Hladina akustické intenzity

Transkript

1 Hladina akustické intenzity Výhody m ení intenzita zvuku je vektor, dává informaci o sm ru ší ení akustické energie prostorem, m ení intenzity zvuku je nejlepším podkladem (z definice) pro stanovení akustického výkonu, intenzita zvuku je podkladem pro mapování zvukových polí a identifikaci zdroj hluku, p i m ení intenzity zvuku lze ur it kvalitu zvukového pole (volné difúzní). Hladina akustické intenzity Nevýhody m ení vysoká po izovací cena m idel, p i jakékoliv konfiguraci sondy nelze m it v celém frekven ním pásmu (20 Hz 20 khz), vyšší nároky na odbornost operátor a jejich zkušenosti s akustickými m eními. 25

2 TECHNICKÁ DIAGNOSTIKA Tato prezentace je spolufinancována Evropským sociálním fondem a státním rozpo tem eské republiky. Cyklus údržby Bezvadný stav Funk nost Spolehlivost Bezporuchovost Mezní stav Technický život Údržba Životnost Udržovatelnost Opravitelnost Diagnostikovatelnost Provozuschopnost 1

3 Základní poznámky Údržba má zajistit provozuschopnost a bezpe ný provoz stroj a strojních za ízení Údržba = zpracování informací v ase (dob provozu stroje) V ase se vyvíjí únavové procesy Není možné p edpov d t náhodné události (neodborné chování obsluhy, zlý úmysl, živelné pohromy, skryté vady) Typy údržby Údržba Autonomní údržba (Rutinní prevence) Údržba po poruše Plánovaná údržba Preventivní Prediktivní Proaktivní 2

4 Technická diagnostika v#dní obor zabývající se studiem racionálních postup% pro ur ení technického stavu za ízení a stoj. Identifikace proces založena pouze zjiš ování charakteristik chování vn sledovaného za ízení; podle jednotlivých charakteristik vn jšího chování a podle vn jších d j se systematicky odvozují pravd podobné p í iny zm n typického chování systému i místa v systému s pravd podobným výskytem poruchového elementu. lov k jako diagnostikovaný objekt Teplota Tepeln& Vnit(ní orgány Akusticky ultrazvuk) Celkov& Defektoskopicky Roentgen, CT) Výt ry Emise Pohovor Akusticky Srdce Vibra n& Krev Tribologicky Poran&ní Defektoskopicky 3

5 Vibrace Hluk Teplota Vstupní energie Strojní za ízení Výrobek Tvarové zm ny Vnit ní tekutiny Emise Jakou metodu zvolit? Je metoda dostate n# univerzální? L lokalizovat místo poškození? Je metoda dostate n preventivní? Vyžaduje metoda provozní omezení? L diagnostikovat bezkontaktn? Hodí se pro všechny stroje? Je pracovní cyklus stroje periodický? 4

6 Celkové hodnocení metod Vstupní energie Výrobek Univerzálnost Lokalizace Preventivnost Omezení chodu stroje Nespln&no Emise Mechanické zm ny Provozní tekutiny Hluk Vibrace Spln&no Rozd lení metod podle priority Hladní diagnostické metody Vedlejší diagnostické metody Pomocné diagnostické metody 5

7 Principy vibrací Tato prezentace je spolufinancována Evropským sociálním fondem a státním rozpo tem eské republiky. Definice Oscilace = zm na zkoumané veli iny kolem rovnovážné polohy popsaná v ase amplitudou a frekvencí. Vibrace = oscilace mechanického systému zp sobená asov závislými silami na systémy s hmotností, tuhostí a tlumením 6

8 Vibrace v reálném sv t ms db Vibrace jsou charakterizovány asovým pr b hem vibra ního parametru Statistickými parametry Frekven ním spektrem Energií vibrací Rovnovážnou polohou 7

9 Frekven ní spektrum signálu Frekven ní spektrum Je zobrazením vibra ního signálu v sou adném systému frekvence amplituda P vodní asový pr b h je rozložen na jednotlivé harmonické složky Energie asového pr b hu a frekven ního spektra je shodná Je základním nástrojem vibra ní diagnostiky Je vhodné p edevším pro determinictické (periodické) signály Amplituda Frekvence Princip frekven ního spektra Amplituda Frekvence 8

