jak se měří vibrace?
v této části odpovíme na tyto otázky.Po přečtení této části budete moci:
- rozpoznat, které stroje by měly být sledovány
- pochopte, jak by měly být namontovány senzory vibrací
- Určete, jak mají být nastaveny parametry měření
- provádějte měření systematickým způsobem
které stroje potřebují monitorování?
při rozhodování, které stroje sledovat, by kritické stroje měly mít přednost před jinými stroji. To je téměř stejné jako sledování zdraví lidí. Je nevhodné pečlivě sledovat zdraví dokonale zdravých lidí a pak opustit sledování ostatních, kteří to skutečně potřebují. Totéž platí při sledování stavu strojů.
obecně by měly být pravidelně sledovány následující kritické typy strojů, aby se předešlo neočekávaným a nákladným problémům:
(a) stroje, které vyžadují nákladné, zdlouhavé nebo obtížné opravy, pokud jsou členěny
(b) stroje, které jsou kritické pro výrobu nebo obecný provoz zařízení
(c) stroje, o nichž je známo, že často trpí poškozením
(d) stroje, které jsou hodnoceny z hlediska jejich spolehlivosti
(e) stroje, které ovlivňují bezpečnost člověka nebo životního prostředí
jak nástroj funguje?
před měřením vibrací musíte k měřenému stroji připojit senzor, který dokáže detekovat chování vibrací. K dispozici jsou různé typy vibračních senzorů, ale obvykle se používá typ zvaný akcelerometr, protože nabízí výhody oproti jiným senzorům. Akcelerometr je senzor, který produkuje elektrický signál, který je úměrný zrychlení vibrační složky, ke které je akcelerometr připojen.
jaké je zrychlení vibrační složky? Je to měřítko toho, jak rychle se mění rychlost komponenty.
signál zrychlení produkovaný akcelerometrem je předán přístroji, který zase převádí signál na signál rychlosti. V závislosti na volbě uživatele může být signál zobrazen buď jako průběh rychlosti nebo jako spektrum rychlosti. Spektrum rychlosti je odvozeno z křivky rychlosti pomocí matematického výpočtu známého jako rychlá Fourierova transformace nebo FFT.
níže uvedený diagram je velmi zjednodušujícím vysvětlením toho, jak jsou získávána vibrační data. Další informace naleznete v jiné literatuře, například v referenční příručce k přístrojům vbSeries.
jak je akcelerometr namontován?
většina strojů zahrnuje rotační mechanismy. Motory, čerpadla, Kompresory, ventilátory, pásové dopravníky, převodovky, všechny zahrnují rotační mechanismy a často se používají ve strojích.
většina rotačních mechanismů má zase ložiska, která podporují hmotnost rotujících částí a nesou síly spojené s rotačním pohybem a vibracemi. Obecně platí, že velké množství síly nesou ložiska. Není divu, že ložiska jsou často místem, kde dochází k poškození a kde se poprvé objevují příznaky.
měření vibrací se tedy obvykle provádí na ložiscích strojů s akcelerometry namontovanými na ložiscích nebo v jejich blízkosti.
protože závěry týkající se stavu stroje – a tedy i toho, zda jsou ohroženy peníze a bezpečnost lidí-závisí na přesnosti měření, musíme být velmi opatrní, jak jsou měření prováděna. Je důležité si vždy pamatovat, že způsob, jakým namontujeme akcelerometr, velmi určuje přesnost měření.
jak by měly být akcelerometry namontovány, aby byla zajištěna přesnost měření a jak to můžeme bezpečně udělat? Zde jsou některé pokyny:
(a) namontujte co nejblíže k ložisku
Představte si lékaře, který poslouchal vaše srdce hustým oblečením a umístil stetoskop blíže k ledvinám než k srdci. Pravděpodobně byste pochybovali o jeho diagnóze, protože by ji zakládal na zvucích zkreslených nepřiměřenou překážkou a hlukem z jiných orgánů.
při měření vibrací musíme vždy připojit akcelerometr co nejblíže k ložisku. Přesněji řečeno, musíme jej připojit co nejblíže ke středové ose ložiska, abychom zabránili zachycení zkreslených signálů.
