analýza vibrací je většinou naučená dovednost. Je založen 70 procent na zkušenostech a 30 procent na školení ve třídě a samostudiu. Stát se sebevědomým a kompetentním analytikem vibrací trvá roky. Pokud je analýza nesprávná, doporučení pro opravu budou také nesprávná. Žádný analytik vibrací nechce udělat špatné volání. V tomto oboru se důvěryhodnost získává v malých krocích a ztrácí se ve velkých kusech.
snímač vibrací umístěný na ložiskové skříni a připojený k analyzátoru vibrací poskytuje informace o čase, frekvenci a amplitudě ve formě tvaru vlny a spektra (Obrázek 1). Tato data jsou základem pro analýzu vibrací. Obsahuje podpisy téměř všech mechanických a elektrických vad přítomných na stroji.
Obrázek 1. Vibrační průběh a spektrum
proces analýzy vibrací zahrnuje stanovení závažnosti vibrací, identifikaci frekvencí a vzorců, sdružování vrcholů a vzorů s mechanickými nebo elektrickými součástmi, vytváření závěrů a v případě potřeby doporučení pro opravu.
každý, kdo se podílí na analýze vibrací, ví, že analýza vibrací není snadná ani automatizovaná. Přemýšleli jste někdy proč? Zde je několik důvodů:
1) stroje mají více poruch: Vibrační vzorce, které se učíme v tréninku a čteme o nich v knihách, prostě ve skutečném světě nevypadají stejně. Dozvídáme se, jak mechanické a elektrické poruchy vypadají v nejčistší podobě-jako by na stroji vždy existoval pouze jeden problém způsobující vibrace. Stroje mají obvykle více než jednu poruchu způsobující vibrace. Minimálně všechny stroje mají určitou nevyváženost a nesouosost. Když se vyvinou další poruchy, průběh a spektrum se rychle komplikují a obtížně analyzují. Data již neodpovídají vzorcům poruch, které jsme se naučili.
2) vibrace příčiny a následku: pro každou akci dochází k reakci. Některé vibrace, které měříme, jsou důsledkem jiných problémů. Například síla způsobená nevyvážeností rotoru může způsobit, že stroj vypadá, jako by byl mimo zarovnání, uvolněný nebo třený. Zvažte všechny věci, které se třesou a chrastí na vašem autě, když jedna pneumatika zmizí z rovnováhy.
3) Mnoho Typů Poruch Má Podobné Vzory: Protože rotory stroje se otáčejí určitou rychlostí a vibrace jsou cyklickou silou, mnoho mechanických a elektrických poruch vykazuje podobné frekvenční vzorce, které ztěžují rozlišení jedné poruchy od druhé.
naučit se analyzovat vibrace vyžaduje čas. K dispozici jsou školení, technické publikace a další zdroje, jako jsou online zdroje a komerční samouk, které mohou zlepšit analytické dovednosti a zkrátit křivku učení.
existuje jedna diagnostická technika, která se rychle dostane ke zdroji většiny problémů s vibracemi. Je to možná nejsilnější ze všech vibračních diagnostických technik. To bylo asi tak dlouho, jak vibrační analýza sama ještě nedostal hodně pozornosti, a to je vzácné najít dobré informace o předmětu. Jaká je tato technika? Říká se tomu fázová analýza.
co je fáze?
fáze je poloha rotující části v každém okamžiku vzhledem k pevnému bodu. Fáze nám dává směr vibrací. Ladění motoru automobilu pomocí časovacího světla a induktivního senzoru je aplikace fázové analýzy (Obrázek 2).
Obrázek 2. Ladění motoru pomocí časovacího světla je fázová analýza.
fázová studie je soubor fázových měření provedených na stroji nebo konstrukci a vyhodnocených za účelem odhalení informací o relativním pohybu mezi součástmi. Při analýze vibrací se fáze měří pomocí absolutních nebo relativních technik.
absolutní fáze se měří jedním snímačem a jedním otáčkoměrem označujícím značku na rotujícím hřídeli (obrázek 3). V každém bodě měření analyzátor vypočítá čas mezi spouštěčem otáčkoměru a další pozitivní vlnovou špičkou vibrací. Tento časový interval je převeden na stupně a zobrazen jako absolutní fáze (obrázek 4). Fáze může být měřena na frekvenci otáčení hřídele nebo na libovolném počtu násobků otáček hřídele (synchronní frekvence). Pro vyvažování rotoru je nutná absolutní fáze.
