Géphiba-felismerés rezgésszint alapján (fizikai alapok, felismerhető géphibák)

Géphiba-felismerés rezgésszint alapján

A rezgéssebesség-mérés (más szóval szélessávú rezgésmérés vagy rezgésszintmérés) a forgógépek állapotfelméréséhez alkalmazás. A legelterjedtebb ilyen célú kéziműszerek által mért szélessávú (10-től 1000, 2000 vagy akár 3200 Hz-ig terjedő frekvenciatartományú) rezgéssebesség-effektívértékek átölelik a forgógépek mechanikus problémáinak többségére jellemző leggyakoribb frekvenciákat. Így kitűnően észrevehető a kiegyensúlyozatlanság, a mechanikai lazaság, a rezonancia, valamint a tengelyek, illetve áttételek beállítási hibáinak jelenléte. De hogy ezek közül konkrétan melyik van jelen, illetve melyik dominál, arról nincs konkrét információ, mivel sem frekvencia-, sem fázisszögadattal nem rendelkezünk. Létezik azonban néhány módszer, amelyekkel a nagyobb rezgésszint által jelzett hibaforrás jobban behatárolható. Ezeket fejtjük ki a következőkben bővebben.

Kiegyensúlyozatlanság

A kiegyensúlyozatlanságra jellemző, hogy radiális irányú rezgéseket eredményez, amelyek a fordulatszám növelésével négyzetesen növekszenek; axiális irányú rezgések viszont gyakorlatilag nem keletkeznek. Mivel a rezgésszint nem árulkodik arról, hogy a fordulatszámnak megfelelő frekvenciájú rezgéskomponens (a kiegyensúlyozatlanság következménye) dominál-e, csak további mérésekkel győződhetünk meg a kiegyensúlyozatlanság tényéről. Először vizsgáljuk meg a gépet a többi lehetséges hibaforrásra (lazaság, rezonancia, tengely-, illetve kuplunghiba), és a kiegyensúlyozatlanságot kizárásos alapon valószínűsíthetjük. Ha a gépről már vannak előzetes tapasztalatok, egy-két ellenőrző mérés is elegendő lehet (például szennyezett, poros technológiai gázokat szállító ventilátorok inkább kiegyensúlyozatlanná válnak egy idő után, semmint hogy addig szokatlan géphiba lépne föl). Eredményre vezethet az is, ha a hiba konkrét megtalálásának hiányában – próbaképpen – kiegyensúlyozzuk a forgórészt.

Rezonanciák

Minden forgógépben, ha esetenként csak nagyon kis mértékben is, de üzemszerűen folyamatosan jelen vannak a természetes gerjesztések (kiegyensúlyozatlanság az alapfordulatszámon, egytengelyűségi hiba a fordulatszám kétszeresen stb.). Ha ezek közül valamelyik frekvenciája megközelíti egy-egy gépelem rezonancia­frekvenciáját, akkor – az érintett gépalkatrész merevségétől és tömegétől függően – a rezgés e gépalkatrészben felerősödik, tehát a gépelem berezonál. Lényegesen magasabb rezgésszint jelenik meg, mint abban az esetben, ha a rezonancia és a gerjesztés frekvenciája egymástól különböző lenne.

A rezonancia jelenlétének felderítéséhez mérni kell a rezgésszintet a csapágyházakon mindhárom térbeli irányban. Ha ezek közül az egyik háromszor nagyobb a többinél, majdnem biztosak lehetünk benne, hogy rezonanciával kell számolni. (A rezonancia felerősíti a mechanikus erőhatást egy-egy irányban, és ezáltal keletkezik az erős, irányfüggő rezgés.) Ha a gép fordulatszámának esetleges változtatása erős rezgésszintváltozásokat eredményez, nemcsak bebizonyosodott a rezonancia jelenléte, hanem lehetőség van a rezonanciafrekvencia meghatározására is. A rezonanciafrekvencia annak a forgásfrekvenciának felel meg, amely mellett a rezgés a legerősebb.

Meglazult gépelemek, laza rögzítés

Például csavaros összeköttetés mindkét oldalán elvégzett rezgésméréssel lehetővé válik az összeköttetésben lévő laza gépelemek megtalálása. Két, szorosan összekötött gépelemnek ugyanolyan rezgésszintet kell mutatnia az összeköttetés mindkét oldalán. Hasonlóképpen, az alapzatban rögzített csavaroknak ugyanolyan rezgésszinten kell lenniük, mint az alapnak, feltéve, hogy nem lazultak meg. (Egy trükk az ellenőrzéshez, műszer hiányában: a szerelési hézagra helyezett ujjunk bőrét csípi a változó hézag, ha két elem rögzítése laza.)

