A rezgéselemzés segít a rezgési adatok felhasználásával nyomon követni és felismerni a problémákat. Olvassa el a rezgésanalízis módszertanát, eszközeit és technikáit, rezgésanalízis mérési módszereit és még sok mást.

mi a rezgéselemzés?

a rezgéselemzés a gépek rezgési szintjének és frekvenciájának mérésére szolgáló folyamat, majd ezen információk felhasználásával elemzi, hogy a gépek és alkatrészeik mennyire egészségesek. Míg a rezgés különböző formáinak kiszámításához használt belső működés és képletek bonyolulttá válhatnak, mindez egy gyorsulásmérő használatával kezdődik a rezgés mérésére. Bármikor, amikor egy gép működik, rezgéseket okoz. A géphez csatlakoztatott gyorsulásmérő feszültségjelet generál, amely megfelel a rezgés mennyiségének és a gép által előállított rezgés frekvenciájának, általában másodpercenként vagy percenként hányszor fordul elő a rezgés.

a gyorsulásmérőből gyűjtött összes adat közvetlenül egy adatgyűjtőbe (szoftverbe) kerül, amely a jelet amplitúdó vs.idő (más néven időhullámforma), amplitúdó vs. frekvencia (gyors Fourier-transzformáció néven ismert), vagy mindkettő. Mindezeket az adatokat számítógépes program algoritmusok elemzik, amelyeket mérnökök vagy képzett rezgéselemzők elemeznek, hogy meghatározzák a gép egészségét, és azonosítsák a lehetséges közelgő problémákat, mint például a lazaság, a kiegyensúlyozatlanság, az eltérés, a kenési problémák stb. A rezgéselemzés olyan problémákat képes észlelni, mint például:

• egyensúlyhiány
• Csapágyhibák
• mechanikai lazaság
• eltérés
• rezonancia és természetes frekvenciák
• elektromos motorhibák
• hajlított tengelyek
• sebességváltó meghibásodások
• üres hely vagy buborékok (kavitáció) a szivattyúkban
• kritikus sebességek

forgalmazó és beállító és karbantartó képzés Szolgáltató VibrAlign használja az ipari ventilátor felvételének példáját, a ventilátorlapát eltávolítását és indítását. Ahogy az várható volt, a ventilátor rezeg a kiegyensúlyozatlan ventilátorkerék miatt. Ez a kiegyensúlyozatlan erő a ventilátor fordulatonként egyszer fordul elő. Egy másik példa egy sérült csapágypálya, amelynek következtében a csapágyhenger rezgést generál minden alkalommal, amikor érintkezik a spall-lal (hasonlóan az autópálya kátyújához). Ha fordulatonként három csapágyhenger éri el a spallot, akkor a ventilátor futási sebességének háromszorosának rezgésjelét kell látnia.

Rezgéselemzési módszertan

míg a gyorsulásmérők továbbra is a leggyakoribb eszköz a rezgési adatok gyűjtésére, a modern technológia és a továbbfejlesztett érzékelőtechnika lehetővé tette az érintés nélküli, nagy sebességű lézerérzékelőket, amelyek képesek észlelni a gyorsulásmérők problémáit. ez pontosabb és lokalizáltabb elemzést tesz lehetővé, és megnyitja a rezgéselemzést több módszertanhoz. A rezgéselemzés általában négy alapelvre oszlik, és mindegyik elv konkrét információkat nyújt a vibráló alkatrészek munkakörülményeiről és jellemzőiről.

