hvordan måles vibrationer?
i dette afsnit vil vi besvare disse spørgsmål.Efter at have læst dette afsnit vil du kunne:
- Anerkend hvilke maskiner der skal overvåges
- forstå, hvordan vibrationssensorer skal monteres
- Bestem, hvordan måleparametre skal indstilles
- foretag målinger på en systematisk måde
hvilke maskiner har brug for overvågning?
når man beslutter, hvilke maskiner der skal overvåges, skal kritiske maskiner prioriteres frem for andre maskiner. Dette er meget det samme som at overvåge menneskers sundhed. Det er uhensigtsmæssigt at overvåge sundheden hos helt sunde mennesker nøje og derefter forlade overvågningen af andre, der virkelig har brug for det. Det samme gælder ved overvågning af maskinens tilstand.
generelt skal følgende kritiske typer maskiner overvåges regelmæssigt for at undgå uventede og dyre problemer:
(a) maskiner, der kræver dyre, langvarige eller vanskelige reparationer, hvis de er opdelt
(b) maskiner, der er kritiske for produktions-eller generelle anlægsoperationer
(c) maskiner, der vides ofte at lide skade
(d) maskiner, der evalueres for deres pålidelighed
(e) maskiner, der påvirker menneskers eller miljøsikkerheden
Hvordan fungerer instrumentet?
før du foretager en vibrationsmåling, skal du tilslutte en sensor, der kan registrere vibrationsadfærd til den maskine, der måles. Forskellige typer vibrationssensorer er tilgængelige, men en type kaldet accelerometer bruges normalt, da den giver fordele i forhold til andre sensorer. Et accelerometer er en sensor, der producerer et elektrisk signal, der er proportional med accelerationen af den vibrerende komponent, som accelerometeret er fastgjort til.
Hvad er accelerationen af en vibrerende komponent? Det er et mål for, hvor hurtigt komponentens hastighed ændrer sig.
accelerationssignalet produceret af accelerometeret overføres til instrumentet, der igen konverterer signalet til et hastighedssignal. Afhængigt af brugerens valg kan signalet vises som enten en hastighedsbølgeform eller et hastighedsspektrum. Et hastighedsspektrum er afledt af en hastighed bølgeform ved hjælp af en matematisk beregning kendt som Fast Fourier Transform eller FFT.
diagrammet nedenfor er en meget forenklet forklaring på, hvordan vibrationsdata erhverves. Du ønsker måske at konsultere anden litteratur såsom Vbseries Instrument Reference Guide for yderligere information.
Hvordan er accelerometeret monteret?
de fleste maskiner involverer roterende mekanismer. Motorer, pumper, kompressorer, ventilatorer, båndtransportører, gearkasser, alle involverer roterende mekanismer og bruges ofte i maskiner.
de fleste roterende mekanismer har igen lejer, der understøtter vægten af roterende dele og bærer de kræfter, der er forbundet med roterende bevægelse og vibrationer. Generelt bæres store mængder kraft af lejer. Det er ikke overraskende, at lejer ofte er det sted, hvor skader opstår, og hvor symptomerne først udvikler sig.
vibrationsmålinger foretages således normalt ved maskinernes lejer med accelerometre monteret ved eller i nærheden af lejerne.
da konklusioner vedrørende maskinens tilstand – og dermed om penge og menneskers sikkerhed risikerer-afhænger af målingernes nøjagtighed, skal vi være meget forsigtige med, hvordan målinger tages. Det er vigtigt altid at huske, at den måde, hvorpå vi monterer accelerometeret, meget bestemmer målingernes nøjagtighed.
hvordan skal accelerometre monteres for at sikre, at målingerne er nøjagtige, og hvordan kan vi gøre det sikkert? Her er nogle retningslinjer:
(a) Monter så tæt som muligt på lejet
Forestil dig en læge, der lyttede til dit hjerte gennem tykt tøj og placerede stetoskopet tættere på din nyre end til dit hjerte. Du vil sandsynligvis tvivle på hans diagnose, da han ville basere den på lyde forvrænget af unødig obstruktion og støj fra andre organer.
ved måling af vibrationer skal vi altid fastgøre accelerometeret så tæt som muligt på lejet. Mere specifikt skal vi fastgøre det så tæt som muligt på lejets midterlinie for at undgå at optage forvrængede signaler.
