Frecvenţe specifice
Analiza de vibraţii se bazează pe faptul că elementele rotative specifice oricărui utilaj dinamic vor produce şi dezvolta forţe în aparat, care vor provoca vibraţii la frecvenţe specifice. Un factor extrem de important referitor la spectru este turaţia arborelui, care influenţează forţele care se dezvoltă la orice rotor, întotdeauna încărcat cu o anumită cantitate de dezechilibru rezidual. Acest aspect determină apariţia unei forţe centripete radiale pe lagăre, care influenţează întregul ansamblu să vibreze la frecvenţa fundamentală sau 1×RPM. Aşa-zisele „tonuri” ale rulmenţilor, caracteristice geometriei fiecărui tip de rulment în parte sunt, de fapt, forţele generate de defectele elementelor de rostogolire şi de cele ale căii de rulare a rulmentului. Frecvenţele de defect specifice danturilor angrenajelor provin de la impactul dintre dinţii roţilor de antrenare, respectiv antrenată, iar frecvenţa specifică angrenajului este egală cu numărul de dinţi înmulţită cu turaţia arborelui. Frecvenţa proprie paletelor unui ventilator sau unui rotor de pompă sau de compresor, de pildă, este egală cu numărul de palete înmulţit cu turaţia arborelui. Fiecare frecvenţă specifică va crea un vârf în spectrul de vibraţie, amplitudinea de vârf fiind dependentă de severitatea defectului care o determină. Astfel, frecvenţa indică tipul de problemă şi amplitudinea indică gravitatea acesteia.
În figura următoare se pot vedea componentele spectrale apărute la frecvenţele specifice subansamblelor (motorului, angrenajului, rotorului compresorului) unui compresor centrifugal.
În continuare am prezentat un exemplu de calcul al frecvenţelor specifice pentru un utilaj acţionat printr-o transmisie cu roată dinţată.
Să presupunem că subansamblele motorului / angrenajului / ventilatorului au următoarea structură de elemente componente:
|
Subansamble utilaj
|
Componente subansamblu
|
Număr de elemente
|
|
Motor electric cu ventilator
|
Palete de ventilator
|
11
|
|
Rotorul motorului
|
Bare rotorice
|
42
|
|
Roată conducătoare
angrenaj (pinion)
|
Dantură pinion
|
36
|
|
Roată condusă angrenaj
|
Dantură roată condusă
|
100
|
|
Ventilator
|
Palete ventilator
|
9
|
În acest caz, în care utilajul prezintă mai mulţi arbori, trebuie să luăm în considerare că frecvenţele fundamentale ale motorului şi ale ventilatorului arbori sunt diferite. Să presupunem că motorul are o turaţie de 1780 RPM. Pentru a calcula turaţia axului ventilatorului, trebuie să găsim mai întâi raportul de reducţie al cutiei de viteze. Acest detaliu se poate afla dacă ştim numărul de dinţi pentru roţile angrenajului. Împărţind numărul de dinţi ai pinionului la numărul de dinţi ai roţii conduse obţineţi raportul de multiplicare sau de reducţie, în funcţie de aplicaţie:
Apoi, înmulţind acest raport cu turaţia axul motorului veţi găsi turaţia arborelui ventilatorului:
0,36 × 1780 = 640,80 RPM
Acum putem spune că frecvenţa fundamentală a motorului este de 1780 CPM şi frecvenţa fundamentală a ventilatorului este 640,8 CPM.
Apoi multiplicăm numărul de elemente pentru fiecare componentă cu frecvenţa fundamentală a arborelui, la care se roteşte. Componente montate pe arborele motorului se vor înmulţi cu 1780 CPM şi componentele montate pe axul ventilatorului, cu 640,8 CPM.
Pentru a face acest lucru mai uşor, separaţi componentele pe arborii lor corespunzători:
|
Arbore motor
|
Număr de elemente
|
Frecvenţa specifică, CPM
|
|
Rotaţie
|
1
|
1780
|
|
Ventilator motor
|
11
|
19580
|
|
Rotor motor
|
42
|
74760
|
|
Roată conducătoare
|
36
|
64080
|
|
Arbore ventilator
|
Număr de elemente
|
Frecvenţa specifică, CPM
|
|
Rotaţie
|
1
|
640,8
|
|
Roata condusă
|
100
|
64080
|
|
Roată conducătoare
|
9
|
5767,2
|
Aceste efecte neliniare sunt analogice armonicilor şi distorsiunilor intermodulare din sistemele audio.
Dacă maşina are un semnal de ieşire complet liniar, putem recunoaşte cu uşurinţă frecvenţele specifice ale componentelor din spectrul de vibraţie, dar dacă maşina respectivă înregistrează jocuri, atunci răspunsul structurii respective devine neliniar.
Semnalul generat la frecvenţa specifică unei componente, mai ales la 1×RPM, devine distorsionat determinând apariţia armonicilor în spectru. Pe măsură ce gradul de neliniaritate creşte, frecvenţele specifice ale diferitelor componente interacţionează între ele, dând naştere modulării în amplitudine şi în frecvenţă. Aceasta se concretizează în benzi laterale. Din acest motiv, apariţia armonicilor turaţiei de lucru şi benzilor laterale indică întotdeauna existenţa diferitelor probleme ale maşinii, iar numărul şi nivelul acestora indică gradul de severitate al problemelor.
Axa frecvenţei
Atunci când reprezentăm grafic spectrul de vibraţii al unei maşini rotative, avem mai multe opţiuni ca unităţi de măsură pentru frecvenţă. Probabil cele mai uzuale dintre unităţi sunt: cicluri pe secundă, sau hertz-ul (Hz). Alte unităţi recunoscute sunt rotaţiile pe minut (RPM), sau ciclurile pe minut (CPM). 1 Hz se transformă în CPM prin înmulţirea cu 60.
Mulţi specialişti apreciază că exprimarea frecvenţei în CPM este convenabilă pentru cele mai multe utilaje rotative. Această exprimare, însă, prezintă neajunsul de a înregistra pe grafic, pe axa frecvenţei , numere foarte mari, de aceea, unii preferă să folosească Hz, deoarece numerele mai mici sunt mult mai convenabil de marcat pe grafic.