vibrationsanalyse er for det meste en lært færdighed. Det er baseret 70 procent på erfaring og 30 procent på klassetræning og selvstudium. Det tager år at blive en selvsikker og kompetent vibrationsanalytiker. Når analysen er forkert, vil anbefalingerne til reparation også være forkerte. Ingen vibrationsanalytiker ønsker at foretage det forkerte opkald. I denne forretning opnås troværdighed i små trin og går tabt i store bidder.
en vibrationssensor placeret på et lejehus og forbundet til en vibrationsanalysator giver information om tid, frekvens og amplitude i form af en bølgeform og et spektrum (Figur 1). Disse data er grundlaget for vibrationsanalyse. Den indeholder underskrifterne på næsten alle mekaniske og elektriske defekter, der findes på maskinen.
Figur 1. Vibrationsbølgeform og spektrum
vibrationsanalyseprocessen involverer bestemmelse af vibrationssværhedsgraden, identifikation af frekvenser og mønstre, tilknytning af toppe og mønstre med mekaniske eller elektriske komponenter, dannelse af konklusioner og om nødvendigt fremsætte anbefalinger til reparation.
alle involverede i vibrationsanalyse ved, at analyse af vibrationer ikke er let eller automatiseret. Har du nogensinde spekuleret på hvorfor? Her er et par grunde:
1) maskiner har flere fejl: De vibrationsmønstre, vi lærer i træning og læser om i bøger, ser bare ikke ens ud i den virkelige verden. Vi lærer, hvordan mekaniske og elektriske fejl ser ud i den reneste form – som om der altid kun var det ene problem på maskinen, der forårsager vibrationer. Maskiner har normalt mere end en vibrationsproducerende fejl. I det mindste har alle maskiner en vis ubalance og forkert justering. Når andre fejl udvikler sig, bliver bølgeformen og spektret hurtigt kompliceret og vanskeligt at analysere. Dataene matcher ikke længere de fejlmønstre, vi har lært.
2) årsag og virkning Vibration: for hver handling er der en reaktion. Nogle af de vibrationer, vi måler, er effekten af andre problemer. For eksempel kan kraften forårsaget af rotorubalance få maskinen til at se ud som om den er ude af justering, løs eller gnidning. Overvej alle de ting, der ryster og rasler på din bil, når et dæk går ud af balance.
3) Mange Fejltyper Har Lignende Mønstre: Fordi maskinrotorer roterer med en bestemt hastighed, og vibrationer er en cyklisk kraft, udviser mange mekaniske og elektriske fejl lignende frekvensmønstre, der gør det vanskeligt at skelne en fejl fra en anden.
at lære at analysere vibrationer tager bare tid. Uddannelseskurser, tekniske publikationer og andre ressourcer såsom online ressourcer og kommercielt selvundervisningsmateriale er tilgængelige, der kan forbedre analysefærdigheder og forkorte læringskurven.
der er en diagnostisk teknik, der hurtigt kommer til kilden til de fleste vibrationsproblemer. Det er muligvis den mest kraftfulde af alle vibrationsdiagnostiske teknikker. Det har eksisteret så længe vibrationsanalyse selv endnu ikke har fået meget opmærksomhed, og det er sjældent at finde god information om emnet. Hvad er denne teknik? Det kaldes faseanalyse.
Hvad er fase?
fase er positionen af en roterende del på ethvert tidspunkt i forhold til et fast punkt. Fase giver os vibrationsretningen. Tuning af en bilmotor ved hjælp af en timing lys og Induktiv sensor er en anvendelse af faseanalyse (figur 2).
figur 2. Motorindstilling ved hjælp af et timinglys er faseanalyse.
en faseundersøgelse er en samling af fasemålinger foretaget på en maskine eller struktur og evalueret for at afsløre information om relativ bevægelse mellem komponenter. I vibrationsanalyse måles fase ved hjælp af absolutte eller relative teknikker.
absolut fase måles med en sensor og et turteller, der henviser til et mærke på den roterende aksel (figur 3). Ved hvert målepunkt beregner analysatoren tiden mellem turtellerudløseren og den næste positive bølgeform peak vibration. Dette tidsinterval konverteres til grader og vises som den absolutte fase (figur 4). Fase kan måles ved akselrotationsfrekvens eller et hvilket som helst hele tal multiplum af akselhastighed (synkrone frekvenser). Absolut fase er nødvendig for rotorbalancering.