(b) sørg for, at accelerometeret er fastgjort
for at accelerometeret kan registrere ægte vibrationsadfærd, skal det gennemgå nøjagtig den samme vibrationsbevægelse som den vibrerende komponent. Et accelerometer skal derfor fastgøres fast til den vibrerende komponent, så den ikke rocker eller bevæger sig uafhængigt af komponenten. Et løst monteret accelerometer producerer signaler forvrænget af sine egne uafhængige bevægelser og giver derfor den forkerte besked.
der findes forskellige monteringsmetoder, men montering ved hjælp af en magnet er den mest populære, da den giver en balance mellem målepålidelighed og bekvemmelighed for brugeren. Den magnetiske montering, der leveres i Commtest vb-kittet , kan fastgøres meget fast5, samtidig med at brugeren kan måle flere maskiner ved hjælp af det samme accelerometer, med minimal tid brugt på at fastgøre og løsne accelerometeret.
for at sikre, at accelerometeret er ordentligt fastgjort, skal det sidde fast på en magnetisk monteringsoverflade, dette er jævnt. Den magnetiske holder skal sidde sikkert på overfladen med accelerometeret placeret i den foreskrevne retning.
for at overfladen skal være jævn, skal den være fri for snavs, rust og flagerende maling.
monteringsoverfladen skal være virkelig magnetisk (jern, nikkel eller koboltlegeringer). Den magnetiske montering må f.eks. ikke fastgøres til en aluminiumsoverflade i kraft af jern under aluminiumsoverfladen.
for at undgå tab af magnetisme må den magnetiske montering ikke tabes eller opvarmes. Der skal også udvises forsigtighed for ikke at fjerne skruegevindet på accelerometeret og magnetisk montering.
(c) sørg for, at accelerometeret er orienteret korrekt
forskellige situationer kræver, at accelerometeret orienteres forskelligt. For eksempel for at detektere parallel forskydning er accelerometeret normalt monteret i lejernes radiale retning, men for at detektere vinkelforskydning skal accelerometeret monteres i aksial retning.
signalet produceret af accelerometeret afhænger af den orientering, hvori accelerometeret er monteret, da amplituden (mængden) af vibrationer varierer i forskellige retninger.
(D) monter det samme Accelerometer på samme sted
for et bestemt målepunkt er det vigtigt altid at montere accelerometeret på samme sted for at minimere måleinkonsekvenser, der kan føre til forkerte konklusioner. Hvor det er muligt, skal du altid bruge det samme accelerometer til et bestemt målepunkt.
(e) Monter accelerometeret på noget væsentligt
accelerometeret må aldrig monteres på en meget fleksibel del af maskinen, da spektret vil blive forvrænget af den fleksible del.
accelerometeret må aldrig bruges på strukturer, der er meget lette, da vægten af accelerometeret og magnetisk montering vil fordreje strukturens vibrationsadfærd. Generelt bør den kombinerede vægt af accelerometeret og magnetisk montering være mindre end 10% af vægten af den vibrerende struktur.
(f) pas på accelerometeret
hvis accelerometeret behandles groft, kan det producere upålidelige signaler. På grund af magnetbeslagets styrke skal du være forsigtig, når du fastgør accelerometeret til en monteringsoverflade. Du kan opnå dette ved at nærme monteringsfladen med den magnetiske montering vippet i en vinkel. Når du afmonterer den magnetiske montering, må du ikke bruge accelerometeret som en håndtag til at bryde kontakten. I stedet skal den magnetiske montering gribes tæt og derefter vippes sidelæns for at bryde kontakten.
accelerometerkablet bør aldrig snoet akut, men skal forankres på en måde, der forhindrer det i at blive beskadiget. Snoet eller frit svingende kabler kan fordreje det målte spektrum.
(g) pas på personlig sikkerhed
du skal til enhver tid håndtere farer. Når man tager vibrationsmålinger, tre slags farer skiller sig ud i Sandsynlighed eller sværhedsgrad: skade ved bevægelige dele, elektrisk stød og magnetinduceret skade.
for det første, når du monterer accelerometeret, skal du passe på at forhindre, at kablet bliver viklet ind i bevægelige maskiner. Mens hurtigudløserstikket minimerer denne fare, bør det ikke påberåbes som en erstatning for korrekt installation.
andre ting, der kan vikle sig sammen med bevægelige maskiner, inkluderer løst tøj, langt hår, dataoverførselskabler og stropper.