10 Typy vibra ních signál' Deterministické vibrace Náhodné vibrace Periodické P echodové Stacionární Nestacionární Deterministické signály Lze je popsat v ase matematickou funkcí x = f(t) Periodický signál = signál, jehož asový pr b h se každou periodu opakuje. Je signálem, který produkují stroje s periodickým principem práce. Je vhodný pro frekven ní analýzu Harmonický signál = zvláštní p ípad periodického signálu, lze jej popsat funkcí: x A s( ft j Periodický signál lze rozd lit frekven ní analýzou na díl í harmonické signály P echodový signál = signál, který je odezvou na silový asov omezený impulz 9

11 Deterministické signály harmonické,as f 1 2f 1 Frekvence,as f 1 Frekvence,as 2f 1 Frekvence Rázy, impulsy, ot esy,as Frekvence 10

12 Náhodné signály Nelze je popsat v ase matematickou funkcí x = f(t) Stacionární signál = signál, jehož statistické parametry jsou konstantní (average, RMS, Peak-Peak, sm rodatná odchylka. Je signálem, který je produkován t ením, proud ním, akusticky, rázy z uvoln ní atd. Frekven ní analýza vede ke spojitému spektru Nestacionární signál = signál, jehož statistické parametry nejsou konstantní Je zp soben asovými zm nami v buzení, zm nami zatížení, zm nami v t ecích parametrech, proud ní atd. Náhodné signály,as Frekvence 11

13 Deterministické signály B C A Amplituda,as Amplituda A B C D E D E Vibrace Frekvence Mechanické parametry a složky Výchylka (tuhost) Rychlost Zrychlení (hmotnost) d k v a c m F = k d F = c v F = m a Mechanické systémy sestávají z pružin, tlumi a hmot... 12

14 Nejjednodušší forma vibrací... Výchylka D d = D sin n t as Výchylka T m k 1 T Perioda, T v [s] Frekvence, f = 1 T Frekvence (kmito et) v [Hz = 1 /s] Hmota a pružina as n 2 f k m m V tší hmota = snížení frekvence 1 m 1 m 13

15 Hmota, pružina a tlumení as Zvýšení tlumení = snížení amplitudy m k C 1 + C 2 Výchylka vibrací Srozumitelná veli ina (p edstavitelná pro laika) Absolutní sníma e se v praxi málo vyskytují P evládají relativní sníma e Výchylka vibrací se zvyšující se frekvencí ztrácí význam Výchylka je úm rná tuhosti soustavy Výchylka je vhodná pro: Ur ování mechanického nap tí Možnost vymezování v lí Animaci vibrací (PTK) Stavební vibrace 14

16 Rychlost vibrací Veli ina popisující energii (kinetickou) vibrací Nachází zázemí ve sníma ích Energie je málo frekven n závislá Rychlost je úm rná tlumení soustavy Rychlost je vhodná pro: Ur ování energie vibrací Pro vibra ní diagnostiku Zrychlení vibrací Veli ina popisující vibra ní síly Nejrozší en jší veli ina (díky sníma m) Význam zrychlení stoupá se zvyšující se frekvencí vibrací Zrychlení je úm rné hmotnosti Zrychlení je vhodné pro: Odhad velikosti budicích sil vibrací Pro vibra ní diagnostiku Pro m ení p edepsaná legislativou 15

17 Frekven ní spektrum vibra ního signálu Hlavní nástroj analýzy vibra ního signálu B žná sou ást m idel Stanovení se provádí pomocí FFT nebo pásmové analýzy (CPB) Má široké zázemí v literatu e a legislativ Vhodné pro: Posouzení deterministické (periodické) a náhodné složky P edevším pro periodické signály Vlastní frekvence Vlastní frekvence, kterou soustava kmitá, aniž by byla buzena Dochází k pravidelné p em n potenciální v kinetickou energii a naopak P em na -p enos energie mezi potenciální a kinetickou formou (za p edpokladu bez tlumení) D kinetické energie = - D potenciální energie 1 /2 m V 2 = 1 /2 k D 2, a V = (2 f)d 1 /2 m (2 f) 2 D 2 = 1 /2 k D 2 1 f 2 k m 16

