Hoe wordt de trillingen gemeten?
In deze sectie zullen we deze vragen beantwoorden.Na het lezen van deze sectie zult u in staat zijn om:
- herkennen welke machines gecontroleerd moeten worden
- begrijpen hoe trilsensoren gemonteerd moeten worden
- bepalen hoe meetparameters moeten worden ingesteld
- meet op systematische wijze
welke Machines hebben bewaking nodig?
bij de beslissing welke machines moeten worden bewaakt, moeten kritische machines voorrang krijgen boven andere machines. Dit is ongeveer hetzelfde als het monitoren van de gezondheid van mensen. Het is ongepast om de gezondheid van volkomen gezonde mensen nauwlettend in de gaten te houden en vervolgens af te zien van het toezicht op anderen die dat echt nodig hebben. Hetzelfde geldt voor het bewaken van de conditie van machines.
in het algemeen dienen de volgende kritische typen machines regelmatig te worden gecontroleerd om onverwachte en dure problemen te voorkomen:
(a) Machines waarvoor dure, langdurige of ingewikkelde reparaties als uitgesplitst
(b) Machines die cruciaal zijn voor de productie of de algemene plant operations
(c) Machines die bekend zijn om vaker te lijden schade
(d) de Machines die worden beoordeeld op hun betrouwbaarheid
(e) Machines die invloed hebben op de mens of voor het milieu en veiligheid
Hoe Werkt het Instrument in zijn Werk?
voordat u een trillingsmeting uitvoert, moet u een sensor aansluiten die trillingsgedrag kan detecteren op de machine die wordt gemeten. Er zijn verschillende soorten trillingssensoren beschikbaar, maar een type genaamd accelerometer wordt normaal gesproken gebruikt omdat het voordelen biedt ten opzichte van andere sensoren. Een versnellingsmeter is een sensor die een elektrisch signaal produceert dat evenredig is met de versnelling van het trillende onderdeel waaraan de versnellingsmeter is bevestigd.
Wat is de versnelling van een trillende component? Het is een maat voor hoe snel de snelheid van de component verandert.
het versnellingssignaal dat door de versnellingsmeter wordt geproduceerd, wordt doorgegeven aan het instrument dat op zijn beurt het signaal omzet in een snelheidssignaal. Afhankelijk van de keuze van de gebruiker, kan het signaal worden weergegeven als een snelheid golfvorm of een snelheid spectrum. Een snelheid spectrum is afgeleid van een snelheid golfvorm door middel van een wiskundige berekening bekend als de Fast Fourier transformation of FFT.
het onderstaande diagram geeft een zeer simplistische uitleg van de wijze waarop trillingsgegevens worden verkregen. Voor meer informatie kunt u andere literatuur raadplegen, zoals de Vbseries Instrument Reference Guide.
Hoe is de versnellingsmeter gemonteerd?
de meeste machines hebben roterende mechanismen. Motoren, pompen, compressoren, ventilatoren, bandtransporteurs, tandwielkasten, hebben allemaal roterende mechanismen en worden vaak gebruikt in machines.
de meeste roterende mechanismen hebben op hun beurt lagers die het gewicht van roterende delen ondersteunen en de krachten dragen die gepaard gaan met roterende beweging en trillingen. In het algemeen worden grote hoeveelheden kracht gedragen door lagers. Het is niet verwonderlijk dat lagers vaak de plaats zijn waar schade optreedt en waar de symptomen zich voor het eerst ontwikkelen.Trillingsmetingen worden dus gewoonlijk uitgevoerd aan de lagers van machines, waarbij versnellingsmeters op of in de buurt van de lagers zijn gemonteerd.
aangezien conclusies met betrekking tot de toestand van de machine – en dus of geld en menselijke veiligheid al dan niet in gevaar worden gebracht – afhankelijk zijn van de nauwkeurigheid van de metingen, moeten we zeer voorzichtig zijn met de wijze waarop de metingen worden verricht. Het is belangrijk om altijd te onthouden dat de manier waarop we de versnellingsmeter monteren de nauwkeurigheid van de metingen sterk bepaalt.
