Analiza fazelor: facilitarea analizei vibrațiilor

analiza vibrațiilor este în mare parte o abilitate învățată. Se bazează 70% pe experiență și 30% pe formarea în clasă și studiul individual. Este nevoie de ani pentru a deveni un analist de vibrații încrezător și competent. Atunci când analiza este greșită, recomandările pentru reparații vor fi, de asemenea, incorecte. Nici un analist de vibrații nu vrea să facă un apel greșit. În această afacere, credibilitatea este câștigată în pași mici și pierdută în bucăți mari.

un senzor de vibrație plasat pe o carcasă a rulmentului și conectat la un analizor de vibrații furnizează informații despre timp, frecvență și amplitudine sub forma unei forme de undă și a unui spectru (Figura 1). Aceste date reprezintă fundamentul analizei vibrațiilor. Conține semnăturile a aproape toate defectele mecanice și electrice prezente pe mașină.

Figura 1. Forma de undă și spectrul vibrațiilor

procesul de analiză a vibrațiilor implică determinarea severității vibrațiilor, identificarea frecvențelor și tiparelor, asocierea vârfurilor și tiparelor cu componente mecanice sau electrice, formarea concluziilor și, dacă este necesar, formularea de recomandări pentru reparații.

toți cei implicați în analiza vibrațiilor știu că analiza vibrațiilor nu este ușoară și nici automată. Te-ai întrebat vreodată de ce? Iată câteva motive:

1) mașinile au mai multe defecte: Modelele de vibrații pe care le învățăm în formare și despre care citim în cărți pur și simplu nu arată la fel în lumea reală. Aflăm cum defectele mecanice și electrice arată în cea mai pură formă – ca și cum ar exista întotdeauna doar o singură problemă pe mașină care provoacă vibrații. Mașinile au de obicei mai multe defecțiuni producătoare de vibrații. Cel puțin, toate mașinile au un anumit dezechilibru și nealiniere. Când se dezvoltă alte defecte, forma de undă și spectrul devin rapid complicate și dificil de analizat. Datele nu se mai potrivesc cu modelele de erori pe care le-am învățat.

2) cauză și efect vibrații: pentru fiecare acțiune, există o reacție. O parte din vibrația pe care o măsurăm este efectul altor probleme. De exemplu, forța cauzată de dezechilibrul rotorului poate face ca mașina să pară că nu este aliniată, slăbită sau frecată. Luați în considerare toate lucrurile care se agită și zornăie pe masina ta atunci când o anvelopă iese din echilibru.

3) Multe Tipuri De Defecte Au Modele Similare: Deoarece rotoarele mașinii se rotesc la o anumită viteză, iar vibrația este o forță ciclică, multe defecțiuni mecanice și electrice prezintă modele de frecvență similare care fac dificilă distingerea unei defecțiuni de alta.

învățarea analizei vibrațiilor necesită doar timp. Sunt disponibile cursuri de formare, publicații tehnice și alte resurse, cum ar fi resursele online și materialele didactice comerciale care pot îmbunătăți abilitățile de analiză și pot scurta curba de învățare.

există o tehnică de diagnosticare care ajunge rapid la sursa majorității problemelor de vibrații. Este probabil cea mai puternică dintre toate tehnicile de diagnosticare a vibrațiilor. A existat atâta timp cât analiza vibrațiilor în sine încă nu a primit multă atenție și este rar să găsești informații bune despre subiect. Ce este această tehnică? Se numește analiză de fază.

ce este faza?
faza este poziția unei părți rotative în orice moment față de un punct fix. Faza ne dă direcția de vibrație. Reglarea unui motor auto folosind o lumină de sincronizare și un senzor inductiv este o aplicație a analizei de fază (Figura 2).

Figura 2. Reglarea motorului folosind o lumină de sincronizare este analiza fazei.

un studiu de fază este o colecție de măsurători de fază efectuate pe o mașină sau structură și evaluate pentru a dezvălui informații despre mișcarea relativă între componente. În analiza vibrațiilor, faza este măsurată folosind tehnici absolute sau relative.

Faza absolută se măsoară cu un senzor și un tahometru care fac referire la un semn pe arborele rotativ (Figura 3). La fiecare punct de măsurare, analizorul calculează timpul dintre declanșatorul tahometrului și următoarea vibrație de vârf a formei de undă pozitive. Acest interval de timp este convertit în grade și afișat ca fază absolută (Figura 4). Faza poate fi măsurată la frecvența de rotație a arborelui sau la orice număr întreg multiplu al vitezei arborelui (frecvențe sincrone). Faza absolută este necesară pentru Echilibrarea rotorului.