1. időtartomány: amikor egy rezgésjelet egy jelátalakítóból (egy fizikai mennyiséget elektromos jellé konvertáló eszközből) vesznek fel, és az oszcilloszkóp képernyőjén megjelenik, azt hullámformának nevezzük. Ez a jel az időtartományban van. Az idő tartomány amplitúdó ábrázoljuk idővel. Míg a legtöbb gépi rezgési problémát spektrumanalízissel észlelik, egyes típusok könnyebben láthatók a hullámformában.
2. frekvenciatartomány: amikor a korábban tárgyalt hullámformát spektrum elemzésnek vetik alá, a végeredmény a frekvencia vs. amplitúdó, spektrum néven ismert. A spektrum a frekvenciatartományban van, mint a rezgés az időtartományban. A gépek rezgésének legtöbb mélyreható elemzését a frekvenciatartományban vagy a spektrum elemzés.
3. közös tartomány: mivel a rezgésjelek idővel változnak, egyszerre több spektrum kiszámítása hasznos lehet. Ehhez a Gábor-Wigner-Wavelet nevű közös idő technika használható. Ezt a technikát használják a gyors Fourier-transzformáció variációinak kiszámításához (alább tárgyaljuk), beleértve a rövid idejű Fourier-transzformációt (STFT).
4. modális elemzés: A modális elemzés egy gép mért frekvenciaválasz funkcióit veszi fel, és számítógépes modellbe helyezi őket. A számítógépes modell a különböző rezgési módok animációival jeleníthető meg. A modell beállítható úgy, hogy hozzáadunk vagy elveszünk olyan dolgokat, mint a tömeg vagy a merevség, hogy lássuk a hatásokat.

Ezen a négy alapelven kívül számos analízis, számítás és algoritmus található, amelyeket a rezgésanalízis különböző aspektusainak meghatározására használnak. Ezek a következők:

• idő hullámforma: az idő hullámforma gyorsulás vs. az idő táblázatokként és ábrákként jelenik meg. Az időhullámok a nyers rezgés rövid idejű mintáját mutatják, feltárva a gépek állapotára vonatkozó nyomokat, amelyek nem mindig egyértelműek a frekvenciaspektrumban. Az időhullám alakú rezgésjelek rezgéselemző eszközként történő alkalmazásának módszere az FFT használata.



• gyors Fourier-transzformáció (FFT): az FFT egy algoritmus, amelyet egy spektrum kiszámításához használnak egy időhullámból. Más szavakkal, ez egy számítás, amelynek célja a jel minden frekvenciájára történő lebontása. Ha visszahívja a fent tárgyalt időtartományt és frekvenciatartományt, az FFT átalakítja az időtartományból származó jelet a frekvenciatartományba. A gyors Fourier-transzformációt leggyakrabban a géphibák, például az eltérés vagy az egyensúlyhiány észlelésére használják.
• Fázismérés: amikor rezgéselemzésről beszélünk, a fázis egy relatív időbeli különbség két jel között, szögegységekben mérve, szemben az idővel. Csak akkor működik, ha a két összehasonlított jel azonos frekvenciájú. A fázismérést az FFT-vel párhuzamosan használják a géphibák, például a laza alkatrészek, az eltérés és a kiegyensúlyozatlanság megfejtésére.
• Rendeléselemzés: a Rendeléselemzés az FFT analízis egy változata, amelyet leginkább a változó percenkénti fordulatszámú (RPM) gépek rezgéseinek számszerűsítésére használnak. Más szavakkal, a sorrendelemzés az frekvenciaelemzés ahol a spektrum frekvenciatengelye RPM, nem pedig hertz sorrendben jelenik meg. A “megrendelések” kifejezés olyan frekvenciára utal, amely a referencia forgási sebesség többszöröse. Például, ha egy rezgésjel megegyezik a motor forgási frekvenciájának kétszeresével, akkor a sorrend kettő.
• Teljesítményspektrális sűrűség (PSD): a Teljesítményspektrális sűrűséget úgy számítjuk ki, hogy megszorozzuk az FFT amplitúdóját annak különböző formáival, hogy normalizáljuk a frekvencia bin szélességével (a bin szélessége a csoportosított x-tengely értékekre vonatkozik). Gondolj a PSD-re úgy, mint a “véletlenszerű” rezgésekre vagy mozgásokra sok különböző frekvencián. A PSD pontosan összehasonlítja a különböző jelhosszúságú véletlenszerű rezgésjeleket.



