rezgÉsdiagnosztika - bme - gjtgjt.bme.hu/sites/default/files/2jfd_rezgesdiagnosztika_2008.pdf · 2...

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