Разъяснение сути мониторинга вибрации. Часть 2: Принципы анализа вибрации вращающихся машин

Быстрый доступ 
Часть 1: Почему важен мониторинг вибрации и как он работает
Часть 2: Принципы анализа вибрации вращающихся машин
Часть 3: Определение и интерпретация общей вибрации и моделей неисправностей
Часть 4: Диагностика дисбаланса, несоосности, люфта и износа подшипников

Испытание вибрации на вращающихся машинах дает важную информацию о состоянии машины. Вот некоторые основы вибрации: 

Если вал двигателя вращает вал насоса со скоростью 1776 об/мин, например, тяжелая точка на валу вызывает внешнюю силу во всех радиальных направлениях по мере вращения вала. Это похоже на обруч. 

Примечание: Даже исправная машина будет испытывать некоторую вибрацию при вращении вала, но это считается нормой. 

Датчик сверху видит вибрацию один раз за оборот только по вертикальной оси (на рисунке ниже слева). Синусоида (на рисунке ниже справа) показывает вертикальную вибрацию при вращении вала. Один полный оборот вала дает один полный цикл синусоиды. Пик — это когда тяжелая точка находится наверху, а впадина — когда тяжелая точка находится внизу. 

На рисунке 1 видно, что частота вращения вала равна частоте вращения синусоиды. 

Другие детали машины на валу

Вращающийся вал двигателя вращает вал насоса через муфту. Каждый раз, когда лопасть рабочего колеса проходит мимо датчика сверху, он создает небольшую вибрацию. Если насос имеет 10 лопастей рабочего колеса, датчик видит вибрацию от лопасти 10 раз за каждый оборот вала. (Крыльчатка насоса вращается с той же скоростью, что и вал насоса.) Синусоида показывает 10 полных циклов. 

Большая масса двигателя и вала насоса вызовет большую амплитуду вибрации (величину), чем рабочее колесо. Синусоида для вибрации рабочего колеса насоса будет меньше по амплитуде, чем вибрация вала, но больше циклов (10) для одного полного оборота вала. На рисунке 2, посмотрите, как вибрации лопаток рабочего колеса на валу равны циклам синусоиды. 

Сложные формы волн

Если наложить две синусоиды (вала и крыльчатки насоса), то это может выглядеть так, как показано на рисунке 3:

Рисунок 3

Но на самом деле вибрации накладываются друг на друга и выглядят скорее как на рисунке 4:

Рисунок 4

А 20 или 30 вибраций от различных компонентов реальной вращающейся машины могут выглядеть так, как показано на рисунке 5:

Частотный (спектральный) анализ

Временная форма волны содержит информацию о машине, но шаблоны различных компонентов накладываются и перемешиваются, создавая очень сложное представление. Математический алгоритм (БПФ) преобразует сложную временную форму волны в простой график, называемый частотным спектром. Он разделяет отдельные формы волны, чтобы мы могли анализировать их по отдельности. Это преобразование выполняется внутри тестера. 

Данные о форме волны и спектральные данные — это одни и те же данные о вибрации, просто два разных способа визуализации данных. 

Из нашего предыдущего примера мы можем видеть, как сложная форма волны вверху слева состоит из двух отдельных форм волны в центре. Затем их можно преобразовать в спектр (на рисунке 6 выше), который представляет собой простой график амплитуды сигнала (ось y) в зависимости от частоты (ось x). 

То же самое мы видим в спектрах реальной вращающейся машины на рисунке 7 выше. 

•  Эти пики находятся на определенных частотах, которые представляют вибрации, происходящие в машине. Диагностика машины включает сопоставление пиков в спектре с событиями, которые существуют в машине. 
•  Спектральный анализ — это основной инструмент, который мы используем для диагностики состояния наших вращающихся машин. 

Заключение

Спектральный анализ позволяет разбить сложные сигналы вибрации на простые, узнаваемые закономерности и дает нам мощное средство заглянуть в то, что на самом деле происходит внутри наших машин, — часто еще до того, как неполадки станут видимыми или слышимыми.

???? Читать Часть 3 → Определение и интерпретация общей вибрации и моделей неисправностей

Об авторе: Джон Бернет — специалист по механическим приложениям и продуктам в корпорации Fluke. Используя свой более чем 30-летний опыт в обслуживании и эксплуатации атомных электростанций и машин на коммерческих предприятиях, Джон работал с клиентами во всех отраслях, внедряя программы надежности. Он сертифицированный аналитик вибрации категории II и сертифицированный специалист по надежности обслуживания (CMRP) с более чем 20-летним опытом диагностики неисправностей машин.