hur mäts vibrationer?
i det här avsnittet kommer vi att svara på dessa frågor.Efter att ha läst detta avsnitt kommer du att kunna:
- identifiera vilka maskiner som ska övervakas
- förstå hur vibrationssensorer ska monteras
- Bestäm hur mätparametrar ska ställas in
- ta mätningar på ett systematiskt sätt
vilka maskiner behöver övervakning?
när man bestämmer vilka maskiner som ska övervakas bör kritiska maskiner prioriteras framför andra maskiner. Detta är ungefär detsamma som att övervaka människors hälsa. Det är olämpligt att noggrant övervaka hälsan hos helt friska människor och sedan överge övervakningen av andra som verkligen behöver det. Detsamma gäller vid övervakning av maskinernas tillstånd.
i allmänhet bör följande kritiska typer av maskiner övervakas regelbundet för att undvika oväntade och kostsamma problem:
(a) maskiner som kräver dyra, långa eller svåra reparationer om de bryts ned
(b) maskiner som är kritiska för produktion eller allmän anläggningsverksamhet
(c) maskiner som är kända för att ofta drabbas av skador
(d) maskiner som utvärderas för deras tillförlitlighet
(e) maskiner som påverkar människors eller miljömässiga säkerhet
Hur fungerar instrumentet?
innan du gör en vibrationsmätning måste du fästa en sensor som kan upptäcka vibrationsbeteende på maskinen som mäts. Olika typer av vibrationssensorer finns tillgängliga, men en typ som kallas accelerometer används normalt eftersom den erbjuder fördelar jämfört med andra sensorer. En accelerometer är en sensor som producerar en elektrisk signal som är proportionell mot accelerationen av den vibrerande komponenten till vilken accelerometern är fäst.
vad är accelerationen av en vibrerande komponent? Det är ett mått på hur snabbt komponentens hastighet förändras.
accelerationssignalen som produceras av accelerometern överförs till instrumentet som i sin tur omvandlar signalen till en hastighetssignal. Beroende på användarens val kan signalen visas som antingen en hastighetsvågform eller ett hastighetsspektrum. Ett hastighetsspektrum härrör från en hastighetsvågform med hjälp av en matematisk beräkning som kallas Fast Fourier Transform eller FFT.
diagrammet nedan är en mycket förenklad förklaring av hur vibrationsdata förvärvas. Du kanske vill läsa annan litteratur som vbSeries Instrument Reference Guide för ytterligare information.
hur monteras accelerometern?
de flesta maskiner involverar roterande mekanismer. Motorer, pumpar, kompressorer, fläktar, bandtransportörer, växellådor, alla involverar roterande mekanismer och används ofta i maskiner.
de flesta roterande mekanismer har i sin tur lager som stöder vikten av roterande delar och bär krafterna i samband med roterande rörelse och vibrationer. I allmänhet bärs stora mängder kraft av lager. Det är inte förvånande att lager ofta är den plats där skador uppstår och där symtomen först utvecklas.
Vibrationsmätningar görs således vanligtvis vid maskinens lager, med accelerometrar monterade vid eller nära lagren.
eftersom slutsatser om maskinens skick – och därmed huruvida pengar och mänsklig säkerhet riskeras-beror på mätnoggrannheten, måste vi vara mycket försiktiga med hur mätningarna tas. Det är viktigt att alltid komma ihåg att det sätt på vilket vi monterar accelerometern mycket bestämmer mätnoggrannheten.
hur ska accelerometrar monteras för att säkerställa att mätningarna är korrekta och hur kan vi göra det säkert? Här är några riktlinjer:
(a) montera så nära lagret som möjligt
Föreställ dig en läkare som lyssnade på ditt hjärta genom tjocka kläder och placerade stetoskopet närmare din njure än till ditt hjärta. Du skulle sannolikt tvivla på hans diagnos eftersom han skulle basera den på ljud förvrängda av otillbörlig obstruktion och buller från andra organ.
vid mätning av vibrationer måste vi alltid fästa accelerometern så nära lagret som möjligt. Mer specifikt måste vi fästa den så nära lagerets mittlinje som möjligt för att undvika att ta upp förvrängda signaler.
