vibrationsanalys hjälper dig att övervaka och upptäcka problem med vibrationsdata. Läs om vibrationsanalys metodik, verktyg och tekniker, vibrationsanalys mätmetoder, och mer.

Vad är vibrationsanalys?

vibrationsanalys definieras som en process för att mäta vibrationsnivåer och frekvenser hos maskiner och sedan använda den informationen för att analysera hur friska maskinerna och deras komponenter är. Medan de inre arbeten och formlerna som används för att beräkna olika former av vibrationer kan bli komplicerade, börjar allt med att använda en accelerometer för att mäta vibrationer. Varje gång en maskin körs gör den vibrationer. En accelerometer ansluten till maskinen genererar en spänningssignal som motsvarar vibrationsmängden och vibrationsfrekvensen som maskinen producerar, vanligtvis hur många gånger per sekund eller minut vibrationen inträffar.

All data som samlas in från accelerometern går direkt in i en datainsamlare (programvara), som registrerar signalen som antingen Amplitud vs. tid (känd som tidsvågform), Amplitud vs. frekvens (känd som snabb Fourier-transformation) eller båda. Alla dessa data analyseras av datorprogramalgoritmer, som i sin tur analyseras av ingenjörer eller utbildade vibrationsanalytiker för att bestämma maskinens hälsa och identifiera möjliga överhängande problem som löshet, obalans, felinriktning, smörjproblem och mer. Vibrationsanalys kan upptäcka problem som:

• obalans
• lagerfel
• mekanisk glapp
• felinställning
• resonans och naturliga frekvenser
• elektriska motorfel
• böjda axlar
• växellådsfel
• tomt utrymme eller bubblor (kavitation) i pumpar
• kritiska hastigheter

distributör och justerings-och underhållsutbildningsleverantör VibrAlign använder exemplet att ta en industriell fläkt, ta bort ett fläktblad och starta det. Som förväntat vibrerar fläkten på grund av ett obalanserat fläkthjul. Denna obalanserade kraft kommer att inträffa en gång per varv av fläkten. Ett annat exempel skulle vara ett skadat lagerspår som orsakar en lagerrulle att generera vibrationer Varje gång den kommer i kontakt med spallen (liknar en pothole på en motorväg). Om tre lagervalsar träffar spallen per varv, bör du se en vibrationssignal på tre gånger fläktens körhastighet.

Vibrationsanalysmetod

medan accelerometrar fortfarande är det vanligaste verktyget som används för att samla in vibrationsdata, har modern teknik och förbättrad sensorteknik möjliggjort icke-kontakt, höghastighetslasersensorer som kan upptäcka problem som accelerometrar inte kan. detta möjliggör en mer exakt och mer lokaliserad analys och öppnar vibrationsanalys för mer metodik. Vibrationsanalys är i allmänhet uppdelad i fyra principer, och varje princip ger dig specifik information om arbetsförhållandena och funktionerna hos de vibrerande delarna.

1. tidsdomän: när en vibrationssignal plockas upp från en givare (enhet som omvandlar en fysisk kvantitet till en elektrisk signal) och visas på skärmen på ett oscilloskop kallas det en vågform. Denna signal är i tidsdomänen. Tidsdomänen är amplitud ritad mot tiden. Medan de flesta maskinvibrationsproblem upptäcks med spektrumanalys, ses vissa typer lättare i vågform.
2. frekvensdomän: när vågformen som diskuterats tidigare utsätts för spektrumanalys är slutresultatet en bild av frekvens vs. Amplitud, känd som ett spektrum. Spektrumet är i frekvensdomänen som vibrationen är i tidsdomänen. Den mest djupgående analysen av maskinvibrationer görs i frekvensdomänen eller med spektrumanalys.
3. gemensam domän: eftersom vibrationssignaler varierar med tiden kan beräkning av mer än ett spektrum samtidigt vara användbart. För att göra detta kan en gemensam tidsteknik som kallas Gabor-Wigner-Wavelet användas. Denna teknik används för att beräkna variationer av den snabba Fouriertransformen (diskuteras nedan), inklusive korttids Fouriertransformering (STFT).
4. Modal analys: Modal analys tar uppmätta frekvensresponsfunktioner hos en maskin och sätter dem i en datormodell. Datormodellen kan visas med animationer av alla olika vibrationslägen. Modellen kan justeras genom att antingen lägga till eller ta bort saker som massa eller styvhet för att se effekterna.

utanför dessa fyra grundläggande principer ligger många former av analys, beräkningar och algoritmer som används för att bestämma olika aspekter av vibrationsanalys. Dessa inkluderar:

• Tidsvågform: en tidsvågform är acceleration vs. tid visas som tabeller och tomter. Tidsvågformer visar ett kort tidsprov av råvibrationer, vilket avslöjar ledtrådar till maskinens tillstånd som inte alltid är tydliga i frekvensspektrumet. En metod för att använda vibrationssignaler för tidsvågform som ett vibrationsanalysverktyg är att använda FFT.



