Faseanalyse: Trillingsanalyse vergemakkelijken

Trillingsanalyse is meestal een aangeleerde vaardigheid. Het is gebaseerd 70 procent op ervaring en 30 procent op klassikale training en zelfstudie. Het duurt jaren om een zelfverzekerde en competente trillingsanalist te worden. Wanneer de analyse verkeerd is, zullen de aanbevelingen voor reparatie ook onjuist zijn. Geen enkele trillingsanalist wil de verkeerde beslissing nemen. In deze business, geloofwaardigheid wordt gewonnen in kleine stappen en verloren in grote brokken.

een trillingssensor die op een lagerhuis is geplaatst en is aangesloten op een trillingsanalysator levert informatie over tijd, frequentie en amplitude in de vorm van een golfvorm en een spectrum (figuur 1). Deze gegevens vormen de basis voor trillingsanalyse. Het bevat de handtekeningen van bijna alle mechanische en elektrische defecten aanwezig op de machine.

figuur 1. Trillingsgolfvorm en-Spectrum

het trillingsanalyseproces omvat het bepalen van de ernst van de trillingen, het identificeren van frequenties en patronen, het koppelen van pieken en patronen aan mechanische of elektrische componenten, het vormen van conclusies en, indien nodig, het doen van aanbevelingen voor reparatie.

iedereen die bij de trillingsanalyse betrokken is, weet dat het analyseren van trillingen niet eenvoudig of geautomatiseerd is. Heb je je ooit afgevraagd waarom? Hier zijn een paar redenen:

1) Machines hebben meerdere fouten: De trillingspatronen die we leren tijdens de training en waarover we lezen in boeken zien er gewoon niet hetzelfde uit in de echte wereld. We leren hoe mechanische en elektrische storingen er in de zuiverste vorm uitzien-alsof er altijd maar één probleem op de machine was dat trillingen veroorzaakte. Machines hebben meestal meer dan één trillingsprocédé. Op zijn minst, alle machines hebben een aantal onbalans en verkeerde uitlijning. Wanneer zich andere fouten ontwikkelen, worden de golfvorm en het spectrum snel gecompliceerd en moeilijk te analyseren. De gegevens komen niet meer overeen met de foutpatronen die we hebben geleerd.

2) oorzaak en gevolg trilling: voor elke actie is er een reactie. Een deel van de trillingen die we meten is het effect van andere problemen. Bijvoorbeeld, de kracht veroorzaakt door rotor onbalans kan de machine eruit zien alsof het is uitlijning, los of wrijven. Overweeg alle dingen die schudden en rammelen op uw auto wanneer een band uit balans gaat.

3) Veel Fouttypes Hebben Vergelijkbare Patronen: Omdat machine rotoren draaien met een bepaalde snelheid, en trillingen is een cyclische kracht, veel mechanische en elektrische fouten vertonen soortgelijke frequentiepatronen die het moeilijk maken om een fout van een andere te onderscheiden.

het leren analyseren van trillingen kost slechts tijd. Er zijn cursussen, technische publicaties en andere hulpmiddelen beschikbaar, zoals online bronnen en commercieel zelfonderrichtsmateriaal, die de analysevaardigheden kunnen verbeteren en de leercurve kunnen verkorten.

er is één diagnostische techniek die snel de bron van de meeste trillingsproblemen bereikt. Het is misschien wel de krachtigste van alle trillingsdiagnosetechnieken. Het bestaat al zolang de trillingsanalyse zelf nog niet veel aandacht heeft gekregen, en het is zeldzaam om goede informatie over het onderwerp te vinden. Wat is deze techniek? Het heet faseanalyse.

Wat is fase?
fase is de positie van een roterend deel op elk moment ten opzichte van een vast punt. Fase geeft ons de trillingsrichting. Het afstemmen van een automotor met behulp van een timing licht en inductieve sensor is een toepassing van fase analyse (Figuur 2).

Figuur 2. Motor tuning met behulp van een timing licht is fase analyse.

een fasestudie is een verzameling fasemetingen die op een machine of structuur worden uitgevoerd en die worden geëvalueerd om informatie over de relatieve beweging tussen componenten te onthullen. Bij trillingsanalyse wordt de fase gemeten met behulp van absolute of relatieve technieken.De Absolute fase wordt gemeten met één sensor en één toerenteller die verwijzen naar een markering op de roterende as (Figuur 3). Op elk meetpunt berekent de analysator de tijd tussen de trigger van de toerenteller en de volgende positieve golfvormpiektrilling. Dit tijdsinterval wordt omgezet in graden en weergegeven als de absolute fase (Figuur 4). Fase kan worden gemeten bij asrotatiefrequentie of een geheel getal veelvoud van assnelheid (synchrone frequenties). Absolute fase is vereist voor rotorbalancering.