Figura 3. Măsurarea absolută a fazei

faza relativă este măsurată pe un analizor de vibrații multi-canal utilizând doi sau mai mulți senzori de vibrații (de tip similar). Analizorul trebuie să poată măsura faza transversală. Un senzor cu o singură axă servește ca referință fixă și este plasat undeva pe mașină (de obicei pe o carcasă a rulmentului). Un alt senzor cu o singură axă sau triaxial este mutat secvențial la toate celelalte puncte de testare (Figura 5). La fiecare punct de testare, Analizorul compară formele de undă între senzorii fix și roving. Faza relativă este diferența de timp dintre formele de undă la o frecvență specifică convertită în grade (Figura 6). Faza relativă nu necesită un tahometru, astfel încât faza poate fi măsurată la orice frecvență.

Figura 5. Măsurarea Relativă A Fazei

Figura 6. Faza relativă calculată între două forme de undă de vibrație

ambele tipuri de măsurători de fază sunt ușor de făcut. Faza relativă este cel mai convenabil mod de a măsura faza pe o mașină, deoarece mașina nu trebuie oprită pentru a instala bandă reflectorizantă pe arbore. Faza poate fi măsurată la orice frecvență. Majoritatea analizoarelor de vibrații cu un singur canal pot măsura faza absolută. Analizoarele de vibrații multi-canal precum Pruftechnik VibXpert ilustrate în Figura 7 au funcții standard pentru măsurarea atât a fazei absolute, cât și a celei relative.

Figura 7. Pruftechnik VibXpert Analizor de vibrații cu 2 canale

când se utilizează analiza de fază
toată lumea are nevoie de analiza de fază. Trebuie efectuat un studiu de fază pe mașinile cu probleme atunci când sursa vibrației nu este clară sau când este necesar să se confirme sursele suspecte de vibrații. Un studiu de fază poate include puncte măsurate numai pe rulmenții mașinii sau poate include puncte pe întreaga mașină de la fundație până la rulmenți. Următoarele sunt exemple despre modul în care faza poate ajuta la analiza vibrațiilor.

picior moale
termenul picior moale este folosit pentru a descrie distorsiunea cadrului mașinii. Poate fi cauzată de o afecțiune în care piciorul unui motor, pompă sau altă componentă nu este plat, pătrat și strâns la montarea sa sau multe alte lucruri, cum ar fi erorile de prelucrare, picioarele îndoite sau răsucite și suprafețele de montare non-plane. Piciorul moale crește vibrațiile și pune stres nejustificat pe rulmenți, garnituri și cuplaje. Piciorul moale pe un motor distorsionează carcasa statorului creând un rotor neuniform la golul de aer al statorului, rezultând vibrații la frecvența liniei de două ori.

un sistem bun de aliniere a arborelui laser trebuie utilizat pentru a verifica piciorul moale prin slăbirea picioarelor mașinii pe rând.

Faza poate fi utilizată pentru a identifica piciorul moale în timp ce mașina este în funcțiune. Măsurați faza verticală între picior și suprafața sa de montare. Dacă îmbinarea este strânsă, unghiul de fază este același între suprafețe. Dacă unghiul de fază este diferit cu mai mult de 20 de grade, piciorul este slăbit sau cadrul mașinii este crăpat sau subțire. Figura 8 este un exemplu de schimbare de fază pe un picior moale.

figura 8. O schimbare de fază între picior și suport poate indica piciorul moale.

rulmenți și arbori îndoiți
faza este utilizată pentru a detecta rulmenții și arborii îndoiți. Măsurați faza în patru locații axiale în jurul carcasei rulmentului. Dacă rulmentul este înclinat sau arborele este îndoit prin rulment, faza va fi diferită în fiecare locație. Dacă arborele este drept și rulmentul nu se răsucește, faza va fi aceeași la fiecare locație (Figura 9).

Figura 9. Faza identifică mișcarea rulmentului în plan sau răsucire.

confirmați dezechilibrul
o vibrație radială o dată pe rotație înseamnă de obicei dezechilibrul rotorului. Utilizați faza pentru a dovedi dezechilibrul este problema. Pentru a confirma dezechilibrul, măsurați faza orizontală și verticală pe un arbore sau o carcasă a rulmentului. Dacă diferența dintre valorile fazei este de aproximativ 90 de grade, problema este dezechilibrul rotorului (Figura 10). Dacă diferența de fază este mai aproape de zero sau 180 de grade, vibrația este cauzată de o forță de reacție. Un scripete excentric și nealinierea arborelui sunt exemple de forțe de reacție.