• Borítékelemzés: A borítékelemzés a rezgéselemzés egyik formája, amely nagyon alacsony energiájú hatásokat képes észlelni, amelyeket gyakran más rezgésjelek rejtenek el. Ez egy népszerű diagnosztikai eszköz a sérült fogaskerekek és görgőscsapágyak számára.
• Orbit: a pálya meghatározása egy hüvelyes csapágy folyóirat középvonala. Ezt úgy mérik, hogy két szondát helyeznek a csapágyházba 90 fokkal egymástól. Ezekből a szondákból származó adatok digitálisan megjeleníthetők, és felhasználhatók az olaj Örvénylés által okozott tengely rezgések észlelésére – az olaj belül örvénylik, ami a folyóirat mozgását okozza.
• rezonancia elemzés: A rezonancia analízis azonosítja a gépek összes természetes rezgését és frekvenciáját. A rezonancia jelenléte magas rezgést jelent, amely káros szintet érhet el.

A rezgésmérés kategóriái

• a rezgés általános szintje: gondolhat a rezgés általános szintjének ellenőrzésére, mint egy “durva ellenőrzés” a gépen. Ha kézzel érez egy gépet, meghatározhatja annak általános érzését, hogy nagyjából széles frekvenciasávon fut-e. Ez a kezdeti ellenőrzés a legjobb a forgó gépeknél, különösen a nagy sebességű gépeknél. Általában nem alkalmazható dugattyús gépekre.
• a rezgés spektrális elemzése: a spektrális elemzés egy jel átalakításának folyamata az időtartományból a frekvenciatartományba. Gyakran az FFT használatával történik. A jelet elemezzük, hogy meghatározzuk a gép alkatrészeiből származó lényeges frekvenciákat. Ahol a frekvenciajel csúcsa van, ez a rezgés valószínű forrása. A spektrális elemzés általános alkalmazásai közé tartozik a tengely forgási sebessége vagy az, hogy a fogaskerekek párján milyen gyakran fordul elő fogháló.
• diszkrét frekvenciafigyelés: Ha egy gépen belül egy adott alkatrészt kell figyelemmel kísérnie, a diszkrét frekvenciafigyelés azt a rezgésszintet méri, amelyet egy adott frekvencián generál, amelyet az adott alkatrész várhatóan generál. Például, ha egy gép egy bizonyos tengelyét szeretné megvizsgálni, akkor a megfigyelést a gép forgási sebességére fordítja. A diszkrét frekvenciát az FFT algoritmus segítségével számítják ki.
• Shock pulse monitoring: a Shock pulse monitoring egy prediktív karbantartási technika, amely kézi műszerrel figyeli a gördülő elem csapágyait. A kézi műszer természetes frekvenciát ad ki, amelyet a gördülőcsapágyak által okozott ütések vagy rezgések gerjesztenek. Más szavakkal, amikor két fémdarab mozgás közben megérinti egymást, lökéshullámok alakulnak ki az ütközésből, amely a fémen halad át. Ezt a lökéshullámot a lökésimpulzus monitorozásában használják.
• Kurtosis mérés: a Kurtosis egy véletlenszerű jel “tüskésségének” mértékét adja meg. A magasabb kurtosis értékű jeleknek több csúcsa van, amelyek nagyobbak, mint a jel háromszorosa gyökér átlag négyzet (RMS) érték. A rezgéselemzés során a kurtózist a gördülőcsapágyak fáradtságának figyelemmel kísérésére használják egy egyszerű műszerrel.
• Jelátlagolás: mivel a jelek idővel változnak, a jelátlagolás fontos a spektrumelemzésben, mert meghatározza a jel szintjét az egyes frekvenciákon. Ez különösen fontos az alacsony frekvenciájú méréseknél, mert hosszabb átlagolási időre van szükségük a spektrum statikailag pontos becsléséhez. A jel átlagolását gyakran használják a fogaskerék forgási sebességéhez viszonyított megfigyelésében. Ebben a példában a jel átlagolása megmutatja a fogaskerék egyes fogainak ciklikus hatását. Ha EGY fog nagy repedéssel rendelkezik, akkor a megnövekedett rugalmasság miatt észlelhető.
• Cepstrum elemzés: eredetileg a földrengések és bombarobbanások által előidézett szeizmikus visszhangok jellemzésére találták ki, a cepstrum-ot arra használják, hogy megvizsgálja a spektrum ismétlődő mintáit. A spektrum ismételt mintáit egy vagy két komponensként érzékeljük a cepstrumban, több oldalsávkészlettel, ami zavaró lehet. A cepstrum elválasztja ezeket az oldalsávokat, mint ahogy a spektrum elválasztja az ismétlődő időmintákat a hullámformában. A Cepstrum analízist gyakran használják a lapátos rotorok forgási frekvenciája és a penge áthaladási frekvenciája közötti kölcsönhatások vizsgálatára. Egy másik példa a fogaskerék fogháló frekvenciáinak és a fogaskerék forgási sebességének vizsgálata.