Figuur 3. Absolute Fasemeting

relatieve fase wordt gemeten op een meerkanaals trillingsanalysator met behulp van twee of meer (soortgelijke) trillingssensoren. De analysator moet in staat zijn om de kanaaloverschrijdende fase te meten. Een enkele-assige sensor dient als vaste referentie en wordt ergens op de machine geplaatst (meestal op een lagerhuis). Een andere enkelvoudige of triaxiale sensor wordt achtereenvolgens naar alle andere testpunten verplaatst (Figuur 5). Op elk testpunt vergelijkt de analysator golfvormen tussen de vaste en roving sensoren. Relatieve fase is het tijdsverschil tussen de golfvormen bij een specifieke frequentie omgezet in graden (Figuur 6). De relatieve fase vereist geen Toerenteller, zodat de fase bij elke frequentie kan worden gemeten.

Figuur 5. Relatieve Fasemeting

Figuur 6. Relatieve fase berekend tussen twee trillingsgolven

beide typen fasemetingen zijn gemakkelijk te maken. Relatieve fase is de meest handige manier om fase op een machine te meten, omdat de machine niet hoeft te worden gestopt om reflecterende tape op de as Te Installeren. Fase kan op elke frequentie worden gemeten. De meeste eenkanaals trillingsanalysatoren kunnen de absolute fase meten. Meerkanaals trillingsanalysatoren zoals de Pruftechnik vibxpert in Figuur 7 hebben standaardfuncties voor het meten van zowel absolute als relatieve fase.

Figuur 7. Pruftechnik Vibxpert 2-kanaals Trillingsanalysator

Wanneer moet Faseanalyse
iedereen heeft faseanalyse nodig. Er moet een fasestudie worden uitgevoerd op probleemmachines wanneer de trillingsbron niet duidelijk is of wanneer het noodzakelijk is om vermoedelijke trillingsbronnen te bevestigen. Een fase studie kan punten alleen gemeten op de machine lagers of het kan punten over de gehele machine van de stichting tot de lagers omvatten. De volgende zijn voorbeelden van hoe fase trilling kan helpen analyseren.

zachte voet
de term zachte voet wordt gebruikt om vervorming van het machineframe te beschrijven. Het kan worden veroorzaakt door een toestand waarbij de voet van een motor, pomp of ander onderdeel niet vlak, vierkant en strak is om de montage ervan, of vele andere dingen, zoals bewerkingsfouten, gebogen of gedraaide voeten en niet-vlakke montageoppervlakken. Zachte voet verhoogt de trillingen en legt onnodige belasting op lagers, afdichtingen en koppelingen. Zachte voet op een motor vervormt de stator behuizing waardoor een niet-uniforme rotor naar stator luchtspleet resulteert in trillingen bij twee keer lijn frequentie.

een goed laserasuitlijningssysteem moet worden gebruikt om zachte voet te verifiëren door de machinevoeten één voor één los te maken.

fase kan worden gebruikt om zachte voet te identificeren terwijl de machine in werking is. Meet de verticale fase tussen de voet en het montageoppervlak. Als de verbinding strak is, is de fasehoek hetzelfde tussen oppervlakken. Als de fasehoek meer dan 20 graden verschilt, is de voet los of is het machineframe gebarsten of dun. Figuur 8 is een voorbeeld van de faseverschuiving over een zachte voet.

Figuur 8. Een faseverschuiving tussen de voet en mount kan wijzen op zachte voet.

gebogen lagers en gebogen Assen
fase wordt gebruikt voor het detecteren van gebogen lagers en gebogen Assen. Meet fase op vier axiale locaties rond het Lagerhuis. Als het lager wordt gespannen of de as door het lager wordt gebogen, zal de fase op elke locatie anders zijn. Als de as recht is en het lager niet draait, zal de fase op elke locatie hetzelfde zijn (figuur 9).

figuur 9. Fase identificeert in-vliegtuig of draaiende lagerbeweging.

bevestig onbalans
een radiale trilling van één keer per omwenteling betekent gewoonlijk onbalans van de rotor. Gebruik fase om te bewijzen onbalans is het probleem. Om onbalans te bevestigen, meet de horizontale en verticale fase op een as of Lagerhuis. Als het verschil tussen de fasewaarden ongeveer 90 graden is, is het probleem rotoronbalans (Figuur 10). Als het faseverschil dichter bij nul of 180 graden ligt, wordt de trilling veroorzaakt door een reactiekracht. Een excentrische katrol en asuitlijning zijn voorbeelden van reactiekrachten.

