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振動解析の説明

by admin

振動解析は、振動データを使用して問題を監視および検出するのに役立ちます。 振動解析の方法論、ツールと技術、振動解析の測定方法などについてお読みください。p>振動解析

振動解析とは何ですか？

振動解析は、機械の振動レベルと周波数を測定し、その情報を使用して機械とその部品がどれほど健全であるかを分析するプロセスと定義され 振動の様々な形態を計算するために使用される内部の仕組みや式が複雑になることができますが、それはすべて振動を測定するために加速度計を使 機械の一部が実行されているときはいつでも、それは振動を作っています。 機械に取り付けられた加速度計は、振動の量と機械が生成している振動の周波数に対応する電圧信号を生成し、通常は振動が1秒または1分に何回発生するかを生成します。加速度計から収集されたすべてのデータは、振幅対時間（時間波形として知られている）、振幅対周波数（高速フーリエ変換として知られている）、またはその両方 このデータはすべてコンピュータプログラムアルゴリズムによって分析され、エンジニアや訓練を受けた振動アナリストによって分析され、機械の健全性を判断し、緩み、不均衡、ミスアラインメント、潤滑の問題などの差し迫った問題を特定します。 振動解析では、次のような問題を検出できます:

  • 不均衡
  • ベアリング故障
  • 機械的な緩み
  • ミスアラインメント
  • 共振と固有振動数
  • 電気モーター故障
  • 曲がったシャフト
  • ギアボックスの故障
  • ポンプ産業用ファンを取り出し、ファンブレードを取り外して起動する例。 予想通り、ファンは不均衡なファンの車輪が原因で振動する。 この不均衡な力はファンの回転ごとに1回発生します。 別の例は、スポールに接触するたびにベアリングローラーが振動を発生させる損傷したベアリングトラックです（高速道路のポットホールに似ています）。 回転あたりのスポールに三つのベアリングローラーが当たった場合は、ファンの走行速度の三倍の振動信号が表示されるはずです。

    振動解析方法

    加速度計はまだ振動データを収集するために使用される最も一般的なツールですが、現代の技術と改良されたセンサー技術は、加速度計ができない問題を検出することができる非接触、高速レーザセンサを可能にしました。これにより、より正確で局所的な解析が可能になり、振動解析をより多くの方法論に開放します。 振動解析は一般的に4つの原則に分類され、各原則は振動部品の作業条件と機能に関する特定の情報を提供します。

    1. 時間領域：振動信号がトランスデューサ（物理量を電気信号に変換するデバイス）からピックアップされ、オシロスコープの画面に表示されるとき、それ この信号は時間領域にあります。 時間領域は、時間に対して振幅がプロットされます。 ほとんどの機械振動の問題はスペクトル解析を使用して検出されますが、いくつかのタイプは波形でより簡単に見られます。
    2. 周波数領域:前述した波形をスペクトル解析すると、最終結果は周波数対周波数の画像になります。
    3. 周波数領域:前述した波形をスペクトル解析すると、最終結果は周波数対周波数の画像になります。 振幅、スペクトルとして知られています。 振動が時間領域にあるように、スペクトルは周波数領域にあります。 機械振動の詳細な解析のほとんどは、周波数領域またはスペクトル解析を使用して行われます。
    4. ジョイントドメイン：振動信号は時間とともに変化するため、一度に複数のスペクトルを計算すると便利です。 これを行うために、Gabor-Wigner-Waveletと呼ばれる共同時間技術を利用することができる。 この技術は、短時間フーリエ変換（ＳＴＦＴ）を含む高速フーリエ変換（後述）の変動を計算するために使用される。
    5. モーダル解析: モーダル解析は、機械の測定された周波数応答関数を取り、それらをコンピュータモデルに入れます。 コンピュータモデルはすべての異なった振動モードの生気と表示することができる。 モデルは、効果を確認するために質量や剛性などのものを追加または取り除くことによって調整することができます。

    これらの四つの基本原則の外には、振動解析のさまざまな側面を決定するために使用される分析、計算、アルゴリズムの多数の形態があります。 これらには次のものが含まれます。

