GyártásTrend 2009/09, Műszaki diagnosztika rovat

 "Tűzoltás és nagyjavítás helyett"

A relatív tengelyrezgést minden esetben két, általában egymásra merőleges – V alakban vagy vízszintesen és függőlegesen elhelyezett – távolságérzékelővel (örvényáramú elmozdulásérzékelővel) mérik. Ezzel az érzékelőelrendezéssel biztosítható, hogy a csap csapágyon belüli mozgása is leképezhető legyen. Megjeleníthető tehát az úgynevezett kinetikus pályagörbe vagy más néven orbit, a relatív tengelycsap-pozíció, valamint az alakhiba, illetve a teljes spektrum (full spectrum) is. A következőkben ezeket az alapfogalmakat magyarázzuk el.

Megjelenítési lehetőségek Kinetikus pályagörbe vagy orbit A kinetikus pályagörbe (orbit) kiszámítása két, egymásra merőlegesen (általában vízszintesen és függőlegesen) elhelyezett) távolságérzékelő egyidőben (szimultán) rögzített időjeléből történik a ábrán részletezett módon.

s₁, s₂ = pillanatnyi értékek s₀₁, s₀₂ = legkisebb értékek s_u1, s_u2 = legnagyobb értékek s_m1, s_m2 = maximum értékek s_pp1, s_pp2 = rezgésamplitúdók s_k = pillanatnyi tengelyelmozdulás s_max = maximális tengelyelmozdulás K = kinetikus pályagörbe t = idő A pályagörbe előállítható teljes, szűretlen időjelből (hullámforma) és szűrt, vektoriális értékekből. A vektoriális leképzésnél lehetőség van a forgási, kétszeres forgási és háromszoros forgási összetevők ábrázolására külön-külön és egyben is . A szűretlen és az összevont vektoriális pályagörbének általában már erős hasonlóságot kell mutatnia. Ha ez nem így van, akkor vagy törtharmonikus rezgésösszetevők vannak jelen, vagy a vizsgált tengelyfelület erősen egyenetlen.

Tengelycsap-pozíció, tengelyfelúszás A tengelycsap-pozíció a tengelycsap mindenkori átlagos (elméleti) forgástengelyének relatív helyzetét mutatja. Rendkívül sok diagnosztikai információt nyújt a tengelycsap-pozíció felfutás, illetve annak üzem közbeni változása a gép állapotáról.

Alakhiba (slow roll) A slow roll az alacsony fordulatszámon – turbináknál akár tengelyforgatós üzemben – mért pályagörbe, amelyet szintén képezhetünk szűretlen időjelből, illetve szűrt, vektoriális tengelyrezgési adatokból. A slow roll gyakorlatilag megmutatja a mért felület egyenetlenségeit, a tengely geometriai (alak-) hibáját, valamint következtetni lehet tengelygörbeségre, tengelyvonal-beállítási hibára, tengelyrepedésre stb. Rendkívül nagy szerepe van az üzemi tengelyrezgésadatok kiértékelésében is, jelentősen befolyásolhatja ugyanis az adott gép állapotáról alkotott véleményünket, ha az üzemi tengelyrezgésadatokat kompenzáljuk a slow roll vektorral. Nem ritkán kiemelkedően magas tengelyrezgésértékeket mérünk üzemi fordulatszámon, vagy erős torzulást tapasztalunk a pályagörbékben, így jelentős – akár a gép leállítását követelő – hibára gondolunk. A mért tengelyfelület nagy geometriai hibájának (például ovalitás) slow rollal történő kompenzálását követően azonban a tengelyrezgések már elfogadható (akár jó) szintre csökkennek, és a pályagörbe erős torzulása megszűnik.