for det andet må du aldrig fastgøre accelerometeret på nogen højspændingsoverflade, da dette kan forårsage elektrisk stød.
for det tredje må du aldrig bringe magnetmonteringen i nærheden af magnetfølsomme genstande som pacemakere, kreditkort, disketter, videobånd, kassettebånd og ure, da disse genstande kan blive beskadiget af magnetfelter.
der er andre mulige farer. Du bør læse og grundigt forstå Vbseries Instrument Reference Guide, før du bruger instrumentet eller dets medfølgende tilbehør.
hvordan indstilles parametre?
hvad er måleparametre?
måleparametre er de detaljer, der angiver, hvordan en måling skal foretages. Ved at specificere måleparametre specificerer vi, hvordan data skal indsamles og behandles, før de præsenteres for os. Før vi tager en vibrationsmåling, skal vi angive, hvilke parametre der skal bruges.
parametrene for vibrationsmåling kan sammenlignes med ‘hvad og hvordan’ detaljer, som en læge skal specificere, før en medicinsk test udføres.
vi vil nu se på, hvordan måleparametre indstilles, når vi måler et spektrum. I resten af dette afsnit bruger vi Commtest vb-instrumentet som et eksempel på vibrationsovervågningsinstrument til vores diskussioner, da det er et særligt simpelt instrument at bruge. For eksempel er standardmålingsparameterværdierne (bortset fra standardværdien for Fmaks) egnede til at tage de fleste vibrationsmålinger, så i de fleste situationer kræver få eller ingen af standardparameterværdierne justering. Disse parametre er dem, der vises på skærmen Indstil parametre på VB-instrumentet, med ‘domæne’ indstillet til ‘frekvens’.
Hvad er nogle af disse måleparameterværdier, og hvad betyder de?De parametre, der anvendes til måling af vibrationsspektre, kan opdeles i fire klasser; nemlig parametre, der bestemmer:
(a) hvordan data indsamles
(b) hvor meget eller hvor hurtigt data indsamles
(c) hvordan data behandles
(d) hvordan data vises
(a) hvordan data indsamles
de parametre, der bestemmer, hvordan data indsamles, er ‘Triggertype’ og parametrene angivet under ‘Sensoropsætning’.
‘Trigger type’ er den parameter, der fortæller instrumentet, hvordan man begynder at måle. Hvis den er indstillet til ‘Free run’, foretager instrumentet løbende målinger. Hvis den er indstillet til ‘Single’, finder kun en målecyklus sted. I de fleste tilfælde kan instrumentet indstilles til ‘Free run’.
parametrene under’ Sensoropsætning ‘ informerer instrumentet, hvilken type accelerometer der bruges til at foretage målinger. Hvis det i VB-kit Medfølgende ICP-relæ-accelerometer anvendes, skal’ Drevstrømmen ‘tændes’, og accelerometerets ‘følsomhed’ skal svare til det, der er angivet på vb-Kvalitetssikringskortet. ‘Afregningstid’ er den tid, der kræves for accelerometeret og instrumentet til at afregne, før målinger kan tages nøjagtigt. Du skal bruge standardværdien’ Afregningstid ‘ (som varierer med Fmaks-værdien) for at sikre målenøjagtighed.
(b) hvor meget eller hvor hurtigt data indsamles
de parametre, der bestemmer, hvor meget eller hvor hurtigt data indsamles, er parametrene ‘Fmaks’, ‘spektrallinjer’ og ‘Overlapningsprocent’.
i Afsnit 2 bemærkede vi, at jo højere Fmaks, jo større frekvensområde over hvilket information6 kan opnås fra spektret.
hvis Fmaks-værdien således er høj, vises data op til høje vibrationsfrekvenser. For at indhente oplysninger om høje vibrationsfrekvenser skal målefrekvensen – eller hastigheden af prøveudtagningsdata – også være høj. Som følge heraf, jo højere Fmaks, jo hurtigere bliver målingen.
jo flere spektrale linjer et spektrum har, desto mere information kan fås fra det. Dette betyder, at jo flere spektrallinjer der er, jo flere data skal indsamles for at generere de yderligere oplysninger, og derfor jo længere måling vil tage.
hvilken Fmaks-værdi skal bruges?
jo højere maskinens driftshastighed er, jo højere er dens vibrationsfrekvenser, og jo højere skal Fmaks være for at fange vibrationsadfærd ved disse høje frekvenser.
