Rozbieg i wybieg drganiowy maszyny

W jednej z publikacji [Rezonans maszyn i konstrukcji] wskazaliśmy techniki wykrywania częstotliwości naturalnych, z wykorzystaniem funkcji Bump Test (test uderzeniowy) analizatora Adash VA-5 Pro oraz z wykorzystaniem kamery wzmacniającej ruch.

Istnieje jednak jeszcze inna, sprawna metoda detekcji pracy w rezonansie maszyny, konstrukcji lub całej struktury. W dalszej części przybliżymy wykorzystanie modułu Rozbieg – Wybieg analizatora drgań VA-5 Pro lub VA-3 Pro. Zostanie przedstawiony sposób jego zastosowania do wyznaczenia precyzyjnego zakresu prędkości obrotowych maszyny. Zakres ten należy wykluczyć, aby zapewnić niezawodną i bezpieczną pracę urządzenia. Pozwala to uniknąć występowania nadmiernego poziomu wibracji podczas eksploatacji maszyny.

Rozbieg – Wybieg maszyny z pomiarem drgań

Dla wielu osób zajmujących się wibrodiagnostyką maszyn, moduł Rozbieg – Wybieg wydaje się skomplikowanym narzędziem. Może on budzić obawy przed użytkowaniem podczas codziennej pracy diagnostycznej. Krótko opiszemy podstawowe funkcje tego modułu. Funkcje te okażą się bardzo przydatne w pracy diagnosty wibracyjnego.

W miernikach wibracji i analizatorach drgań pomiar zwykle następuje na życzenie operatora.
Podobnie działa to w modułach Ścieżki i Analizatora urządzeń Adash. Operator decyduje o rozpoczęciu rejestracji danych przyciskiem „START” lub „ZAPIS”.
W ten sposób rejestrowana jest pojedyncza dana lub cały zestaw danych diagnostycznych.

Widok danych zapisanych podczas pomiarów diagnostycznych – zapis wykonany jednokrotnie – jeden punkt na trendzie wartości ogólnych drgań Vrms, jedno widmo, jeden przebieg czasowy.

Rysunek 1. Podgląd zestawu danych wibracyjnych, zebranych modułem “ŚCIEŻKA”, w jednej chwili czasowej.

Zasadniczą cechą modułu Rozbieg – Wybieg jest zapis danych pomiarowych drgań w wielu momentach czasowych. Moduł nie rejestruje danych tylko w jednej chwili pomiarowej.
Wykonuje kolejne pomiary według ustalonego wcześniej wyzwalacza. Najczęściej funkcję wyzwalacza pełni czujnik prędkości obrotowej, czyli laser tacho. Czujnik mierzy aktualną prędkość wału maszyny podczas jej pracy. Na tej podstawie moduł zapisuje kolejne dane przy określonych zmianach prędkości obrotowej. Użytkownik wcześniej definiuje wartość zmiany, która uruchamia następny zapis.

Wyobraźmy sobie, że chcemy zebrać charakterystykę drgań maszyny w szerokim zakresie prędkości obrotowych. Przyjmijmy zakres od 500 obr./min do 3000 obr./min, z krokiem co 50 obrotów.
Taki pomiar wymaga wykonania 50 zapisów danych.
Bez modułu Rozbieg – Wybieg pięćdziesięciokrotne uruchomienie zapisu nie stanowiłoby dużego wyzwania.
Problem pojawia się przy precyzyjnym wykonaniu pomiaru w odpowiednim momencie.
Operator musiałby uruchamiać zapis dokładnie po każdej zmianie obrotów o 50 obr./min.
Takie ręczne wyzwalanie pomiarów byłoby trudne i czasochłonne.

Korzystając zatem z modułu Rozbieg – Wybieg, ustalamy krok prędkości, co jaki dane zostaną zapisane, a także możemy zdefiniować zakres, w jakich prędkościach dane będą zbierane.

Rysunek 2. Przebieg wartości skutecznej prędkości drgań Vrms oraz obrotów, w czterokanałowym rozbiegu pompy.

Konfiguracja wyzwalacza w module Rozbiegu – Wybiegu drganiowego.