hoe moeten versnellingsmeters worden gemonteerd om ervoor te zorgen dat de metingen nauwkeurig zijn en hoe kunnen we dit veilig doen? Hier zijn enkele richtlijnen:
(a) monteer zo dicht mogelijk bij het lager
stel je een arts voor die door dikke kleding naar uw hart luisterde en de stethoscoop dichter bij uw nier dan bij uw hart plaatste. Je zou waarschijnlijk twijfelen aan zijn diagnose omdat hij zou baseren op geluiden vervormd door onnodige obstructie en lawaai van andere organen.
bij het meten van trillingen moeten we de versnellingsmeter altijd zo dicht mogelijk bij het lager bevestigen. Meer in het bijzonder moeten we het zo dicht mogelijk aan de middellijn van het lager bevestigen om vervormde signalen te voorkomen.
( b) zorg ervoor dat de versnellingsmeter stevig is bevestigd
om het ware trillingsgedrag te detecteren, moet de versnellingsmeter exact dezelfde trillingsbeweging ondergaan als de trillende component. Daarom moet een versnellingsmeter stevig aan het trillende onderdeel worden bevestigd, zodat het niet los van het onderdeel schommelt of beweegt. Een losjes gemonteerde versnellingsmeter produceert signalen die door zijn eigen onafhankelijke bewegingen worden vervormd en geeft daarom de verkeerde boodschap.
er bestaan verschillende montagemethoden, maar montage met behulp van een magneet is het meest populair omdat het een evenwicht biedt tussen meetbetrouwbaarheid en gebruiksgemak voor de gebruiker. De in de Commtest VB kit meegeleverde magneetbevestiging kan zeer stevig worden bevestigd 5, terwijl de gebruiker meerdere machines met dezelfde accelerometer kan meten, met minimale tijd besteed aan het bevestigen en losmaken van de accelerometer.
om ervoor te zorgen dat de versnellingsmeter stevig is bevestigd, moet deze op een gelijkmatig magnetisch montageoppervlak worden geplakt. De magnetische houder moet stevig op het oppervlak zitten met de versnellingsmeter in de voorgeschreven stand.
om het oppervlak gelijkmatig te zijn, moet het vrij zijn van puin, roest en schilferen verf.
het montageoppervlak moet echt magnetisch zijn (ijzer, nikkel of kobaltlegeringen). De magnetische montage mag bijvoorbeeld niet worden bevestigd aan een aluminium oppervlak door middel van ijzer onder het aluminium oppervlak.
om verlies van magnetisme te voorkomen, mag de magnetische bevestiging niet worden laten vallen of verwarmd. Er moet ook op worden gelet dat de schroefdraad op de versnellingsmeter en de magnetische montage niet wordt verwijderd.
( c) zorg ervoor dat de versnellingsmeter correct is georiënteerd
in verschillende situaties moet de versnellingsmeter anders worden georiënteerd. Om bijvoorbeeld parallelle uitlijning te detecteren wordt de versnellingsmeter meestal gemonteerd in de radiale richting van de lagers, maar om hoekaflijning te detecteren moet de versnellingsmeter in de axiale richting worden gemonteerd.
het door de versnellingsmeter geproduceerde signaal is afhankelijk van de richting waarin de versnellingsmeter is gemonteerd, aangezien de amplitude (hoeveelheid) van de trillingen in verschillende richtingen varieert.
(d) monteer dezelfde versnellingsmeter op dezelfde plaats
voor een bepaald meetpunt is het belangrijk om de versnellingsmeter altijd op dezelfde plaats te monteren om meetinconsistenties te minimaliseren die tot verkeerde conclusies kunnen leiden. Gebruik waar mogelijk altijd dezelfde versnellingsmeter voor een bepaald meetpunt.
(e) Monteer de versnellingsmeter op iets Substantiefs
de versnellingsmeter mag nooit op een zeer flexibel deel van de machine worden gemonteerd, aangezien het spectrum wordt vervormd door het flapperen van het flexibele deel.
de versnellingsmeter mag nooit worden gebruikt op structuren die zeer licht zijn, aangezien het gewicht van de versnellingsmeter en de magnetische montage het trillingsgedrag van de structuur verstoren. In het algemeen moet het gecombineerde gewicht van de versnellingsmeter en de magnetische montage minder dan 10% van het gewicht van de trillende structuur zijn.
