Dudnienie drgań

Dudnienie drgań i jego detekcja za pomocą pomiarów widma i przebiegów czasowych.

Rysunek 1. Pompownia z trzema identycznymi pompami.

Analiza drgań maszyny nierzadko wprawia diagnostów w zakłopotanie. Maszyna skontrolowana, dobrze wyważona, prawidłowo wyosiowana, bez luzów, pęknięć itp. łożyska nowe, prawidłowo smarowane, poziomy drgań niskie. Niestety pomiary drgań konstrukcji, wsporników, rurociągów wykazują wysokie poziomy. Dodatkowo drgania są jeszcze zmienne w czasie.

Rysunek 2. Pomiary drgań trzech sąsiadujących pomp, pracujących we wspólnej instalacji – poziomy niskie na wszystkich trzech pompach.

Obserwowane poziomy, zarejestrowane na agregatach pompowych w poziomach niskich, bez podstaw do uwag do stanu poszczególnych pomp.

Rysunek 3. Wysokie poziomy drgań wsporników rurociągów w instalacji pompowej.

Najczęściej za taki stan rzeczy odpowiada dudnienie drgań. Gdy przyjrzymy się instalacjom przemysłowym, nierzadko widzimy w nich równolegle kilka maszyn. Przeważnie co najmniej dwie maszyny pracują, a pozostałe są w rezerwie lub remoncie. Gdy maszyny są takie same, na przykład pompy, a ich prędkości obrotowe bardzo zbliżone, różniące się tylko nieznacznie nastawami przemiennika częstotliwości lub wręcz o stałej prędkości obrotowej, na przyjazd 1485 obr/min, obserwujemy zjawisko naprzemiennego wzmacniania i wygaszania się drgań w czasie.

Pierwszym symptomem takiego stanu rzeczy, są obserwowane w widmie częstotliwości, dwa blisko siebie umieszczone szczyty, pochodzące na przykład od częstotliwości łopatkowych wirników pomp. Taki pomiar najlepiej wykonać na kolektorze rurociągu, gdzie zbiegają się przepływy z dwóch pracujących maszyn lub na elementach wsporczych rurociągu.

Rysunek 4 .Widmo drgań z oznaczonymi dwoma szczytami częstotliwości łopatkowych dwóch pomp.

Analizując widmo drgań, szybko stwierdzimy, że częstotliwości szczytów różnią się jedynie o 1,5 Hz. Aby dokonać takiej detekcji, konieczne jest odpowiednie ustawienie pomiarów, aby rozdzielczość częstotliwościowa widma była wystarczająca, do rozróżnienia dwóch, blisko pojawiających się szczytów. Takie pomiary wymagają porządnego układu akwizycji i są zapewnianie przez wysokiej klasy analizatory drgań, jak Adash VA-3 Pro lub Adash Va-5 pro. Proste mierniki i analizatory zazwyczaj nie pozwalają na tak zaawansowane pomiary i nietrudno przeoczyć zjawisko dudnienia w widmie, ponieważ przy organicznej rozdzielczości widmowej, szczyty zleją się na wykresie w jeden, szerszy szczyt i nie zobaczymy rzeczywistego problemu.

Korzystając z kursorów, błyskawicznie zmierzymy różnicę częstotliwości szczytów delta f, wynosząca 1,5 Hz. Jest to dla nas wskazówka, że aby zobaczyć zjawisko zdudnienia w przebiegu czasowym, konieczne jest zarejestrowanie przebiegu czasowego, o długości trwania co najmniej równej długości okresu dudnienia, czyli T= 1/1,5Hz = 0,667 s. To minimum, ale w diagnostyce wymagamy pewności pomiarów i pełnego obrazu w czasie, dlatego dobrą praktyką jest rejestracja co najmniej 10 okresów występującego zjawiska, czyli minimum T = 6,67 s w tym przypadku.

Rysunek 5. Widmo częstotliwości drgań na wsporniku rurociągu, z widocznymi szczytami łopatkowej dwóch pomp.

Rysunek 6. Przebieg czasowy odpowiadający widmu drgań z dwoma szczytami, o długości 8 s.

Gdy poddamy analizie, odpowiednio dobrany czasowo, wykres przebiegu czasowego, zauważymy, że wzmacnianie i wygaszanie drgań następuje z częstotliwością wskazaną w widmie, jako różnica w częstotliwościach szczytów, czyli 1,5 Hz. Najłatwiej zaznaczyć ten okres za pomocą kursorów harmonicznych w przebiegu czasowym.

Rysunek 7. Przebieg czasowy z widocznym, okresowym charakterem wzmacniania i wygaszania drgań o okresie 0,667 s.

Obserwowany charakter pracy instalacji jest niepożądany, ponieważ natrafiając na częstotliwości naturalne konstrukcji lub/i rurociągów, powoduje nadmierny wzrost wibracji układu, pomimo dobrego stanu maszyn wirnikowych w nim pracujących, o niskich poziomach drgań składowych, mierzonych niezależnie. Najprostszym rozwiązaniem tego problemu jest zmiana algorytmu sposobu sterowania prędkością obrotową pomp, aby częstotliwości pracy w jednym czasie oddalić od siebie. Wskazane byłoby również określenie częstotliwości naturalnych, w newralgicznych punktach rurociągu, aby na przykład wykluczyć z algorytmu sterowania pomp pewne zakresy prędkości obrotowych, lub wykonać dodatkowe elementy konstrukcyjne, które przesuną częstotliwości naturalne w zakres poza pracą pomp.

Dodatkowym zagrożeniem, związanym z dudnieniem, jest negatywny wpływ na elementy armatury, jak zawory i zasuwy czy też urządzania pomiarowe – przepływomierze, które nierzadko nie są w stanie prawidłowo wskazywać przepływu, gdy są narażone na nadmierne drgania.

Jeśli podejrzewasz, że problem dudnienia drgań może występować również w instalacjach przez Ciebie eksploatowanych, inżynierowie VIMS chętnie dokonają pomiaru i analizy układu i pomogą ci przedłużyć okres międzyremontowych instalacji.

Zapraszamy do kontaktu: info@vims.pl