jak mierzy się wibracje?
w tym dziale odpowiemy na te pytania.Po przeczytaniu tego działu będziesz mógł:
- Rozpoznaj, które Maszyny powinny być monitorowane
- dowiedz się, w jaki sposób należy montować czujniki drgań
- określ, w jaki sposób należy ustawić parametry pomiaru
- dokonuj pomiarów w sposób systematyczny
które Maszyny wymagają monitorowania?
przy podejmowaniu decyzji, które Maszyny należy monitorować, maszyny krytyczne powinny mieć pierwszeństwo przed innymi maszynami. Jest to podobne do monitorowania zdrowia ludzi. Niewłaściwe jest ścisłe monitorowanie stanu zdrowia całkowicie zdrowych ludzi, a następnie rezygnowanie z monitorowania innych, którzy naprawdę tego potrzebują. To samo dotyczy monitorowania stanu maszyn.
ogólnie rzecz biorąc, następujące krytyczne typy maszyn powinny być regularnie monitorowane w celu uniknięcia nieoczekiwanych i kosztownych problemów:
(a) maszyny, które wymagają kosztownych, długich lub trudnych napraw w przypadku awarii
(b) maszyny, które mają kluczowe znaczenie dla produkcji lub ogólnej działalności zakładu
(c) Maszyny, o których wiadomo, że często cierpią na uszkodzenia
(d) maszyny, które są oceniane pod kątem ich niezawodności
(E) maszyny, które wpływają na bezpieczeństwo ludzi lub środowiska
jak działa Instrument?
przed wykonaniem pomiaru drgań należy podłączyć czujnik, który wykrywa zachowanie drgań do mierzonej maszyny. Dostępne są różne typy czujników drgań, ale typ zwany akcelerometrem jest zwykle używany, ponieważ oferuje przewagę nad innymi czujnikami. Akcelerometr to czujnik, który wytwarza sygnał elektryczny proporcjonalny do przyspieszenia wibrującego elementu, do którego jest przymocowany akcelerometr.
jakie jest przyspieszenie elementu wibrującego? Jest miarą tego, jak szybko zmienia się prędkość elementu.
sygnał przyspieszenia wytwarzany przez akcelerometr jest przekazywany do instrumentu, który z kolei przekształca sygnał na sygnał prędkości. W zależności od wyboru użytkownika sygnał może być wyświetlany jako przebieg prędkości lub widmo prędkości. Widmo prędkości pochodzi z przebiegu prędkości za pomocą obliczeń matematycznych znanych jako szybka transformata Fouriera lub FFT.
poniższy diagram jest bardzo uproszczonym wyjaśnieniem, w jaki sposób pozyskuje się dane dotyczące drgań. Możesz zapoznać się z inną literaturą, taką jak Vbseries Instrument Reference Guide, aby uzyskać więcej informacji.
jak jest zamontowany Akcelerometr?
większość maszyn wykorzystuje mechanizmy obrotowe. Silniki, pompy, sprężarki, wentylatory, przenośniki taśmowe, skrzynie biegów, wszystkie wyposażone są w mechanizmy obrotowe i są często stosowane w maszynach.
Większość mechanizmów obrotowych z kolei ma łożyska, które podtrzymują ciężar obracających się części i przenoszą siły związane z ruchem obrotowym i wibracjami. Ogólnie rzecz biorąc, duże ilości siły są przenoszone przez łożyska. Nic dziwnego, że łożyska są często miejscem, w którym dochodzi do uszkodzenia i gdzie pojawiają się pierwsze objawy.
pomiary drgań są zatem zwykle wykonywane na łożyskach maszyn, z przyspieszeniomierzami zamontowanymi na łożyskach lub w ich pobliżu.
ponieważ wnioski dotyczące stanu maszyn – a tym samym tego, czy zagrożone są pieniądze i bezpieczeństwo ludzi-zależą od dokładności pomiarów, musimy być bardzo ostrożni w sposobie dokonywania pomiarów. Ważne jest, aby zawsze pamiętać, że sposób montażu akcelerometru w bardzo dużym stopniu decyduje o dokładności pomiarów.
