REZGÉSDIAGNOSZTIKA
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.
3
Egyszerű Harmonikus Mozgás
A tömegmozgás egyenlete: m.d2y/dt2= -y/c
A
A
T
1 ciklus
Idő
y=A.sin t+B.cos t
4
Rezgés Amplitúdó a tömegközépponthoz képest megtett legnagyobb
kitérés
RMS
Átlag
Csúcs
Csúcstól-csúcsig
Am
plit
ude
Time
5
RMS Amplitudó
A görbe alatti terület
Ezek a területek egyenlők
RMS érték
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
Telmozdulás
r
-1
-0,8
-0,6
-0,4
-0,2
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1
sebesség
r
-1
-0,8
-0,6
-0,4
-0,2
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1gyorsulás
r2
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.
8
Összetett rezgés
Az eredő mozgás igen változó lehet
9
Összetett gép rezgés
0 0.25 0.5 0.75 1
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
-0.1
-0.2
-0.3
-0.4
-0.5
Idő, sec
SAM PL E
LR: AXIAL RPM: 1720
ID: 2 4 3 M OT OR, F REE END
In/sec S/W CIRC PUMP #2
Gyo
rsu
lás,
g
10
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
Idő és frekvencia kapcsolata
11
Idő és frekvencia kapcsolata
Idő = 1/Frekvencia
Frekvencia = 1/Idő
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.
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.
14
9500 min1 fordulatszámú turbina frekvencia
spektruma
0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
aeff
m s2
310 2 3 4 5 7 10
22 3 4 5 7 10
Frekv encia, Hz
15
Rezonancia: Egy rendszernek
rezonanciája van gerjesztett lengésben,
amikor a gerjesztő frekvenciának
bármilyen kis változása a rendszer
válaszának csökkenését eredményezi
16
Idő & Frekvencia összefüggés
FREQUENCY (Hz)
17
Spektrumelemzés
A rezgésspektrum
alakja és a csúcsok
helye, nagysága a
gépre és annak
állapotára jellemző.
Adott frekvencián
megjelenő csúcsok
a rezgésnövekedés
okát jellemzik.
18
Géphibák rezgésjellemzői
19
20
A statikusan kiegyensúlyozatlan forgórész
spektrumképe
21
Fogaskeréktengely csapágyának
meghibásodási spektrumképe
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.
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.
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
25
Megengedhető
rezgésértékek
26
Megengedhető rezgésértékek
Tűrhető
27
Rezgésmérő műszerek elvi
felépítése
Adatgyűjtő/
frekvencia elemző Kijelző
Érzékelő
28
Érzékelők
Az érzékelők feladata a mechanikai
rezgések villamos jellé való
átalakítása.
Érintkezés nélküli átalakítók
általában a relatív mozgást érzékelik.
Lehetnek:
elektrodinamikusak,
kapacitásváltozáson alapulóak.
29
Örvényáramú mérőszonda
A nagyfrekvenciás
áram, a tekercs
belsejéből kiinduló,
azzal párhuzamos
erővonalak
létrehozásával, a
tekercs
környezetében
elektromágneses
teret hoz létre
tekercs
mágneses
erővonalakvizsgálandó
felület
réstávolság
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.
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.
32
33
Érintkezéssel mérő érzékelők
Sebességérzékelők
Gyorsulásérzékelők
34
Sebességérzékelő
rúgozott
mágnes N
S
huzaltekercs
•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.
35
Piezo-elektromos gyorsulásmérő
Rezgő- tömeg
Piezo kristály
alap
szerelőcsap
Nyíró típus
36
Piezo-elektromos gyorsulásmérő
Nyomásos tipus
rezgőtömeg
piezokristály
alap
előerősítő
szerelőcsap
Előfeszítő rugó
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)
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
39
A rezgés útja a rezgésforrástól az
érzékelőig
A 2. mérési helyhez a rezgéshullám 7 érintkező felületen
át jut.