(b) ujistěte se, že akcelerometr je pevně připojen
aby akcelerometr detekoval skutečné vibrační chování, musí podstoupit přesně stejný vibrační pohyb jako vibrační složka. Akcelerometr musí být proto pevně připevněn k vibračnímu komponentu tak, aby se nehoupal ani nepohyboval nezávisle na komponentě. Volně namontovaný akcelerometr vytváří signály zkreslené vlastními nezávislými pohyby, a proto dává špatnou zprávu.
existují různé způsoby montáže, ale montáž pomocí magnetu je nejoblíbenější, protože nabízí rovnováhu mezi spolehlivostí měření a pohodlím pro uživatele. Magnetická montáž dodávaná v sadě Commtest VB může být připevněna velmi pevně5, přičemž umožňuje uživateli měřit více strojů pomocí stejného akcelerometru, s minimálním časem stráveným připojením a odpojením akcelerometru.
aby bylo zajištěno, že je akcelerometr pevně připevněn, musí být přilepen k magnetické montážní ploše, která je rovnoměrná. Magnetický držák musí bezpečně sedět na povrchu s akcelerometrem umístěným v předepsané orientaci.
aby byl povrch rovnoměrný, musí být bez nečistot, rzi a odlupující se barvy.
montážní plocha musí být skutečně magnetická (slitiny železa, niklu nebo kobaltu). Magnetická montáž nesmí být například připevněna k hliníkovému povrchu železem pod hliníkovým povrchem.
aby nedošlo ke ztrátě magnetismu, nesmí být magnetická montáž upuštěna nebo zahřívána. Rovněž je třeba dbát na to, aby nedošlo k odizolování závitu šroubu na akcelerometru a magnetické montáži.
(c) ujistěte se, že akcelerometr je orientován správně
různé situace vyžadují, aby byl akcelerometr orientován odlišně. Například pro detekci paralelního vychýlení je akcelerometr obvykle namontován v radiálním směru ložisek, ale pro detekci úhlového vychýlení musí být akcelerometr namontován v axiálním směru.
signál produkovaný akcelerometrem závisí na orientaci, ve které je akcelerometr namontován, protože amplituda (množství) vibrací se mění v různých směrech.
(d) namontujte stejný akcelerometr na stejném místě
pro konkrétní bod měření je důležité vždy namontovat akcelerometr na stejném místě, aby se minimalizovaly nesrovnalosti měření, které mohou vést k nesprávným závěrům. Pokud je to možné, vždy použijte stejný akcelerometr pro konkrétní bod měření.
(e) namontujte akcelerometr na něco podstatného
akcelerometr nesmí být nikdy namontován na velmi flexibilní části stroje, protože spektrum bude zkresleno máváním pružné části.
akcelerometr nesmí být nikdy používán na konstrukcích, které jsou velmi lehké, protože hmotnost akcelerometru a magnetická montáž narušují vibrační chování konstrukce. Obecně by kombinovaná hmotnost akcelerometru a magnetické montáže měla být menší než 10% hmotnosti vibrační struktury.
(f) Postarejte se o akcelerometr
pokud je akcelerometr zpracován zhruba, může produkovat nespolehlivé signály. Vzhledem k síle magnetického držáku musíte být opatrní při připojování akcelerometru k montážní ploše. Toho lze dosáhnout tím, že se přiblížíte k montážní ploše s magnetickou montáží nakloněnou pod úhlem. Při odpojování magnetické montáže nesmíte používat akcelerometr jako páku pro přerušení kontaktu. Místo toho by magnetická montáž měla být pevně uchopena a poté nakloněna do strany, aby se kontakt přerušil.
kabel akcelerometru by nikdy neměl být akutně zkroucený, ale musí být ukotven způsobem, který zabraňuje jeho poškození. Zkroucené nebo volně kyvné kabely mohou zkreslit měřené spektrum.
(g) dbejte na osobní bezpečnost
nebezpečí musíte vždy zvládat. Při měření vibrací vynikají tři druhy nebezpečí v pravděpodobnosti nebo závažnosti: zranění pohyblivými částmi, úrazem elektrickým proudem a poškozením způsobeným magnetem.
Za prvé, při montáži akcelerometru musíte dbát na to, aby se kabel nezapletl do pohyblivých strojů. Zatímco rychloupínací konektor minimalizuje toto nebezpečí, nemělo by se na něj spoléhat jako na náhradu za správnou instalaci.