jak należy montować akcelerometry, aby zapewnić dokładność pomiarów i jak możemy to zrobić bezpiecznie? Oto kilka wskazówek:
(a) Zamontuj jak najbliżej łożyska
wyobraź sobie lekarza, który słuchał twojego serca przez grube ubranie i umieścił stetoskop bliżej nerki niż serca. Prawdopodobnie wątpisz w jego diagnozę, ponieważ opierałby się na dźwiękach zniekształconych przez nadmierną przeszkodę i hałas z innych narządów.
podczas pomiaru drgań musimy zawsze przymocować akcelerometr jak najbliżej łożyska. Mówiąc dokładniej, musimy przymocować go jak najbliżej linii środkowej łożyska, aby uniknąć odbierania zniekształconych sygnałów.
(b) upewnij się, że akcelerometr jest mocno przymocowany
aby akcelerometr wykrył prawdziwe zachowanie wibracji, musi przejść dokładnie ten sam ruch wibracyjny, co element wibracyjny. Akcelerometr musi być zatem mocno przymocowany do wibrującego komponentu, aby nie kołysał się ani nie poruszał niezależnie od komponentu. Luźno zamontowany akcelerometr wytwarza sygnały zniekształcone przez własne niezależne ruchy, a zatem daje zły komunikat.
istnieją różne metody montażu, ale montaż za pomocą magnesu jest najbardziej popularny, ponieważ zapewnia równowagę między niezawodnością pomiaru a wygodą użytkownika. Mocowanie magnetyczne dostarczane w zestawie Commtest vb można mocować bardzo stabilnie5, jednocześnie umożliwiając użytkownikowi pomiar wielu maszyn przy użyciu tego samego akcelerometru, przy minimalnym czasie poświęconym na zamocowanie i odłączenie akcelerometru.
aby mieć pewność, że akcelerometr jest mocno przymocowany, musi być przyklejony do magnetycznej powierzchni montażowej, która jest równa. Uchwyt magnetyczny musi być bezpiecznie umieszczony na powierzchni z przyspieszeniomierzem ustawionym w określonej orientacji.
aby powierzchnia była równa, musi być wolna od zanieczyszczeń, rdzy i łuszczącej się farby.
powierzchnia montażowa musi być prawdziwie magnetyczna (Stopy żelaza, niklu lub kobaltu). Mocowanie magnetyczne nie może być na przykład przymocowane do powierzchni aluminiowej za pomocą żelaza pod powierzchnią aluminiową.
aby uniknąć utraty magnetyzmu, Mocowanie magnetyczne nie może być upuszczone ani podgrzane. Należy również zachować ostrożność, aby nie odrywać gwintu na akcelerometrze i mocowaniu magnetycznym.
(C) upewnij się, że akcelerometr jest zorientowany prawidłowo
różne sytuacje wymagają, aby akcelerometr był zorientowany inaczej. Na przykład w celu wykrycia niewspółosiowości równoległej akcelerometr jest zwykle montowany w kierunku promieniowym łożysk, ale w celu wykrycia niewspółosiowości kątowej akcelerometr musi być montowany w kierunku osiowym.
sygnał wytwarzany przez akcelerometr zależy od orientacji, w której akcelerometr jest zamontowany, ponieważ Amplituda (ilość) drgań zmienia się w różnych kierunkach.
(d) Zamontuj ten sam akcelerometr w tym samym miejscu
dla określonego punktu pomiarowego ważne jest, aby zawsze montować akcelerometr w tym samym miejscu, aby zminimalizować niespójności pomiarowe, które mogą prowadzić do błędnych wniosków. Jeśli to możliwe, Zawsze używaj tego samego akcelerometru dla określonego punktu pomiarowego.