Rezgésanalízis mérési paraméterek

mindezek a rezgésanalízis technikák segítenek azonosítani három fő paramétert: gyorsulás, sebesség (RMS) és elmozdulás. Ezen paraméterek mindegyike a maga módján hangsúlyozza bizonyos frekvenciatartományokat, és együtt elemezhető a problémák diagnosztizálására. Vessünk egy pillantást az egyes paraméterekre.

• gyorsulás: a gyorsulás nagyobb jelentőséget tulajdonít a magas frekvenciáknak. A gyorsulási jel azonban nem kizárólagos. A gyorsulási jel sebességre vagy elmozdulásra konvertálható.
• elmozdulás: csakúgy, mint a gyorsulás nagyobb jelentőséget tulajdonít a magas frekvenciáknak, az elmozdulás alacsony frekvenciákra néz. Az elmozdulási méréseket általában csak a mechanikai rezgések átfogó képének vizsgálatakor használják. Az elmozdulás segítségével felfedezheti a forgó rész kiegyensúlyozatlanságát, mivel a gép tengelyének forgási frekvenciáin jelentős mennyiségű elmozdulás következik be.
• sebesség: a sebesség a rezgés pusztító erejével függ össze, így ez a legfontosabb paraméter. Ugyanolyan jelentőséget tulajdonít mind a magas, mind az alacsony frekvenciáknak. Általában a sebesség RMS értéke (10-10 000 Hz tartományban mérve) mutatja a rezgés súlyosságának legjobb jeleit. Az RMS kiszámítása úgy történik, hogy a csúcs amplitúdóját megszorozzuk 0,707-tel.

Az alábbiakban bemutatunk egy példát arra, hogyan néz ki a gyorsulás, az elmozdulás és a sebesség ugyanazon a jelen. Láthat néhány csúcsot ugyanazon a frekvencián, de mindegyiknek különböző amplitúdója van. Ez jól szemlélteti, hogy az egyes paraméterek hogyan rendelnek különböző fontosságot a frekvenciatartományokhoz.

Rezgéselemző eszközök és technológia

a fejlett technológia, különösen a vezeték nélküli technológia fejlődése, jelentősen javította a rezgéselemzők adatgyűjtését, értelmezését és megosztását. Ma a rezgésanalizátorok rendkívül hordozhatóak, valós időben kommunikálnak okostelefonokkal és táblagépekkel, és rendkívül nagy felbontásban képesek FFT-t generálni. Számos vibrációs eszközgyártó cég saját alkalmazásokat fejleszt ki, hogy kommunikáljanak egymással.

a fejlett technológia egy másik formája, amelyet a rezgésanalízis-értelmező eszközökkel láthat, a gép rezgéseinek alakváltozási alakjainak (ODS) 3D-s szimulációja. Dióhéjban, ez a fajta szoftver eltúlozza a rezgés okozta mozgásokat egy 3D-s modellben, így megjelenítheti a gépre ható erőket futás közben.

egyes rezgéselemző műszerek több ezer csapágyhiba-frekvenciával rendelkező adatbázisokat kínálnak előre, hogy segítsenek azonosítani a csapágyak bizonyos hibafrekvenciáit. Néhány szoftver folyamatosan figyelemmel kíséri a gördülő elemek geometriáját, és figyelmezteti Önt, ha lehetséges idő előtti meghibásodások fordulhatnak elő.

A legfejlettebb technológiákhoz hasonlóan a rezgéselemzési adatok többsége automatikusan feltöltődik a felhőbe, és elérhető a mobileszközön, a számítógépen vagy közvetlenül a böngészőből. Ez különösen akkor hasznos, ha harmadik fél tanácsadójaként végez rezgéselemzést, így szabadon megoszthatja a spectra-t ügyfeleivel.

