Egyszerű Harmonikus Mozgás

Átírás

1 REZGÉSDIAGNOSZTIKA

2 Rezgésvizsgálat A gépek alkatrészeinek működésközbeni alternáló mozgása, egymáshoz ütődése, felületi és geometriai hibák. a forgó mozgású alkatrészek kiegyensúlyozatlansága a rendszer elemeiben rezgőmozgást okoz. Az üzemelés során az elhasználódás miatt a rezgések erőssége változik. A gépek műszeres rezgésvizsgálatakor a mechanikai rezgéseket villamos jellé kell átalakítani és így a mechanikai rezgések jellemzőit tartalmazó villamos jeleket mérjük, ill. elemezzük. 2

3 Egyszerű Harmonikus Mozgás A A T Idő 1 ciklus A tömegmozgás egyenlete: m.d 2 y/dt 2 = -y/c y=a.sin t+b.cos t 3

4 Amplitude Rezgés Amplitúdó a tömegközépponthoz képest megtett legnagyobb kitérés RMS Átlag Csúcs Time Csúcstól-csúcsig 4

5 RMS Amplitudó A görbe alatti terület Ezek a területek egyenlők RMS érték 5

6 A rezgés szinuszos jellege (elmozdulás, sebesség, gyorsulás) 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0-0,2-0,4-0,6-0,8-1 0,8 0,6 0,4 0,2 0-0,2-0,4-0,6-0,8-1 elmozdulás r 1 gyorsulás T r 2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0-0,2 1-0,4-0,6-0,8-1 sebesség r 6

7 A gépek rezgései A gépek nem merev testek, ezért részeik egymástól teljesen eltérő módon is rezeghetnek. A rezgéseknek egyidejűleg több oka lehet, ezért a gépek rezgése mindig összetett. A gépek mért rezgése az egyes helyekről, a különféle meghibásodási okokból származó eltérő erősségű, frekvenciájú és fázisszögű rezgések eredője. 7

8 Összetett rezgés Az eredő mozgás igen változó lehet 8

9 Gyorsulás, g Összetett gép rezgés 0.5 In/sec S/W CIRC PUMP #2 LR : A XIA L R PM: ID: M OT OR, F REE END SAM PL E Idő, sec 9

10 Idő és frekvencia kapcsolata Fourier-tétele szerint a tetszőleges periodikus rezgés harmonikus összetevőkre bontható. Az összetevő frekvenciák az alapharmonikus frekvenciának egészszámú többszörösei. Az összetett peridikus rezgés tehát összetevőkkel is megadható 10

11 Idő és frekvencia kapcsolata Idő = 1/Frekvencia Frekvencia = 1/Idő 11

12 Néhány alapfogalom Amplitúdó: A tömegközépponthoz képest megtett legnagyobb kitérés. RMS: négyzetes középérték, egyetlen numerikus értéket ad, érzéketlen a kis amplitúdójú rezgésekre. Frekvencia: Az egy másodperc alatt megtett mozgási ciklusok száma. 12

13 Harmonikus (vagy alapharmonikus): a forgórész üzemi fordulatszámának megfelelő frekvencia. (Másodpercenkénti fordulatszám vagy ciklusszám.) Felharmonikus: Az alapharmonikus egész-számú többszöröse. Rezgési spektrum: (FFT analízis) Az egyes rezgésösszetevők ábrázolása frekvencia-amplitúdó összefüggésben. A rezgés amplitúdó a hiba súlyosságára, a frekvencia a hiba forrására utal. 13

14 a m eff s min1 fordulatszámú turbina frekvencia spektruma 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0, Frekv encia, Hz 0 14

15 Rezonancia: Egy rendszernek rezonanciája van gerjesztett lengésben, amikor a gerjesztő frekvenciának bármilyen kis változása a rendszer válaszának csökkenését eredményezi 15

16 Idő & Frekvencia összefüggés FREQUENCY (Hz) 16

17 Spektrumelemzés A rezgésspektrum alakja és a csúcsok helye, nagysága a gépre és annak állapotára jellemző. Adott frekvencián megjelenő csúcsok a rezgésnövekedés okát jellemzik. 17

18 Géphibák rezgésjellemzői 18

19 19

20 A statikusan kiegyensúlyozatlan forgórész spektrumképe 20

21 Fogaskeréktengely csapágyának meghibásodási spektrumképe 21

22 Határértékek a rezgéselemzéshez Határértékek szabványokból és irányelvekből. Mindaddig, amíg ismeretlen egy gép viselkedése és ameddig sem az üzemeltető, sem a gyártó nem rendelkezik kellő tapasztalattal. Határértékek a gép gyártójától. A gyártó számításokon vagy statisztikai kiértékelésen alapuló határértékeket adhat meg. 22