• Fast Fourier Transform (FFT): FFT definieras som en algoritm som används för att beräkna ett spektrum från en tidsvågform. Med andra ord är det en beräkning avsedd att bryta ner en signal i alla dess frekvenser. Om du kommer ihåg tidsdomän och frekvensdomän som diskuterats ovan konverterar FFT en signal från tidsdomänen till frekvensdomänen. Fast Fourier transform används oftast för att upptäcka maskinfel som feljustering eller obalans.
• fasmätning: när man talar om vibrationsanalys är fas en relativ tidsskillnad mellan två signaler uppmätta i vinkelenheter i motsats till tiden. Det fungerar bara om de två signalerna som jämförs har samma frekvens. Fasmätning används tillsammans med FFT för att dechiffrera maskinfel som lösa delar, felinriktning och obalans.
• Orderanalys: Orderanalys är en variation av FFT-analys och används mest för att kvantifiera vibrationer hos maskiner med varierande varv per minut (RPM). Med andra ord är orderanalys frekvensanalys där spektrumets frekvensaxel visas i order av RPM snarare än hertz. Termen ”order” avser en frekvens som är en multipel av en referensrotationshastighet. Till exempel, om en vibrationssignal är lika med två gånger frekvensen av motorns rotation, är ordern två.
• Power spectral density (PSD): Power spectral density beräknas genom att multiplicera amplituden från FFT med dess olika former för att normalisera den med frekvensen bin bredd (bin bredd hänvisar till de grupperade X-axelvärdena). Tänk på PSD som att titta på” slumpmässiga ” vibrationer eller rörelse vid många olika frekvenser. PSD jämför exakt slumpmässiga vibrationssignaler som har olika signallängder.



• Kuvertanalys: Kuvertanalys är en form av vibrationsanalys som kan upptäcka stötar med mycket låg energi som ofta döljs av andra vibrationssignaler. Det är ett populärt diagnostiskt verktyg för skadade kugghjul och rullager.
• Orbit: banan definieras som en plot av en hylslager journals mittlinje. Det mäts genom att placera två sonder i lagerhuset 90 grader från varandra. Data från dessa sonder kan visas digitalt och användas för att detektera axelvibrationer orsakade av oljevirvel – olja som virvlar runt inuti, vilket får journalen att röra sig.
• Resonansanalys: Resonansanalys identifierar alla naturliga vibrationer och frekvenser i maskiner. Förekomsten av resonans betyder hög vibration, som kan nå skadliga nivåer.

