cum se măsoară vibrația?
în această secțiune vom răspunde la aceste întrebări.După ce ați citit această secțiune, veți putea:
- recunoașteți ce mașini trebuie monitorizate
- înțelegeți cum trebuie montați senzorii de vibrații
- determinați modul în care trebuie setați parametrii de măsurare
- efectuați măsurători în mod sistematic
ce mașini au nevoie de monitorizare?
atunci când se decide ce mașini să monitorizeze, mașinile critice ar trebui să aibă prioritate față de alte mașini. Acest lucru este la fel ca monitorizarea sănătății oamenilor. Este inadecvat să monitorizăm îndeaproape sănătatea oamenilor perfect sănătoși și apoi să renunțăm la monitorizarea altora care au cu adevărat nevoie de ea. Același lucru este valabil și pentru monitorizarea stării mașinilor.
în general, următoarele tipuri critice de mașini ar trebui monitorizate în mod regulat pentru a evita problemele neașteptate și costisitoare:
(A) mașini care necesită reparații costisitoare, lungi sau dificile dacă sunt defalcate
(b) mașini care sunt esențiale pentru producție sau operațiuni generale ale instalației
(c) Mașini despre care se știe că suferă frecvent daune
(d) mașini care sunt evaluate pentru fiabilitatea lor
(e) mașini care afectează siguranța umană sau a mediului
cum funcționează instrumentul?
înainte de a efectua o măsurare a vibrațiilor, trebuie să atașați un senzor care poate detecta comportamentul vibrațiilor la mașina care este măsurată. Sunt disponibile diferite tipuri de senzori de vibrații, dar un tip numit accelerometru este utilizat în mod normal, deoarece oferă avantaje față de alți senzori. Un accelerometru este un senzor care produce un semnal electric proporțional cu accelerația componentei Vibratoare la care este atașat accelerometrul.
care este accelerația unei componente vibratoare? Este o măsură a cât de repede se schimbă viteza componentei.
semnalul de accelerație produs de accelerometru este transmis instrumentului care la rândul său convertește semnalul într-un semnal de viteză. În funcție de alegerea utilizatorului, semnalul poate fi afișat fie ca o formă de undă de viteză, fie ca un spectru de viteză. Un spectru de viteză este derivat dintr-o formă de undă de viteză prin intermediul unui calcul matematic cunoscut sub numele de transformare Fourier rapidă sau FFT.
diagrama de mai jos este o explicație foarte simplistă a modului în care sunt obținute datele despre vibrații. Poate doriți să consultați alte literaturi, cum ar fi ghidul de referință al instrumentului vbSeries, pentru informații suplimentare.
cum se montează accelerometrul?
majoritatea mașinilor implică mecanisme rotative. Motoare, pompe, compresoare, ventilatoare, benzi transportoare, cutii de viteze, Toate implică mecanisme rotative și sunt frecvent utilizate în mașini.
majoritatea mecanismelor rotative au la rândul lor rulmenți care susțin greutatea pieselor rotative și suportă forțele asociate mișcării rotative și vibrațiilor. În general, cantități mari de forță sunt suportate de rulmenți. Nu este surprinzător faptul că rulmenții sunt adesea locul în care apar daune și unde se dezvoltă mai întâi simptomele.
măsurătorile vibrațiilor sunt astfel efectuate de obicei la rulmenții mașinilor, cu accelerometre montate la sau lângă rulmenți.
deoarece concluziile privind starea mașinii – și, prin urmare, dacă banii și siguranța umană sunt sau nu riscate – depind de acuratețea măsurătorilor, trebuie să fim foarte atenți la modul în care sunt luate măsurătorile. Este important să ne amintim întotdeauna că modul în care montăm accelerometrul determină foarte mult precizia măsurătorilor.
cum ar trebui montate accelerometrele pentru a ne asigura că măsurătorile sunt corecte și cum putem face acest lucru în siguranță? Iată câteva linii directoare:
(a) montați cât mai aproape posibil de rulment
Imaginați-vă un medic care v-a ascultat inima prin haine groase și a așezat stetoscopul mai aproape de rinichi decât de inimă. Probabil că v-ați îndoi de diagnosticul său, deoarece s-ar baza pe sunete distorsionate de obstrucția nejustificată și zgomotul altor organe.
la măsurarea vibrațiilor trebuie să atașăm întotdeauna accelerometrul cât mai aproape de rulment. Mai precis, trebuie să-l atașăm cât mai aproape de linia centrală a rulmentului pentru a evita preluarea semnalelor distorsionate.