18 Vlastní frekvence Je neodd litelnou vlastností mechanických soustav Lze ji p eladit zm nou k a m Lze ji tlumit Lze ji využít (energie z vn jšku je dodávána pouze pro pokrytí ztrát tlumením) Frekvence Amplituda m d m d m = d f k c d F +90 Fáze Frekvence F 0-90 Frekvence Rezonance Vlastní frekvence = frekvence buzení Vlastní frekvence se tím zesiluje a pokud by nebylo tlumení, amplituda by stoupla nad všechny meze Je nebezpe ná pro chod stroje Je jedním ze základních problém vibra ní diagnostiky 17

19 M ící et zec Sníma P edzesilova Detektor/ Pr m rování Frekven ní analýza Výstup Time Freq. 1

20 Vibrometr Rozd lení podle : frekven ní analýzy po tu m ících kanál typu konstrukce formy výstupu možnosti rozší ení podpory v software Aplikace FFT 2

21 Rychlá Fourierova transformace Fourierova Transformace (FT) Diskrétní Fourierova Transformace (DFT) Rychlá Fourierova Transformace (FFT) Fourierova Transformace Definována jako: F(f ) f(t )e i 2 ft dt Nutné znát funkci f(t) Složitá pro výpo et Kv li mezím nepoužitelná v m idlech 3

22 Diskrétní Fourierova Transformace Definována jako: X k 1 N N 1 n 0 x n e i 2 nk / N P evádí integrál na sumu Zdlouhavý pro výpo et Základ pro FFT Rychlá (Fast) Fourierova Transformace Formou procesoru v analyzátorech Zrychluje algoritmus DFT Je nutné nastavit: Frekven ní rozsah D lení frekven ního pásma (po et ar) asovou váhovou funkci Pr m rování 4

23 ádová analýza Soub hová filtrace x FFT analýza Soub hová filtrace ( ádová analýza) FFT analýza pro cyklicky pracující stroje vstup m ený signál + tacho zam eno na otá kovou freq. a _její harmonické délka záznamu je celo íselným _násobkem otá kové frekvence asový záznam po et oto ení spektrum (závislost amplitudy na _násobcích otá kové frekvence) pro obecnou analýzu signál vstup m ený signál zam eno na všechny frekvence pevná vzorkovací frekvence délka záznamu T asový záznam - as [s] spektrum (závislost amplitudy na _frekvenci) Eliminován vliv skluzu otá ek 5

24 FFT analýza Postupný nár st otá ek -rozb h M ení vibrací FFT,asový záznam Frekven ní spektrum FFT analýza FFT,asový záznam záznam v sekundách 6

25 FFT analýza FFT Frekven ní spektrum f [Hz] ádová analýza Postupný nár st otá ek -rozb h Tacho signál M ení vibrací ádová analýza,asový záznam Frekven ní spektrum 7

26 ádová analýza.ádová analýza,asový záznam synchronizace na otá ky ádová analýza.ádová analýza Spektrum násobky základní frekvence 8

27 FFT analýza -multispektrum Otá ky stroje Amplituda (vibrací) Násobky otá kové freq. m eno na frekvenci Vlastní frekvence soustavy ádová analýza -multispektrum Otá ky stroje Amplituda (vibrací) Násobky otá kové freq. násobky otá kové frekvence Vlastní frekvence soustavy 9

28 Piezoelektrický akcelerometr Princip funkce -stla ení nebo st ih F F F F e Q e [mv [pc F F µ e [mv Q µ e [pc 10

29

30 Speciální akcelerometry Kalibra ní T íosý x z y S vysokou citlivostí (vestav ný p edzesilova ) Vysokoteplotní 55 g 10 g Rázový 316 mv/ms -2 T max. = 400 C a max. = 1000 km -2 a min. = 20 x 10-6 ms -2 Ov ení akcelerometr (m icích et zc ) V provozu Kontrolacitlivosti kalibrace V laborato i Frekven ní odezva Multianalyzátor Freq. = Hz = 1000 Acc. = 10 ms -2 Výkonový zesilova Kalibra níbudi 12

31 Nábojové sníma e (Charge) Signálem je náboj (pc), citlivost pc/g (pc/ms -2 ) Použití pro vyšší teploty Speciální vstupy, p edzesilova e vyšší nároky na vedení signálu Nap ové sníma e (CCLD, DeltaTron, ICP, IEPE) Signálem je nap tí (mv), citlivost mv/g (mv/ms -2 ) Vestav ný p edzesilova Univerzáln jší použití Nutnost napájení sníma 13

