Demistyfikacja monitorowania drgań Część 2: Zasady analizy drgań w maszynach wirujących

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

Testowanie wibracji na maszynach obrotowych dostarcza istotnych informacji o stanie maszyny. Oto kilka podstawowych informacji o wibracjach: 

Jeśli wał silnika obraca wał pompy na przykład z prędkością 1776 obr./min., ciężki punkt na wale powoduje siłę skierowaną na zewnątrz we wszystkich kierunkach promieniowych, gdy wał się obraca. To jest jak hula hop. 

Uwaga: Nawet w sprawnym urządzeniu wystąpią pewne drgania podczas obracania się wału, ale jest to uważane za normalne. 

Czujnik na górze widzi drgania raz na obrót tylko w osi pionowej (na poniższym rysunku po lewej). Fala sinusoidalna (na poniższym rysunku po prawej) pokazuje drgania pionowe podczas obrotu wału. Jeden pełny obrót wału daje jeden pełny cykl fali sinusoidalnej. Szczyt występuje, gdy punkt ciężkości znajduje się na górze, a dolina, gdy punkt ciężkości znajduje się na dole. 

Na rysunku 1 widać, jak obroty wału = CPM fali sinusoidalnej. 

Inne elementy maszyny na wale

Obracający się wał silnika obraca wał pompy przez sprzęgło. Za każdym razem, gdy łopatka wirnika przechodzi przez czujnik na górze, wytwarza ona niewielkie drgania. Jeśli pompa ma 10 łopatek wirnika, czujnik widzi drgania łopatki 10 razy na każdy obrót wału. (Wirnik pompy porusza się z taką samą prędkością jak wał pompy.) Fala sinusoidalna pokazuje 10 pełnych cykli. 

Większa masa silnika i wału pompy spowoduje większą amplitudę drgań (wielkość) niż wirnik. Fala sinusoidalna dla drgań wirnika pompy będzie miała mniejszą amplitudę niż drgania wału, ale więcej cykli (10) na jeden pełny obrót wału. Na rysunku 2 zobacz, jak drgania łopatek wirnika na wale są równe cyklom fali sinusoidalnej. 

Złożone formy falowe

Jeśli nałożymy na siebie dwie fale sinusoidalne (wału i wirnika pompy), może to wyglądać jak na rysunku 3:

Rysunek 3

Ale tak naprawdę drgania te nakładają się na siebie i wyglądają bardziej jak na rysunku 4:

Rysunek 4

A 20 lub 30 drgań pochodzących z różnych podzespołów prawdziwej maszyny wirującej może wyglądać tak, jak na rysunku 5:

Analiza częstotliwości (widma)

Przebieg czasowy zawiera informacje o maszynie, ale wzorce różnych komponentów nakładają się i mieszają, tworząc bardzo złożony widok. Algorytm matematyczny (FFT) konwertuje złożony przebieg czasowy na prosty wykres zwany widmem częstotliwości. Oddziela on poszczególne przebiegi, abyśmy mogli analizować je oddzielnie. Ta konwersja jest wykonywana wewnątrz testera. 

Dane przebiegu i dane widmowe to te same dane dotyczące drgań, tylko że przedstawiane są na dwa różne sposoby. 

Z naszego wcześniejszego przykładu możemy zobaczyć, jak złożony przebieg powyżej po lewej stronie składa się z dwóch oddzielnych przebiegów w środku. Następnie można je przekształcić w widmo (na rysunku 6 powyżej), które jest prostym wykresem amplitudy sygnału (oś y) względem częstotliwości (oś x). 

To samo widzimy w widmach prawdziwej maszyny wirującej na rysunku 7 powyżej. 

•  Te szczyty występują przy określonych częstotliwościach, które reprezentują drgania występujące w maszynie. Diagnostyka maszyn obejmuje dopasowywanie szczytów w widmie do zdarzeń występujących w maszynie. 
•  Analiza widmowa jest podstawowym narzędziem, którego używamy do diagnozowania stanu naszych maszyn wirujących. 

Podsumowanie

Dzięki możliwości rozbicia złożonych sygnałów wibracyjnych na proste, rozpoznawalne wzorce analiza widmowa daje nam szczegółowy wgląd w to, co naprawdę dzieje się wewnątrz naszych maszyn — często zanim problemy staną się widoczne lub słyszalne.

???? Przeczytaj część 3 → Identyfikacja i interpretacja ogólnych wzorców drgań i usterek

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.