(e) Zamontuj Akcelerometr na czymś znaczącym
akcelerometr nie może być nigdy montowany na bardzo elastycznej części maszyny, ponieważ widmo zostanie zniekształcone przez trzepotanie elastycznej części.
akcelerometru nigdy nie wolno używać na konstrukcjach, które są bardzo lekkie, ponieważ waga akcelerometru i mocowanie magnetyczne zniekształcą zachowanie wibracji konstrukcji. Ogólnie rzecz biorąc, łączna waga akcelerometru i mocowania magnetycznego powinna być mniejsza niż 10% wagi wibrującej konstrukcji.
(f) zadbaj o Akcelerometr
jeśli akcelerometr jest traktowany z grubsza, może to powodować niewiarygodne sygnały. Ze względu na wytrzymałość uchwytu magnetycznego należy zachować ostrożność podczas mocowania akcelerometru do powierzchni montażowej. Można to osiągnąć, zbliżając się do powierzchni montażowej z magnetycznym mocowaniem pochylonym pod kątem. Podczas odłączania mocowania magnetycznego nie wolno używać akcelerometru jako dźwigni do zerwania styku. Zamiast tego magnetyczne mocowanie powinno być mocno uchwycone, a następnie przechylone na bok, aby zerwać kontakt.
Kabel akcelerometru nigdy nie powinien być skręcany ostro, ale musi być zakotwiczony w sposób zapobiegający jego uszkodzeniu. Skręcone lub swobodnie obracające się kable mogą zniekształcić mierzone widmo.
(g) dbaj o bezpieczeństwo osobiste
musisz zawsze zarządzać zagrożeniami. Podczas pomiarów drgań wyróżnia się trzy rodzaje zagrożeń: obrażenia spowodowane ruchomymi częściami, porażeniem prądem elektrycznym i uszkodzeniem wywołanym magnesem.
po pierwsze, podczas montażu akcelerometru należy zachować ostrożność, aby kabel nie zaplątał się w ruchome maszyny. Chociaż szybkozłącze minimalizuje to niebezpieczeństwo, nie należy polegać na nim jako zamienniku prawidłowej instalacji.
inne rzeczy, które mogą plątać się z ruchomymi maszynami, to luźna odzież, długie włosy, Kable do przesyłania danych i paski.
po drugie, nigdy nie wolno podłączać akcelerometru do żadnej powierzchni wysokiego napięcia, ponieważ może to spowodować porażenie prądem.
po trzecie, nigdy nie wolno zbliżać uchwytu magnetycznego do obiektów wrażliwych na magnesy, takich jak rozruszniki serca, Karty kredytowe, dyskietki, taśmy wideo, kasety magnetofonowe i Zegarki, ponieważ te elementy mogą zostać uszkodzone przez pole magnetyczne.
istnieją inne możliwe zagrożenia. Przed użyciem instrumentu lub dołączonych do niego akcesoriów należy przeczytać i dokładnie zrozumieć Przewodnik Vbseries Instrument Reference Guide.
Jak ustawić parametry?
jakie są parametry pomiaru?
parametry pomiaru to szczegóły określające sposób wykonania pomiaru. Określając parametry pomiarowe określamy, w jaki sposób dane mają być zbierane i przetwarzane przed ich przedstawieniem nam. Przed wykonaniem pomiaru drgań należy określić jakie parametry będą stosowane.
parametry pomiaru drgań można porównać do szczegółów „co i jak”, które lekarz musi podać przed wykonaniem testu medycznego.
przyjrzymy się teraz, w jaki sposób parametry pomiarowe są ustawiane podczas pomiaru widma. W dalszej części tej sekcji użyjemy instrumentu Commtest vb jako przykładowego instrumentu do monitorowania drgań w naszych dyskusjach, ponieważ jest to szczególnie prosty w użyciu instrument. Na przykład domyślne wartości parametrów pomiaru (z wyjątkiem domyślnej wartości Fmax) są odpowiednie do wykonywania większości pomiarów drgań, tak że w większości sytuacji niewiele lub żadna z domyślnych wartości parametrów nie wymaga regulacji. Parametry te są wyświetlane na ekranie ustawionych parametrów instrumentu vb, z „domeną” ustawioną na „częstotliwość”.