(b) asigurați-vă că accelerometrul este fixat ferm
pentru ca accelerometrul să detecteze un comportament de vibrație adevărat, trebuie să sufere exact aceeași mișcare vibratorie ca și componenta vibratoare. Prin urmare, un accelerometru trebuie atașat ferm la componenta vibrantă, astfel încât să nu se rotească sau să se miște independent de componentă. Un accelerometru montat slab produce semnale distorsionate de propriile mișcări independente și, prin urmare, dă un mesaj greșit.
există diferite metode de montare, dar montarea cu ajutorul unui magnet este cea mai populară, deoarece oferă un echilibru între fiabilitatea măsurării și confortul utilizatorului. Montajul magnetic furnizat în kitul Commtest vb poate fi atașat foarte ferm5, permițând în același timp utilizatorului să măsoare mai multe mașini folosind același accelerometru, cu un timp minim petrecut pentru atașarea și detașarea accelerometrului.
pentru a vă asigura că accelerometrul este fixat ferm, acesta trebuie lipit de o suprafață de montare magnetică, care este uniformă. Suportul magnetic trebuie să stea în siguranță pe suprafață cu accelerometrul poziționat în orientarea prescrisă.
pentru ca suprafața să fie uniformă, trebuie să fie lipsită de resturi, rugină și vopsea descuamată.
suprafața de montare trebuie să fie cu adevărat magnetică (aliaje de fier, nichel sau cobalt). Montarea magnetică nu trebuie, de exemplu, să fie atașată la o suprafață de aluminiu în virtutea fierului sub suprafața de aluminiu.
pentru a evita pierderea magnetismului, montarea magnetică nu trebuie aruncată sau încălzită. De asemenea, trebuie să aveți grijă să nu dezbrăcați firul șurubului de pe accelerometru și montarea magnetică.
(c) asigurați-vă că accelerometrul este orientat corect
situații diferite necesită ca accelerometrul să fie orientat diferit. De exemplu, pentru a detecta nealinierea paralelă, accelerometrul este de obicei montat în direcția radială a rulmenților, dar pentru a detecta nealinierea unghiulară, accelerometrul trebuie montat în direcția axială.
semnalul produs de accelerometru depinde de orientarea în care este montat accelerometrul, deoarece amplitudinea (cantitatea) vibrațiilor variază în direcții diferite.
(D) montați același accelerometru în aceeași locație
pentru un anumit punct de măsurare este important să montați întotdeauna accelerometrul în aceeași locație pentru a minimiza inconsecvențele de măsurare care pot duce la concluzii greșite. Dacă este posibil, utilizați întotdeauna același accelerometru pentru un anumit punct de măsurare.
(e) montați accelerometrul pe ceva substanțial
accelerometrul nu trebuie montat niciodată pe o parte foarte flexibilă a mașinii, deoarece spectrul va fi distorsionat prin lovirea părții flexibile.
accelerometrul nu trebuie utilizat niciodată pe structuri foarte ușoare, deoarece greutatea accelerometrului și montarea magnetică vor distorsiona comportamentul vibrațiilor structurii. În general, greutatea combinată a accelerometrului și a montajului magnetic trebuie să fie mai mică de 10% din greutatea structurii vibratoare.