Mezi další věci, které by se mohly zamotat s pohyblivými stroji, patří volné oblečení, dlouhé vlasy, kabely pro přenos dat a popruhy.
za druhé, nikdy nesmíte připojit akcelerometr k vysokonapěťovému povrchu, protože by to mohlo způsobit úraz elektrickým proudem.
Zatřetí, nikdy nesmíte přinést magnetickou montáž v blízkosti magneticky citlivých předmětů, jako jsou kardiostimulátory, kreditní karty, diskety, videokazety, kazetové pásky a hodinky, protože tyto položky mohou být poškozeny magnetickými poli.
existují další možná nebezpečí. Před použitím přístroje nebo jeho doprovodného příslušenství byste si měli přečíst referenční příručku k přístroji vbSeries a důkladně jí porozumět.
jak se nastavují parametry?
jaké jsou parametry měření?
parametry měření jsou podrobnosti, které určují, jak má být měření provedeno. Zadáním parametrů měření specifikujeme, jak mají být data shromažďována a zpracovávána před jejich předložením. Před provedením měření vibrací musíme určit, jaké parametry budou použity.
parametry pro měření vibrací lze přirovnat k údajům „co a jak“, které musí lékař specifikovat před provedením lékařského testu.
nyní se podíváme na to, jak jsou nastaveny parametry měření, když měříme spektrum. Pro zbytek této části použijeme nástroj Commtest vb jako příklad nástroje pro monitorování vibrací pro naše diskuse, protože se jedná o obzvláště jednoduchý nástroj. Například výchozí hodnoty parametrů měření (s výjimkou výchozí hodnoty Fmax) jsou vhodné pro provádění většiny měření vibrací, takže ve většině situací vyžaduje nastavení jen málo nebo žádná z výchozích hodnot parametrů. Tyto parametry jsou ty, které se zobrazují na obrazovce nastavených parametrů přístroje vb s „doménou“ nastavenou na „frekvenci“.
jaké jsou některé z těchto hodnot parametrů měření a co znamenají?Parametry používané pro měření vibračních spekter lze rozdělit do čtyř tříd; jmenovitě parametry, které určují:
(a) jak jsou data shromažďována
(b) kolik nebo jak rychle jsou data shromažďována
(c) jak jsou data zpracovávána
(d) jak jsou data zobrazována
(a) jak jsou data shromažďována
parametry, které určují, jak jsou data shromažďována, jsou „spouštěcí typ“ a parametry uvedené v části „Nastavení senzoru“.
‚Typ spouštění‘ je parametr, který říká přístroji, jak začít měřit. Je-li nastaven na „volný chod“, přístroj bude provádět měření nepřetržitě. Pokud je nastavena na „Single“, proběhne pouze jeden cyklus měření. Ve většině případů lze přístroj nastavit na „volný běh“.
parametry v části „Nastavení snímače“ informují přístroj o tom, jaký typ akcelerometru se používá k měření. Je-li použit akcelerometr typu ICP®dodávaný v soupravě vb, je třeba zapnout „hnací proud“ A „citlivost“ akcelerometru musí odpovídat citlivosti uvedené na kartě zajištění kvality vb. „Dobou usazování“ se rozumí doba potřebná k usazení akcelerometru a přístroje před tím, než lze přesně provést měření. Pro zajištění přesnosti měření byste měli použít výchozí hodnotu „zúčtovací čas“ (která se mění s hodnotou Fmax).
(b) kolik nebo jak rychle se shromažďují údaje
parametry, které určují, kolik nebo jak rychle se shromažďují údaje, jsou parametry „Fmax“, „spektrální čáry“ a „procento překrývání“.
v sekci 2 jsme poznamenali, že čím vyšší je Fmax, tím větší je frekvenční rozsah, ve kterém mohou být informace získány ze spektra.
pokud je tedy hodnota Fmax vysoká, zobrazí se data až do vysokých kmitočtů vibrací. Aby bylo možné získat informace o vysokých frekvencích vibrací, musí být také vysoká frekvence měření – nebo rychlost vzorkovacích údajů. Výsledkem je, že čím vyšší je Fmax, tím rychlejší bude měření.
čím více spektrálních čar má spektrum, tím více informací z něj lze získat. To znamená, že čím více spektrálních čar existuje, tím více dat je třeba shromáždit, aby se generovaly další informace, a proto čím déle bude měření trvat.
jaká hodnota Fmax by měla být použita?
