Vibraciones de máquinas rotativas : análisis de órdenes

Abstract

En este trabajo se va a presentar un método comúnmente utilizado para el análisis de máquinas giratorias, análisis de órdenes. Esta técnica supone que la señal de ruido o vibración de una máquina giratoria consiste en un número de ondas sinusoidales dependientes de la velocidad de rotación del motor con amplitud y fase variables, y con una frecuencia que es un factor constante (el número de orden) por la RPM del motor. Por lo tanto, el orden uno corresponde a la frecuencia de rotación de la máquina, el orden dos es el primer armónico (dos veces la frecuencia del orden uno), etc. El análisis de las máquinas giratorias mediante seguimiento de órdenes se hace generalmente durante un run-up de la máquina, donde el RPM se incrementa desde un RPM bajo a un RPM alto, o durante un coast-down, donde la máquina está disminuyendo de un RPM alto a un RPM bajo. En cualquier caso, el análisis se hace de la misma manera dividiendo la señal en segmentos cortos de tiempo, y calculando una FFT de cada segmento. El mapa de los espectros frente a RPM, mapa RPM, se puede representar en un diagrama de cascada en 3D o en un mapa de intensidad de color en el que se pueden identificar los órdenes y las frecuencias de resonancia de la máquina. El análisis de órdenes es una técnica en la que se analizan señales no estacionarias. Por lo tanto, es importante comprender el concepto de la limitación del producto ancho de banda-tiempo para el análisis de frecuencias. Utilizando un ancho de banda particular de análisis, la resolución temporal está limitada de tal manera que los cambios en, por ejemplo, el nivel RMS frente a RPM, que son de interés en el seguimiento de órdenes, sólo pueden estimarse correctamente si son lo suficientemente lentos. Esto significa que es mejor utilizar velocidades de arranque relativamente lentas para obtener estimaciones fiables de los order tracks. Del mapa RPM se pueden extraer los order tracks siendo el método fiable usar una ventana Hanning en los cálculos FFT y luego sumar cinco valores de frecuencia alrededor de un orden particular para obtener el nivel RMS. Esto reduce el efecto de las manchas, como se describe en la Sección 5.4. Para reducir aún más el efecto del manchado, la señal muestreada originalmente con frecuencia de muestreo fija puede remuestrearse en el dominio del ángulo, donde la señal se muestrea con un número fijo de muestras por revolución del motor. Esto produce una señal con "frecuencia" aparentemente constante. Las técnicas paramétricas, como el ahora popular método de filtro Vold-Kalman, pueden ofrecer ventajas cuando los órdenes se cruzan en máquinas con dos o más partes giratorias independientes, o cuando las señales de tiempo de cada orden son de interés en aplicaciones de calidad de sonido. Otras técnicas paramétricas, como el método de Prony, no han demostrado ser confiables para la mayoría de las aplicaciones de maquinaria rotativa.

This paper contains a method commonly used for the analysis of rotating machines, “order analysis”. This technique involves that the noise or vibration signal of a rotating machine consists of a number of sinusoidal waves, depending on the speed of rotation of the motor with varying amplitude and phase and with a frequency which is a constant factor (the order number) by the engine RPM. Therefore, order one corresponds to the rotation frequency of the machine, order two is the first harmonic (twice the frequency of order one), etc. The analysis of rotating machines by order tracking is usually done during a run-up of the machine, where the RPM is increased from a low RPM to a high RPM, or during a coast-down, where the machine is decreasing by one High RPM to low RPM. In any case, the analysis is done in the same way by dividing the signal into short segments of time, and calculating an FFT of each segment. The map of the spectra versus RPM, RPM map, can be represented in a 3D cascade diagram or in a color intensity map in which the orders and the resonance frequencies of the machine can be identified. Command analysis is a technique in which non-stationary signals are analyzed. Therefore, it is important to understand the concept of the bandwidth-time product limitation for frequency analysis. Using a particular bandwidth analysis, the temporal resolution is limited such that the changes in, for example, the RMS level versus RPM, which are of interest in “order tracking”, can only be correctly estimated if they are sufficiently slow. This means that it is best to use relatively slow boot speeds to obtain reliable estimates of order tracks. From the RPM map, you can extract the order tracks, being the reliable method to use a Hanning window in the FFT calculations and then add five frequency values around a particular order to obtain the RMS level. This reduces the effect of smearing, as described in Section 5.4. To further reduce the effect of spotting, the originally sampled signal, with fixed sampling frequency, can be resampled in the angle domain, where the signal is sampled with a fixed number of samples per motor revolution. This produces a seemingly constant "frequency" signal. Parametric techniques, such as the now popular Vold-Kalman filter method, may offer advantages when orders are crossed on machines with two or more independent rotating parts, or when the time signals of each order are of interest in quality applications sound. Other parametric techniques, such as the Prony method, have not been proven to be reliable for most rotary machinery applications.