23 Az üzemeltető tapasztalatain alapuló határértékek. Az adott vagy azonos típusú gép üzemeltetése során nyert karbantartási és meghibásodási adatok statisztikai kiértékelése alapján adnak meg határértéket. Határértékek a normális viselkedéstől való eltérés alapján. Ilyen eset, amikor a trendelemzés szerint ugrásszerűen megváltoznak a relatív rezgésszintek vagy rezgésszintek progresszív változása jelentkezik. 23

24 Megengedhető rezgésértékek I. kisgépek II. közepes telj. gépek III. nagy, nehéz csak forgómozgású gépek IV. forgómozgású, rugalmas alapon elhelyezkedő gépek A - jó B - elfogadható C - még megengedett D - elfogadhatatlan 24

25 Megengedhető rezgésértékek 25

26 Megengedhető rezgésértékek Tűrhető 26

27 Rezgésmérő műszerek elvi felépítése Érzékelő Adatgyűjtő/ frekvencia elemző Kijelző 27

28 Érzékelők Az érzékelők feladata a mechanikai rezgések villamos jellé való átalakítása. Érintkezés nélküli átalakítók általában a relatív mozgást érzékelik. Lehetnek: elektrodinamikusak, kapacitásváltozáson alapulóak. 28

29 Örvényáramú mérőszonda réstávolság vizsgálandó felület tekercs mágneses erővonalak A nagyfrekvenciás áram, a tekercs belsejéből kiinduló, azzal párhuzamos erővonalak létrehozásával, a tekercs környezetében elektromágneses teret hoz létre 29

30 Amennyiben a vizsgálandó tárgy (pl. álló vagy forgó tengely) ferromágneses és az érzékelési távolság közelébe kerül, a mágneses tér erővonalai a tárgy felületén záródnak, ahol örvényáramokat hoznak létre. Az örvényáramú mező erőssége a mérendő tárgy távolságától függ. 30

31 A két erőtér kölcsönhatásba kerül egymással. Az örvényáramok mágneses tere visszahat a mérőszonda mágneses terére (erősíti vagy gyengíti) és ezt a változást az érzékelő rendszer erősítője átalakítja egyenfeszültségű kimenetté, amely a távolsággal egyenesen arányos. 31

32 32

33 Érintkezéssel mérő érzékelők Sebességérzékelők Gyorsulásérzékelők 33

34 Sebességérzékelő N S huzaltekercs rúgozott mágnes A sebességérzékelők rendszerint rugóra függesztett tekercsekből állnak. A tekercs egy állandó mágnes homogén mágneses mezejében a mechanikai rezgésnek megfelelően elmozdul. A tekercsben indukálódó feszültség a tekercs sebességével arányos. 34

35 Piezo-elektromos gyorsulásmérő Rezgőtömeg Nyíró típus Piezo kristály alap szerelőcsap 35

36 Piezo-elektromos gyorsulásmérő előerősítő Nyomásos tipus Előfeszítő rugó rezgőtömeg piezokristály alap szerelőcsap 36

37 Az érzékelők kiválasztása A relatív elmozdulás mérők hatásosan csak a kisfrekvenciás összetevők érzékelésére használhatók Frekvencia elemzésre legelterjedtebben a sebesség- és gyorsulásmérőket használják Az utóbbi években a piezoelektromos gyorsulásmérők terjedtek el, mivel kiváló frekvencia- és dinamikatartományuk, sokkal kisebb a méretük, hosszabb az élettartamuk (nincs bennük mozgó elem) 37

38 Gyorsulás érzékelők használatakor a rezgésmérő műszerek ma már tartalmazzák az integrátor áramkört, így a rezgéssebesség, az elmozdulás (kitérés) vagy a rezgésgyorsulás egyszerű kapcsoló átállítással kiválasztható A gyorsulásérzékelők jellemzői az érzékenység (rezonancia frekvencia), tömeg (0,1- szerese a rezgő tömegnek), és dinamika tartomány 38

39 A rezgés útja a rezgésforrástól az érzékelőig A 2. mérési helyhez a rezgéshullám 7 érintkező felületen át jut. Ez 0,2 7 /0,2 2 = 0,2 5, ami 3000szeres jelcsökkenést eredményez. 39