(f) aveți grijă de accelerometrul
dacă accelerometrul este tratat aproximativ, acesta poate produce semnale nesigure. Datorită rezistenței suportului magnetic, trebuie să aveți grijă atunci când atașați accelerometrul la o suprafață de montare. Puteți realiza acest lucru apropiindu-vă de suprafața de montare cu montajul magnetic înclinat într-un unghi. Când detașați montajul magnetic, nu trebuie să utilizați accelerometrul ca pârghie pentru ruperea contactului. În schimb, montarea magnetică trebuie prinsă strâns și apoi înclinată lateral pentru a rupe contactul.
cablul accelerometrului nu trebuie niciodată răsucit acut, ci trebuie ancorat într-un mod care să împiedice deteriorarea acestuia. Cablurile răsucite sau libere pot distorsiona spectrul măsurat.
(g) aveți grijă de siguranța personală
trebuie să gestionați pericolele în orice moment. Atunci când se efectuează măsurători ale vibrațiilor, trei tipuri de pericole se remarcă prin probabilitate sau severitate: leziuni prin piese în mișcare, șoc electric și daune induse de magnet.
în primul rând, atunci când montați accelerometrul, trebuie să aveți grijă să împiedicați cablul să se încurce cu mașinile în mișcare. În timp ce conectorul cu eliberare rapidă minimizează acest pericol, nu ar trebui să se bazeze pe un substitut pentru instalarea corectă.
alte lucruri care s-ar putea încurca cu mașinile în mișcare includ îmbrăcămintea liberă, părul lung, cablurile de transfer de date și curelele.
în al doilea rând, nu trebuie să atașați niciodată accelerometrul la nicio suprafață de înaltă tensiune, deoarece acest lucru poate provoca șocuri electrice.
în al treilea rând, nu trebuie să aduceți niciodată montajul magnetic lângă obiecte sensibile la magnet, cum ar fi stimulatoare cardiace, carduri de credit, dischete, casete video, casete și Ceasuri, deoarece aceste articole pot fi deteriorate de câmpurile magnetice.
există și alte pericole posibile. Ar trebui să citiți și să înțelegeți cu atenție ghidul de referință al instrumentului vbSeries înainte de a utiliza instrumentul sau accesoriile sale însoțitoare.
cum sunt setați parametrii?
ce sunt parametrii de măsurare?
parametrii de măsurare sunt detaliile care specifică modul în care trebuie efectuată o măsurare. Prin specificarea parametrilor de măsurare, specificăm modul în care datele trebuie colectate și prelucrate înainte de a ne fi prezentate. Înainte de a efectua o măsurare a vibrațiilor, trebuie să specificăm ce parametri vor fi utilizați.
parametrii pentru măsurarea vibrațiilor pot fi asemănați cu detaliile ‘ce și cum’ pe care un medic trebuie să le precizeze înainte de efectuarea unui test medical.
vom analiza acum modul în care sunt setați parametrii de măsurare atunci când măsurăm un spectru. Pentru restul acestei secțiuni, vom folosi instrumentul Commtest vb ca exemplu instrument de monitorizare a vibrațiilor pentru discuțiile noastre, deoarece este un instrument deosebit de simplu de utilizat. De exemplu, valorile implicite ale parametrilor de măsurare (cu excepția valorii Fmax implicite) sunt potrivite pentru efectuarea majorității măsurătorilor de vibrații, astfel încât, în majoritatea situațiilor, puține sau niciuna dintre valorile implicite ale parametrilor necesită ajustare. Acești parametri sunt cei afișați în ecranul Set Parameters al instrumentului vb, cu ‘domain’ setat la ‘frequency’.
care sunt unele dintre aceste valori ale parametrilor de măsurare și ce înseamnă acestea?Parametrii utilizați pentru măsurarea spectrelor de vibrații pot fi împărțiți în patru clase; și anume, parametrii care determină:
(a) cum sunt colectate datele
(b) cât de mult sau cât de repede sunt colectate datele
(c) cum sunt prelucrate datele
(d) cum sunt afișate datele
(a) cum sunt colectate datele
parametrii care determină modul în care sunt colectate datele sunt ‘tipul declanșatorului’ și parametrii enumerați la ‘configurarea senzorului’.
