapacitet for at imødekomme lukkede luftstrømskrav. Luftbehandlingsenheden har to direkte koblede ventilatorer, der hver er udstyret med en 150-horsmotor. Den indledende vurdering af ventilatorenheden viste, at enheden kørte normalt, når en ventilator kørte, men når den anden ventilator var tændt, præsenterede vibrationsproblemer sig på bestemte sætpunkter.

vibrationsanalyse afslørede, at når fan No. 2 var tændt, opstod en lille stigning i vibrationsamplitude på tværs af alle tre Målepunkter, mens fan No. 1 forblev den samme. Test viste, at den højeste amplitude optrådte i motorens påhængsmotor lodret ved 0,456 tommer per sekund, med en dominerende top ved 841 cyklusser pr. Dette indikerede, at problemet kunne være en strukturel resonansvibration, da spektraldata ikke viste andre tegn på mekaniske problemer.

*Information fra IVC Technologies Air Handling Unit Case Study

som konsulent anbefalede IVC Technologies Virksomheden at inspicere rammens struktur og den dynamiske absorber af ventilator nr.2. En bump-test blev også anbefalet for yderligere at lokalisere og analysere resonansvibrationen.