(b) se till att accelerometern är ordentligt fastsatt
för att accelerometern ska kunna upptäcka verkligt vibrationsbeteende måste den genomgå exakt samma vibrationsrörelse som den vibrerande komponenten. En accelerometer måste därför fästas ordentligt på den vibrerande komponenten så att den inte vaggar eller rör sig oberoende av komponenten. En löst monterad accelerometer producerar signaler förvrängda av sina egna oberoende rörelser och ger därför fel budskap.
olika monteringsmetoder finns, men montering med hjälp av en magnet är den mest populära eftersom den ger en balans mellan mättillförlitlighet och bekvämlighet för användaren. Den magnetiska monteringen som levereras i Commtest vb-satsen kan fästas mycket Fast5, samtidigt som användaren kan mäta flera maskiner med samma accelerometer, med minimal tid på att fästa och lossa accelerometern.
för att säkerställa att accelerometern är ordentligt fastsatt måste den sitta fast på en magnetisk monteringsyta, detta är jämnt. Magnetfästet måste sitta säkert på ytan med accelerometern placerad i föreskriven orientering.
för att ytan ska vara jämn måste den vara fri från skräp, rost och flagnande färg.
monteringsytan måste vara verkligt magnetisk (järn -, nickel-eller koboltlegeringar). Magnetfästet får till exempel inte fästas på en aluminiumyta på grund av järn under aluminiumytan.
för att undvika förlust av magnetism får magnetfästet inte tappas eller värmas upp. Försiktighet måste också vidtas för att inte ta bort skruvgängan på accelerometern och magnetmonteringen.
(c) se till att accelerometern är korrekt orienterad
olika situationer kräver att accelerometern är orienterad annorlunda. Till exempel, för att detektera parallell felinriktning är accelerometern vanligtvis monterad i lagerens radiella riktning, men för att detektera vinkelförskjutning måste accelerometern monteras i axiell riktning.
signalen som produceras av accelerometern är beroende av orienteringen i vilken accelerometern är monterad, eftersom amplituden (mängden) av vibrationer varierar i olika riktningar.
(D) montera samma Accelerometer på samma plats
för en viss mätpunkt är det viktigt att alltid montera accelerometern på samma plats för att minimera mätkonsekvenser som kan leda till felaktiga slutsatser. Om möjligt, använd alltid samma accelerometer för en viss mätpunkt.
(e) montera accelerometern på något väsentligt
accelerometern får aldrig monteras på en mycket flexibel del av maskinen eftersom spektrumet kommer att förvrängas genom att den flexibla delen flappar.
accelerometern får ALDRIG användas på strukturer som är mycket lätta eftersom accelerometerns vikt och magnetisk montering kommer att snedvrida konstruktionens vibrationsbeteende. I allmänhet bör den kombinerade vikten av accelerometern och magnetisk montering vara mindre än 10% av vikten av den vibrerande strukturen.
(f) ta hand om accelerometern
om accelerometern behandlas grovt kan den ge otillförlitliga signaler. På grund av magnetfästets styrka måste du vara försiktig när du fäster accelerometern på en monteringsyta. Du kan uppnå detta genom att närma sig monteringsytan med magnetfästet lutat i vinkel. När du tar bort magnetfästet får du inte använda accelerometern som en spak för att bryta kontakten. Istället bör den magnetiska monteringen gripas tätt och sedan lutas i sidled för att bryta kontakten.
accelerometerkabeln ska aldrig vridas akut utan måste förankras på ett sätt som förhindrar att den skadas. Vridna eller fritt svängande kablar kan snedvrida det uppmätta spektrumet.