Megengedhető relatív tengelyrezgésértékek

Az orbit alakjából fontos diagnosztikai információk nyerhetők, kimutatható az egyensúlyhiba, a csapágykenés problémája, a besúrolás, a tengely radiális előterhelése (tengelyvonalhiba), a megnövekedett csapágyhézag és egyéb fellazulás, a tengelyrepedés stb. A relatív tengelyrezgésmérés az analízisen, a diagnosztikai információkon túlmenően a gép védelme szempontjából is döntő jelentőségű lehet. A csap mozgásának szélső határhelyzete természetesen a csapágyhézag, a megengedhető maximális relatív tengelyrezgésnek ennél kisebbnek kell lenni. Szabványok rögzítik a relatív tengelyrezgések megengedhető szintjeit. A szabványok bizonyos típusai a két érzékelő jelének vektoros összegét, az úgynevezett smax-ot értékelik, míg más (amerikai) szabványok szerint a két jel közül a nagyobbat kell a diagramokban megadott értékekhez hasonlítani. E szabványokban „jó”, „megfelelő ”, „javítani szükséges” és „megengedhetetlen” kategóriát különböztetnek meg, de a gépek típusának és teljesítményének megfelelően külön-külön adják meg a megengedhető szinteket. Természetesen a fordulatszám függvényében is más-más szint a normális.

 

Mint jeleztük, a megengedhető tengelyrezgésértékeket– az effektív rezgéssebességhez hasonlóan – az egyes géptípusokra vonatkozó szabványok rögzítik. Például a gőzturbinák megengedhető tengelyrezgésértékeire a következő kategóriák léteznek: "A" folyamatosan, korlátozás nélkül üzemben tartható, "B" elfogadható rezgések, egyelőre a javítás nem indokolt, "C" folyamatos üzem nem javasolt, fel kell készülni a gép javítására.

Tengelyrezgésméréssel kimutatható hibák

Kiegyensúlyozatlanság Az egyensúlyhiba minden esetben a belső erők (a forgórészt kimozdítani igyekvő centrifugális erő) növekedésévél jár. A forgórészt minél nagyobb erő igyekszik a forgástengelyéből kimozdítani, a csapközép a siklócsapágyban annál nagyobb (forgási frekvenciájú) pályagörbét ír le. Tehát minél nagyobb az egyensúlyhiba, annál nagyobb – általában „szép” kerek – orbitot kapunk. Ha lehetőség van változó fordulatszámú tengelyrezgésmérésekre is, és van referenciaadatunk a gép állapotáról, akkor a felfutások (vagy kifutások) összehasonlításával is következtethetünk egyensúlyhiba kialakulására.

Tengelygörbeség Görbe tengely esetében üzem közben az egyensúlyhibánál látott nagy és kerek pályagörbét kapunk, tehát lényeges különbség nem mutatkozik. Ha azonban van lehetőségünk leállás- vagy felfutásvizsgálatra, úgy tengelygörbeség esetén alacsony fordulatszámon is nagy tengelyrezgéseket (igazából alakhibát) fogunk mérni.

Egytengelyűségi hiba Egytengelyűségi hiba esetén a tengely a csapágyban elő van feszítve, ezért mind a felfutás során mért relatív tengelycsap-pozíció változása, mind a tengelycsap üzemi pályagörbéje eltér a normálistól. Felfutáskor a tengelycsap valamelyik (esetenként mindkét) irányban túl keveset, vagy túl sokat mozdul el. Normális esetben a függőleges irányú emelkedés a csapágyhézag mintegy 30–40 százaléka. Üzem közben a kialakult pályagörbében is erős torzulások mutatkoznak. (Figyelem, a torzulások pontos értékeléséhez az alakhibával – a slow roll vektorral – kompenzálni kell az üzemi méréseket. ) Ha van referenciaadatunk (mennyi ebből a tengely tényleges alakhibája), akkor a számszerű értékekből meg tudjuk pontosan határozni a szükséges korrekció mértékét.

Rezonancia A rezonanciakeresést pont ugyanolyan módon kell elvégezni, mint ahogy ezt a „hagyományos” (csapágybakon történő) rezgésmérés fejezetében tárgyaltuk. A rezonancián való áthaladáskor kiugróan nagy amplitúdóérték mellett közel 180°-os fázisváltozás következik be. 