40 Érzékelő elhelyezése A helymeghatározás szempontjai: A jelátadás útja Frekvencia visszajelzés Ismételhetőség Vizsgálati körülmények: Hőmérséklet Terhelés Sebesség Érzékelők elhelyezése, iránya, felszerelése 40

41 Rezgési tengelyek meghatározása R RAT ATR T A RTA RAT ART TRA TAR

42 Az érzékelők rögzítése 42

43 Kézi érzékelő Érzékelő Fogantyú Kábel 43

44 Felszerelt rezgésgyorsulás érzékelő A mágneses felfogás Érzékelő Mágnes Gépfelület 44

45 Felszerelt rezgésgyorsulás érzékelő Csavaros rögzítés Átmérő 17 inch-ig/unciáig Felerősítő csavar Érzékelő Gépfelület 45

46 Mérési pontok azonosítása Predict/DLI Triaxiális Érzékelő Állandóra felszerelt mérőtuskók Vonalkódok WATCHMAN TEST POINT DO NOT PAINT 46

47 Mérési pontok azonosítása SPM CondID TM memória címke Tartalmazza: A mérési pont nevét, számát Minden méréstechnikai beállítást és bázis adatot A megelőző mérési eredményeket 47

48 Mérési pontok azonosítása db PRŰFTECHNIK AG VIBCODE -System Az ábra alsó részén lévő piros jelgyűrűből (Code- Ring) a mérőhelyről minden információ megkapható a megfelelő fog kitörésével Az érzékelő először leolvassa a jelgyűrű kódját, utána hozza a gépjelet rögzíti a rezgésjellemzőket 48

49 Környezeti hatások figyelembe vétele Hőmérséklet (ált. 250ºC), hőmérséklet ingadozás, Környezeti hőmérséklet, Nedvesség, Gépalap deformációja, Akusztikai zaj, Keresztirányú rezgések, Kábelzaj. 49

50 Frekvenciaelemzők A rezgések frekvencia szerinti szétbontására alkalmas készülékeket frekvenciaelemzőknek vagy analizátoroknak nevezik. A készülékek hangolható rezgőkörből vagy alul és felül áteresztő szűrőkből állnak. Kétféle megoldás: Állandó relatív sávszűrő (oktáv, féloktáv és terc) Állandó sávszélességű 50

51 Állandó relatív sávszélességű sávszűrő jelleggörbéje 51

52 Analizátorok sávszélességei különféle frekvencián 52

53 Gépek rezgéseinek értékelése Szélessávú mérés Effektív érték sávszélességtől függően 53

54 Rezgés spektrum vizsgálata Szinkron összetevők N névl * rpm, N egy egész szám Felharmonikusok, az alapfrekvencia egészszámú többszörösei Szub-harmonikusok Kisebb, mint 1 * rpm Esetleg harmonikus Nem Szinkron összetevők Nem harmonikusai a fordulatszámnak (rpm = fordulatszám)

55 Szinkronban lévő összetevők 1 N = 1-től 8-ig 110 Kiegyensúlyozat- lanság 80 Tengely beállítási 70 hiba Görbült tengely Lazulás Lapát elhaladás 130 VdB Orders

56 Szinkronban lévő összetevők 2 N nagyobb, mint 8 Fogaskerék kapcsolódás Motor tekercs elhaladás Alacsonyabb összetevők harmonikusai VdB Orders

57 Szub-harmonikus összetevők Olaj örvénylés Laza csapágy persely Súrlódás Elsődleges szíj frekvenciák Kompresszor hullámzás Zörgés VdB Orders 57

58 Nem-szinkron összetevők Szíj frekvencia többszörösök, 2 x FBFa leggyakoribb Súrlódásmentes csapágyhangok Rendszer rezonancia Elektromos hatások, általában 100 Hzl VdB Orders 58

59 A spektrum vizsgálata 1. Megállapítani a tengely fordulatszámát 2. Megkeresni az első harmonikus csúcsot (1X) 3. Megkeresni az 1X harmonikusokat 4. Megkeresni a gerjesztő frekvenciát (5X) VdB RPM x 1000 Motor névleges fordulatszáma (RPM) =

60 A rezgés elemzéssel beazonosítható hibák Kiegyensúlyozatlanság Egytengelyűség hiba Csapágy hibák Hajlott tengely Lazulás Sikló csapágy kopás Fogaskerék hibák Impeller lapát problémák Mágneses eredetű zaj Villamos eredetű zaj 60

61 Rezgési adatok gyűjtése Sensor(s) Data Collector/Analyzer Reports, Graphs Data Collector/Analyzer Computer Printer 61