A folyamatos Rezgésfigyelés előnyei

Az ebben a cikkben tárgyalt módszerek és eszközök nemcsak nagyszerűek annak meghatározására, hogy mi a baj egy berendezéssel vagy géppel (reaktív), de felhasználhatók a problémák elkapására is, mielőtt jelentős leállást okoznának (proaktív). A rezgésanalízis és a monitorozás lehetővé teszi, hogy mennyiségileg megvizsgálja a szerkezeti gyengeséget vagy lazaságot, a forgó alkatrészek lazaságát és azt, hogy van-e rezonancia.

ha megfelelően hajtják végre, a folyamatos rezgésfigyelés segít optimalizálni a gépek teljesítményét. A modern technológia használatával valós időben folyamatos rezgésméréseket végezhet különböző berendezéseken, és az adatokat közvetlenül az okostelefonjára, táblagépére vagy asztali számítógépére küldheti a felhőn keresztül.

• Monitor kritikus berendezések: A kritikus felszerelés minden olyan berendezés vagy gép, amely nagy pénzügyi ütést okozhat, ha meghibásodás következik be. A folyamatos rezgésfigyelés segít felismerni a rezgésspektrum eltéréseit, amelyek jóval a nagyobb problémák megjelenése előtt feltárhatják a kenési problémákat és a csapágyhibákat.
• Monitor erősen használt berendezések: sok üzem működik 24/7, csak megállás havi vagy negyedéves rutin karbantartás. Ennél több megállítása jelentős pénzösszegbe kerülhet az üzemnek. Az Online folyamatos rezgésfigyelés segít nyomon követni az erősen használt gépek vagy problémás gépek állapotát, és riasztásokat küld, ha az állapot megváltozik.
• nehezen hozzáférhető berendezések figyelése: a nehezen elérhető helyeken található berendezések karbantartása nehéz. A háztetőkön, hűtőtornyokon és a magas hőmérsékletű területeken működő gépek folyamatosan figyelhetők a rezgési rendellenességek szempontjából, lehetővé téve a karbantartás megfelelő időben történő elvégzését. Ez megakadályozza a nem tervezett állásidőt, és megakadályozza, hogy a karbantartó személyzet szükségtelenül hozzáférjen ezekhez a helyekhez.

Rezgésanalízis esettanulmány

a rezgésanalízis folyamatában használt eszközök és technikák kissé zavarosak lehetnek papíron, ezért vessünk egy pillantást az IVC Technologies valós példájára. Ez a konkrét esettanulmány egy légkezelő egység tesztelését vizsgálja egy gyógyszerészeti létesítményben. Az egységre két ellátó ventilátor működtetéséhez van szükség, hogy megfeleljen a zárt légáramlási követelményeknek. A légkezelő egység két közvetlen kapcsolású ventilátorral rendelkezik, amelyek mindegyike 150 lóerős motorral van felszerelve. A ventilátor egység kezdeti értékelése azt mutatta, hogy az egység normálisan működik, amikor az egyik ventilátor működött, de miután a második ventilátor be volt kapcsolva, a rezgési problémák bizonyos pontokon jelentkeztek.

a rezgéselemzés kimutatta, hogy a 2.számú ventilátor bekapcsolása után a rezgés amplitúdójának enyhe növekedése történt mindhárom mérési ponton, míg az 1. számú ventilátor változatlan maradt. A tesztelés azt mutatta, hogy a legnagyobb amplitúdó a motor külső függőleges állapotában 0,456 hüvelyk / másodperc sebességgel jelent meg, az IVC technológiák szerint domináns csúcs 841 ciklus / perc. Ez azt jelezte, hogy a probléma strukturális rezonancia rezgés lehet, mivel a spektrális adatok nem mutatták a mechanikai problémák egyéb jeleit.

*információk az IVC Technologies Air Handling Unit Esettanulmányából

tanácsadóként az IVC Technologies azt javasolta, hogy a vállalat vizsgálja meg a váz szerkezetét és a 2.számú ventilátor dinamikus abszorberjét. A rezonancia rezgés további lokalizálására és elemzésére bump tesztet is javasoltak.