32 read/write Transducer Electronic Data Sheet, TEDS chip Parametry sníma e uložené na ipu pro použití se systémy podporujícími TEDS e.g., PULSE Výhody Kratší doba pro nastavení Mén chyb Výrazn v tší spolehlivost m ených dat Transducer Electronic Data Sheet, TEDS ID sníma e vloženo výrobcem Nelze m nit uživatelem Kalibra ní data vloženo kalibra ní lab. Nelze m nit uživatelem ID p i m ení vloženo uživatelem 14

33 Vybrané aplikace m ení vibrací Vybrané aplikace m ení vibrací.ádová analýza Vlastní frekvence Automatizace výstupní kontroly 1

34 Multispektra Triggery Úrove* signálu Manuáln Time Tacho Speed Speed interval. Multispektra v LabShopu -Tachometr 2

35 ádová analýza ádová analýza 3

36 ádová analýza - orbit ádová analýza - orbit 4

37 ádová analýza - orbit Vlastní frekvence Jako odezva soustavy na známé buzení Impuls Bílý šum Sinusový signál 5

38 Vlastní frekvence buzení rázem Vlastní frekvence buzení rázem 6

39 Vlastní frekvence buzení šumem Vlastní frekvence sinusový signál 7

40 Vlastní frekvence sinusový signál Vlastní frekvence sinusový signál nutnost sledování fáze 8

41 Zjiš ování vlastních frekvencí Zjiš ování vlastních frekvencí 9

42 Koeficient útlumu Výstupní kontrola turbodmychadel zajišt ní mazání pozvolný rozb h tlakovým vzduchem zážeh paliva ve spalovací komo e dosažení maximálních otá ek dob h rotoru TD ukon ení zkoušky 10

43 Výstupní kontrola turbodmychadel Otá%ky Vibrace Teplota, tlak a množství oleje Teplota spalin Plnící tlak Výstupní kontrola uživatelská aplikace 11

44 Výstupní kontrola uživatelská aplikace Výstupní kontrola vyhodnocení m ení 12

45 Modální analýza Modální analýza Teoretická modální analýza Experimentální modální analýza 13

46 dální analýza Metoda pro identifikaci dynamických vlastností soustav Nadstavbová metoda vibra ní diagnostiky Pom cka konstruktéra Metoda spojující experiment a složitý matematický a numerický výpo et Hlavní cíle modální analýzy Vlastní frekvence soustavy Tlumení na vlastních frekvencích Vlastní tvary kmit 14

47 Základní princip Modální analýzy Známé buzení F i Dynamický systém Odezva x A f x F f f Povinné vlastnosti m& eného objektu Linearita Sou ást musí být m ena tak, jak ve skute nosti pracuje Úplné uvoln ní soustavy Zohlednit vztah hmotnosti (rozm r ) sníma e a objektu P ístupnost m icích bod v požadovaných sm rech 15

48 Postup modální analýzy 1. P íprava m eného objektu 2. Volba referen ního místa (snímání odezvy) 3. Tvorba drátového modelu 4. M ení p enosových funkcí (kontrola linearity) 5. Vyhledání vlastních frekvencí 6. Výpo et modálních parametr 7. Animace deforma ního pohybu Postup modální analýzy 16

49 Postup modální analýzy Provozní tvary kmit 17

50 IDEÁLNÍ CESTA PREVENTIVNÍ ÚDRŽBY : aktivní zapojení co nejv#tšího množství zú astn ných osob NUTNÁ PODMÍNKA AKTIVNÍHO ZAPOJENÍ : všeobecná srozumitelnost diagnostické metody SROZUMITELNÁ METODA : PROVOZNÍ TVARY KMIT Nedokonalost lidských smysl : Zrakem a hmatem lze sledovat pouze pohyby s velkou amplitudou a nízkou frekvencí Provozní tvary kmit : Skute né vibrace jsou na obrazovce po íta e zpomaleny a zesíleny 18

51 Základní princip PTK Neznámé buzení F i Dynamický systém A f x F Odezva f f x Získání dat pro PTK ef

52 Získání dat pro PTK Získání dat pro PTK 20

53 P íklady PTK P íklady PTK 21

54 P íklady PTK 22