Besúrolás A forgórész és az állórész érintkezése lehet pontszerű és körkörös. Pontszerű érintkezés esetén az állórész és a forgórész összeérintkezésekor keletkező ütés kimozdítja a forgórészt a normális pályájáról, majd újabb érintkezés következik, de ekkor már máshol, és így tovább. Mindezek következménye akkora tengelyrezgés, amely kitölti a rendelkezésre álló teret (csapágyhézagot) és egy kesze-kusza pályagörbét eredményez. Körkörös érintkezés esetén a forgórész egy pontja egyensúlyhiba miatt az állórészbe körkörösen besúrol. A besúrolás miatt a tengely melegedni kezd, ezáltal meggörbül. A meggörbült tengelynek megváltozik az egyensúlyállapota, másik pontja fog érintkezni az állórésszel, ezáltal máshol melegszik és görbül. A leírt folyamat miatt a mért tengelyrezgésvektor végpontjának helye üzem közben folyamatosan változik az idő függvényében, polár koordinátarendszerben ábrázolva akár körbe is járhat.

Gépalaphibák Ha a forgásfrekvenciájú slow roll vektorral kompenzált mérési adatokat tekintve mind a rezonanciafrekvencia, mind a maximális rezonanciaamplitúdó változik, akkor elsősorban a gépalaprendszer gyengülését, a felfüggesztés lazulását, esetleg – egyéb jelekkel együtt – a tengely repedését lehet feltételezni. Általában a gépek indulása és leállása nem teljesen azonos módon megy végbe, de az indulást az indulással, a kifutást a kifutással feltétlenül érdemes összehasonlítani. Ha a forgógépen belül nincs szerkezeti változás vagy belsőerő-változás, a dinamikus rezgési viselkedésnek (úgymint a rezonanciafrekvenciák értékei és a csillapítások) a fordulatszám függvényében azonosnak kell lennie. A dinamikus viselkedés változásait a legérzékenyebben és legpontosabban a tengelyrezgésméréssel, ezen adatok Bode- és polárdiagramjain keresztül lehet nyomon követni. Olajörvénylés Az olajfilm hibáinak kimutatására a tengelyrezgésmérés a legalkalmasabb módszer. A tengely fel- és kifutása során, valamint az üzem közben mért mozgásából egyértelműen kiszűrhető a hiba és annak természete.

A többletráfordítás megtérül

A hazai rezgésdiagnosztikai gyakorlatban a relatív tengelyrezgésmérés nem terjedt még el igazán, általános alkalmazásától még messze vagyunk. Az okok eléggé nyilvánvalóak: egyrészt a tengelyrezgésmérés minimális műszerigénye is lényegesen magasabb (legalább szimultán kétcsatornás, de inkább 8–16 csatornás műszer szükséges), másrészt a mérés kivitelezése sem olyan egyszerű. Nem elegendő az érzékelők rögzítése a csapágyházra, hanem az érzékelők felszereléséhez alkalmas tartókat kell gyártani és rögzíteni, és precízen be kell állítani a tengely és az érzékelő közötti viszonylag kicsi távolságot. E többletmunka azonban nagyon sok esetben megéri a fáradozást, mivel a méréssel olyan biztos diagnosztikai információ nyerhető, amely más módon nem szerezhető meg. Tipikusan ilyen alkalmazási terület a siklócsapágyakkal ágyazott nagy forgógépek (gőz- és gázturbinák, szivattyúk). A gyors fordulatú gépek esetében például a tengelyrezgésmérés azért egészíti ki jól a csapágyrezgésmérést, azaz azért juttat többletinformációhoz, mert a forgórészen bekövetkező belsőerő-változások rugalmas tengely és merev csapágyazás esetén a csapágyazáson csak kis mértékben láthatók.  

Szűcs András, 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.