analiza vibrațiilor vă ajută să monitorizați și să detectați problemele folosind date despre vibrații. Citiți despre metodologia de analiză a vibrațiilor, instrumentele și tehnicile, metodele de măsurare a analizei vibrațiilor și multe altele.

ce este analiza vibrațiilor?

analiza vibrațiilor este definită ca un proces de măsurare a nivelurilor și frecvențelor vibrațiilor mașinilor și apoi utilizarea acestor informații pentru a analiza cât de sănătoase sunt mașinile și componentele acestora. În timp ce lucrările interioare și formulele utilizate pentru a calcula diferite forme de vibrații se pot complica, totul începe cu utilizarea unui accelerometru pentru a măsura vibrațiile. De fiecare dată când o mașinărie funcționează, produce vibrații. Un accelerometru atașat la mașină generează un semnal de tensiune care corespunde cantității de vibrații și frecvenței vibrațiilor pe care o produce mașina, de obicei de câte ori pe secundă sau minut apare vibrația.

toate datele colectate de la accelerometru merg direct într-un colector de date (software), care înregistrează semnalul fie ca amplitudine vs.timp (cunoscută sub numele de formă de undă de timp), amplitudine vs. frecvență (cunoscută sub numele de transformare Fourier rapidă), sau ambele. Toate aceste date sunt analizate prin algoritmi de programe de calculator, care la rândul lor sunt analizați de ingineri sau analiști de vibrații instruiți pentru a determina starea de sănătate a mașinii și pentru a identifica posibile probleme iminente, cum ar fi slăbiciunea, dezechilibrul, nealinierea, problemele de lubrifiere și multe altele. Analiza vibrațiilor poate detecta probleme precum:

• dezechilibru
• defecțiuni ale rulmentului
• slăbiciune Mecanică
• Nealiniere
• rezonanță și frecvențe naturale
• defecțiuni ale motorului electric
• arbori îndoiți
• defecțiuni ale cutiei de viteze
• spațiu gol sau bule (cavitație) în pompe
• viteze critice

distribuitor și furnizor de instruire pentru aliniere și întreținere VibrAlign folosește exemplul de a lua un ventilator industrial, de a scoate o lamă de ventilator și de ao porni. Așa cum era de așteptat, ventilatorul vibrează din cauza unei roți neechilibrate a ventilatorului. Această forță dezechilibrată va avea loc o dată pe rotație a ventilatorului. Un alt exemplu ar fi o pistă de rulment deteriorată, determinând o rolă de rulment să genereze vibrații de fiecare dată când intră în contact cu spall (similar cu o gaură de pe o autostradă). Dacă trei role de rulment lovesc spall pe rotație, ar trebui să vedeți un semnal de vibrație de trei ori viteza de rulare a ventilatorului.

metodologia de analiză a vibrațiilor

în timp ce accelerometrele sunt încă cel mai comun instrument utilizat pentru colectarea datelor despre vibrații, tehnologia modernă și tehnologia îmbunătățită a senzorilor au permis senzori laser fără contact, de mare viteză, care pot detecta problemele pe care accelerometrele nu le pot detecta. acest lucru permite o analiză mai precisă și mai localizată și deschide analiza vibrațiilor către o metodologie mai mare. Analiza vibrațiilor este în general împărțită în patru principii și fiecare principiu vă oferă informații specifice despre condițiile de lucru și caracteristicile pieselor vibrante.