figur 3. Absolut Fasemåling
relativ fase måles på en flerkanals vibrationsanalysator ved hjælp af to eller flere (lignende type) vibrationssensorer. Analysatoren skal kunne måle tværkanalfasen. En enkeltakset sensor fungerer som den faste reference og placeres et sted på maskinen (typisk på et lejehus). En anden enkeltakset eller triaksial sensor flyttes sekventielt til alle de andre testpunkter (figur 5). Ved hvert testpunkt sammenligner analysatoren bølgeformer mellem de faste og rovende sensorer. Relativ fase er tidsforskellen mellem bølgeformerne ved en bestemt frekvens konverteret til grader (figur 6). Relativ fase kræver ikke et turteller, så fase kan måles ved enhver frekvens.
figur 5. Relativ Fasemåling
Figur 6. Relativ fase beregnet mellem to Vibrationsbølgeformer
begge typer fasemålinger er nemme at lave. Relativ fase er den mest bekvemme måde at måle fase på en maskine, fordi maskinen ikke behøver at blive stoppet for at installere reflekterende tape på akslen. Fase kan måles ved enhver frekvens. De fleste enkeltkanals vibrationsanalysatorer kan måle absolut fase. Flerkanals vibrationsanalysatorer som Pruftechnik Vibekspert illustreret i Figur 7 har standardfunktioner til måling af både absolut og relativ fase.
Figur 7. 2-kanals Vibrationsanalysator
Hvornår skal man bruge Faseanalyse
alle har brug for faseanalyse. Der skal foretages en faseundersøgelse af problemmaskiner, når vibrationskilden ikke er klar, eller når det er nødvendigt at bekræfte mistænkte vibrationskilder. En faseundersøgelse kan omfatte punkter, der kun måles på maskinlejerne, eller det kan omfatte punkter over hele maskinen fra fundamentet op til lejerne. Følgende er eksempler på, hvordan fase kan hjælpe med at analysere vibrationer.
blød fod
udtrykket blød fod bruges til at beskrive maskinrammeforvrængning. Det kan være forårsaget af en tilstand, hvor foden på en motor, pumpe eller anden komponent ikke er flad, firkantet og tæt på dens montering eller mange andre ting, såsom bearbejdningsfejl, bøjede eller snoede fødder og ikke-flade monteringsflader. Blød fod øger vibrationer og lægger unødig belastning på lejer, tætninger og koblinger. Blød fod på en motor fordrejer statorhuset, hvilket skaber en ikke-ensartet rotor til statorluftspalte, hvilket resulterer i vibrationer ved to gange linjefrekvens.
et godt laserakseljusteringssystem skal bruges til at verificere blød fod ved at løsne maskinens fødder en ad gangen.
fase kan bruges til at identificere blød fod, mens maskinen er i drift. Mål lodret fase mellem foden og dens monteringsoverflade. Hvis leddet er stramt, er fasevinklen den samme mellem overflader. Hvis fasevinklen er forskellig med mere end 20 grader, er foden løs, eller maskinrammen er revnet eller spinkel. Figur 8 er et eksempel på faseforskydningen over en blød fod.
figur 8. En faseforskydning mellem foden og monteringen kan indikere blød fod.
spændte lejer og bøjede aksler
fase bruges til at detektere spændte lejer og bøjede aksler. Mål fase på fire aksiale steder omkring lejehuset. Hvis lejet er spændt eller akslen bøjes gennem lejet, vil fasen være forskellig på hvert sted. Hvis akslen er lige, og lejet ikke vrider sig, vil fasen være den samme på hvert sted (figur 9).
figur 9. Fase identificerer in-plane eller vride bærende bevægelse.
Bekræft ubalance
en radial vibration en gang pr. Brug fase til at bevise ubalance er problemet. For at bekræfte ubalance måles den vandrette og lodrette fase på en aksel eller et lejehus. Hvis forskellen mellem faseværdierne er cirka 90 grader, er problemet rotorubalance (Figur 10). Hvis faseforskellen er tættere på nul eller 180 grader, er vibrationen forårsaget af en reaktionskraft. En ekscentrisk remskive og forkert justering af akslen er eksempler på reaktionskræfter.