čím vyšší je provozní rychlost stroje, tím vyšší bude jeho frekvence vibrací a čím vyšší bude Fmax, aby bylo možné zachytit vibrační chování na těchto vysokých frekvencích.
u vibrací, které nezahrnují rotační prsty, jako jsou zuby ozubených kol, lopatky ventilátoru, lopatky čerpadla a ložiskové prvky, je hodnota Fmax rovnající se 10násobku provozní rychlosti obvykle dostatečná k zachycení všech důležitých informací.
pokud je například provozní rychlost 10 000 ot / min, pak s největší pravděpodobností postačuje hodnota Fmax 100 000 cpm (100 kcpm).
pro vibrace, které zahrnují prstové prvky, jako jsou ozubená kola, ventilátory, čerpadla a valivá ložiska, je hodnota Fmax rovnající se 3násobku počtu prstů vynásobeného provozní rychlostí obvykle dostatečná k zachycení všech důležitých informací.
například u ozubeného kola poháněného 12zubým pastorkem otáčejícím se při 10 000 ot / min je s největší pravděpodobností dostačující hodnota Fmax 360 000 cpm (360 kcpm).
pokud je požadovaná hodnota Fmax velmi velká, rozlišení spektra bude nízké a informace týkající se nízkých kmitočtů vibrací mohou být ztraceny. Může být nutné provést některá měření s nízkým Fmax kromě měření s vysokým Fmax.
kolik spektrálních čar by mělo být použito?
ve většině případů stačí 400 řádků rozlišení. Pokud se však použije velká hodnota Fmax, linky se rozloží na velký frekvenční rozsah, přičemž mezi řádky zůstanou velké mezery. Pro velké hodnoty Fmax tedy může být zapotřebí více spektrálních čar, aby se zabránilo ztrátě detailů.
je však třeba poznamenat, že čím více spektrálních čar se používá, tím déle bude měření trvat a čím více místa v paměti přístroje bude obsazeno. Vysoká hodnota Fmax nebo vysoký počet spektrálních čar by se proto měly používat pouze tam, kde je to nutné.
kolik překrytí mám použít?
překrývající se data jsou prostředkem k opětovnému použití procenta dříve měřeného tvaru vlny pro výpočet nového spektra. Čím vyšší je „procento překrývání“, tím méně nově získaných dat je zapotřebí ke generování spektra, a tím rychleji může být spektrum zobrazeno. 50% překrytí je ideální pro většinu případů.
(c) Způsob zpracování dat
parametry, které určují způsob zpracování dat, jsou parametry „průměrný typ“, „Počet průměrů“ a „typ okna“.
Představte si, že jste museli přesně měřit šířku stránek v této knize. Protože šířka se může mírně lišit od stránky k stránce, pravděpodobně byste změřili nejen šířku jedné stránky, ale spíše šířku několika stránek a poté průměr.
podobně, když se měří vibrace, obvykle se měří několik spekter a poté se zprůměrovává, aby se vytvořilo průměrné spektrum. Průměrné spektrum lépe představuje vibrační chování, protože proces průměrování minimalizuje účinek náhodných změn nebo špiček hluku, které jsou vlastní vibracím stroje.
parametr „průměrný typ“ určuje, jak jsou spektra zprůměrována. Ve většině případů se doporučuje „lineární“ průměrování. „Exponenciální“ průměrování se obvykle používá pouze tehdy, pokud se chování vibrací v průběhu času výrazně liší. „Držení píku“ ve skutečnosti nezahrnuje průměrování, ale způsobuje zobrazení nejhorší (největší) amplitudy pro každou spektrální čáru.
parametr „Počet průměrů“ určuje počet po sobě jdoucích spekter použitých pro průměrování. Čím větší je počet spekter použitých pro průměrování, tím více hrotů šumu je vyhlazeno a přesněji jsou reprezentovány skutečné spektrální vrcholy.
čím větší je však počet průměrů, tím více údajů je třeba shromáždit, a proto čím déle trvá získání „průměrného spektra“. Ve většině případů postačuje „Počet průměrů“ 4.
shromážděná data se obvykle nepoužívají přímo ke generování spektra, ale jsou často předem upravována tak, aby vyhovovala určitým omezením procesu FFT (proces, který transformuje data do spektra). Data jsou obvykle modifikována násobením korekčním oknem. Tím se zabrání „rozmazání“ nebo „úniku“ spektrálních čar do sebe.