(g) ta hand om personlig säkerhet
du måste hantera faror hela tiden. Vid vibrationsmätningar sticker tre typer av faror ut i Sannolikhet eller svårighetsgrad: skada genom rörliga delar, elektriska stötar och magnetinducerad skada.
för det första måste du, när du monterar accelerometern, se till att kabeln inte trasslar in sig i rörliga maskiner. Medan snabbkopplingen minimerar denna fara bör den inte åberopas som ersättning för korrekt installation.
andra saker som kan trassla med rörliga maskiner inkluderar lösa kläder, långt hår, dataöverföringskablar och remmar.
för det andra får du aldrig fästa accelerometern på någon högspänningsyta eftersom det kan orsaka elektriska stötar.
för det tredje får du aldrig föra magnetmonteringen nära magnetkänsliga föremål som pacemakers, kreditkort, disketter, videoband, kassettband och Klockor eftersom dessa föremål kan skadas av magnetfält.
det finns andra möjliga faror. Du bör läsa och noggrant förstå Vbseries Instruments Referensguide innan du använder instrumentet eller dess medföljande tillbehör.
hur ställs parametrar in?
vad är mätparametrar?
mätparametrar är de detaljer som anger hur en mätning ska göras. Genom att specificera mätparametrar specificerar vi hur data ska samlas in och bearbetas innan de presenteras för oss. Innan vi gör en vibrationsmätning måste vi ange vilka parametrar som ska användas.
parametrarna för vibrationsmätning kan liknas vid de ’vad och hur’ detaljer som en läkare måste ange innan ett medicinskt test utförs.
vi kommer nu att titta på hur mätparametrar ställs in när vi mäter ett spektrum. För resten av detta avsnitt kommer vi att använda Commtest vb-instrumentet som ett exempel på vibrationsövervakningsinstrument för våra diskussioner, eftersom det är ett särskilt enkelt instrument att använda. Till exempel är standardmätningsparametervärdena (förutom standardvärdet Fmax) lämpliga för att ta de flesta vibrationsmätningar, så att i de flesta situationer behöver få eller inga av standardparametervärdena justeras. Dessa parametrar är de som visas på skärmen Set Parameters på VB-instrumentet, med ’domain’ inställd på ’frequency’.
Vad är några av dessa mätparametervärden och vad betyder de?Parametrarna som används för mätning av vibrationsspektra kan delas in i fyra klasser; nämligen parametrar som bestämmer:
(a) hur data samlas in
(b) hur mycket eller hur snabbt data samlas in
(c) hur data bearbetas
(d) hur data visas
(a) hur Data samlas in
parametrarna som bestämmer hur data samlas in är ’Trigger type’ och parametrarna som anges under ’Sensor setup’.
’Trigger type’ är parametern som talar om för instrumentet hur man börjar mäta. Om instrumentet är inställt på ’Free run’ kommer det att utföra mätningar kontinuerligt. Om den är inställd på ’Single’ kommer endast en mätcykel att äga rum. I de flesta fall kan instrumentet ställas in på ’Free run’.
parametrarna under Sensorinställning informerar instrumentet om vilken typ av accelerometer som används för att utföra mätningar. Om den accelerometer av ICP-typ av accelerometer som medföljer i VB-satsen används, måste Drivströmmen slås på och accelerometerns känslighet måste överensstämma med den som anges på VB: s Kvalitetssäkringskort. ’Sedimenteringstid’ är den tid som krävs för att accelerometern och instrumentet ska sedimenteras innan mätningar kan göras exakt. Du bör använda standardvärdet ’avvecklingstid’ (som varierar med Fmax-värdet) för att säkerställa mätnoggrannheten.
(b) hur mycket eller hur snabbt Data samlas in
parametrarna som bestämmer hur mycket eller hur snabbt data samlas in är parametrarna ’Fmax’, ’spektrallinjer’ och ’Överlappningsprocent’.
i Avsnitt 2 noterade vi att ju högre Fmax, desto större frekvensområde över vilket information6 kan erhållas från spektrumet.
således, om Fmax-värdet är högt, visas data upp till höga vibrationsfrekvenser. För att få information om höga vibrationsfrekvenser måste mätfrekvensen – eller samplingshastigheten – också vara hög. Som ett resultat, ju högre Fmax desto snabbare blir mätningen.
ju fler spektrallinjer ett spektrum har, desto mer information kan erhållas från det. Detta innebär att ju fler spektrallinjer det finns, desto mer data behöver samlas in för att generera ytterligare information, och därför desto längre tid kommer mätningen att ta.
vilket Fmax-värde ska användas?