    • 時間波形：時間波形は加速度対です。 時間は表とプロットとして表示されます。 時間波形は、生の振動の短い時間サンプルを示し、周波数スペクトルで必ずしも明確ではない機械の状態への手がかりを明らかにする。 振動解析ツールとして時間波形振動信号を用いる方法は，ＦＦＴを用いることである。高速フーリエ変換（FFT）：FFTは、時間波形からスペクトルを計算するために使用されるアルゴリズムとして定義されます。 言い換えれば、信号をすべての周波数に分解することを目的とした計算です。 上記で説明した時間領域と周波数領域を思い出すと、FFTは時間領域から周波数領域に信号を変換します。 高速フーリエ変換は、ミスアラインメントやアンバランスなどの機械の故障を検出するために最も頻繁に使用されます。
    • 位相測定：振動解析について話すとき、位相は時間ではなく角度の単位で測定された2つの信号間の相対的な時間差です。
    • 位相測定：振動 比較されている2つの信号が同じ周波数の場合にのみ機能します。 段階の測定がFFTと並行して緩い部品、ミスアラインメントおよび不均衡のような機械欠陥を解読するのに使用されている。
    • 次数分析：次数分析は、FFT分析のバリエーションであり、主に毎分回転数（RPM）を変化させる機械の振動を定量化するために使用されます。 言い換えれば、次数分析は、スペクトルの周波数軸がヘルツではなくRPMのオーダーで示される周波数分析です。 用語「次数」は、基準回転速度の倍数である周波数を指す。 たとえば、振動信号がモーターの回転周波数の2倍に等しい場合、次数は2になります。
    • パワースペクトル密度(PSD):パワースペクトル密度は、FFTからの振幅に異なる形式を乗算して計算され、周波数ビン幅で正規化されます(ビン幅はグループ化されたx軸の値を指します)。 PSDは、多くの異なる周波数での”ランダムな”振動や動きを見ていると考えてください。 PSDは、異なる信号長を持つランダムな振動信号を正確に比較します。li>PSD
    • エンベロープ分析: エンベロープ解析は、他の振動信号によって隠されることが多い非常に低いエネルギーで衝撃を検出することができる振動解析の一形態です。 それは傷つけられたギヤ歯および軸受のための普及した診察道具です。
    • 軌道：軌道は、スリーブベアリングジャーナルの中心線のプロットとして定義されます。 それは軸受ケーシングに90度離れた2つの調査を置くことによって測定される。 これらの調査からのデータはデジタル式に表示され、オイルの回転によって引き起こされるシャフトの振動を検出するのに使用することができる-中
    • 共鳴解析: 共鳴分析は機械のすべての自然な振動そして頻度を識別する。 共鳴の存在は、損傷レベルに達する可能性のある高い振動を意味する。