1. domeniul de timp: când un semnal de vibrație este preluat de la un traductor (dispozitiv care convertește o cantitate fizică într-un semnal electric) și afișat pe ecranul unui osciloscop, se numește formă de undă. Acest semnal este în domeniul timpului. Domeniul de timp este amplitudinea reprezentată grafic împotriva timpului. În timp ce majoritatea problemelor de vibrații ale mașinii sunt detectate folosind analiza spectrului, unele tipuri sunt mai ușor de văzut în formă de undă.
2. domeniul de frecvență: când forma de undă discutată anterior este supusă analizei spectrului, rezultatul final este o imagine a frecvenței vs. amplitudine, cunoscută sub numele de spectru. Spectrul este în domeniul de frecvență, așa cum vibrația este în domeniul timpului. Cea mai mare analiză aprofundată a vibrațiilor mașinilor se face în domeniul frecvenței sau folosind analiza spectrului.
3. domeniu comun: deoarece semnalele de vibrații variază în funcție de timp, calcularea mai multor spectru simultan poate fi utilă. Pentru a face acest lucru, poate fi utilizată o tehnică de timp comună numită Gabor-Wigner-Wavelet. Această tehnică este utilizată pentru a calcula variațiile transformatei Fourier rapide (discutate mai jos), inclusiv transformata Fourier de scurtă durată (STFT).
4. analiza modală: Analiza modală ia funcțiile de răspuns în frecvență măsurate ale unei mașini și le pune într-un model de computer. Modelul computerului poate fi afișat cu animații ale tuturor diferitelor moduri de vibrație. Modelul poate fi ajustat fie prin adăugarea, fie prin eliminarea unor lucruri precum masa sau rigiditatea pentru a vedea efectele.în afara acestor patru principii de bază se află numeroase forme de analiză, calcule și algoritmi utilizați pentru a determina diferite aspecte ale analizei vibrațiilor. Acestea includ:
   • forma de undă temporală: o formă de undă temporală este accelerația vs. timpul afișat ca tabele și parcele. Formele de undă de timp arată un eșantion de timp scurt de vibrații brute, dezvăluind indicii despre starea mașinilor care nu sunt întotdeauna clare în spectrul de frecvență. O metodă de utilizare a semnalelor de vibrație în formă de undă de timp ca instrument de analiză a vibrațiilor este prin utilizarea FFT.

   

   • transformare Fourier rapidă (FFT): FFT este definit ca un algoritm folosit pentru a calcula un spectru dintr-o formă de undă temporală. Cu alte cuvinte, este un calcul menit să descompună un semnal în toate frecvențele sale. Dacă veți aminti domeniul de timp și domeniul de frecvență discutat mai sus, FFT convertește un semnal din domeniul de timp în domeniul de frecvență. Transformarea Fourier rapidă este cel mai adesea utilizată pentru detectarea defecțiunilor mașinii, cum ar fi nealinierea sau dezechilibrul.
   • măsurarea fazei: când vorbim despre analiza vibrațiilor, faza este o diferență de timp relativă între două semnale măsurate în unități de unghi, spre deosebire de timp. Funcționează numai dacă cele două semnale comparate sunt de aceeași frecvență. Măsurarea fazei este utilizată în tandem cu FFT pentru a descifra defectele mașinii, cum ar fi piesele libere, nealinierea și dezechilibrul.
   • analiza comenzilor: analiza comenzilor este o variație a analizei FFT și este utilizată mai ales pentru a cuantifica vibrațiile mașinilor cu rotații variabile pe minut (RPM). Cu alte cuvinte, analiza ordinii este analiza frecvenței în care AXA de frecvență a spectrului este prezentată în ordine de RPM mai degrabă decât hertz. Termenul „ordine” se referă la o frecvență care este un multiplu al unei viteze de rotație de referință. De exemplu, dacă un semnal de vibrație este egal cu dublul frecvenței de rotație a motorului, ordinea este de două.
   • densitatea spectrală de putere( PSD): densitatea spectrală de putere se calculează prin înmulțirea amplitudinii de la FFT cu diferitele sale forme pentru a o normaliza cu lățimea coșului de frecvență (lățimea coșului se referă la valorile grupate ale axei x). Gândiți-vă la PSD ca la vibrații sau mișcări” aleatorii ” la multe frecvențe diferite. PSD compară cu exactitate semnalele de vibrații aleatorii care au lungimi de semnal diferite.