jakie są niektóre z tych wartości parametrów pomiarowych i co one oznaczają?Parametry wykorzystywane do pomiaru widm drgań można podzielić na cztery klasy, a mianowicie parametry, które określają:
(a) jak zbierane są dane
(b) jak dużo i jak szybko zbierane są dane
(c) jak przetwarzane są dane
(d) jak wyświetlane są dane
(a) jak zbierane są dane
parametry, które określają sposób gromadzenia danych, to „typ wyzwalacza” i parametry wymienione w sekcji „Konfiguracja czujnika”.
„Typ wyzwalacza” to parametr, który mówi przyrządowi, jak rozpocząć pomiar. Jeśli ustawiony jest na „wolny bieg”, przyrząd będzie mierzył w sposób ciągły. Jeśli jest ustawiony na „pojedynczy”, odbywa się tylko jeden cykl pomiarowy. W większości przypadków instrument można ustawić na „wolny bieg”.
parametry w sekcji „Ustawienia czujnika” informują przyrząd, jakiego typu akcelerometr jest używany do pomiarów. Jeśli używany jest akcelerometr typu ICP®dostarczany w zestawie vb, „prąd napędu” musi być włączony, a „czułość” akcelerometru musi odpowiadać czułości określonej na karcie VB Quality Assurance Card. „Czas osadzania” oznacza czas potrzebny na osadzenie się akcelerometru i przyrządu przed dokładnym wykonaniem pomiarów. Aby zapewnić dokładność pomiaru, należy użyć domyślnej wartości „czas rozliczenia” (która różni się od wartości Fmax).
(b) Ile lub jak szybko gromadzone są dane
parametrami, które określają ile lub jak szybko gromadzone są dane, są parametry „Fmax”, „linie spektralne” i „procent nakładania się”.
w sekcji 2 zauważyliśmy, że im wyższy Fmax, tym większy zakres częstotliwości, w którym można uzyskać informację6 z widma.
Tak więc, jeśli wartość Fmax jest wysoka, dane są wyświetlane do wysokich częstotliwości wibracji. Aby uzyskać informacje dotyczące wysokich częstotliwości drgań, Częstotliwość pomiaru – lub częstotliwość pobierania próbek – musi być również wysoka. W rezultacie im wyższy Fmax,tym szybszy będzie pomiar.
im więcej linii widmowych ma widmo, tym więcej informacji można uzyskać z niego. Oznacza to, że im więcej jest linii widmowych, tym więcej danych musi zostać zebranych w celu wygenerowania dodatkowych informacji, a zatem im dłużej będzie trwał pomiar.
jaką wartość Fmax należy zastosować?
im wyższa prędkość robocza maszyny, tym wyższe będą jej częstotliwości wibracji i im wyższy będzie Fmax, aby uchwycić zachowanie wibracji przy tych wysokich częstotliwościach.
w przypadku drgań, które nie obejmują palców obrotowych, takich jak zęby przekładni, łopatki wentylatora, łopatki pompy i elementy łożyskowe, wartość Fmax równa 10-krotnej prędkości roboczej jest zwykle wystarczająca, aby uchwycić wszystkie kluczowe informacje.
na przykład, jeśli prędkość robocza wynosi 10 000 obr / min, to wartość Fmax 100 000 cpm (100 kcpm) jest najprawdopodobniej wystarczająca.
w przypadku wibracji, które obejmują elementy palcowe, takie jak koła zębate, wentylatory, pompy i łożyska wałeczkowe, wartość Fmax równa 3-krotności liczby palców pomnożonej przez prędkość roboczą jest zwykle wystarczająca, aby uchwycić wszystkie kluczowe informacje.
na przykład dla przekładni napędzanej przez 12-zębne koło zębate obracające się przy 10 000 obr. / min, wartość Fmax 360 000 cpm (360 kcpm) jest najprawdopodobniej wystarczająca.