obrázek 3. Absolutní měření Fáze
relativní fáze se měří na vícekanálovém analyzátoru vibrací pomocí dvou nebo více vibračních senzorů (podobného typu). Analyzátor musí být schopen měřit fázi mezi kanály. Jeden jednoosý senzor slouží jako pevný odkaz a je umístěn někde na stroji (obvykle na ložiskovém krytu). Další jednoosý nebo tříosý snímač se postupně přesouvá do všech ostatních zkušebních bodů (obrázek 5). V každém zkušebním bodě analyzátor porovnává průběhy mezi pevnými a rovingovými senzory. Relativní fáze je časový rozdíl mezi průběhy při specifické frekvenci převedené na stupně (obrázek 6). Relativní fáze nevyžaduje otáčkoměr, takže fáze může být měřena na libovolné frekvenci.
obrázek 5. Relativní Měření Fáze
Obrázek 6. Relativní fáze vypočtená mezi dvěma vibračními průběhy
oba typy fázových měření lze snadno provést. Relativní fáze je nejpohodlnější způsob měření fáze na stroji, protože stroj nemusí být zastaven, aby se na hřídel instalovala reflexní páska. Fáze může být měřena na libovolné frekvenci. Většina jednokanálových analyzátorů vibrací může měřit absolutní fázi. Vícekanálové analyzátory vibrací, jako je Pruftechnik VibXpert znázorněný na obrázku 7, mají standardní funkce pro měření absolutní i relativní fáze.
Obrázek 7. Pruftechnik VibXpert 2-kanálový analyzátor vibrací
kdy použít fázovou analýzu
každý potřebuje fázovou analýzu. Fázová studie by měla být provedena na problémových strojích, pokud zdroj vibrací není jasný nebo pokud je nutné potvrdit podezření na zdroje vibrací. Fázová studie může zahrnovat body měřené pouze na ložiscích stroje nebo může zahrnovat body na celém stroji od základů až po ložiska. Níže jsou uvedeny příklady toho, jak fáze může pomoci analyzovat vibrace.
Měkká noha
termín měkká noha se používá k popisu zkreslení rámu stroje. Může to být způsobeno stavem, kdy noha motoru, čerpadla nebo jiné součásti není plochá, čtvercová a pevně připevněná k montáži, nebo mnoho dalších věcí, jako jsou chyby při obrábění, ohnuté nebo zkroucené nohy a ploché montážní plochy. Měkká noha zvyšuje vibrace a zbytečně namáhá ložiska, těsnění a spojky. Měkká noha na motoru zkresluje skříň statoru a vytváří nerovnoměrnou vzduchovou mezeru rotoru vůči statoru, což vede k vibracím při dvojnásobné frekvenci vedení.
dobrý systém zarovnání laserového hřídele by měl být použit k ověření měkké nohy uvolněním nohou stroje po jednom.
fáze může být použita k identifikaci měkké nohy, když je stroj v provozu. Změřte vertikální fázi mezi nohou a její montážní plochou. Pokud je spoj těsný, fázový úhel je mezi povrchy stejný. Pokud se fázový úhel liší o více než 20 stupňů, noha je volná nebo rám stroje je prasklý nebo křehký. Obrázek 8 je příkladem fázového posunu přes měkkou nohu.
Obrázek 8. Fázový posun mezi nohou a držákem může znamenat měkkou nohu.
nakloněná ložiska a ohnuté hřídele
fáze se používá k detekci nakloněných ložisek a ohnutých hřídelí. Změřte fázi ve čtyřech axiálních místech kolem pouzdra ložiska. Pokud je ložisko nakloněno nebo hřídel je ohnuta ložiskem, fáze se bude lišit v každém místě. Pokud je hřídel rovný a ložisko se nekroutí, fáze bude na každém místě stejná (obrázek 9).
obrázek 9. Fáze identifikuje pohyb ložiska v rovině nebo kroucení.
potvrďte nerovnováhu
radiální vibrace jednou za otáčku obvykle znamenají nevyváženost rotoru. Použijte fázi k prokázání nerovnováhy je problém. Pro potvrzení nerovnováhy změřte vodorovnou a svislou fázi na hřídeli nebo ložiskovém krytu. Pokud je rozdíl mezi fázovými hodnotami přibližně 90 stupňů, problémem je nevyváženost rotoru (obrázek 10). Pokud je fázový rozdíl blíže nule nebo 180 stupňů, vibrace jsou způsobeny reakční silou. Excentrická kladka a nesouosost hřídele jsou příklady reakčních sil.
