Vaiheanalyysi: Tärinäanalyysin helpottaminen

Tärinäanalyysi on useimmiten opittu taito. Se perustuu 70-prosenttisesti kokemukseen ja 30-prosenttisesti luokkakoulutukseen ja itseopiskeluun. Varmaksi ja päteväksi tärinäanalyytikoksi tuleminen vie vuosia. Kun analyysi on väärä, myös korjaussuositukset ovat virheellisiä. Tärinäanalyytikko ei halua tehdä väärää päätöstä. Tässä bisneksessä uskottavuus saadaan pienin askelin ja menetetään isoissa paloissa.

laakerikoteloon sijoitettu tärinäanturi, joka on liitetty tärinäanalysaattoriin, antaa aikaa, taajuutta ja amplitudia koskevaa tietoa aaltomuodon ja spektrin muodossa (kuva 1). Nämä tiedot ovat perustana tärinäanalyysille. Se sisältää lähes kaikkien koneessa olevien mekaanisten ja sähköisten vikojen allekirjoitukset.

Kuva 1. Tärinän aaltomuoto ja spektri

tärinän analysointiprosessiin kuuluu tärinän vakavuuden määrittäminen, taajuuksien ja kuvioiden tunnistaminen, piikkien ja kuvioiden yhdistäminen mekaanisiin tai sähköisiin osiin, johtopäätösten tekeminen ja tarvittaessa korjaussuositusten antaminen.

kaikki tärinäanalyysiin osallistuvat tietävät, että tärinän analysointi ei ole helppoa eikä automatisoitua. Oletko koskaan miettinyt miksi? Tässä muutama syy:

1) koneissa on useita vikoja: Tärinämallit, joita opimme koulutuksessa ja joista luemme kirjoista, eivät vain näytä samalta todellisessa maailmassa. Opimme, miltä mekaaniset ja sähköiset viat näyttävät puhtaimmillaan – ikään kuin koneessa olisi aina ollut vain se yksi tärinää aiheuttava ongelma. Koneissa on yleensä useampi kuin yksi tärinää tuottava vika. Vähintään kaikissa koneissa on jokin epätasapaino ja suuntausvirhe. Kun muita vikoja kehittyy, aaltomuodosta ja spektristä tulee nopeasti monimutkainen ja vaikea analysoida. Tiedot eivät enää vastaa oppimiamme vikakuvioita.

2) syy-Seurausvärinä: jokaista toimintaa kohti on reaktio. Osa mittaamastamme tärinästä johtuu muista ongelmista. Esimerkiksi roottorin epätasapainon aiheuttama voima voi saada koneen näyttämään linjattomalta, löysältä tai hankautuneelta. Mieti kaikkia niitä asioita, jotka tärisevät ja kolisevat autossasi, kun yksi rengas menee pois tasapainosta.

3) Monilla Vikatyypeillä On Samanlaisia Kuvioita: Koska koneen roottorit pyörivät tietyllä nopeudella ja tärinä on syklinen voima, monissa mekaanisissa ja sähköisissä vioissa esiintyy samanlaisia taajuuskuvioita, jotka vaikeuttavat yhden vian erottamista toisistaan.

tärinän analysoinnin oppiminen vain vie aikaa. Tarjolla on kursseja, teknisiä julkaisuja ja muita resursseja, kuten verkko-resursseja ja kaupallista itseopetusmateriaalia, jotka voivat parantaa analyysitaitoja ja lyhentää oppimiskäyrää.

on yksi diagnostinen tekniikka, jolla päästään nopeasti useimpien tärinäongelmien alkulähteille. Se on mahdollisesti voimakkain kaikista tärinän diagnostisista tekniikoista. Se on ollut olemassa niin kauan kuin tärinäanalyysi ei ole vielä saanut paljon huomiota, ja on harvinaista löytää hyvää tietoa aiheesta. Mikä tämä tekniikka on? Sitä kutsutaan vaiheanalyysiksi.