jeśli wymagana wartość Fmax jest bardzo duża, rozdzielczość widma będzie niska, a informacje dotyczące niskich częstotliwości drgań mogą zostać utracone. Może być konieczne wykonanie niektórych pomiarów o niskim współczynniku Fmax oprócz pomiaru o wysokim współczynniku Fmax.
ile linii widmowych należy użyć?
w większości przypadków wystarcza 400 linii Rozdzielczości. Jeśli jednak używana jest duża wartość Fmax, linie będą rozłożone w dużym zakresie częstotliwości, pozostawiając szerokie odstępy między liniami. Tak więc dla dużych wartości Fmax może być potrzebna więcej linii spektralnych, aby uniknąć utraty szczegółów.
należy jednak zauważyć, że im więcej linii spektralnych zostanie użytych, tym dłużej będzie trwał pomiar i tym więcej miejsca w pamięci instrumentu będzie zajęte. Wysoka wartość Fmax lub duża liczba linii widmowych powinny być zatem stosowane tylko wtedy, gdy jest to konieczne.
Ile powinienem użyć?
nakładanie się danych jest sposobem ponownego wykorzystania procentu wcześniej zmierzonej fali do obliczenia nowego widma. Im wyższy „procent nakładania się”, tym mniej nowo pozyskanych danych jest potrzebnych do wygenerowania widma, a tym samym szybsze może być wyświetlane widmo. 50% nakładania się jest idealne dla większości przypadków.
(C) sposób przetwarzania danych
parametrami, które określają sposób przetwarzania danych, są parametry „typ średni”, „Liczba średnich” i „typ okna”.
wyobraź sobie, że musisz dokładnie zmierzyć szerokość stron w tej książce. Ponieważ szerokość może się nieznacznie różnić od strony do strony, prawdopodobnie zmierzysz nie tylko szerokość jednej strony, ale raczej szerokość kilku stron, a następnie przyjmiesz średnią.
podobnie, gdy mierzy się drgania, zwykle mierzy się kilka widm, a następnie uśredniaia, aby wytworzyć średnie widmo. Średnie widmo lepiej odzwierciedla zachowanie drgań, ponieważ proces uśredniania minimalizuje efekt losowych zmian lub skoków hałasu, które są nieodłączne dla wibracji maszyny.
parametr „Typ średni” określa, w jaki sposób uśredniane są widma. W większości przypadków zaleca się uśrednianie „liniowe”. Uśrednianie „wykładnicze” jest zwykle stosowane tylko wtedy, gdy zachowanie drgań zmienia się znacząco w czasie. „Uchwyt szczytowy” tak naprawdę nie obejmuje uśredniania, ale powoduje wyświetlenie najgorszej (największej) amplitudy dla każdej linii widmowej.
parametr „Liczba średnich”określa liczbę kolejnych widm używanych do uśredniania. Im większa liczba widm używanych do uśredniania, tym więcej skoków szumu jest wygładzanych i tym dokładniej reprezentowane są prawdziwe piki widmowe.
jednak im większa liczba średnich, tym więcej danych należy zebrać, a zatem im dłużej trwa uzyskanie „średniego widma”. W większości przypadków wystarcza „liczba średnich” wynosząca 4.
zebrane dane zwykle nie są bezpośrednio wykorzystywane do generowania widma, ale często są wcześniej modyfikowane, aby zaspokoić pewne ograniczenia procesu FFT (proces, który przekształca dane w widmo). Dane są zwykle modyfikowane przez mnożenie z oknem korekcyjnym. Zapobiega to „rozmazywaniu” lub „przeciekaniu”linii widmowych do siebie.
'typ okna’ jest parametrem określającym rodzaj okna, które jest używane. Zwykle używa się okna „Hanning”. Jeśli używane jest okno „prostokątne”, dane nie będą faktycznie modyfikowane.