kategorier av vibrationsmätning

• övergripande vibrationsnivå: du kan tänka dig att kontrollera den totala vibrationsnivån som en ”grov kontroll” på en maskin. Genom att känna en maskin med handen kan du bestämma en allmän känsla av om den går ungefär över ett brett frekvensband. Denna första kontroll är bäst på roterande maskiner, särskilt höghastighetsmaskiner. Det är vanligtvis inte tillämpligt på fram-och återgående maskiner.
• spektralanalys av vibrationer: spektralanalys är processen att omvandla en signal från tidsdomänen till frekvensdomänen. Det görs ofta med FFT. Signalen analyseras för att bestämma eventuella väsentliga frekvenser som kommer från maskinens komponenter. Där det finns en topp i frekvenssignalen är det den troliga vibrationskällan. Vanliga tillämpningar för spektralanalys inkluderar rotationshastigheten hos en axel eller hur ofta tandmaskning sker på ett par kugghjul.
• diskret frekvensövervakning: Om du behöver övervaka en specifik komponent i en maskin, mäter diskret frekvensövervakning vibrationsnivån som genereras vid en viss frekvens som den komponenten förväntas generera. Om du till exempel vill titta på en viss axel i en maskin, skulle du vända övervakningen till maskinens rotationshastighet. Diskret frekvens beräknas med hjälp av FFT-algoritmen.
• Stötpulsövervakning: Stötpulsövervakning är en prediktiv underhållsteknik som övervakar rullningslager med ett handhållet instrument. Det handhållna instrumentet avger en naturlig frekvens som exciteras av stötar eller vibrationer som genereras av rullager. Med andra ord, när två metallstycken berör varandra medan de är i rörelse, utvecklas chockvågor från påverkan, som färdas genom metallen. Denna shockwave används i stötpulsövervakning.
• Kurtosis mätning: Kurtosis ger dig ett mått på ”spikedness” av en slumpmässig signal. Signaler med ett högre kurtosvärde har fler toppar som är större än tre gånger signalens root mean square (RMS) – värde. I vibrationsanalys används kurtosis för att övervaka utmattningsutveckling i rullager med ett enkelt instrument.
• Signalmedelvärde: eftersom signaler ändras med tiden är signalmedelvärde viktigt i spektrumanalys eftersom det bestämmer signalnivån vid varje frekvens. Det är särskilt viktigt för lågfrekventa mätningar eftersom de behöver en längre genomsnittlig tid för att få en statiskt noggrann uppskattning av spektrumet. Signalmedelvärde används ofta vid övervakning av ett redskap i förhållande till dess rotationshastighet. I det här exemplet visar signalmedelvärdet den cykliska verkan hos varje tand i växeln. Om en tand har en stor spricka, skulle det upptäckas på grund av dess ökade flexibilitet.cepstrum-analys: ursprungligen uppfunnet för att karakterisera seismiska ekon som produceras av jordbävningar och bombexplosioner, används cepstrum för att titta på de upprepade mönstren i ett spektrum. Upprepade mönster i spektrumet känns som en eller två komponenter i cepstrummet med flera uppsättningar sidoband, vilket kan vara förvirrande. Cepstrummet separerar dessa sidoband som hur spektrumet separerar repetitiva tidsmönster i vågformen. Cepstrumanalys används ofta för att titta på interaktioner mellan rotationsfrekvensen hos bladrotorer och bladpassningsfrekvensen. Ett annat exempel är att undersöka växeltandnätfrekvenser och växelrotationshastigheter.

vibrationsanalys mätparametrar

alla dessa vibrationsanalystekniker hjälper till att identifiera tre huvudparametrar: acceleration, hastighet (RMS) och förskjutning. Var och en av dessa parametrar betonar vissa frekvensområden på sitt eget sätt och kan analyseras tillsammans för att diagnostisera problem. Låt oss ta en titt på varje parameter.

• Acceleration: Acceleration lägger större vikt vid höga frekvenser. En accelerationssignal är dock inte exklusiv. Accelerationssignalen kan omvandlas till hastighet eller förskjutning.
• förskjutning: precis som acceleration lägger större vikt vid höga frekvenser, ser förskjutning på låga frekvenser. Förskjutningsmätningar används i allmänhet endast när man undersöker den breda bilden av mekaniska vibrationer. Du kan använda förskjutning för att upptäcka obalans i en roterande del på grund av en betydande förskjutning vid rotationsfrekvenserna på maskinens axel.
• hastighet: hastigheten är relaterad till vibrationens destruktiva kraft, vilket gör den till den viktigaste parametern. Det lägger lika stor vikt vid både höga och låga frekvenser. Vanligtvis visar RMS-värdet av hastighet (mätt i intervallet 10 till 10 000 Hz) det bästa tecknet på vibrations svårighetsgrad. RMS beräknas genom att multiplicera toppamplituden med 0,707.

nedan är ett exempel på hur acceleration, förskjutning och hastighet ser ut på samma signal. Du kan se några toppar vid samma frekvenser, men var och en har olika amplituder. Detta är en bra bild av hur varje parameter tilldelar olika betydelse för frekvensområden.

