Demistyfikacja monitorowania drgań Część 4: Diagnozowanie braku równowagi, rozbieżności, luzów i zużycia łożysk

Szybki dostęp 
Część 1: Dlaczego monitorowanie drgań jest ważne — i jak ono działa
Część 2: Zasady analizy drgań w maszynach wirujących
Część 3: Identyfikacja i interpretacja ogólnych wzorców drgań i usterek
Część 4: Diagnozowanie braku równowagi, niewspółosiowości, luzów i zużycia łożysk

Cztery najczęstsze usterki maszyn

Każdy element maszyny wytwarza unikalny sygnał wibracji. Sygnały wyświetlane w widmie często tworzą charakterystyczne wzorce. Rozpoznawanie wzorców jest kluczową częścią analizy wibracji, ale do rozpoznawania i odczytywania wzorców niezbędne są znaczne szkolenia i doświadczenie.

Nie marnuj czasu na analizowanie setek rzadkich usterek maszyn, skoro w 90% przypadków maszyny wirujące są narażone na cztery powszechne usterki: niewspółosiowość, niewyważenie, luzy i zużycie łożysk.

Tabela podsumowująca cztery najczęstsze usterki

Poniżej przedstawiono uproszczony przegląd wzorców służących do rozpoznawania czterech najczęstszych usterek maszyn. 

Brak równowagi

Brak równowagi to ciężki punkt na wale, który powoduje siły we wszystkich kierunkach promieniowych, co prowadzi do nadmiernych wibracji i zwiększa zużycie łożysk, uszczelnień itp. Zobacz rysunek 2 poniżej.

Niewłaściwe ustawienie

Niewspółosiowość występuje, gdy osie obrotu dwóch wałów nie są współliniowe, gdy maszyna pracuje w normalnych warunkach roboczych. Powoduje to siły, które prowadzą do nadmiernych wibracji i zwiększają zużycie łożysk, uszczelnień itp. Więcej szczegółów można znaleźć na poniższym rysunku 3.

Rozluźnienie

Luz występuje, gdy wał, fundament lub element staje się luźny, co powoduje siły prowadzące do nadmiernych wibracji i zwiększonego zużycia łożysk, uszczelnień itp., jak na rysunku 4.

Awaria łożyska

Łożyska zużywają się z powodu nadmiernych obciążeń, innych usterek maszyn, złego smarowania lub montażu itp. Jeśli nie zostaną naprawione, łożyska ostatecznie ulegną awarii, a na rysunku 5 pokazano, jak to wygląda:

Dlaczego częstotliwości łożysk są niesynchroniczne (szczyty niecałkowite)

Geometria kulek, klatki i bieżni pojawia się przy różnych prędkościach — nie jest to wielokrotność prędkości wału. Oznacza to, że niesynchroniczne szczyty pochodzą zazwyczaj z łożysk tocznych. Wiele programów wibracyjnych wymaga czterech częstotliwości łożysk, aby zdiagnozować usterki łożysk: bieżnia wewnętrzna, bieżnia zewnętrzna, klatka i obrót kulki (patrz rysunek 6). Jednym z wyjątków jest Flukes 810, który wykorzystuje automatyczne rozpoznawanie wzorców.

Rysunek 7 (poniżej) przedstawia przykład uszkodzenia łożyska.

Zauważ, że szczyt wibracji z wału wynosi 1X. Jeśli maszyna ma cztery łopatki wirnika pompy, mniejszy szczyt będzie widoczny przy 4X.

Ale czym jest duży szczyt przy 3.56X? Maszyna nie może mieć 3.56 łopatek wentylatora ani 3.56 łopatek pompy. Prawdopodobnie pochodzi to z łożyska wałeczkowego.

Zrozumienie powagi czterech typowych usterek

Stopień powagi czterech najczęstszych usterek można śledzić na przestrzeni czasu, opierając się na historii analiz setek tysięcy maszyn, które na przestrzeni 30 lat były analizowane przez wielu ekspertów w dziedzinie drgań.

Tę wiedzę i doświadczenie wykorzystano w algorytmach opartych na regułach oraz bazie danych bazowych, których skuteczność potwierdzono w przypadku standardowych maszyn wirujących — silników, pomp, wentylatorów, sprężarek, dmuchaw i wrzecion jednowałowych.

Przeanalizowano postęp usterek maszyn dla każdej klasy maszyn i każdej usterki, a także wyłoniły się wzorce, które pozwalają programowi diagnostycznemu wewnątrz testera wibracji dokładnie zdiagnozować powagę każdej usterki. Poniżej przedstawiono sposób, w jaki doświadczony analityk ręcznie analizowałby dane – pamiętaj jednak, że tester taki jak Fluke 810 robi to wszystko automatycznie.

Postęp zaburzeń równowagi: Obserwuj, jak ciężkość się pogarsza 

Ciężki punkt na wale powoduje siły we wszystkich kierunkach promieniowych, które prowadzą do nadmiernych wibracji i zwiększają zużycie łożysk, uszczelnień itp. Oznaki niewyważenia są dość proste: wyższe niż normalnie drgania 1X (wału) w kierunku promieniowym i stycznym.

Ponieważ 1X jest najlepiej widoczny w dolnym zakresie, poszukaj nierównowagi, porównując szczyty 1X w dolnym zakresie. Jeśli szczyty 1X rosną z czasem w kierunkach promieniowym i/lub stycznym, ale nie osiowym, wówczas usterką jest nierównowaga.

Stopień nasilenia zjawiska określa się na podstawie amplitudy piku 1X w stosunku do linii bazowej.

Obserwuj, jak zmienia się stopień uszkodzenia na każdym etapie braku równowagi, i zanotuj działania naprawcze sugerowane na rysunku 8 poniżej.