‘Tipul declanșatorului’ este parametrul care indică instrumentului cum să înceapă măsurarea. Dacă este setat la ‘Free run’, Instrumentul va efectua măsurători în mod continuu. Dacă este setat la ‘Single’, va avea loc un singur ciclu de măsurare. În cele mai multe cazuri, instrumentul poate fi setat la ‘Free run’.
parametrii de la ‘configurarea senzorului’ informează instrumentul cu privire la tipul de accelerometru utilizat pentru efectuarea măsurătorilor. În cazul în care se utilizează accelerometrul ICP de tip XV furnizat în kitul vb, ‘curentul de acționare’ trebuie să fie pornit’, iar’ sensibilitatea ‘accelerometrului trebuie să corespundă cu cea specificată pe cardul de asigurare a calității vb. ‘Timpul de decantare’ este timpul necesar pentru ca accelerometrul și instrumentul să se regleze înainte ca măsurătorile să poată fi efectuate cu precizie. Ar trebui să utilizați valoarea implicită ‘setting time’ (care variază în funcție de valoarea Fmax) pentru a asigura precizia măsurării.
(b) cât de mult sau cât de repede sunt colectate datele
parametrii care determină cât de mult sau cât de repede sunt colectate datele sunt parametrii ‘Fmax’, ‘linii spectrale’ și ‘Procentaj de suprapunere’.
în secțiunea 2, am observat că cu cât Fmax este mai mare, cu atât este mai mare intervalul de frecvență pe care informațiile pot fi obținute din spectru 6.
astfel, dacă valoarea Fmax este ridicată, datele sunt afișate până la frecvențe de vibrații ridicate. Pentru a obține informații cu privire la frecvențele de vibrații ridicate, frecvența de măsurare – sau rata datelor de eșantionare – trebuie să fie, de asemenea, ridicată. Ca urmare, cu cât Fmax este mai mare, cu atât măsurarea va fi mai rapidă.
cu cât un spectru are mai multe linii spectrale, cu atât mai multe informații pot fi obținute din acesta. Aceasta înseamnă că, cu cât există mai multe linii spectrale, cu atât trebuie colectate mai multe date pentru a genera informațiile suplimentare și, prin urmare, cu cât măsurarea va dura mai mult.
ce valoare Fmax trebuie utilizată?
cu cât viteza de funcționare a mașinii este mai mare, cu atât frecvențele sale de vibrație vor fi mai mari și cu atât Fmax va trebui să fie mai mare pentru a capta comportamentul vibrațiilor la acele frecvențe înalte.
pentru vibrații care nu implică degete rotative, cum ar fi dinții angrenajului, paletele ventilatorului, paletele pompei și elementele de rulment, o valoare Fmax egală cu 10 ori viteza de funcționare este de obicei suficientă pentru a capta toate informațiile cruciale.
de exemplu, dacă viteza de funcționare este de 10 000 rpm, atunci o valoare Fmax de 100 000 cpm (100 kcpm) este cel mai probabil suficientă.
pentru vibrații care implică elemente cu degete, cum ar fi angrenaje, ventilatoare, pompe și rulmenți cu role, o valoare Fmax egală cu de 3 ori numărul de degete înmulțit cu viteza de funcționare este de obicei suficientă pentru a capta toate informațiile cruciale.
de exemplu, pentru o treaptă de viteză acționată de un pinion cu 12 dinți care se rotește la 10 000 rpm, o valoare Fmax de 360 000 cpm (360 kcpm) este cel mai probabil suficientă.
dacă valoarea Fmax necesară este foarte mare, rezoluția spectrului va fi scăzută, iar informațiile referitoare la frecvențele joase de vibrații pot fi pierdute. Poate fi necesară efectuarea unor măsurători Fmax scăzute în plus față de măsurarea Fmax ridicată.
câte linii spectrale ar trebui utilizate?