    振動測定のカテゴリ

    • 振動の全体的なレベル：あなたは、マシン上の”ラフチェック”のように振動の全体的なレベルをチェックする あなたの手でマシンを感じることによって、あなたはそれが広い周波数帯域にわたって大まかに実行されているかどうかの一般的な感覚を判 この最初のチェックは、回転機械、特に高速機械に最適です。 それは通常機械の交換に適当ではないです。
    • 振動のスペクトル解析：スペクトル解析は、時間領域から周波数領域に信号を変換するプロセスです。 多くの場合、FFTを使用して行われます。 信号は機械の部品から来る相当な頻度を定めるために分析される。 周波数信号にピークがある場合、それは振動の可能性が高い原因です。 スペクトル解析の一般的な用途には、シャフトの回転速度や、一対の歯車で歯の噛み合いがどのくらいの頻度で発生するかが含まれます。
    • 離散周波数モニタリング: 機械内の特定の部品を監視する必要がある場合、離散周波数監視は、その部品が生成すると予想される特定の周波数で生成される振動レベルを測定 たとえば、機械の特定のシャフトを調べたい場合は、その機械の回転速度に監視を有効にします。 離散周波数は、FFTアルゴリズムを使用して計算されます。
    • ショックパルスモニタリング：ショックパルスモニタリングは、ハンドヘルド機器で転がり要素軸受を監視する予知保全技術です。 手持ち型の器械は転がり軸受けによって発生する衝撃か振動によって刺激される固有振動数を放つ。 言い換えれば、動いている間に2つの金属片が互いに接触すると、衝撃から衝撃波が発生し、それが金属を通過する。 この衝撃波は衝撃の脈拍の監視で使用されます。 尖度の測定：尖度はランダムな信号の「尖度」の尺度を与えます。 尖度の値が高い信号には、信号の二乗平均平方根(RMS)値の3倍を超えるピークがあります。 振動解析では、単純な装置で転がり軸受の疲労発生を監視するために尖度が使用されます。
    • 信号平均化：信号は時間とともに変化するため、信号平均化は各周波数での信号のレベルを決定するため、スペクトル解析において重要です。 低周波測定では、スペクトルの静的に正確な推定値を得るために長い平均化時間が必要であるため、特に重要です。 信号の平均化は回転速度に関連してギヤの監視で頻繁に使用される。 この例では、信号平均化は、あなたのギア内の各歯の周期的な動作を示します。 歯に大きな亀裂がある場合、それはその柔軟性の増加のために検出されるであろう。
    • ケプストラム分析：もともと地震や爆弾の爆発によって生成される地震エコーを特徴付けるために発明され、ケプストラムは、スペクトル内の繰り返 スペクトルの繰り返しパターンは、複数の側波帯のセットを持つケプストラム内の一つまたは二つの成分として感知され、混乱する可能性があります。 ケプストラムは、スペクトルが波形内の反復的な時間パターンを分離する方法のように、これらの側波帯を分離します。 ケプストラム解析は、ブレードロータの回転周波数とブレード通過周波数との間の相互作用を調べるためによく利用されます。 もう一つの例はギヤ歯の一致の頻度およびギヤ回転速度を検査しています。

    振動解析測定パラメータ

    これらの振動解析技術はすべて、加速度、速度（RMS）、変位の三つの主要なパラメータを識別するのに役立ちます。 これらのパラメータのそれぞれは、独自の方法で特定の周波数範囲を強調し、問題を診断するために一緒に分析することができます。 各パラメータを見てみましょう。

    • 加速：加速は高周波数をより重要にします。 しかし、加速信号は排他的ではありません。 加速度信号は、速度または変位に変換することができる。
    • 変位：加速度が高い周波数を重視するのと同じように、変位は低い周波数を見ます。 変位測定は、一般に、機械的振動の広い画像を調べる場合にのみ使用されます。 変位を使用して、機械のシャフトの回転周波数での変位量が大きいために、回転部品の不均衡を検出することができます。
    • 速度：速度は振動の破壊力に関連しているため、最も重要なパラメータになります。 これは、高周波数と低周波数の両方に等しい重要性を置きます。 通常、速度のRMS値（10～10,000Hzの範囲で測定）は、振動の重症度の最良の兆候を示します。 RMSは、ピーク振幅に0.707を乗算することによって計算されます。

    以下は、同じ信号上でどのような加速度、変位、速度がどのように見えるかの例です。 あなたは同じ周波数でいくつかのピークを見ることができますが、それぞれが異なる振幅を持っています。 これは、各パラメータが周波数範囲に異なる重要性を割り当てる方法の良い視覚的なものです。

    波形比較

    振動解析ツールと技術

    高度な技術、特にワイヤレス技術の進歩は、振動アナリストがデータを収集、解釈、共有す 今日では、振動アナライザは非常にポータブルであり、リアルタイムでスマートフォンやタブレットと通信し、非常に高解像度でFFTを生成することがで 多くの振動機器企業は、相互に通信するために独自のアプリを開発しています。

    あなたは振動解析解釈機器で表示されます高度な技術のもう一つの形態は、機械振動のたわみ形状（ODS）3Dシミュレーションを操作しています。 一言で言えば、このタイプのソフトウェアは、3Dモデルで振動による動きを誇張しているため、マシンの実行中に影響を与える力を視覚化できます。