(f) let op de versnellingsmeter
als de versnellingsmeter ruw wordt behandeld, kan deze onbetrouwbare signalen produceren. Vanwege de sterkte van de magnetische houder moet u voorzichtig zijn bij het bevestigen van de versnellingsmeter aan een montageoppervlak. U kunt dit bereiken door het montageoppervlak te benaderen met de magnetische montage schuin gekanteld. Bij het ontkoppelen van de magneetbevestiging mag u de versnellingsmeter niet als hefboom gebruiken om het contact te verbreken. In plaats daarvan moet de magnetische montage stevig worden gegrepen en vervolgens zijwaarts worden gekanteld om het contact te breken.
de accelerometerkabel mag nooit acuut worden gedraaid, maar moet zodanig worden verankerd dat beschadiging ervan wordt voorkomen. Gedraaide of vrij swingende kabels kunnen het gemeten spectrum verstoren.
( g) zorg voor persoonlijke veiligheid
u moet te allen tijde de gevaren beheersen. Bij trillingsmetingen vallen drie soorten gevaren op in waarschijnlijkheid of ernst: letsel door bewegende delen, elektrische schokken en door magneten veroorzaakte schade.
Ten eerste moet u bij de montage van de versnellingsmeter ervoor zorgen dat de kabel niet verstrikt raakt in bewegende machines. Hoewel de quick-release connector dit gevaar minimaliseert, mag het niet worden gebruikt als vervanging voor een correcte installatie.
andere zaken die met bewegende machines in aanraking kunnen komen, zijn losse kleding, lang haar, kabels en riemen voor gegevensoverdracht.
ten tweede moet u de accelerometer nooit op een hoogspanningsoppervlak bevestigen, omdat dit elektrische schokken kan veroorzaken.Ten derde mag u de magnetische bevestiging nooit in de buurt van magneetgevoelige voorwerpen brengen, zoals pacemakers, creditcards, diskettes, videobanden, cassettebanden en horloges, aangezien deze voorwerpen door magnetische velden kunnen worden beschadigd.
er zijn andere mogelijke gevaren. U moet de Vbseries Instrument Reference Guide lezen en goed begrijpen voordat u het instrument of de bijbehorende accessoires gebruikt.
Hoe worden Parameters ingesteld?
wat zijn meetparameters?
meetparameters zijn de details die aangeven hoe een meting moet worden uitgevoerd. Door het specificeren van meetparameters, specificeren we hoe gegevens moeten worden verzameld en verwerkt voordat ze aan ons worden gepresenteerd. Voordat we een trillingsmeting uitvoeren, moeten we aangeven welke parameters zullen worden gebruikt.
de parameters voor het meten van trillingen kunnen worden vergeleken met de “wat en hoe” details die een arts moet specificeren voordat een medische test wordt uitgevoerd.
we gaan nu kijken hoe meetparameters worden ingesteld wanneer we een spectrum meten. Voor de rest van dit hoofdstuk gebruiken we het Commtest VB-instrument als voorbeeld voor het meten van trillingen in onze discussies, omdat het een bijzonder eenvoudig instrument is om te gebruiken. Zo zijn de standaardwaarden van de meetparameter (met uitzondering van de standaardwaarde Fmax) geschikt voor het uitvoeren van de meeste trillingsmetingen, zodat in de meeste situaties weinig of geen van de standaardparameterwaarden moet worden aangepast. Deze parameters worden weergegeven in het Set Parameters scherm van het VB instrument, met ‘ domein ‘ingesteld op’frequentie’.
Wat zijn enkele van deze meetparameterwaarden en wat betekenen ze?De parameters die worden gebruikt voor het meten van trillingsspectra kunnen worden onderverdeeld in vier klassen; namelijk parameters die bepalen:
(A) Hoe gegevens worden verzameld
(b) hoeveel of hoe snel gegevens worden verzameld
(c) hoe gegevens worden verwerkt
(d) hoe gegevens worden weergegeven
(a) Hoe gegevens worden verzameld
de parameters die bepalen hoe gegevens worden verzameld zijn “Trigger type” en de parameters die worden vermeld onder “sensor setup”.