Ez 0,27/0,22 = 0,25, ami 3000szeres jelcsökkenést
eredményez.
40
Érzékelő elhelyezése
A helymeghatározás szempontjai:
• A jelátadás útja
• Frekvencia visszajelzés
• Ismételhetőség
•Vizsgálati körülmények: •Hőmérséklet
•Terhelés
•Sebesség
•Érzékelők
elhelyezése, iránya,
felszerelése
41 2014.09.30.
Rezgési tengelyek
meghatározása
T
R
A
ART
RAT RTA
TAR TRA
RAT
ATR
42
Az érzékelők rögzítése
43
Kézi érzékelő
Érzékelő Fogantyú Kábel
44
Felszerelt rezgésgyorsulás érzékelő
A mágneses felfogás
Mágnes
Érzékelő
Gépfelület
45
Felszerelt rezgésgyorsulás érzékelő Csavaros rögzítés
Átmérő 17 inch-ig/unciáig
Felerősítő csavar
Érzékelő
Gépfelület
46
Mérési pontok azonosítása Predict/DLI
Triaxiális Érzékelő
Állandóra felszerelt
mérőtuskók
Vonalkódok
100
100
WATCHMAN TEST POINT
DO NOT PAINT
47
Mérési pontok azonosítása SPM
CondIDTM memória címke
Tartalmazza:
A mérési pont nevét,
számát
Minden méréstechnikai
beállítást és bázis adatot
A megelőző mérési
eredményeket
48
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
Mérési pontok azonosítása db PRŰFTECHNIK AG
49
Környezeti hatások figyelembe vétele
Hőmérséklet (ált. 250ºC), hőmérséklet
ingadozás,
Környezeti hőmérséklet,
Nedvesség,
Gépalap deformációja,
Akusztikai zaj,
Keresztirányú rezgések,
Kábelzaj.
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
51
Állandó relatív sávszélességű sávszűrő
jelleggörbéje
52
Analizátorok sávszélességei
különféle frekvencián
53
Gépek rezgéseinek értékelése
Szélessávú mérés
Effektív érték
sávszélességtől függően
54 2014.09.30.
Rezgés spektrum vizsgálata
Szinkron összetevők
Nnévl * 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 2014.09.30.
Szinkronban lévő összetevők 1
N = 1-től 8-ig
Kiegyensúlyozat-
lanság
Tengely beállítási
hiba
Görbült tengely
Lazulás
Lapát elhaladás
60
70
80
90
100
110
120
130
0 2 4 6 8 10 12
Orders
VdB
56 2014.09.30.
Szinkronban lévő összetevők 2
N nagyobb, mint 8
Fogaskerék
kapcsolódás
Motor tekercs
elhaladás
Alacsonyabb
összetevők
harmonikusai
0 2 4 6 8 10 12
Orders
60
70
80
90
100
110
120
130 VdB
57 2014.09.30.
Szub-harmonikus összetevők
Olaj örvénylés
Laza csapágy
persely
Súrlódás
Elsődleges szíj
frekvenciák
Kompresszor
hullámzás
Zörgés
Orders
0 2 4 6 5
60
70
80
90
100
110
120
VdB
1 3
58 2014.09.30.
Nem-szinkron összetevők
Szíj frekvencia többszörösök, 2 x FBFa leggyakoribb
Súrlódásmentes csapágyhangok
Rendszer rezonancia
Elektromos hatások, általában 100 Hzl
0 2 4 6 5
Orders
60
70
80
90
100
110
120 VdB
1 3
59 2014.09.30.
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
Motor névleges fordulatszáma (RPM) = 1780
0 2 4 8 6
60
70
80
90
100
110
120
130
140
RPM x 1000 10 12
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
61
Rezgési adatok gyűjtése
Data Collector/AnalyzerSensor(s)
ComputerPrinter
Reports, Graphs
Data Collector/Analyzer