for vibrationer, der ikke involverer roterende fingre, såsom tandhjul, ventilatorblade, pumpevinger og lejeelementer, er en Fmaks-værdi svarende til 10 gange driftshastigheden normalt tilstrækkelig til at fange alle vigtige oplysninger.
for eksempel, hvis driftshastigheden er 10 000 omdr. / min., er en Fmaks-værdi på 100 000 cpm (100 kcpm) sandsynligvis tilstrækkelig.
for vibrationer, der involverer fingerede elementer som Gear, ventilatorer, pumper og rullelejer, er en Fmaks-værdi svarende til 3 gange antallet af fingre ganget med driftshastigheden normalt tilstrækkelig til at fange alle vigtige oplysninger.
for eksempel for et gear drevet af en 12-tandet tandhjul, der roterer ved 10 000 o / min, er en Fmaks-værdi på 360 000 cpm (360 kcpm) sandsynligvis tilstrækkelig.
hvis den krævede Fmaks-værdi er meget stor, vil opløsningen af spektret være lav, og information vedrørende lave vibrationsfrekvenser kan gå tabt. Det kan være nødvendigt at tage nogle lave Fmaks-målinger ud over den høje Fmaks-måling.
hvor mange spektrale linjer skal bruges?
i de fleste tilfælde er 400 opløsningslinjer tilstrækkelige. Men hvis der anvendes en stor Fmaks-værdi, vil linjerne blive spredt ud over et stort frekvensområde, hvilket efterlader store mellemrum mellem linjer. For store Fmaks-værdier kan der således være behov for flere spektrale linjer for at undgå tab af detaljer.
det skal dog bemærkes, at jo flere spektrale linjer der bruges, jo længere måling vil tage, og jo mere instrumenthukommelsesplads vil blive besat. En høj Fmaks-værdi eller et stort antal spektrallinjer bør derfor kun anvendes, hvor det er nødvendigt.
hvor meget overlapning skal jeg bruge?
overlappende data er et middel til at genbruge en procentdel af en tidligere målt bølgeform til at beregne et nyt spektrum. Jo højere ‘Overlapningsprocent’, jo mindre nyerhvervede data er nødvendige for at generere et spektrum, og jo hurtigere kan spektret vises. 50% overlapning er ideel til de fleste tilfælde.
(C) Hvordan Data behandles
de parametre, der bestemmer, hvordan data behandles, er parametrene ‘Gennemsnitstype’, ‘antal gennemsnit’ og ‘vinduetype’.
Forestil dig, at du var nødt til nøjagtigt at måle bredden på siderne i denne bog. Da bredden kan variere lidt fra side til side, måler du sandsynligvis ikke kun bredden på en side, men snarere på et par sider og tager derefter gennemsnittet.
tilsvarende, når vibrationer måles, måles flere spektre normalt og derefter i gennemsnit for at producere et gennemsnitligt spektrum. Det gennemsnitlige spektrum repræsenterer bedre vibrationsadfærd, da gennemsnitsprocessen minimerer effekten af tilfældige variationer eller støjspidser, der er forbundet med maskinvibrationer.
parameteren ‘gennemsnitlig type’ bestemmer, hvordan spektre er gennemsnitlige. ‘Lineær’ gennemsnit anbefales i de fleste tilfælde. ‘Eksponentiel’ gennemsnit bruges normalt kun, hvis vibrationsadfærd varierer betydeligt over tid. ‘Peak hold’ involverer ikke rigtig gennemsnit, men får den værste tilfælde (største) amplitude for hver spektrallinje til at blive vist.
parameteren ‘antal gennemsnit’ bestemmer antallet af på hinanden følgende spektre, der bruges til gennemsnit. Jo større antallet af spektre, der bruges til gennemsnit, jo flere støjspidser udglattes, og de mere nøjagtigt ægte spektrale toppe er repræsenteret.
jo større antal gennemsnit er, desto flere data skal indsamles, og derfor tager det længere tid at opnå det ‘gennemsnitlige spektrum’. Et ‘antal gennemsnit’ på 4 er tilstrækkeligt i de fleste tilfælde.
de indsamlede data bruges normalt ikke direkte til at generere et spektrum, men ændres ofte på forhånd for at imødekomme visse begrænsninger i FFT-processen (processen, der omdanner dataene til et spektrum). Data ændres normalt ved multiplikation med et korrektionsvindue. Dette forhindrer spektrallinjer i at’ smøre ‘eller’ lække ‘ ind i hinanden.