Figur 10. 90 grader bekræfter ubalance
løshed, bøjning eller vridning
fase bruges til at detektere løse samlinger på strukturer og bøjning eller vridning på grund af svaghed eller resonans. For at kontrollere løshed måles den lodrette fase ved hver mekanisk samling som angivet med pilene i Figur 11. Når leddene er løse, vil der være en faseforskydning på cirka 180 grader. Fasevinklen ændres ikke over en tæt samling.
Figur 11. Et faseskift mellem boltede samlinger indikerer løshed.
Skaftforskydning
Skaftforskydning er let verificeret med fase. Mål hvert leje i vandret, lodret og aksial retning. Registrer værdierne i et tabel-eller boblediagram som vist i Figur 12. Sammenlign den vandrette fase fra leje til leje på hver komponent og på tværs af koblingen. Gentag sammenligningen ved hjælp af lodrette og aksiale data. God justering viser ingen væsentlig faseforskydning mellem lejer eller på tværs af koblingen. Maskinen i Figur 12 har en 180-graders faseforskydning over koblingen i de radiale retninger. De aksiale retninger er i fase på tværs af maskinen. Dataene angiver parallel (offset) skaftforskydning.
Figur 12. Fasedata angiver Parallel Akselforskydning
operationelle Afbøjningsformer
i stedet for at sammenligne fase-og størrelsesnumrene fra et tabel-eller boblediagram kan ODS (operational deflection shape) bruges til at animere en maskintegning. En ODS er en måleteknik, der bruges til at analysere bevægelsen af roterende udstyr og strukturer under normal drift. En ODS er en udvidelse af faseanalyse, hvor en computergenereret model af maskinen animeres med fase-og størrelsesdata eller samtidigt målte tidsbølgeformer. Animationen analyseres visuelt for at diagnosticere problemer. ODS-test er i stand til at identificere en lang række mekaniske fejl og resonansproblemer såsom løshed, blød fod, brudte svejsninger, forkert justering, ubalance, bøjning eller vridning fra resonans, strukturel svaghed og fundamentproblemer.
figur 13 er en simpel ODS af tre direkte koblede aksler. Fase og størrelse blev målt fra permanent monterede h-og Y-forskydningsprober på en turbinegenerator. Værdierne i tabellen blev brugt i ODS-programmer til at animere en tændstikfigur tegning af høj – og lavtryksturbineaksler og generatorakslen. Billedet til højre for bordet er en optagelse fra ODS-animationen, der viser vibrationsmønsteret for hver aksel og den relative bevægelse mellem aksler ved 3.600 cyklusser pr.
figur 13. Akseloperativ Afbøjningsform
mange maskiner vibrerer på grund af forringede fundamenter, løshed, resonans af støttestrukturen og andre problemer, der opstår under maskinlejerne. En faseundersøgelse kan omfatte hundredvis af testpunkter målt over hele maskinen og fundamentet. Gode ODS-programmer kan gøre det lettere at analysere fase-og størrelsesdata fra et stort antal testpunkter. Analyse af en ODS involverer observation og fortolkning af maskinen i bevægelse. Figur 14 er en ODS struktur tegning af en lodret pumpe.
figur 14. Lodret pumpe operationel afbøjning form struktur tegning
konklusion
Tilstandsbaseret vibrationstest er en vigtig komponent i et pålidelighedsbaseret vedligeholdelsesprogram. Vibrationssensorer, instrumenter og programmer er i stand til at give vigtige oplysninger om maskinens sundhed. Det svage led i kæden er analytikerens evne til at fortolke dataene, nøjagtigt diagnosticere problemet og udvikle fejlen, indtil det er tid til at anbefale korrigerende handlinger. Faseanalyse er et meget kraftfuldt diagnostisk værktøj. Hver vibrationsanalytiker skal bruge fase til at forbedre vibrationsanalysens nøjagtighed.
om forfatteren:
Tony DeMatteo er en vibrationsanalytiker og teknisk træningsinstruktør med 4H Diagnostics LLC, et service-og træningsfirma, der leverer konsulenttjenester, mentoring og træning i diagnostisk måling, analyse, operationel afbøjningsformtest og modal analyse. Han kan nås på 585-293-3234 eller www.4xdiagnostics.com.
Tony DeMatteo er en vibrationsanalytiker og teknisk træningsinstruktør hos 4.Diagnostics LLC, et service-og træningsfirma, der leverer konsulenttjenester, mentoring og træning i diagnostik…