“Triggertype” is de parameter die het instrument vertelt hoe te beginnen met meten. Indien ingesteld op’ Free run’, zal het instrument continu metingen uitvoeren. Indien ingesteld op “Single”, vindt slechts één meetcyclus plaats. In de meeste gevallen kan het instrument worden ingesteld op ‘Free run’.
de parameters onder “Sensor setup” informeren het instrument welk type versnellingsmeter wordt gebruikt om metingen uit te voeren. Als de in de VB-kit meegeleverde ICP® – versnellingsmeter wordt gebruikt, moet de’ aandrijfstroom ‘worden ingeschakeld en moet de’ gevoeligheid ‘van de versnellingsmeter overeenkomen met de op de VB-Kwaliteitsborgingskaart aangegeven gevoeligheid. “Bezinktijd” de tijd die de versnellingsmeter en het instrument nodig hebben om te bezinken voordat de metingen nauwkeurig kunnen worden verricht. U moet de standaard ‘Settling time’ – waarde (die varieert met de Fmax-waarde) gebruiken om de meetnauwkeurigheid te garanderen.
b) hoeveel of hoe snel gegevens worden verzameld
de parameters die bepalen hoeveel of hoe snel gegevens worden verzameld zijn de parameters “Fmax”, “spectraallijnen” en “Overlappingspercentage”.
in Paragraaf 2 werd opgemerkt dat hoe hoger de Fmax, hoe groter het frequentiebereik waarover informatie6 uit het spectrum kan worden verkregen.
als de Fmax-waarde hoog is, worden gegevens weergegeven tot hoge trillingsfrequenties. Om informatie over hoge trillingsfrequenties te verkrijgen, moet ook de meetfrequentie – of bemonsteringsfrequentie – hoog zijn. Dientengevolge, hoe hoger de Fmax, hoe sneller de meting zal zijn.
hoe meer spectraallijnen een spectrum heeft, hoe meer informatie er uit kan worden verkregen. Dit betekent dat hoe meer spectraallijnen er zijn, hoe meer gegevens moeten worden verzameld om de aanvullende informatie te genereren, en dus hoe langer de meting zal duren.
welke Fmax-waarde moet worden gebruikt?
hoe hoger de werksnelheid van de machine, hoe hoger de trillingsfrequenties ervan zullen zijn en hoe hoger de Fmax zal moeten zijn om trillingsgedrag bij die hoge frequenties vast te leggen.
voor trillingen waarbij geen roterende vingers zoals tandwieltanden, ventilatorbladen, pompvaantjes en lagerelementen betrokken zijn, is een Fmax-waarde gelijk aan 10 keer de werksnelheid meestal voldoende om alle cruciale informatie vast te leggen.
bijvoorbeeld, als het bedrijfssnelheid 10 000 rpm is, dan is een Fmax-waarde van 100 000 cpm (100 kcpm) hoogstwaarschijnlijk voldoende.
voor trillingen waarbij wel gevingerde elementen zoals tandwielen, ventilatoren, pompen en rollagers zijn betrokken, is een Fmax-waarde gelijk aan driemaal het aantal vingers vermenigvuldigd met de werksnelheid doorgaans voldoende om alle cruciale informatie vast te leggen.
bijvoorbeeld, voor een tandwiel aangedreven door een rondsel met 12 tanden die draait bij 10 000 TPM, is een Fmax-waarde van 360 000 cpm (360 kcpm) hoogstwaarschijnlijk voldoende.
indien de vereiste Fmax-waarde zeer groot is, zal de resolutie van het spectrum laag zijn en kan informatie over lage trillingsfrequenties verloren gaan. Het kan nodig zijn om naast de hoge Fmax-meting ook een aantal lage Fmax-metingen uit te voeren.
hoeveel spectraallijnen moeten worden gebruikt?