‘vinduetype’ er den parameter, der bestemmer den type vindue, der bruges. Vinduet ‘Hanning’ bruges normalt. Hvis det’ rektangulære ‘ vindue bruges, ændres dataene effektivt ikke.
(d) hvordan Data vises
de parametre, der bestemmer, hvordan spektret skal vises, er angivet under ‘displayenheder’.
for at specificere, hvordan spektret skal vises, skal spektrumets skala specificeres. Skalaen af spektret bestemmer, hvor let spektrale detaljer kan ses, og er defineret af parametrene ‘Amplitude skala’, ‘vdB reference’, ‘Log range’ og ‘hastighed maks.
i de fleste tilfælde kan ‘Amplitudeskalaen’ være ‘lineær’. Hvis der anvendes en lineær amplitudeskala, er parametrene ‘vdB reference’ og ‘Log range’ uden betydning (og behøver derfor ikke indstilles).
generelt skal du indstille ‘hastighed maks.’ til ‘automatisk’ for at lade instrumentet automatisk vælge en ideel amplitudeskala, der gør det muligt at se spektrale toppe tydeligt.
for at specificere, hvordan spektret skal vises, skal den ‘amplitudetype’, der skal bruges, også specificeres. I Afsnit 2 (side 18) definerede vi to amplitudetyper – peak amplitude og rms amplitude.
hvis der anvendes ‘LARP-peak’ (eller ‘peak’) amplitude, viser spektret den maksimale hastighed, der opnås af den vibrerende komponent ved de forskellige vibrationsfrekvenser.
på den anden side, hvis ‘rms’ amplitude anvendes, vises en mængde, der indikerer vibrationsenergi ved de forskellige frekvenser i stedet.
for vibrationsspektre er spidsamplituden ved en bestemt frekvens nøjagtigt 2 gange (omtrent 1,4 gange) rms-amplituden ved den frekvens. Således hvilken amplitude type anvendes er ikke rigtig vigtigt, da amplitude konverteringer7 kan let gøres.
vi anbefaler, at du altid bruger den samme amplitudetype til et bestemt målepunkt for at undgå fejlfortolkninger. En overgang fra RMS amplitude til peak amplitude forårsager en tilsyneladende stigning i vibrationsamplitude, der fejlagtigt kan fortolkes som maskinforringelse. På den anden side kan en overgang fra topamplitude til rms amplitude skjule en ægte stigning i vibrationsamplitude.
endelig skal amplitude-og frekvensenhederne, der skal bruges i spektret, også specificeres. Hvilke enheder der skal bruges er virkelig et spørgsmål om personligt valg eller oftere geografisk placering.
i Nordamerika er den hastighedsenhed, der normalt bruges (til lineære hastighedsskalaer8) er i/s, og en almindeligt anvendt frekvensenhed er kcpm (kilocykler pr.minut).
i andre dele af verden er den hastighedsenhed og frekvensenhed, der normalt anvendes, henholdsvis mm/s og HS. Nedenfor er forholdet mellem enhederne9:
5 når den trækkes vinkelret væk fra monteringsoverfladen, modstår VB-accelerometerets magnetiske montering med en kraft på 22 kgf (48,4 lbf)
6 En højere Fmaks forårsager ikke, at der indsamles flere data, men får dataene til at spænde over et bredere frekvensområde.
7 for et spektrum er spidsamplituden RMS amplitude. Dette forhold er generelt ikke gyldigt for bølgeformer.
8 mange vibrationsanalytikere foretrækker den logaritmiske hastighedsenhed vdB. Imidlertid, diskussion om logaritmiske skalaer og enheder er uden for denne Bogs anvendelsesområde.
9 Vi har afrundet in/s LARP-peak, mm/s rms konvertering til 18. Det korrekte forhold er 17,96.
fra begynderguiden til maskinvibration, copyright krist Commtest 1999, 2006.
revideret 28/06/06
for at finde ud af, hvordan du opretter dit eget maskinvibrationsovervågningsprogram, skal du kontakte Commtest Instruments Ltd eller en af vores repræsentanter for en demonstration af et vbseries vibrationsovervågningssystem. For adressen på din nærmeste repræsentant kan du besøge vores hjemmeside på http://www.commtest.com