‚typ okna‘ je parametr, který určuje druh použitého okna. Obvykle se používá okno „Hanning“. Pokud je použito „obdélníkové“ okno, data nebudou účinně změněna.
(d) způsob zobrazení dat
parametry, které určují způsob zobrazení spektra, jsou uvedeny v části „zobrazovací jednotky“.
Chcete-li určit, jak má být spektrum zobrazeno, je třeba specifikovat měřítko spektra. Rozsah spektra určuje, jak snadno lze vidět spektrální detaily, a je definován parametry „amplitudová stupnice“, „vdB reference“, „Log range“ a “ rychlost max.
ve většině případů může být „amplitudová stupnice „“Lineární“. Pokud je použita lineární amplitudová stupnice, pak parametry „vdB reference“ a „Log range“ nemají žádný důsledek (a proto není třeba je nastavovat).
obecně byste měli nastavit „Velocity max“ na „Automatic“, aby přístroj mohl automaticky vybrat ideální amplitudovou stupnici, která umožní, aby spektrální vrcholy byly jasně vidět.
Chcete-li určit, jak má být spektrum zobrazeno, je třeba také zadat „typ amplitudy“, který se má použít. V části 2 (strana 18) jsme definovali dva typy amplitudy-špičkovou amplitudu a rms amplitudu.
pokud je použita amplituda „Ø-peak“ (nebo „peak“), spektrum zobrazí maximální rychlost dosaženou vibrační složkou při různých frekvencích vibrací.
na druhé straně, pokud je použita amplituda „rms“, místo toho se zobrazí množství indikující energii vibrací při různých frekvencích.
pro vibrační spektra je špičková amplituda při určité frekvenci přesně √2krát (zhruba 1,4 krát) amplituda rms při této frekvenci. Proto, který typ amplitudy se používá, není ve skutečnosti důležitý, protože konvertory amplitudy7 lze snadno provést.
doporučujeme vždy použít stejný typ amplitudy pro konkrétní bod měření, abyste se vyhnuli nesprávným interpretacím. Přechod z amplitudy rms na amplitudu píku způsobuje zjevné zvýšení amplitudy vibrací, které by mohlo být mylně interpretováno jako zhoršení stroje. Na druhou stranu, přechod z amplitudy píku na amplitudu rms může skrýt skutečný nárůst amplitudy vibrací.
konečně je třeba specifikovat amplitudové a frekvenční jednotky, které mají být použity ve spektru. Které jednotky by měly být použity, je opravdu věcí osobní volby, nebo častěji geografické polohy.
v Severní Americe se obvykle používá jednotka rychlosti (pro stupnice lineární rychlosti8) v/s A běžně používanou frekvenční jednotkou je kcpm (kilocykly za minutu).
v jiných částech světa jsou obvykle používané jednotky rychlosti a frekvenční jednotky mm / s a Hz. Níže jsou uvedeny vztahy mezi jednotkami9:
5 při vytažení kolmo od montážní plochy magnetická montáž akcelerometru VB odolává silou 22 kgf (48,4 lbf)
6 vyšší Fmax nezpůsobuje shromažďování více dat, ale způsobuje, že se data pohybují v širším rozsahu frekvencí.
7 pro spektrum je vrcholová amplituda RMS amplituda. Tento vztah obecně neplatí pro průběhy.
8 mnoho analytiků vibrací dává přednost logaritmické jednotce rychlosti vdB. Diskuse o logaritmických stupnicích a jednotkách je však nad rámec této knihy.
9 zaokrouhlili jsme in/s ø-peak, mm / s rms převod na 18. Správný poměr je 17,96.
z Průvodce pro začátečníky k vibracím stroje, copyright © Commtest 1999, 2006.
revidováno 28/06/06
Chcete-li zjistit, jak nastavit vlastní program monitorování vibrací stroje, kontaktujte společnost Commtest Instruments Ltd nebo některého z našich zástupců pro demonstraci systému monitorování vibrací vbSeries. Pro adresu nejbližšího zástupce navštivte naše webové stránky na http://www.commtest.com