   

   • analiza plicului: Analiza anvelopelor este o formă de analiză a vibrațiilor care poate detecta impacturile cu energie foarte scăzută adesea ascunse de alte semnale de vibrații. Este un instrument popular de diagnosticare pentru dinții de viteze deteriorați și rulmenții cu role.
   • orbită: orbita este definită ca o diagramă a liniei centrale a jurnalului cu manșon. Se măsoară prin plasarea a două sonde în carcasa rulmentului la o distanță de 90 de grade. Datele de la aceste sonde pot fi afișate digital și utilizate pentru a detecta vibrațiile arborelui cauzate de vârtejul de ulei – uleiul care se învârte în interior, provocând mișcarea jurnalului.
   • analiza rezonanței: Analiza rezonanței identifică toate vibrațiile și frecvențele naturale din mașini. Prezența rezonanței înseamnă vibrații ridicate, care ar putea atinge niveluri dăunătoare.

   categorii de măsurare a vibrațiilor

   • nivelul general al vibrațiilor: vă puteți gândi la verificarea nivelului general al vibrațiilor ca la o „verificare brută” pe o mașină. Simțind o mașină cu mâna, puteți determina un sentiment general dacă rulează aproximativ pe o bandă largă de frecvență. Această verificare inițială este cea mai bună pentru mașinile rotative, în special mașinile de mare viteză. De obicei nu se aplică mașinilor cu piston.
   • analiza spectrală a vibrațiilor: analiza spectrală este procesul de transformare a unui semnal din domeniul timpului în domeniul frecvenței. Se face adesea folosind FFT. Semnalul este analizat pentru a determina orice frecvențe substanțiale provenind de la componentele mașinii. În cazul în care există un vârf în semnal de frecvență, care este probabil sursa de vibrații. Aplicațiile obișnuite pentru analiza spectrală includ viteza de rotație a unui arbore sau cât de des are loc discretizarea dinților pe o pereche de roți dințate.
   • monitorizarea frecvenței Discrete: Dacă trebuie să monitorizați o anumită componentă din cadrul unei mașini, monitorizarea discretă a frecvenței măsoară nivelul de vibrație generat la o anumită frecvență pe care ar trebui să o genereze acea componentă. De exemplu, dacă doriți să vă uitați într-un anumit arbore dintr-o mașină, ați transforma monitorizarea la viteza de rotație a mașinii respective. Frecvența discretă este calculată folosind algoritmul FFT.
   • monitorizarea pulsului de șoc: monitorizarea pulsului de șoc este o tehnică de întreținere predictivă care monitorizează rulmenții cu elemente de rulare cu un instrument portabil. Instrumentul portabil emite o frecvență naturală care este excitată de șocuri sau vibrații generate de rulmenții de rulare. Cu alte cuvinte, atunci când două bucăți de metal se ating în timp ce se află în mișcare, undele de șoc se dezvoltă din impact, care se deplasează prin metal. Această undă de șoc este utilizată în monitorizarea pulsului de șoc.
   • măsurarea Kurtozei: kurtoza vă oferă o măsură a” spikedness ” a unui semnal aleatoriu. Semnalele cu o valoare kurtosis mai mare au mai multe vârfuri care sunt mai mari de trei ori valoarea medie pătrată a semnalului (RMS). În analiza vibrațiilor, kurtosis este utilizat pentru a monitoriza dezvoltarea oboselii în rulmenții de rulare cu un instrument simplu.
   • medierea semnalului: deoarece semnalele se schimbă în timp, medierea semnalului este importantă în analiza spectrului, deoarece determină nivelul semnalului la fiecare frecvență. Este deosebit de important pentru măsurătorile de joasă frecvență, deoarece au nevoie de un timp mediu mai lung pentru a obține o estimare statică exactă a spectrului. Medierea semnalului este adesea utilizată în monitorizarea unei unelte în raport cu viteza sa de rotație. În acest exemplu, medierea semnalului vă va arăta acțiunea ciclică a fiecărui dinte din angrenaj. Dacă un dinte are o fisură mare, acesta ar fi detectat datorită flexibilității sale crescute.
   • analiza Cepstrum: inițial inventat pentru a caracteriza ecourile seismice produse de cutremure și explozii de bombe, cepstrum este folosit pentru a privi tiparele repetate într-un spectru. Modelele repetate din spectru sunt resimțite ca una sau două componente în cepstrum cu mai multe seturi de benzi laterale, ceea ce poate fi confuz. Cepstrum separă aceste benzi laterale ca modul în care spectrul separă tiparele de timp repetitive în forma de undă. Analiza Cepstrum este adesea utilizată pentru a analiza interacțiunile dintre frecvența de rotație a rotoarelor cu lamă și frecvența de trecere a lamei. Un alt exemplu este examinarea frecvențelor de discretizare a dinților angrenajului și a vitezelor de rotație a angrenajului.