    いくつかの振動解析機器の企業は、あなたのベアリングのための特定の故障周波数を識別するためにプリロード軸受故障周波数の何千ものデー ソフトウェアによっては、転動体の形状を継続的に監視し、早期の故障が発生する可能性がある場合に警告することができます。

    最も先進的な技術と同様に、振動解析データの大部分は自動的にクラウドにアップロードされ、モバイルデバイス、コンピュータ、またはブラウザから直接 これは、サードパーティのコンサルタントとして振動解析を実行している場合に特に便利なので、お客様とスペクトルを自由に共有できます。

    連続振動モニタリングの利点

    この記事で説明した方法とツールは、機器や機械の問題を判断するのに最適なだけでなく、重大なダウンタ 振動解析とモニタリングを使用することで、構造の弱さやゆるみ、回転部品のゆるみ、共振が存在するかどうかを定量的に調べることができます。

    適切に実装されている場合、継続的な振動監視は機械の性能を最適化するのに役立ちます。 現代技術の使用を使うと、リアルタイムのさまざまな装置の連続的な振動読書を取り、データを雲によってあなたのsmartphone、タブレットまたは卓上に直接送

    • 重要な機器を監視する: 重要な機器は、障害が発生した場合に大きな金融ヒットを取ることができる機器やマシンの任意の部分です。 連続的な振動監視は、振動スペクトルの不一致を検出するのに役立ち、主要な問題が発生する前に潤滑の問題やベアリングの欠陥を明らかにするこ
    • 頻繁に使用される機器を監視する：多くの工場は、定期的なメンテナンスのために毎月または四半期ごとに停止し、24/7を動作します。 これ以上のことを止めることは、植物にかなりの金額を要する可能性があります。 オンライン連続振動監視は、頻繁に使用される機械や問題のある機械の状態を監視し、その状態が変化したときに警告を送信するのに役立ちます。
    • アクセス困難な機器の監視：到達困難な場所にある機器のメンテナンスを実行することは困難です。 屋上、冷却塔、高温地域で動作する機械は、振動異常を継続的に監視することができ、メンテナンスを都合の良い時間に行うことができます。 これにより、計画外のダウンタイムが防止され、メンテナンススタッフが不必要にこれらの場所にアクセスできなくなります。

    振動解析ケーススタディ

    振動解析プロセスで使用されるツールと技術は、紙の上で少し混乱することができますので、のは、IVC技術から実 この特定のケーススタディは薬剤設備の空気処理の単位のテストを検査する。 単位は必要封じられた気流の条件を満たす容量で2つの供給ファンを動かすためにである。 空気処理の単位に2つの直接つながれたファン、150horspowerモーターが装備されているそれぞれがある。 ファンユニットの初期評価では、一方のファンが動作しているときにユニットが正常に動作することが示されましたが、第二のファンがオンになると、特定の設定ポイントで振動の問題が発生しました。

    振動解析により、2番ファンをオンにすると、1番ファンは同じままであったが、3つの測定点でわずかに振動振幅が増加したことが明らかにな テストでは、ivc技術によると、最高の振幅は、毎秒0.456インチでモーター船外垂直に現れ、毎分841サイクルで支配的なピークを示しました。 これは、スペクトルデータが機械的な問題の他の兆候を示さなかったので、問題は構造的な共鳴振動である可能性があることを示した。

    振動試験結果
    （両方のファンが同時に実行されている）
    測定ポイント VFD速度 VFD速度 VFD速度
    55.6hz iv id=”75.6hz 0.456in./秒 0.255 In./Sec.
    Motor Inboard Vertical (MIV) 55.6 Hz 0.347 In./Sec. 0.174 In./Sec.
    Motor Inboard Horizontal (MIH) 55.6 Hz 0.260 In./Sec. 0.96 In./Sec.

    *Ivc Technologies Air Handling Unitのケーススタディからの情報

    コンサルタントとして、IVC Technologiesは、フレームの構造とファンNo.2の動吸収体を検査することをお勧めし また、共振振動をさらに検出して解析するためにバンプ試験も推奨されました。