mikä on vaihe?
vaihe on pyörivän osan sijainti millä tahansa hetkellä suhteessa kiinteään pisteeseen. Vaihe antaa värähtelysuunnan. Auton moottorin virittäminen ajoitusvalon ja induktiivisen anturin avulla on vaiheanalyysin sovellus (kuva 2).

kuva 2. Moottorin viritys ajoitusvalolla on vaiheanalyysi.

faasitutkimus on kokoelma koneelle tai rakenteelle tehtyjä faasimittauksia, joiden avulla arvioidaan tietoa komponenttien välisestä suhteellisesta liikkeestä. Tärinäanalyysissä faasi mitataan absoluuttisilla tai suhteellisilla tekniikoilla.

absoluuttinen vaihe mitataan yhdellä anturilla ja yhdellä kierroslukumittarilla, jotka viittaavat pyörivän akselin merkkiin (kuva 3). Analysaattori laskee kussakin mittauspisteessä kierroslukumittarin laukaisun ja seuraavan positiivisen aaltomuodon huippuvärähdyksen välisen ajan. Tämä aikaväli muunnetaan asteiksi ja esitetään absoluuttisena vaiheena (Kuva 4). Vaihe voidaan mitata akselin pyörimistaajuudella tai millä tahansa akselin nopeuden kokonaislukukertoimella (synkroniset taajuudet). Roottorin tasapainotus edellyttää absoluuttista vaihetta.

kuva 3. Absoluuttisen vaiheen mittaus

suhteellinen vaihe mitataan monikanavaisella tärinäanalysaattorilla käyttäen kahta tai useampaa (samantyyppistä) tärinäanturia. Analysaattorin on pystyttävä mittaamaan kanavan ylittävä vaihe. Yksi yksiakselinen anturi toimii kiinteänä referenssinä ja se sijoitetaan jonnekin koneeseen (tyypillisesti laakerikoteloon). Toinen yksiakselinen tai kolmiakselinen anturi siirretään peräkkäin kaikkiin muihin testipisteisiin (kuva 5). Jokaisessa testipisteessä analysaattori vertaa aaltomuotoja kiinteiden ja kiertävien antureiden välillä. Suhteellinen vaihe on tietyllä taajuudella olevien aaltomuotojen välinen aikaero muunnettuna asteiksi (kuva 6). Suhteellinen vaihe ei vaadi kierroslukumittaria, joten vaihe voidaan mitata millä tahansa taajuudella.

kuva 5. Suhteellinen Vaiheen Mittaus

Kuva 6. Kahden Värähtelyaaltomuodon välillä

laskettu suhteellinen vaihe on helppo tehdä. Suhteellinen vaihe on kätevin tapa mitata vaihetta koneessa, koska konetta ei tarvitse pysäyttää heijastinteipin asentamiseksi akseliin. Vaihe voidaan mitata millä tahansa taajuudella. Useimmat yksikanavaiset värähtelyanalysaattorit pystyvät mittaamaan absoluuttista vaihetta. Monikanavaisilla värähtelyanalysaattoreilla, kuten kuvassa 7 kuvatulla Pruftechnik Vibxpertilla, on vakiotoiminnot sekä absoluuttisen että suhteellisen faasin mittaamiseen.

Kuva 7. Pruftechnik VibXpert 2-kanavainen Tärinäanalysaattori

kun käytetään Vaiheanalyysia
jokainen tarvitsee vaiheanalyysin. Vaihetutkimus on tehtävä ongelmakoneilla, jos tärinän lähde ei ole selvillä tai jos on tarpeen vahvistaa epäillyt tärinän lähteet. Vaihetutkimus voi sisältää vain koneen laakereista mitattuja pisteitä tai se voi sisältää pisteitä koko koneelta perustuksesta laakereihin asti. Seuraavassa on esimerkkejä siitä, miten vaihe voi auttaa analysoimaan tärinää.