în majoritatea cazurilor sunt suficiente 400 de linii de rezoluție. Cu toate acestea, dacă se utilizează o valoare Fmax mare, liniile vor fi răspândite pe o gamă largă de frecvențe, lăsând goluri largi între linii. Astfel, pentru valori Fmax mari, pot fi necesare mai multe linii spectrale pentru a evita pierderea detaliilor.
cu toate acestea, trebuie remarcat faptul că cu cât sunt utilizate mai multe linii spectrale, cu atât măsurarea va dura mai mult și cu atât va fi ocupat mai mult spațiu de memorie al instrumentului. Prin urmare, o valoare Fmax ridicată sau un număr mare de linii spectrale ar trebui utilizate numai dacă este necesar.
cât de multă suprapunere ar trebui să folosesc?
datele suprapuse sunt un mijloc de reutilizare a unui procent dintr-o formă de undă măsurată anterior pentru a calcula un nou spectru. Cu cât este mai mare procentul de suprapunere, cu atât sunt necesare mai puține date nou achiziționate pentru a genera un spectru și, astfel, cu atât spectrul poate fi afișat mai rapid. Suprapunerea de 50% este ideală pentru majoritatea cazurilor.
(c) modul în care sunt procesate datele
parametrii care determină modul în care sunt procesate datele sunt parametrii ‘Tip Mediu’, ‘număr de medii’ și ‘tip fereastră’.
Imaginați-vă că a trebuit să măsurați cu exactitate lățimea paginilor din această carte. Deoarece lățimea poate varia ușor de la o pagină la alta, probabil că veți măsura nu doar lățimea unei pagini, ci mai degrabă cea a câtorva pagini și apoi veți lua media.
în mod similar, atunci când se măsoară vibrația, mai multe spectre sunt de obicei măsurate și apoi mediate pentru a produce un spectru mediu. Spectrul mediu reprezintă mai bine comportamentul vibrațiilor, deoarece procesul de mediere minimizează efectul variațiilor aleatorii sau al vârfurilor de zgomot care sunt inerente vibrațiilor mașinii.
parametrul ‘Tip mediu’ determină modul în care sunt mediate spectrele. Medierea liniară este recomandată pentru majoritatea cazurilor. Media exponențială este de obicei utilizată numai dacă comportamentul vibrațiilor variază semnificativ în timp. ‘Menținerea vârfului’ nu implică cu adevărat medierea, ci determină afișarea amplitudinii celei mai nefavorabile (Cea mai mare) pentru fiecare linie spectrală.
parametrul ‘număr de medii’ determină numărul de spectre consecutive utilizate pentru mediere. Cu cât este mai mare numărul de spectre utilizate pentru mediere, cu atât mai multe vârfuri de zgomot sunt netezite și cu atât sunt reprezentate mai precis vârfurile spectrale adevărate.
cu toate acestea, cu cât numărul mediilor este mai mare, cu atât mai multe date trebuie colectate și, prin urmare, cu atât este nevoie de mai mult timp pentru a obține spectrul mediu. Un număr de medii de 4 este suficient pentru majoritatea cazurilor.
datele colectate nu sunt de obicei utilizate direct pentru a genera un spectru, dar sunt adesea modificate în prealabil pentru a satisface anumite limitări ale procesului FFT (procesul care transformă datele într-un spectru). Datele sunt de obicei modificate prin înmulțire cu o fereastră de corecție. Acest lucru împiedică liniile spectrale să se murdărească sau să se scurgă una în cealaltă.
‘tip fereastră’ este parametrul care determină tipul de fereastră utilizat. Fereastra Hanning este de obicei folosită. Dacă se utilizează fereastra ‘dreptunghiulară’, datele nu vor fi modificate efectiv.
(d) cum sunt afișate datele
parametrii care determină modul de afișare a spectrului sunt listați la ‘unități de afișare’.
pentru a specifica modul de afișare a spectrului, trebuie specificată scara spectrului. Scara spectrului determină cât de ușor pot fi văzute detaliile spectrale și este definită de parametrii ‘scară de amplitudine’, ‘referință vdB’, ‘interval jurnal’ și ‘viteză max.