Vibrationsanalysverktyg och teknik

avancerad teknik, särskilt framsteg inom trådlös teknik, har förbättrat hur vibrationsanalytiker samlar in, tolkar och delar data. Idag är vibrationsanalysatorer extremt bärbara, kommunicerar med smartphones och surfplattor i realtid och kan generera FFT i extremt hög upplösning. Många vibrationsinstrumentföretag utvecklar sina egna appar för att kommunicera med varandra.

en annan form av avancerad teknik som du kommer att se med vibrationsanalys tolkningsinstrument är operational deflection shapes (ODS) 3D-simuleringar av maskinvibrationer. I ett nötskal överdriver denna typ av programvara vibrationsinducerade rörelser i en 3D-modell så att du kan visualisera krafterna som påverkar din maskin medan den körs.

vissa vibrationsanalysinstrumentföretag erbjuder databaser med tusentals lagerfelfrekvenser förinstallerade för att hjälpa dig att identifiera vissa felfrekvenser för dina lager. Vissa program kan kontinuerligt övervaka geometrin hos dina rullande element och varna dig när möjliga för tidiga fel kan uppstå.

som med den mest avancerade tekniken laddas majoriteten av vibrationsanalysdata automatiskt upp till molnet och är tillgängliga på din mobila enhet, dator eller direkt från din webbläsare. Detta är särskilt användbart om du utför vibrationsanalys som tredjepartskonsult, så att du fritt kan dela spektra med dina kunder.

fördelar med kontinuerlig vibrationsövervakning

de metoder och verktyg som diskuteras i den här artikeln är inte bara bra för att bestämma vad som är fel med en utrustning eller maskiner (reaktiv), men de kan också användas för att fånga problem innan de orsakar betydande stilleståndstid (proaktiv). Med hjälp av vibrationsanalys och övervakning kan du se kvantitativt på strukturell svaghet eller löshet, roterande komponentlöshet och om resonans är närvarande.

om den genomförs korrekt hjälper kontinuerlig vibrationsövervakning dig att optimera maskinernas prestanda. Med hjälp av modern teknik kan du ta kontinuerliga vibrationsavläsningar på olika utrustningar i realtid och få data skickade direkt till din smartphone, surfplatta eller skrivbord via molnet.

• övervaka kritisk utrustning: Kritisk utrustning är någon del av utrustning eller maskin som kan få dig att ta en stor ekonomisk hit om ett fel skulle inträffa. Kontinuerlig vibrationsövervakning hjälper till att upptäcka avvikelser i vibrationsspektret, vilket kan avslöja smörjproblem och lagerfel långt innan stora problem uppstår.
• övervaka kraftigt använd utrustning: många anläggningar arbetar 24/7, bara stoppar månadsvis eller kvartalsvis för rutinunderhåll. Att stoppa mer än detta kan kosta anläggningen en betydande summa pengar. Online kontinuerlig vibrationsövervakning hjälper till att övervaka tillståndet för tungt använda maskiner eller oroliga maskiner och skickar varningar när det tillståndet ändras.
• övervaka svåråtkomlig utrustning: Det är svårt att utföra underhåll på utrustning på svåråtkomliga platser. Maskiner på hustak, kyltorn och de som arbetar i högtemperaturområden kan kontinuerligt övervakas för vibrationsavvikelser, vilket gör att underhåll kan göras vid en lämplig tidpunkt. Detta förhindrar oplanerade driftstopp och håller underhållspersonal från att komma åt dessa platser i onödan.

vibrationsanalys fallstudie

verktygen och teknikerna som används i vibrationsanalysprocessen kan vara lite förvirrande på papper, så låt oss ta en titt på ett verkligt exempel från IVC Technologies. Denna speciella fallstudie undersöker testning av en luftbehandlingsenhet i en farmaceutisk anläggning. Enheten behövs för att köra två matningsfläktar med kapacitet för att uppfylla slutna luftflödeskrav. Luftbehandlingsenheten har två direktkopplade fläktar, var och en utrustad med en 150-horspower-motor. Den första bedömningen av fläktenheten visade att enheten skulle fungera normalt när en fläkt kördes, men när den andra fläkten var påslagen presenterade vibrationsproblem sig vid vissa börvärden.

vibrationsanalys avslöjade att när fläkt nr 2 var påslagen inträffade en liten ökning av vibrationsamplituden över alla tre mätpunkterna, medan fläkt nr 1 förblev densamma. Testning visade att den högsta amplituden uppträdde i motorns utombordare vertikalt vid 0,456 tum per sekund, med en dominerande topp vid 841 cykler per minut, enligt IVC Technologies. Detta indikerade att problemet kan vara en strukturell resonansvibration, eftersom spektraldata inte visade några andra tecken på mekaniska problem.

*Information från IVC Technologies Luftbehandlingsaggregat fallstudie

som konsult rekommenderade IVC Technologies företaget att inspektera ramens struktur och den dynamiska absorberaren av fläkt nr 2. Ett stöttest rekommenderades också för att ytterligare lokalisera och analysera resonansvibrationen.