(d) sposób wyświetlania danych
parametry określające sposób wyświetlania widma są wymienione w sekcji „jednostki wyświetlania”.
aby określić sposób wyświetlania widma, należy określić jego skalę. Skala widma określa, jak łatwo można zobaczyć szczegóły widmowe i jest zdefiniowana przez parametry „skala amplitudy”, „odniesienie vdB”, „zakres logów” i ” prędkość max.
w większości przypadków „skala amplitudy” może być „liniowa”. Jeżeli stosuje się liniową skalę amplitudy, to parametry „VDB reference” I „Log range” nie mają znaczenia (i dlatego nie muszą być ustawiane).
ogólnie rzecz biorąc, należy ustawić „Velocity max” Na „Automatic”, aby umożliwić instrumentowi automatyczne wybranie idealnej skali amplitudy, która pozwala wyraźnie zobaczyć piki widmowe.
aby określić, w jaki sposób widmo ma być wyświetlane, należy również określić „typ amplitudy”, który ma być użyty. W sekcji 2 (strona 18) zdefiniowaliśmy dwa typy amplitudy – amplitudę szczytową i amplitudę rms.
jeśli używana jest amplituda „Ø-peak” (lub „peak”), widmo wyświetli maksymalną prędkość osiąganą przez komponent wibracyjny przy różnych częstotliwościach drgań.
z drugiej strony, jeśli używana jest amplituda „rms”, zamiast tego wyświetlana jest ilość wskazująca na energię drgań dla różnych częstotliwości.
dla widm drgań, szczytowa Amplituda przy określonej częstotliwości jest dokładnie √2 razy (około 1,4 razy) Amplituda rms przy tej częstotliwości. Tak więc, jaki typ amplitudy jest używany, nie jest tak naprawdę ważny, ponieważ konwersje amplitudy7 można łatwo wykonać.
aby uniknąć błędnej interpretacji, zalecamy zawsze stosowanie tego samego typu amplitudy dla danego punktu pomiarowego. Przełączenie z amplitudy rms na amplitudę szczytową powoduje widoczny wzrost amplitudy drgań, który może być błędnie zinterpretowany jako pogorszenie stanu maszyny. Z drugiej strony, przejście z amplitudy szczytowej na amplitudę rms może ukryć prawdziwy wzrost amplitudy drgań.
Wreszcie, należy również określić jednostki amplitudy i częstotliwości, które mają być używane w widmie. Które jednostki powinny być używane jest naprawdę kwestia osobistego wyboru, lub częściej, położenie geograficzne.
w Ameryce Północnej zwykle używana jednostka prędkości (dla skalów prędkości liniowej8) jest w / s, a powszechnie stosowaną jednostką częstotliwości jest kcpm (kilocykle na minutę).
w innych częściach świata zwykle stosuje się jednostkę prędkości i jednostkę częstotliwości odpowiednio mm/S I Hz. Poniżej przedstawiono relacje między jednostkami 9:
5 po odciągnięciu prostopadle od powierzchni montażowej, magnetyczny montaż akcelerometru VB jest odporny na siłę 22 kgf (48,4 lbf)
6 wyższy Fmax nie powoduje gromadzenia większej ilości danych, ale powoduje, że dane obejmują szerszy zakres częstotliwości.
7 dla widma Amplituda szczytowa jest amplitudą RMS. Ta zależność nie jest na ogół ważna dla przebiegów.
8 wielu analityków drgań preferuje logarytmiczną jednostkę prędkości vdB. Jednak dyskusja na temat skal i jednostek logarytmicznych wykracza poza zakres tej książki.
9 zaokrągliliśmy w / s ø-pik, mm / s konwersja rms do 18. Prawidłowy stosunek wynosi 17,96.
z Przewodnika dla początkujących do wibracji maszyn, copyright © Commtest 1999, 2006.
Zaktualizowano 28/06/06
aby dowiedzieć się, jak skonfigurować własny program monitorowania drgań maszyn, skontaktuj się z Commtest Instruments Ltd lub jednym z naszych przedstawicieli w celu demonstracji systemu monitorowania drgań vbSeries. Adres najbliższego przedstawiciela można znaleźć na naszej stronie internetowej pod adresem http://www.commtest.com