Görbe tengely, tengelykapcsoló hibák

E hibákat elsősorban arról lehet felismerni, hogy a nagy radiális rezgéseken túl érzékelhetően nagy axiális rezgéseket is eredményeznek. Amennyiben mód van az axiális rezgés fázisszögének meghatározására, egy­értelműen bebizonyítható a görbe tengely jelenléte illetve a tengelykapcsoló beállítási hibája, ha a tengely, illetve tengelykapcsoló két végén lévő csapágyakon mért axiális rezgések fázisszöge 180 fokban különbözik egymástól. Jellemző, hogy ez a fázisszögkülönbség a fordulatszám megváltoztatásával változatlan marad.

Gördülőcsapágy állapotának meghatározása rezgésgyorsulás méréssel

A csapágy belsejében forgó golyók illetve görgők által szélessávú zaj és rezgés keletkezik, amely fokozódik a csapágy rossz kenése, túlterheltsége (például egytengelyűség-beállítási hiányosságok) következtében, vagy a futófelületek, illetve a gördülőelemek felületeinek meghibásodása esetén.

Mivel a csapágy által keltett (egyébként nagyfrekvenciájú) zaj és rezgés szélessávú, ezért az effektív értéket mérő műszerek részére nehéz bármilyen konkrét frekvenciát vagy szűk frekvenciasávot definiálni, amellyel a csapágy állapota jellemezhető lenne. Ez ráadásul azért is lehetetlen, mert a konkrét, úgynevezett csapágyhiba-frekvenciák egyebek között a csapágytípustól és a gép aktuális fordulatszámától függnek.

A gyakorlatban bevált az a módszer, hogy a csapágyállapotot jellemző értéket a 2 kHz és 10 (esetleg 20) kHz közötti frekvenciatartományban mért rezgésgyorsulás effektív értéke alapján határozzák meg. Az átlagos gépek kiegyensúlyozatlanságból vagy tengelybeállítási hibákból eredő rezgései biztosan 2 kHz alatti frekvenciákon – tehát az alsó határfrekvencia alatt – lépnek fel, így ezek nem befolyásolják a csapágyra jellemző értéket.

A felső határ – 10, illetőleg 20 kHz – kiválasztása pedig azon alapszik, hogy a legtöbb rezgésérzékelő felső határfrekvenciája különleges rögzítési módszer nélkül 7-10 kHz, és az érzékelő jele 20 kHz fölött már egyébként is meglehetősen kicsi lenne.

VMI Viber-A+

Ábra: szélessávú rezgéssebesség-effektívértéket és magasfrekvenciás gyorsulásértéket mérő digitális kéziműszer (VMI Viber-A) [forrás: PIM]

Hogyan értékeljük a csapágyállapot-jellemző értéket?

A szélessávú rezgéssebesség és a nagyfrekvenciájú rezgésgyorsulás effektív értékének mérésére is alkalmas műszerek használatával nemcsak a beállítási és a kiegyensúlyozási problémák jelenléte, hanem a csapágyhibák is felfedezhetők. Sőt, eldönthető, hogy egy gép melyik csapágya szorul cserére, és melyik nem, valamint ellenőrizhető, hogy a csapágyszerelés kivitelezése hibátlan volt-e, és jó-e a csapágy kenése.

A csapágyállapot-jellemző értéket (a 2–20 kHz frekvenciatartományú rezgésgyorsulás effektív értékét ) gravitációs gyorsulásban (g-ben) szokás kifejezni. Értékelésére útmutatást nyújt a következő tapasztalati grafikon.

Csapágyállapot rezgésgyorsulás alapján (forrás: Vibrationsteknik)
Ábra: csapágyállapot-érték alapján levonható következtetések [forrás: Vibrationsteknik]

Érdemes megjegyezni, hogy más okokból (például kavitáció miatt) is felléphetnek rezgések a 2-20 kHz-es frekvenciatartományban, amelyek következtében magas lesz a csapágyállapot-jellemző érték anélkül is, hogy a csapágy sérült volna. Ugyanez az eset áll fenn, ha fogaskerék-áttételeken vagy érintkezéses (súrlódásos) mechanikai megmunkálást végző berendezéseken mérünk, mivel ezek a gépek működésükkel eleve 10 és 20 kHz közötti rezgéseket produkálnak.

Jelentősnek mondható csapágyállapot-jellemző érték akkor is keletkezhet, ha a csapágy (például egytengelyűség-beállítási hiányosságok miatt) csupán túlterhelt (tehát még komoly sérülésektől mentes), vagy a kenése nem megfelelő. Ezt érdemes frekvenciaanalízis- (spektrumanalízis-) alapú rezgésméréssel ellenőrizni.