ju högre maskinens hastighet är, desto högre blir dess vibrationsfrekvenser och desto högre måste Fmax vara för att fånga vibrationsbeteende vid dessa höga frekvenser.
för vibrationer som inte involverar roterande fingrar som kuggtänder, fläktblad, pumpskenor och lagerelement är ett Fmax-värde lika med 10 gånger driftshastigheten vanligtvis tillräckligt för att fånga all viktig information.
till exempel, om arbetshastigheten är 10 000 rpm, är ett Fmax-värde på 100 000 cpm (100 kcpm) sannolikt tillräckligt.
för vibrationer som involverar fingerelement som växlar, fläktar, pumpar och rullager är ett Fmax-värde lika med 3 gånger antalet fingrar multiplicerat med driftshastigheten vanligtvis tillräckligt för att fånga all viktig information.
till exempel, för en växel som drivs av en 12-tandad kugghjul som roterar vid 10 000 rpm, är ett Fmax-värde på 360 000 cpm (360 kcpm) sannolikt tillräckligt.
om Fmax-värdet som krävs är mycket stort kommer spektrumets upplösning att vara låg och information om låga vibrationsfrekvenser kan gå förlorad. Det kan vara nödvändigt att ta några låga Fmax-mätningar utöver den höga Fmax-mätningen.
hur många spektrallinjer ska användas?
i de flesta fall är 400 upplösningslinjer tillräckliga. Men om ett stort Fmax-värde används kommer linjerna att spridas över ett stort frekvensområde och lämna stora luckor mellan linjerna. För stora Fmax-värden kan således fler spektrallinjer behövas för att undvika förlust av detaljer.
det bör dock noteras att ju mer spektrallinjer används desto längre tid kommer mätningen att ta och desto mer instrumentminneutrymme kommer att upptas. Ett högt Fmax-värde eller ett stort antal spektrallinjer bör därför endast användas vid behov.
hur mycket överlappning ska jag använda?
överlappande data är ett sätt att återanvända en procentandel av en tidigare uppmätt vågform för att beräkna ett nytt spektrum. Ju högre ’Överlappningsprocent’, desto mindre nyförvärvade data behövs för att generera ett spektrum, och därmed desto snabbare kan spektrumet visas. 50% överlappning är idealisk för de flesta fall.
(C) Hur Data bearbetas
parametrarna som bestämmer hur data behandlas är parametrarna ’genomsnittlig typ’, ’Antal medelvärden’ och ’fönstertyp’.
Tänk dig att du var tvungen att noggrant mäta bredden på sidorna i den här boken. Eftersom bredden kan variera något från sida till sida, skulle du förmodligen inte bara mäta bredden på en sida utan snarare på några sidor och sedan ta genomsnittet.
på samma sätt, när vibrationer mäts flera spektra mäts vanligtvis och sedan medelvärde för att producera ett genomsnittligt spektrum. Det genomsnittliga spektrumet representerar bättre vibrationsbeteende eftersom medelvärdet minimerar effekten av slumpmässiga variationer eller bruspikar som är inneboende i maskinvibration.
parametern ’genomsnittlig typ’ bestämmer hur spektra är i genomsnitt. Linjär medelvärdering rekommenderas för de flesta fall. ’Exponentiell’ medelvärde används vanligtvis endast om vibrationsbeteendet varierar avsevärt över tiden. ’Peak hold’ innebär inte riktigt medelvärde men orsakar det värsta fallet (största) amplituden för varje spektrallinje som ska visas.
parametern ’antal medelvärden’ bestämmer antalet på varandra följande spektra som används för medelvärde. Ju större antal spektra som används för medelvärde, desto mer ljudspikar slätas ut och de mer exakt sanna spektraltopparna representeras.
ju större antal medelvärden, desto mer data behöver samlas in, och därför desto längre tid tar det för att få det genomsnittliga spektrumet. Ett ’antal medelvärden’ på 4 är tillräckligt för de flesta fall.
de insamlade uppgifterna används vanligtvis inte direkt för att generera ett spektrum, men modifieras ofta i förväg för att tillgodose vissa begränsningar av FFT-processen (processen som omvandlar data till ett spektrum). Data modifieras vanligtvis genom multiplikation med ett korrigeringsfönster. Detta förhindrar spektrallinjer från ’smetar’ eller ’läcker’ in i varandra.