Jak w każdym module pomiarowym analizatorów Adash, zaczynamy od utworzenia projektu i zdefiniowania wielkości pomiarowych, jakie chcemy uzyskać na wykresach. Możemy dodać wiele pomiarów, jak wartości ogólne Vrms, widma, przebiegi czasowe, amplituda + faza itd., naturalnie z tylu kanałów, ile jest potrzebne, na przykład z 3 kanałów w VA-3 Pro lub z 4 kanałów w VA-5 Pro. Dane zebraną będą synchronicznie w każdym przypadku. Poniżej okno wyboru danych pomiarowych z całą listą analiz.

Rysunek 3. Konfiguracja wielkości pomiarowych w projekcie Rozbiegu – Wybiegu.

Konieczne jest również zdefiniowanie źródła wyzwalacza. Dla wyznaczania rezonansów posłużymy się źródłem wyzwalacza tacho, czyli laserowym czujnikiem prędkości obrotowej maszyny.

Następnie przechodzimy do najważniejszej konfiguracji, czyli do konfiguracji wyzwalacza, w MENU głównym.

Rysunek 4. Ustawienia wyzwalacza w MENU analizatora VA-5 Pro.

W menu „Ustawienia Wyzwalacza” definiujemy w pierwszej kolejności Tryb Wyzwalacza Analizatora, jako „Powtórzeniowy” i przechodzimy do „Trybu Wybiegu”, gdzie mamy aż 6 strategii zapisu.

1. ASAP – tak szybko, jak to możliwe.

Rysunek 5. Typ Wybiegu – ASAP.

Każda wielkość pomiarowa zostanie zapisana co czas, wynikający z konieczności wykonania danego pomiaru. Gdy zdefiniujemy typową wartość Vrms, wyliczaną z danych jednosekundowych, oraz gdy jednocześnie ustawimy, z tego samego kanału widmo, które potrzebuje na przykład 4 sekundowych danych, nasz rozbieg będzie zawierał dane zarówno Vrms jak i widma, zebrane co 4 sekundy w trybie ASAP, ponieważ najdłuższy, konieczny bufor danych do takich pomiarów wynosi 4 sekundy, ze względu na dłuższy czas potrzebny na widmo niż na Vrms. Możemy również zdefiniować widełki prędkości obrotowej, w jakich dane będą zapisywane.

2. Ręczny

Rysunek 6. Tryb wybiegu – ręczny.

W ręcznym trybie analizator będzie oczekiwał na naciśniecie przycisku „START”, w celu zarejestrowania pomiarów. Jest to rzadko używany tryb, pozwalający na ręczną kontrolę, gdy na przykład nie mamy możliwości dokonania pomiarów tacho, ale operator nastawia dla nas żądaną wartość obrotów i otrzymujemy taka informację przez telefon lub odczytujemy z falownika i sami decydujemy, kiedy pomiar ma być zapisany.

3. Prędkość

To najczęściej używany tryb, pozwalający na zapis w zależności od zmiany prędkości obrotowej maszyny.

Rysunek 7. Tryb wybiegu – prędkość.

Każda wielkość pomiarowa zostanie zapisana co ustalony zakres zmiany obrotów na przykład 50 obr./min, uwzględniając czas, wynikający z konieczności wykonania danego pomiaru. Gdy zdefiniujemy typową wartość Vrms, wyliczaną z danych jednosekundowych, oraz gdy jednocześnie ustawimy, z tego samego kanału widmo, które potrzebuje na przykład 4 sekundowych danych, nasz rozbieg będzie zawierał dane zarówno Vrms jak i widma, zebrane co ustaloną zmianę obrotów 50 obr./min, ale nie częściej niż co 4 sekundy, ponieważ najdłuższy, konieczny bufor danych do takich pomiarów wynosi 4 sekundy, ze względu na dłuższy czas potrzebny na widmo niż na Vrms. Zazwyczaj zarejestrowanie danych z małym krokiem obrotów wymaga ręcznego sterowania maszyny lub wystarczająco długiej „rampy”.  Możemy również zdefiniować widełki prędkości obrotowej, w jakich dane będą zapisywane.