Figuur 10. Horizontale naar verticale faseverschuiving van ongeveer 90 graden bevestigt onbalans

losheid, buigen of draaien
fase wordt gebruikt voor het detecteren van losse verbindingen op structuren en buigen of draaien als gevolg van zwakte of resonantie. Om de losheid te controleren, meet u de verticale fase bij elk mechanisch scharnier zoals aangegeven door de pijlen in Figuur 11. Wanneer gewrichten los zijn, zal er een faseverschuiving van ongeveer 180 graden zijn. De fasehoek verandert niet over een strakke verbinding.

Figuur 11. Een faseverschuiving tussen boutverbindingen wijst op losheid.

asuitlijning
asuitlijning is eenvoudig te verifiëren met fase. Meet elk lager in de horizontale, verticale en axiale richtingen. Noteer de waarden in een tabel of bellendiagram zoals weergegeven in Figuur 12. Vergelijk de horizontale fase van lager naar lager op elk onderdeel en over de koppeling. Herhaal de vergelijking met behulp van verticale dan axiale gegevens. Goede uitlijning zal geen substantiële faseverschuiving tussen lagers of over de koppeling laten zien. De machine in Figuur 12 heeft een faseverschuiving van 180 graden over de koppeling in de radiale richtingen. De axiale richtingen zijn in fase over de machine. De gegevens wijzen op parallelle (offset) asuitlijning.

Figuur 12. Fasegegevens wijzen op een parallelle Asfout

operationele Afbuigingsvormen
in plaats van de fase-en magnitudegetallen van een tabel of bellendiagram te vergelijken, kan operationele afbuigingsvormsoftware (ODS) worden gebruikt om een machinetekening te animeren. Een ODS is een meettechniek die wordt gebruikt om de beweging van roterende apparatuur en structuren tijdens normale werking te analyseren. Een ODS is een uitbreiding van fase-analyse waarbij een computer-gegenereerd model van de machine wordt geanimeerd met fase-en magnitudegegevens of gelijktijdig gemeten tijdgolfvormen. De animatie wordt visueel geanalyseerd om problemen te diagnosticeren. ODS-tests kunnen een breed scala aan mechanische fouten en resonantieproblemen identificeren, zoals losheid, zachte voet, gebroken lassen, verkeerde uitlijning, onbalans, buigen of draaien van resonantie, structurele zwakte en funderingsproblemen.

Figuur 13 is een eenvoudige ODS van drie direct gekoppelde Assen. Fase en magnitude werden gemeten aan de hand van vast gemonteerde X-en Y-verplaatsingssondes op een turbinegenerator. De in de tabel vermelde waarden werden gebruikt in ODS-software om een stokfiguurtekening van de hoge – en lagedrukturbineassen en de generatoras te animeren. De afbeelding rechts van de tabel is een opname van de ODS-animatie die het trillingspatroon van elke as en de relatieve beweging tussen Assen toont met 3.600 cycli per minuut (draaisnelheid).

Figuur 13. Veel machines trillen als gevolg van verslechterde fundering, losheid, resonantie van de draagconstructie en andere problemen die zich onder de lagers voordoen. Een fasestudie kan honderden testpunten bevatten die over de machine en de fundering worden gemeten. Goede ODS-software kan het gemakkelijker maken om fase-en magnitudegegevens van een groot aantal testpunten te analyseren. Analyse van een ODS impliceert observatie en interpretatie van de machine in beweging. Figuur 14 is een ODS-structuurtekening van een verticale pomp.

Figuur 14. Vertical Pump Operational Deflection Shape Structure Drawing

Conclusion
Condition-based vibration testing is a vital component of a reliability based maintenance program. Trillingssensoren, instrumenten en software bieden belangrijke informatie over de gezondheid van machines. De zwakke schakel in de keten is het vermogen van de analist om de gegevens te interpreteren, het probleem nauwkeurig te diagnosticeren en de fout te trillen totdat het tijd is om corrigerende maatregelen aan te bevelen. Faseanalyse is een zeer krachtig diagnostisch hulpmiddel. Elke trillingsanalist zou fase moeten gebruiken om de nauwkeurigheid van de trillingsanalyse te verbeteren.

over de auteur:
Tony DeMatteo is een trillingsanalist en instructeur voor technische training bij 4X Diagnostics LLC, een dienstverlenings-en opleidingsbedrijf dat adviesdiensten, mentorschap en opleiding levert op het gebied van diagnostische metingen, analyse, het testen van operationele vervormingsvormen en modale analyse. Hij kan worden bereikt op 585-293-3234 of www.4xdiagnostics.com.