pehmeä jalka
termiä pehmeä jalka käytetään kuvaamaan koneen rungon vääristymistä. Se voi johtua tilasta, jossa Moottorin, pumpun tai muun komponentin jalka ei ole tasainen, neliömäinen ja tiukka sen kiinnitykseen nähden, tai monista muista asioista, kuten työstövirheistä, taivutetuista tai kierretyistä jaloista ja ei-tasaisista asennuspinnoista. Pehmeä jalka lisää tärinää ja rasittaa liikaa laakereita, tiivisteitä ja kytkimiä. Pehmeä jalka moottorissa vääristää staattorikotelon luoden epäyhtenäisen roottorin staattorin ilmarakolle, mikä aiheuttaa tärinää kaksi kertaa linjan taajuudella.

hyvän laserakselin linjausjärjestelmän avulla voidaan varmistaa pehmeä jalka löysäämällä koneen jalkoja yksi kerrallaan.

vaiheen avulla voidaan tunnistaa pehmeä jalka koneen ollessa toiminnassa. Mittaa jalkaterän ja sen kiinnityspinnan välinen pystysuora vaihe. Jos liitos on tiivis, vaihekulma on sama pintojen välillä. Jos vaihekulma on yli 20 astetta erilainen, jalka on löysä tai koneen runko halkeillut tai hatara. Kuva 8 on esimerkki vaihesiirtymästä pehmeän jalan yli.

Kuva 8. Vaihesiirto jalan ja kiinnityksen välillä voi olla merkki pehmeästä jalasta.

viritetyt laakerit ja taivutetut akselit
faasia käytetään viritettyjen laakereiden ja taivutettujen akselien havaitsemiseen. Mittaa vaihe neljästä aksiaalisesta kohdasta laakerikotelon ympärillä. Jos laakeri on viritetty tai akseli on taivutettu laakerin läpi, vaihe on erilainen jokaisessa kohdassa. Jos akseli on suora eikä laakeri ole kiertyvä, vaihe on sama jokaisessa kohdassa (Kuva 9).

Kuva 9. Vaihe tunnistaa tasonsisäisen tai kiertyvän laakerin liikkeen.

Vahvista epätasapaino
kierroskohtainen säteisvärinä tarkoittaa yleensä roottorin epätasapainoa. Käytä vaihe todistaa epätasapaino on ongelma. Jos haluat vahvistaa epätasapainon, mittaa vaaka-ja pystysuuntainen vaihe akselilla tai laakerikotelossa. Jos vaihearvojen ero on noin 90 astetta, ongelmana on roottorin epätasapaino (Kuva 10). Jos vaihe-ero on lähempänä nollaa tai 180 astetta, tärinän aiheuttaa reaktiovoima. Eksentrinen väkipyörä ja akselivirhe ovat esimerkkejä reaktiovoimista.

Kuva 10. Vaaka-Pystyvaiheeseen siirtyminen noin 90 astetta vahvistaa epätasapainon

löysyyden, taivutuksen tai kiertymisen
vaihetta käytetään havaitsemaan rakenteiden löysät liitokset ja heikkoudesta tai resonanssista johtuva taipuminen tai vääntyminen. Jos haluat tarkistaa löysyyden, mittaa pystysuuntainen vaihe jokaisen mekaanisen liitoksen kohdalla Kuvan 11 nuolien osoittamalla tavalla. Kun liitokset ovat löysät, tapahtuu noin 180 asteen vaihesiirto. Vaihekulma ei muutu tiiviissä liitoksessa.

Kuva 11. Vaihesiirto ruuviliitosten välillä osoittaa väljyyttä.

Akselivirhe
Akselivirhe on helposti todennettavissa vaiheella. Mittaa jokainen laakeri vaaka -, pysty-ja aksiaalisuunnassa. Kirjaa arvot taulukkoon tai kuplakaavioon kuvan 12 mukaisesti. Vertaa vaakavaihetta laakerista laakeriin kussakin osassa ja koko kytkimessä. Toista vertailu vertikaalinen sitten aksiaalinen tiedot. Hyvä linjaus ei osoita merkittävää vaihesiirtoa laakereiden välillä tai kytkimen poikki. Kuvassa 12 olevassa koneessa on 180 asteen vaihesiirtymä Kytkimen poikki säteittäisissä suunnissa. Aksiaaliset suunnat ovat vaiheittain koneen poikki. Tiedot osoittavat, että akselin suuntausvirhe on samansuuntainen (offset).