in de meeste gevallen zijn 400 oplossingslijnen voldoende. Echter, als een grote Fmax-waarde wordt gebruikt, zullen de lijnen worden verspreid over een groot frequentiebereik, waardoor grote gaten tussen de lijnen. Zo kunnen voor grote Fmax-waarden meer spectraallijnen nodig zijn om verlies van detail te voorkomen.
er moet echter worden opgemerkt dat hoe meer spectraallijnen worden gebruikt, hoe langer de meting duurt en hoe meer geheugenruimte van het instrument wordt ingenomen. Een hoge Fmax-waarde of een groot aantal spectraallijnen mag daarom alleen worden gebruikt wanneer dat nodig is.
hoeveel Overlap moet ik gebruiken?
overlappende gegevens zijn een middel om een percentage van een eerder gemeten golfvorm te hergebruiken om een nieuw spectrum te berekenen. Hoe hoger het ‘Overlappingspercentage’, hoe minder nieuw verkregen gegevens nodig zijn om een spectrum te genereren, en dus hoe sneller het spectrum kan worden weergegeven. 50% overlap is ideaal voor de meeste gevallen.
( c) Hoe gegevens worden verwerkt
de parameters die bepalen hoe gegevens worden verwerkt zijn de parameters “gemiddeld type”, “aantal gemiddelden” en “venstertype”.
stel je voor dat je de breedte van de pagina ‘ s in dit boek nauwkeurig moest meten. Omdat de breedte enigszins kan variëren van pagina tot pagina, zou u waarschijnlijk meten niet alleen de breedte van een pagina, maar eerder die van een paar pagina ‘ s en neem dan het gemiddelde.
wanneer trillingen worden gemeten, worden gewoonlijk verscheidene spectra gemeten en vervolgens gemiddeld om een gemiddeld spectrum te produceren. Het gemiddelde spectrum vertegenwoordigt beter trillingsgedrag omdat het middelingsproces het effect van willekeurige variaties of ruis pieken die inherent zijn aan machine trillingen minimaliseert.
de parameter ‘gemiddeld type’ bepaalt hoe spectra worden gemiddeld. In de meeste gevallen wordt een’ lineair ‘ gemiddelde aanbevolen. “Exponentiële” gemiddelden worden meestal alleen gebruikt als het trillingsgedrag in de loop van de tijd aanzienlijk varieert. “Piekbeveiliging” houdt niet echt een middelmaat in, maar zorgt ervoor dat de slechtste (grootste) amplitude voor elke spectraallijn wordt weergegeven.
de parameter “Aantal gemiddelden” bepaalt het aantal opeenvolgende spectra dat wordt gebruikt voor het gemiddelde. Hoe groter het aantal spectra dat wordt gebruikt voor het middelen, hoe meer noise spikes worden gladgestreken en hoe nauwkeuriger waar spectrale pieken worden weergegeven.
echter, hoe groter het aantal gemiddelden, hoe meer gegevens moeten worden verzameld, en dus hoe langer het duurt om het “gemiddelde spectrum” te verkrijgen. Een “aantal gemiddelden” van 4 is in de meeste gevallen voldoende.
de verzamelde gegevens worden meestal niet direct gebruikt om een spectrum te genereren, maar worden vaak vooraf aangepast om rekening te houden met bepaalde beperkingen van het FFT-proces (het proces dat de gegevens omzet in een spectrum). Gegevens worden meestal gewijzigd door vermenigvuldiging met een correctievenster. Dit voorkomt dat spectraallijnen ‘insmeren’ of ‘lekken’ in elkaar.
‘venstertype’ is de parameter die bepaalt welk type venster wordt gebruikt. Het’ Hanning ‘ venster wordt meestal gebruikt. Als het ‘rechthoekige’ venster wordt gebruikt, zullen de gegevens effectief niet worden gewijzigd.