obrázek 10. Horizontální až vertikální fázový posun asi o 90 stupňů potvrzuje nevyváženost
uvolnění, ohýbání nebo kroucení
fáze se používá k detekci volných spojů na konstrukcích a ohýbání nebo kroucení v důsledku slabosti nebo rezonance. Chcete-li zkontrolovat uvolnění, změřte svislou fázi u každého mechanického kloubu, jak je znázorněno šipkami na obrázku 11. Když jsou klouby uvolněné, dojde k fázovému posunu přibližně o 180 stupňů. Fázový úhel se nezmění přes těsný spoj.
obrázek 11. Fázový posun mezi šroubovými spoji naznačuje uvolnění.
vychýlení hřídele
vychýlení hřídele lze snadno ověřit pomocí fáze. Změřte každé ložisko ve vodorovném, svislém a axiálním směru. Zaznamenejte hodnoty do tabulky nebo bublinového diagramu, jak je znázorněno na obrázku 12. Porovnejte horizontální fázi od ložiska k ložisku na každé součásti a napříč spojkou. Opakujte srovnání pomocí vertikálních a axiálních dat. Dobré zarovnání nevykazuje žádný podstatný fázový posun mezi ložisky nebo napříč spojkou. Stroj na obrázku 12 má fázový posun o 180 stupňů napříč spojkou v radiálních směrech. Axiální směry jsou ve fázi napříč strojem. Data indikují paralelní (offset) vychýlení hřídele.
Obrázek 12. Fázová Data indikují souběžné vychýlení hřídele
Provozní vychylovací tvary
namísto porovnání čísel fáze a velikosti z tabulky nebo bublinového diagramu lze k animaci výkresu stroje použít software pro provozní výchylku (ODS). ODS je měřicí technika používaná k analýze pohybu rotujících zařízení a struktur během normálního provozu. ODS je rozšíření fázové analýzy, kdy je Počítačem generovaný model stroje animován fázovými a magnitudovými daty nebo současně měřenými časovými průběhy. Animace je vizuálně analyzována pro diagnostiku problémů. Testování ODS je schopno identifikovat širokou škálu mechanických poruch a rezonančních problémů, jako je uvolnění, měkká noha, zlomené svary, vychýlení, nevyváženost, ohýbání nebo zkroucení z rezonance, strukturální slabost a problémy se základy.
obrázek 13 je jednoduchá ODS se třemi přímými spojenými hřídeli. Fáze a velikost byly měřeny z trvale namontovaných posunovacích sond X a Y na turbínovém generátoru. Hodnoty uvedené v tabulce byly použity v softwaru ODS k animaci výkresu panáček vysokotlakých a nízkotlakých hřídelí turbíny a hřídele generátoru. Obrázek vpravo od tabulky je zachycením z animace ODS zobrazující vibrační vzor každého hřídele a relativní pohyb mezi hřídeli rychlostí 3 600 cyklů za minutu (rychlost otáčení).
obrázek 13. Provozní výchylka hřídele
mnoho strojů vibruje kvůli zhoršeným základům, uvolnění, rezonanci nosné konstrukce a dalším problémům, které se vyskytují pod ložisky stroje. Fázová studie může zahrnovat stovky zkušebních bodů měřených po celém stroji a základech. Dobrý software ODS může usnadnit analýzu fázových a velikostních dat z velkého počtu testovacích bodů. Analýza ODS zahrnuje pozorování a interpretaci stroje v pohybu. Figura 14 je výkres konstrukce ODS vertikálního čerpadla.
Obrázek 14. Vertikální čerpadlo Provozní průhyb tvar konstrukce výkres
závěr
testování vibrací na základě podmínek je důležitou součástí programu údržby založeného na spolehlivosti. Vibrační senzory, nástroje a software jsou schopny poskytnout klíčové informace o stavu stroje. Slabým článkem v řetězci je schopnost analytika interpretovat data, přesně diagnostikovat problém a trendovat poruchu, dokud není čas doporučit nápravná opatření. Fázová analýza je velmi výkonný diagnostický nástroj. Každý analytik vibrací by měl používat fázi ke zlepšení přesnosti analýzy vibrací.
o autorovi:
Tony DeMatteo je vibrační analytik a instruktor technického výcviku s 4x Diagnostics LLC, servisní a školicí společností poskytující poradenské služby, mentoring a školení v diagnostickém měření, analýze, testování tvaru provozní deformace a modální analýze. Může být dosažen na čísle 585-293-3234 nebo www.4xdiagnostics.com.
Tony DeMatteo je vibrační analytik a instruktor technického výcviku s 4x Diagnostics LLC, servisní a školicí společností poskytující poradenské služby, mentoring a školení v diagnostice…