Figura 10. Orizontală la schimbare de fază verticală de aproximativ 90 de grade confirmă dezechilibru

Looseness, îndoire sau răsucire
faza este utilizat pentru a detecta articulațiilor vrac pe structuri și îndoire sau răsucire din cauza slăbiciune sau rezonanță. Pentru a verifica dacă există slăbiciune, măsurați faza verticală la fiecare îmbinare mecanică, așa cum este indicat de săgețile din Figura 11. Când articulațiile sunt libere, va exista o schimbare de fază de aproximativ 180 de grade. Unghiul de fază nu se va schimba pe o articulație strânsă.

Figura 11. O schimbare de fază între îmbinările cu șuruburi indică slăbiciune.

nealinierea arborelui
nealinierea arborelui este ușor de verificat cu faza. Măsurați fiecare rulment în direcții orizontale, verticale și axiale. Înregistrați valorile într-un tabel sau o diagramă cu bule așa cum se arată în Figura 12. Comparați faza orizontală de la rulment la rulment pe fiecare componentă și pe cuplaj. Repetați comparația folosind date verticale apoi axiale. O aliniere bună nu va arăta o schimbare substanțială de fază între rulmenți sau peste cuplaj. Mașina din Figura 12 are o deplasare de fază de 180 de grade pe cuplaj în direcțiile radiale. Direcțiile axiale sunt în fază de-a lungul mașinii. Datele indică nealinierea arborelui paralel (offset).

Figura 12. Datele de fază indică nealinierea arborelui paralel

forme de deviere operațională
în loc să compare numerele de fază și magnitudine dintr-un tabel sau o diagramă cu bule, software-ul de formă de deviere operațională (ODS) poate fi utilizat pentru a anima un desen al mașinii. O ODS este o tehnică de măsurare utilizată pentru a analiza mișcarea echipamentelor și structurilor rotative în timpul funcționării normale. Un ODS este o extensie a analizei de fază în care un model generat de computer al mașinii este animat cu date de fază și magnitudine sau forme de undă temporale măsurate simultan. Animația este analizată vizual pentru a diagnostica problemele. Testarea ODS este capabilă să identifice o mare varietate de defecte mecanice și probleme de rezonanță, cum ar fi slăbiciunea, piciorul moale, sudurile rupte, nealinierea, dezechilibrul, îndoirea sau răsucirea din rezonanță, slăbiciunea structurală și problemele de fundație.

Figura 13 este un ODS simplu de trei arbori cuplați direct. Faza și magnitudinea au fost măsurate de la sondele de deplasare X și Y montate permanent pe un generator de turbină. Valorile enumerate în tabel au fost utilizate în software – ul ODS pentru a anima un desen de tip stick al arborilor turbinei de înaltă și joasă presiune și al arborelui generatorului. Imaginea din dreapta tabelului este o captură din animația ODS care arată modelul de vibrație al fiecărui arbore și mișcarea relativă între arbori la 3.600 de cicluri pe minut (viteza de rotire).

Figura 13. Forma de deviere operațională a arborelui

multe mașini vibrează din cauza fundațiilor deteriorate, a slăbirii, a rezonanței structurii de susținere și a altor probleme care apar sub rulmenții mașinii. Un studiu de fază ar putea include sute de puncte de testare măsurate pe toată mașina și Fundația. Software-ul ODS bun poate facilita analiza datelor de fază și magnitudine dintr-un număr mare de puncte de testare. Analiza unui ODS implică observarea și interpretarea mașinii în mișcare. Figura 14 este un desen de structură ODS al unei pompe verticale.

figura 14. Pompă verticală deviere operațională forma structura desen

concluzie
testarea vibrațiilor pe bază de condiții este o componentă vitală a unui program de întreținere bazat pe fiabilitate. Senzorii de vibrații, instrumentele și software-ul sunt capabili să furnizeze informații cheie despre sănătatea mașinii. Veriga slabă din lanț este capacitatea analistului de a interpreta datele, de a diagnostica cu exactitate problema și de a trenda defecțiunea până când este timpul să recomande acțiuni corective. Analiza fazei este un instrument de diagnosticare foarte puternic. Fiecare analist de vibrații ar trebui să utilizeze faza pentru a îmbunătăți precizia analizei vibrațiilor.

despre autor:
Tony DeMatteo este analist de vibrații și instructor de instruire tehnică cu 4x Diagnostics LLC, o companie de servicii și instruire care oferă servicii de consultanță, mentorat și instruire în măsurarea diagnosticului, analiză, testarea formei de deformare operațională și analiza modală. El poate fi atins la 585-293-3234 sau www.4xdiagnostics.com.