   analiza vibrațiilor parametrii de măsurare

   toate aceste tehnici de analiză a vibrațiilor ajută la identificarea a trei parametri majori: Accelerație, viteză (RMS) și deplasare. Fiecare dintre acești parametri subliniază anumite intervale de frecvență în felul lor și pot fi analizate împreună pentru a diagnostica problemele. Să aruncăm o privire la fiecare parametru.

   • accelerare: accelerația acordă o importanță mai mare frecvențelor înalte. Cu toate acestea, un semnal de accelerație nu este exclusiv. Semnalul de accelerație poate fi convertit în viteză sau deplasare.
   • deplasare: la fel cum accelerația acordă o importanță mai mare frecvențelor înalte, deplasarea privește frecvențele joase. Măsurătorile de deplasare sunt utilizate în general numai la examinarea imaginii generale a vibrațiilor mecanice. Puteți utiliza deplasarea pentru a descoperi dezechilibrul într-o parte rotativă datorită unei cantități semnificative de deplasare la frecvențele de rotație ale arborelui mașinii.
   • viteza: viteza este legată de forța distructivă a vibrațiilor, făcându-l cel mai important parametru. Acordă o importanță egală atât frecvențelor înalte, cât și celor joase. De obicei, valoarea vitezei RMS (măsurată în intervalul de la 10 la 10.000 Hz) arată cel mai bun semn al severității vibrațiilor. RMS se calculează prin înmulțirea amplitudinii de vârf cu 0,707.

   mai jos este un exemplu despre cum arată accelerația, deplasarea și viteza pe același semnal. Puteți vedea câteva vârfuri la aceleași frecvențe, dar fiecare are amplitudini diferite. Aceasta este o bună vizualizare a modului în care fiecare parametru atribuie o importanță diferită intervalelor de frecvență.

   

   instrumente și Tehnologie de analiză a vibrațiilor

   Tehnologia avansată, în special progresele în tehnologia wireless, a îmbunătățit foarte mult modul în care analiștii de vibrații colectează, interpretează și partajează date. Astăzi, analizoarele de vibrații sunt extrem de portabile, comunică cu smartphone-urile și tabletele în timp real și pot genera FFT la rezoluție extrem de ridicată. Multe companii de instrumente de vibrații își dezvoltă propriile aplicații pentru a comunica între ele.

   o altă formă de tehnologie avansată pe care o veți vedea cu instrumentele de interpretare a analizei vibrațiilor este operarea formelor de deviere (ODS) simulări 3D ale vibrațiilor mașinilor. Pe scurt, acest tip de software exagerează mișcările induse de vibrații într-un model 3D, astfel încât să puteți vizualiza forțele care afectează mașina dvs. în timp ce rulează.

   unele companii de instrumente de analiză a vibrațiilor oferă baze de date cu mii de frecvențe de avarie ale rulmenților preîncărcate pentru a vă ajuta să identificați anumite frecvențe de avarie pentru rulmenții dvs. Unele programe software pot monitoriza continuu geometria elementelor dvs. de rulare și vă pot avertiza atunci când pot apărea posibile defecțiuni premature.

   ca și în cazul celor mai avansate tehnologii, majoritatea datelor de analiză a vibrațiilor sunt încărcate automat în cloud și sunt disponibile pe dispozitivul dvs. mobil, computer sau direct din browserul dvs. Acest lucru este util mai ales dacă efectuați analiza vibrațiilor în calitate de consultant terț, astfel încât să puteți partaja în mod liber Spectre cu clienții dvs.