(d) Hoe gegevens worden weergegeven
de parameters die bepalen hoe het spectrum moet worden weergegeven, worden vermeld onder “Weergaveeenheden”.
om te specificeren hoe het spectrum moet worden weergegeven, moet de schaal van het spectrum worden gespecificeerd. De schaal van het spectrum bepaalt hoe gemakkelijk spectrale details kunnen worden gezien, en wordt bepaald door de parameters ‘Amplitudeschaal’, ‘VDB-referentie’, ‘Log range’ en ‘Velocity max.
in de meeste gevallen kan de ‘Amplitudeschaal’ lineair zijn. Als een lineaire amplitudeschaal wordt gebruikt, zijn de parameters “VDB-referentie” en “Logbereik” van geen belang (en hoeven daarom niet te worden ingesteld).
in het algemeen moet ‘Velocity max’ worden ingesteld op ‘automatisch’, zodat het instrument automatisch een ideale amplitudeschaal kan selecteren die spectrale pieken duidelijk zichtbaar maakt.
om te specificeren hoe het spectrum moet worden weergegeven, moet ook het te gebruiken amplitudetype worden gespecificeerd. In Sectie 2 (Pagina 18) hebben we twee amplitudetypen gedefinieerd: piekamplitude en rms – amplitude.
indien de “Ø-piek” (of “piek”) amplitude wordt gebruikt, geeft het spectrum de maximale snelheid weer die door het trillende onderdeel bij de verschillende trillingsfrequenties wordt bereikt.
wanneer daarentegen de amplitude ” rms ” wordt gebruikt, wordt in plaats daarvan een hoeveelheid weergegeven die de trillingsenergie bij de verschillende frequenties aangeeft.
voor trillingsspectra is de piekamplitude bij een bepaalde frequentie precies √2 maal (ongeveer 1,4 maal) de rms-amplitude bij die frequentie. Dus welke amplitude type wordt gebruikt is niet echt belangrijk omdat amplitude conversie gemakkelijk kan worden gedaan.
Wij raden u aan om voor een bepaald meetpunt altijd hetzelfde amplitudetype te gebruiken om verkeerde interpretaties te voorkomen. Een omschakeling van de rms-amplitude naar de piekamplitude veroorzaakt een schijnbare toename van de trillingsamplitude die ten onrechte zou kunnen worden geïnterpreteerd als verslechtering van de machine. Aan de andere kant kan een omschakeling van de piekamplitude naar de rms-amplitude een echte stijging van de trillingsamplitude verbergen.
ten slotte moeten ook de in het spectrum te gebruiken amplitude-en frequentie-eenheden worden gespecificeerd. Welke eenheden moeten worden gebruikt is eigenlijk een kwestie van persoonlijke keuze, of vaker, geografische locatie.
in Noord-Amerika is de snelheids-eenheid die gewoonlijk wordt gebruikt (voor lineaire snelheidsschalen 8) in/s, en een veelgebruikte frequentie-eenheid is kcpm (kilocycles per minuut).
in andere delen van de wereld zijn de snelheids-en frequentie-eenheden die gewoonlijk worden gebruikt respectievelijk mm/s en Hz. Hieronder worden de relaties tussen de units9 weergegeven.:
5 wanneer de magnetische montage van de VB-accelerometer loodrecht van het montageoppervlak wordt getrokken, is deze bestand tegen een kracht van 22 kgf (48,4 lbf)
6, dan zorgt een hogere Fmax ervoor dat niet meer gegevens worden verzameld, maar dat de gegevens over een groter frequentiebereik worden verspreid.
7 voor een spectrum is de piekamplitude gelijk aan de rms-amplitude. Deze relatie is over het algemeen niet geldig voor golfvormen.
8 veel trillingsanalisten geven de voorkeur aan de logaritmische snelheidseenheid vdB. Discussie over logaritmische schalen en eenheden valt echter buiten het bestek van dit boek.
9 we hebben de in/s ø-piek, mm/s rms conversie afgerond op 18. De juiste verhouding is 17,96.
uit de Beginner ‘ s Guide to Machine Vibration, copyright © Commtest 1999, 2006.
Revised 28/06/06
om te weten te komen hoe u uw eigen vibratiebewakingsprogramma voor machines kunt opzetten, kunt u contact opnemen met Commtest Instruments Ltd of een van onze vertegenwoordigers voor een demonstratie van een vbseries vibratiebewakingssysteem. Voor het adres van uw dichtstbijzijnde vertegenwoordiger kunt u onze website bezoeken op http://www.commtest.com