Gépállapot-figyelés trendkészítéssel

A gépállapot romlási sebessége a legértékesebb információ az állapotfüggő gépkarbantartás megszervezéséhez, hiszen ennek alapján megbecsülhető, hogy mikor és milyen beavatkozást kell elvégezni ahhoz, hogy a gép váratlan leállás (és fölösleges javítások) nélkül üzemeljen, de közben a meglévő kezdetleges hibákból eredően nagyobb károkat se szenvedjen. Ehhez a géprezgések (a szélessávú rezgéssebesség-effektívérték és a nagyfrekvenciás rezgésgyorsulás-érték) trendjét kell elkészíteni, amelynek emelkedési mértéke ad információt a várható időtartamokról.

A trendkészítés módszere nagyon egyszerű: rendszeres időközönként a gépek rezgéseit újra kell mérni (ugyanazokon a helyeken, ugyanabban az irányban és lehetőleg ugyanazzal a mérőeszközzel), és mindegyik mérőpontra vonatkozó adatot az idő függvényében, grafikusan kell kiértékelni. A mindenkori gépre (akár annak minden mérőpontjára és -irányára, valamint mindkét említett rezgésparaméterre) értelmezhető határértékek figyelembevételével megbecsülhető, hogy változatlan terhelés és egyéb körülmények között gépünk rezgései mikor érik el a határ(oka)t, tehát legkésőbb mikor kell beavatkozni.

Sok kis és közepes méretű cégnél a gépek nagyobb száma miatt már nem ajánlatos csupán „papírral és ceruzával” végigjárni a berendezéseket, és egyenként feljegyezni, hogy melyik gép rezgése milyen szinten van, majd minderről külön-külön grafikákat készíteni, vagy az adatokat egyenként számítógépre vinni. Sokkal inkább olyan mérőeszközre érdemes beruházni, amely képes a rezgéssebesség effektív értékének mérésére és több gép adatainak tárolására, valamint ezeknek számítógépre való átküldésére. Az ehhez szükséges műszerek viszonylag kedvező áron beszerezhetők, így az alkalmazásukból tetemes haszon származik, hiszen időben tervezhetővé válik a karbantartás. Mivel tudni fogjuk, hogy meddig kell a beállítás­korrekciót, illetve a kiegyensúlyozást vagy a csapágycserét elvégeznünk, a fölösleges javítások és a váratlan gépleállások egyaránt elkerülhetővé válnak.

Trendmerő műszer és szoftver (forrás: PIM)
Ábra: adatgyűjtő kéziműszer, valamint trendkészítő és határérték-figyelő PC-szoftver [forrás: PIM]

Rezgéstrendek korrekt felvétele

Ahhoz, hogy a karbantartás sürgősségét jelző trendek valóban jól használhatók legyenek becslésre, az előzőekben említetteken túl egyéb mérési szabályokat is be kell tartani. Így például a mérési adatok összehasonlíthatósága érdekében mindig ugyanazokon a helyeken, ugyanazokban az irányokban és ugyanazzal az érzékelőcsatolással (lehetőleg mindig ugyanazzal a tartómágnessel vagy csavaros rögzítéssel) kell az adatokat rögzíteni. Az adatok tárolása során lehetőleg stabil értékek rögzítésére kell törekedni (bár a változó rezgésszint is érdemi információt tartalmazhat a rezgés forrására vonatkozóan).

Ezen túl nagyon fontos, hogy a trendek készítéséhez csak azonos mérési körülmények között rögzített adatokat használjanak: a gépek fordulatszáma és terhelése minden mérés alkalmával megegyező legyen. Lehetőleg egyforma időközönként történjen a gépek mérése. A két egymást követő mérés közötti időtartam az addigi karbantartási tapasztalatok alapján határozható meg. Két korábbi karbantartási beavatkozás között eltelt idő ötöde-tizede jó becslés a mérési sűrűség meghatározására. Később ez az időtartam az újabb tapasztalatok szerint módosítható. Dokumentálni kell minden karbantartási tevékenységet, alkatrészcserét, javítást vagy állítást (tengelybeállítás, szíjbeállítás, kiegyensúlyozás), valamint a szokatlanul hosszú állásidőket, a normálistól bármely irányban nagyban eltérő terheléseket, illetve fordulatszámokat is. E nélkül a trendek nem értékelhetők ki egyértelműen.

 

Rahne Eric (PIM Kft.)
pim-kft.hu
gepszakerto.hu

 

Kapcsolatfelvétel

A publikáció tartalmát szerzői jogok védik, ennek (akár csak részben történő) felhasználása, elektronikus vagy nyomtatott tovább-publikálása csak a forrás és a szerző nevének feltüntetése mellett, valamint a szerző előzetes írásos engedélyének megléte esetén megengedett. A szerzői jogok (Copyright) megsértése jogi következményekkel jár.