’fönstertyp’ är parametern som bestämmer vilken typ av fönster som används. Fönstret ’Hanning’ används vanligtvis. Om det rektangulära fönstret används kommer data inte att ändras.
(d) hur Data visas
parametrarna som bestämmer hur spektrumet ska visas listas under ’displayenheter’.
för att ange hur spektrumet ska visas måste spektrumets skala anges. Spektrumets skala bestämmer hur lätt spektrala detaljer kan ses och definieras av parametrarna ’Amplitudskala’, ’VDB-referens’, ’Loggområde’ och ’hastighet max.
i de flesta fall kan ’Amplitudskalan’ vara ’linjär’. Om en linjär amplitudskala används, har parametrarna ’VDB reference’ och ’Log range’ ingen konsekvens (och behöver därför inte ställas in).
i allmänhet bör du ställa in ’Velocity max’ till ’Automatic’ för att låta instrumentet automatiskt välja en ideal amplitudskala som gör att spektraltoppar kan ses tydligt.
för att ange hur spektrumet ska visas måste också den amplitudtyp som ska användas anges. I Avsnitt 2 (Sidan 18) definierade vi två amplitudtyper – toppamplitud och rms-Amplitud.
om amplituden för’ AUC-Peak ’(eller’ peak’) används, kommer spektrumet att visa den maximala hastighet som uppnås av den vibrerande komponenten vid de olika vibrationsfrekvenserna.
å andra sidan, om ’rms’ – amplituden används, visas en kvantitet som indikerar vibrationsenergi vid de olika frekvenserna istället.
för vibrationsspektra är toppamplituden vid en viss frekvens exakt 2 gånger (ungefär 1,4 gånger) RMS-amplituden vid den frekvensen. Således vilken amplitudtyp som används är inte riktigt viktig eftersom amplitudkonversioner7 lätt kan göras.
vi rekommenderar att du alltid använder samma amplitudtyp för en viss mätpunkt för att undvika feltolkningar. En övergång från RMS-amplituden till toppamplituden orsakar en uppenbar ökning av vibrationsamplituden som felaktigt kan tolkas som maskinförsämring. Å andra sidan kan en övergång från toppamplituden till rms-amplituden dölja en äkta ökning av vibrationsamplituden.
Slutligen måste amplituden och frekvensenheterna som ska användas i spektrumet också specificeras. Vilka enheter som ska användas är verkligen en fråga om personligt val, eller oftare, geografisk plats.
i Nordamerika är den hastighetsenhet som vanligtvis används (för linjära hastighetsskalaer8) i/s, och en vanlig frekvensenhet är kcpm (kilocyklar per minut).
i andra delar av världen är hastighetsenheten och frekvensenheten som vanligtvis används mm/s respektive Hz. Nedan visas relationerna mellan enheterna9:
5 när den dras vinkelrätt bort från monteringsytan motstår vb-accelerometerns magnetiska montering med en kraft på 22 kgf (48,4 lbf)
6 en högre Fmax orsakar inte mer data att samlas in men får data att spänna över ett större frekvensområde.
7 för ett spektrum är toppamplituden gånger RMS-amplituden. Detta förhållande är i allmänhet inte giltigt för vågformer.
8 många vibrationsanalytiker föredrar den logaritmiska hastighetsenheten vdB. Men diskussionen om logaritmiska skalor och enheter ligger utanför ramen för denna bok.
9 Vi har avrundat in / s Bisexuell-topp, mm / s RMS omvandling till 18. Det korrekta förhållandet är 17,96.
från nybörjarguide till Maskinvibrationer, copyright bisexual Commtest 1999, 2006.
Reviderad 28/06/06
för att ta reda på hur du ställer in ditt eget maskinvibrationsövervakningsprogram, kontakta Commtest Instruments Ltd eller en av våra representanter för en demonstration av ett vbseries vibrationsövervakningssystem. För adressen till din närmaste representant besök vår hemsida på http://www.commtest.com