Postęp nieprawidłowego ustawienia: obserwuj, jak nasila się stan 

Osie obrotu dwóch wałów nie są współliniowe, gdy maszyna pracuje w normalnych warunkach roboczych. Prowadzi to do nadmiernych wibracji i zwiększa zużycie łożysk, uszczelnień itp.

Oznaki niewspółosiowości są dość proste. Obejmują one wyższe niż normalnie drgania 1X (wału) w kierunku osiowym i 2X w kierunku promieniowym/stycznym.

Zwiększone wartości szczytowe będą widoczne zarówno w miejscu zamontowania silnika, jak i pompy, ponieważ oba wałki nie są ze sobą współosiowe.

Ponieważ szczyty 1X i 2X są najlepiej widoczne w dolnym zakresie, poszukaj rozbieżności, porównując szczyty 1X i 2X w dolnym zakresie. Jeśli szczyty rosną z czasem, to wadą jest rozbieżność.

Stopień nasilenia zjawiska określa się na podstawie amplitudy przekraczającej linię bazową.

Obserwuj postępy w stopniu poważniejszym usterki na każdym etapie rozbieżności i zanotuj działania naprawcze sugerowane na rysunku 9.

Postęp luźności: Obserwuj, jak nasilenie się pogarsza 

Wał, fundament lub inny element uległ poluzowaniu, co powoduje siły prowadzące do nadmiernych wibracji i zwiększonego zużycia łożysk, uszczelnień itp.

Oznaki luzu są dość proste. Obejmują one wyższe niż normalne harmoniczne 1X w dowolnym kierunku. Ponieważ te harmoniczne są najlepiej widoczne w dolnym zakresie, luzu należy szukać, porównując harmoniczne 1X w dolnym zakresie.

Jeśli harmoniczne 1X rosną w czasie w dowolnym lub wszystkich kierunkach, wówczas usterką jest luźność. Poważność jest określana przez wielkość amplitudy harmonicznych 1X ponad linię bazową.

Obserwuj postępy w stopniu uszkodzenia na każdym etapie luzu i zanotuj działania naprawcze sugerowane na rysunku 10 poniżej.

Postęp zużycia łożysk: obserwuj stopień zużycia, gdy staje się coraz poważniejszy 

Wskazania łożysk mogą pojawiać się i znikać. W jednym miesiącu są obecne, a w następnym nie. Wszyscy wiemy, że łożyska nie poprawiają się.

Należy o tym pamiętać podczas diagnozowania usterek łożysk. Należy szukać szczytów niecałkowitych w dowolnym kierunku. Należy obserwować postępy w zakresie stopnia uszkodzenia łożysk na każdym etapie zużycia łożyska i zanotować sugerowane działania naprawcze (patrz rysunek 11). Uwaga: dane silnika są normalne. 

Zużycie łożysk jest zwykle spowodowane innymi czynnikami działającymi na łożyska. Jeśli łożyska przedwcześnie ulegają awarii, możesz chcieć przyjrzeć się innym drobnym usterkom w swojej maszynie, takim jak niewyważenie, niewspółosiowość lub luz. Na przykład umiarkowane niewspółosiowość może lub nie zwiększać się z czasem, ale skutki niewspółosiowości będą zwiększać obciążenie łożysk i uszczelnień z czasem.

Upewnij się, że tester, którego używasz, wyświetla wszystkie błędy znalezione w maszynie, dzięki czemu możesz zobaczyć potencjalnych kandydatów na przyczynę awarii. Nawet jeśli niewspółosiowość nie jest ekstremalna, nadal powinna zostać zdiagnozowana i wkrótce skorygowana, aby uniknąć uszkodzeń ubocznych łożysk i uszczelnień. 

Wnioski: Od sygnałów wibracyjnych do inteligentniejszej konserwacji

W tej serii rozłożyliśmy na czynniki pierwsze, jak działają wibracje, co ujawniają i jak bezpośrednio wiążą się z najczęstszymi usterkami w urządzeniach obrotowych. Ale prawdziwe przesłanie jest takie:

Monitorowanie drgań daje zespołom zajmującym się konserwacją właściwy sygnał we właściwym czasie. 

Jest wystarczająco wcześnie, aby zaplanować i działać, ale wystarczająco skoncentrowane, aby uniknąć szumu i fałszywych wyników pozytywnych. Skaluje się od prostych narzędzi przesiewowych do zaawansowanych systemów diagnostycznych — i spotyka się z technikami tam, gdzie są, niezależnie od tego, czy identyfikują problemy, czy potwierdzają przyczyny źródłowe.

Ponieważ zespoły muszą utrzymywać więcej sprzętu, wykorzystując mniej zasobów, wibracje stają się czymś więcej niż pomiarem. Stają się strategią.

Mając odpowiednie narzędzia i jasne zrozumienie tego, co mówią Ci wibracje, możesz przejść od doraźnych napraw do planowania opartego na stanie technicznym, a Twoje zasoby będą działać dłużej, z mniejszą liczbą niespodzianek.

Bio Autor: John Bernet jest specjalistą ds. zastosowań mechanicznych i produktów w Fluke Corporation. Wykorzystując ponad 30-letnie doświadczenie w konserwacji i obsłudze elektrowni jądrowych i maszyn w zakładach komercyjnych, John współpracował z klientami we wszystkich branżach, wdrażając programy niezawodności. Jest certyfikowanym analitykiem drgań kategorii II i certyfikowanym specjalistą ds. niezawodności konserwacji (CMRP) z ponad 20-letnim doświadczeniem w diagnozowaniu usterek maszyn.