   beneficiile monitorizării continue a vibrațiilor

   metodele și instrumentele discutate în acest articol nu numai că sunt excelente pentru a determina ce este în neregulă cu un echipament sau o mașină (reactivă), dar pot fi folosite și pentru a detecta probleme înainte de a provoca perioade de nefuncționare semnificative (proactive). Utilizarea analizei și monitorizării vibrațiilor vă permite să analizați cantitativ slăbiciunea structurală sau slăbiciunea, slăbirea componentelor rotative și dacă rezonanța este prezentă.

   dacă este implementată corect, monitorizarea continuă a vibrațiilor vă ajută să optimizați performanța utilajului. Cu ajutorul tehnologiei moderne, puteți efectua citiri continue ale vibrațiilor pe diverse echipamente în timp real și puteți trimite datele direct pe smartphone, tabletă sau desktop prin cloud.

   • Monitor echipamente critice: Echipamente critice este orice piesă de echipament sau mașină care ar putea provoca să ia un mare succes financiare în cazul în care un eșec au fost să apară. Monitorizarea continuă a vibrațiilor ajută la detectarea discrepanțelor din spectrul vibrațiilor, ceea ce poate dezvălui probleme de lubrifiere și defecte ale rulmentului cu mult înainte de apariția problemelor majore.
   • Monitor echipamente utilizate intens: multe plante funcționează 24/7, oprindu-se doar lunar sau trimestrial pentru întreținerea de rutină. Oprirea mai mult decât aceasta poate costa planta o sumă semnificativă de bani. Monitorizarea continuă a vibrațiilor online ajută la monitorizarea stării mașinilor puternic utilizate sau a mașinilor cu probleme și trimite alerte atunci când această condiție se schimbă.
   • Monitor echipamente dificil de accesat: efectuarea întreținerii echipamentelor situate în locuri greu accesibile este dificilă. Mașinile de pe acoperișuri, turnuri de răcire și cele care funcționează în zone cu temperaturi ridicate pot fi monitorizate continuu pentru anomalii ale vibrațiilor, permițând întreținerea să se facă la un moment convenabil. Acest lucru previne nefuncționarea neplanificată și împiedică personalul de întreținere să acceseze aceste locații în mod inutil.

   analiza vibrațiilor studiu de caz

   instrumentele și tehnicile utilizate în procesul de analiză a vibrațiilor pot fi puțin confuze pe hârtie, așa că haideți să aruncăm o privire la un exemplu din lumea reală din tehnologiile IVC. Acest studiu de caz special examinează testarea unei unități de tratare a aerului într-o unitate farmaceutică. Unitatea este necesară pentru a rula două ventilatoare de alimentare la capacitate pentru a îndeplini cerințele închise de curgere a aerului. Unitatea de tratare a aerului are două ventilatoare cuplate direct, fiecare echipat cu un motor de 150 de cai putere. Evaluarea inițială a unității ventilatorului a arătat că unitatea funcționează normal atunci când un ventilator funcționa, dar odată ce al doilea ventilator a fost pornit, problemele de vibrații s-au prezentat la anumite puncte stabilite.

   analiza vibrațiilor a arătat că, odată ce ventilatorul nr.2 a fost pornit, a avut loc o ușoară creștere a amplitudinii vibrațiilor în toate cele trei puncte de măsurare, în timp ce ventilatorul Nr. 1 a rămas același. Testarea a arătat că cea mai mare amplitudine a apărut în verticala exterioară a motorului la 0,456 inci pe secundă, cu un vârf dominant la 841 de cicluri pe minut, conform IVC Technologies. Acest lucru a indicat că problema ar putea fi o vibrație de rezonanță structurală, deoarece datele spectrale nu au arătat alte semne de probleme mecanice.

   rezultatele testelor de vibrații
   (ambele ventilatoare rulează simultan) ă>

   punctul de măsurare	viteza VFD	fan #2	fan #1
   motor exterior vertical (mov)	55,6 Hz	0,456 in./ Sec.	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.

   *informații de la IVC Technologies Air Handling unit studiu de caz

   în calitate de consultant, IVC Technologies a recomandat companiei să inspecteze structura cadrului și absorbantul dinamic al ventilatorului nr.2. De asemenea, a fost recomandat un test de ciocnire pentru a localiza și analiza în continuare vibrația de rezonanță.