în majoritatea cazurilor, ‘scala amplitudinii’ poate fi ‘liniară’. Dacă se utilizează o scală de amplitudine liniară, atunci parametrii ‘ referință vdB ‘și’ interval Jurnal ‘ nu au nicio consecință (și, prin urmare, nu trebuie setați).
în general, ar trebui să setați ‘Velocity max’ la ‘Automatic’ pentru a permite instrumentului să selecteze automat o scală de amplitudine ideală care să permită vizualizarea clară a vârfurilor spectrale.
pentru a specifica modul de afișare a spectrului, trebuie specificat și tipul de amplitudine utilizat. În secțiunea 2 (Pagina 18), am definit două tipuri de amplitudine – amplitudinea vârfului și amplitudinea rms.
dacă se utilizează amplitudinea ‘vârfului de vârf’ (sau ‘vârf’), spectrul va afișa viteza maximă atinsă de componenta Vibratoare la diferitele frecvențe de vibrație.
pe de altă parte, dacă se utilizează amplitudinea rms, va fi afișată în schimb o cantitate care indică energia vibrațiilor la diferite frecvențe.
pentru spectrele de vibrații, amplitudinea de vârf la o anumită frecvență este exact de 2 ori (aproximativ de 1,4 ori) a amplitudinii rms la acea frecvență. Astfel, tipul de amplitudine utilizat nu este cu adevărat important, deoarece conversiile de amplitudine7 pot fi făcute cu ușurință.
vă recomandăm să utilizați întotdeauna același tip de amplitudine pentru un anumit punct de măsurare pentru a evita interpretările greșite. O trecere de la amplitudinea rms la amplitudinea de vârf determină o creștere aparentă a amplitudinii vibrațiilor care ar putea fi interpretată greșit ca deteriorarea mașinii. Pe de altă parte, o trecere de la amplitudinea de vârf la amplitudinea rms ar putea ascunde o creștere reală a amplitudinii vibrațiilor.
în cele din urmă, unitățile de amplitudine și frecvență care trebuie utilizate în spectru trebuie, de asemenea, specificate. Ce unități ar trebui utilizate este într-adevăr o chestiune de alegere personală sau, mai des, de locație geografică.
în America de Nord, unitatea de viteză utilizată de obicei (pentru scala vitezei liniare8) este în/s, iar o unitate de frecvență utilizată în mod obișnuit este kcpm (kilocicluri pe minut).
în alte părți ale lumii, unitatea de viteză și unitatea de frecvență utilizate de obicei sunt mm/S și respectiv Hz. Mai jos sunt prezentate relațiile dintre unități9:
5 când este tras perpendicular de suprafața de montare, montajul magnetic al accelerometrului vb rezistă cu o forță de 22 kgf (48,4 lbf)
6 un Fmax mai mare nu determină colectarea mai multor date, ci determină ca datele să se întindă pe o gamă mai largă de frecvențe.
7 pentru un spectru, amplitudinea de vârf esteori amplitudinea rms. Această relație nu este în general valabilă pentru formele de undă.
8 mulți analiști de vibrații preferă unitatea de viteză logaritmică vdB. Cu toate acestea, discuțiile privind scalele și unitățile logaritmice depășesc domeniul de aplicare al acestei cărți.
9 am rotunjit in/s in-peak, mm/s conversie rms la 18. Raportul corect este de 17,96.
de la Ghidul începătorului la vibrația mașinii, drepturi de autor XV Commtest 1999, 2006.
revizuit 28/06/06
pentru a afla cum să configurați propriul program de monitorizare a vibrațiilor mașinii, contactați Commtest Instruments Ltd sau unul dintre reprezentanții noștri pentru o demonstrație a unui sistem de monitorizare a vibrațiilor vbSeries. Pentru adresa celui mai apropiat reprezentant vă rugăm să vizitați site-ul nostru la http://www.commtest.com