3. Czas

Rysunek 8. Tryb wybiegu – czas.

Każda wielkość pomiarowa zostanie zapisana co ustalony zakres zmiany czasu, na przykład 5 s, uwzględniając czas, wynikający z konieczności wykonania danego pomiaru. Gdy zdefiniujemy typową wartość Vrms, wyliczaną z danych jednosekundowych, oraz gdy jednocześnie ustawimy, z tego samego kanału widmo, które potrzebuje na przykład 4 sekundowych danych, nasz rozbieg będzie zawierał dane zarówno Vrms jak i widma, zebrane co ustaloną zmianę czasu, ale nie częściej niż co 4 sekundy, ponieważ najdłuższy, konieczny bufor danych do takich pomiarów wynosi 4 sekundy, ze względu na dłuższy czas potrzebny na widmo niż na Vrms. Zazwyczaj zarejestrowanie danych, z małym krokiem czasu, wymaga trybu „Tak szybko jak to możliwe wszystko” lub modyfikację parametrów pomiarów, w celu zbierania krótszego bufora. Możemy również zdefiniować widełki prędkości obrotowej, w jakich dane będą zapisywane.

4. Czas lub prędkość

Rysunek 9. Tryb wybiegu – czas lub prędkość.

Jak sama nazwa wskazuje, zasada zawiera warunek zmiany prędkości lub czasu i dane są zapisywane w zależności, co wystąpi wcześniej: zmiana obrotów o 50 obr./min lub czas o 5 sekund.

6. Tak szybko, jak możliwe wszystko

Rysunek 10. Tak szybko, jak możliwe wszystko.

Tryb jest podobny do trybu ASAP, z małym wyjątkiem. Każda wielkość pomiarowa zostanie zapisana co czas, wynikający z konieczności wykonania danego pomiaru. Gdy zdefiniujemy typową wartość Vrms, wyliczaną z danych jednosekundowych, oraz gdy jednocześnie ustawimy, z tego samego kanału widmo, które potrzebuje na przykład 4 sekundowych danych, nasz rozbieg będzie zawierał dane Vrms zebrane co najkrótszy możliwy czas dla tego parametru, czyli co 1 sekundę, a widma, zebrane co 4 sekundy, ponieważ konieczny bufor danych dla widma wynosił 4 sekundy. Możemy również zdefiniować widełki prędkości obrotowej, w jakich dane będą zapisywane.

Wyznaczanie częstotliwości rezonansowej w rozbiegu synchronizowanym czujnikiem Tacho.

Po zarejestrowaniu danych i przetransferowaniu ich do oprogramowania DDS zarówno graficznie, jak i liczbowo wyznaczymy zakres pracy maszyny w rezonansie.

Rysunek 11. Widok podsumowania danych, zebranych podczas pomiarów ramy z widocznym rezonansem.

Rysunek 12. Widok rezonansu w układzie obroty – amplituda.

Rysunek 13. Widok rezonansu w widmie wodospadowym.

Rysunek 14. Widok rezonansu w relacji do obrotów, z zaznaczonymi limitami, wg ISO 20816.

Korzystając z modułu rozbiegu – wybiegu, błyskawicznie i na różne sposoby jesteśmy w stanie wskazać zakres obrotów, w jakich drgania przekraczają dopuszczalne limity drgań. Taki zakres obrotów winien być wykluczony z obszaru pracy operacyjnej maszyny, a jeżeli jest to niemożliwe, ze względów procesowych, należy dokonać zmian konstrukcyjnych, aby zmienić częstotliwości naturalne maszyny w obszar nieoperacyjny.  

Jeśli masz problem z podwyższonymi drganiami w pewnym obszarze obrotów maszyny lub instalacji, być może wchodzi ona w groźny obszar rezonansu, który na skutek podwyższonych poziomów drgań prowadzi do pęknięć zmęczeniowych i destrukcji maszyny. Skontaktuj się z VIMS, a nasi certyfikowani diagności pomogą ci zdiagnozować problem i zarekomendować rozwiązanie, zanim dojdzie do poważnej awarii.