Kuva 12. Vaihetiedot osoittavat yhdensuuntaisen akselin poikkeaman

toiminnallisen Poikkeuman muodot
sen sijaan, että verrataan vaihe-ja suuruuslukuja taulukosta tai kuplakaaviosta, operational deflection shape Softwarea (ODS) voidaan käyttää koneen piirustuksen animointiin. ODS on mittaustekniikka, jota käytetään pyörivien laitteiden ja rakenteiden liikkeen analysointiin normaalin toiminnan aikana. ODS on vaiheanalyysin laajennus, jossa koneen tietokoneella luotua mallia animoidaan vaihe – ja suuruustiedoilla tai samanaikaisesti mitatuilla aika-aaltomuodoilla. Animaatio analysoidaan visuaalisesti ongelmien diagnosoimiseksi. ODS testaus pystyy tunnistamaan monenlaisia mekaanisia vikoja ja resonanssi kysymyksiä, kuten löysyys, pehmeä jalka, rikki hitsit, kohdistusvirhe, epätasapaino, taivutus tai kiertyminen resonanssi, rakenteellinen heikkous ja perusta ongelmia.

kuva 13 on yksinkertainen kolmen suorakytketyn akselin ODS. Vaihe ja suuruus mitattiin turbiinigeneraattorin pysyvästi asennetuista X-ja Y-siirtoluotaimista. Taulukossa lueteltuja arvoja käytettiin ODS-ohjelmistossa, jossa animoitiin tikkukuviopiirros korkea-ja matalapaineturbiiniakseleista ja generaattorin akselista. Taulukon oikealla puolella oleva kuva on otos ODS-animaatiosta, jossa näkyy kunkin akselin värähtelykuvio ja akseleiden välinen suhteellinen liike 3 600 syklillä minuutissa (kääntymisnopeus).

kuva 13. Akselin toiminnallinen taipuman muoto

monet koneet värähtelevät johtuen heikentyneistä perustuksista, löysyydestä, tukirakenteen resonanssista ja muista ongelmista, joita esiintyy koneen laakereiden alapuolella. Vaihetutkimus saattaa sisältää satoja testipisteitä, jotka on mitattu ympäri konetta ja perustusta. Hyvä ODS-ohjelmisto voi helpottaa vaihe-ja suuruustietojen analysointia useista testipisteistä. ODS: n analysointiin kuuluu liikkeessä olevan koneen havainnointi ja tulkinta. Kuva 14 on ODS-rakennepiirros pystysuorasta pumpusta.

Kuva 14. Pystypumpun operatiivinen taipuman muotoisen rakenteen piirustus

johtopäätös
Kuntopohjainen Tärinätestaus on tärkeä osa luotettavuuteen perustuvaa huolto-ohjelmaa. Tärinäanturit, – Mittarit ja-ohjelmistot pystyvät antamaan keskeistä tietoa koneen kunnosta. Ketjun heikko lenkki on analyytikon kyky tulkita tietoja, diagnosoida ongelma tarkasti ja trendata vika, kunnes on aika suositella korjaavia toimia. Vaiheanalyysi on erittäin tehokas diagnostinen työkalu. Jokaisen tärinäanalyytikon tulisi käyttää vaihetta tärinäanalyysin tarkkuuden parantamiseksi.

tekijästä:
Tony DeMatteo on tärinäanalyytikko ja teknisen koulutuksen kouluttaja, jolla on 4x Diagnostics LLC: n palvelu-ja koulutusyritys, joka tarjoaa konsultointipalveluja, mentorointia ja koulutusta diagnostisen mittauksen, analyysin, toiminnallisen taipuman muototestauksen ja modaalisen analyysin alalla. Hänet voi tavoittaa numerosta 585-293-3234 tai www.4xdiagnostics.com.