Analiza drgań

Niezbędna jako część konserwacji zapobiegawczej

Analiza drgań jest wykorzystywana do sprawdzania obracających się części pod kątem możliwych usterek, takich jak uszkodzone łożyska lub niewyważenie. Drgania emitowane przez obracające się części są wykrywane i rejestrowane przez specjalny sprzęt techniczny są analizowane. W kolejnym kroku analizy amplitudy drgań i wzorce drgań pozwalają na wyciągnięcie wniosków na temat stanu obracających się komponentów i ich łożysk. W przypadku wykrycia odchyleń od stanu docelowego analiza drgań umożliwia identyfikację niezbędnych napraw na wczesnym etapie i podjęcie ich przed awarią maszyny. Przestoje, które zawsze są wymagane do naprawy, można zatem z jednej strony skrócić, a z drugiej przenieść na czas poza godzinami pracy maszyny.

Dwóch analityków przygląda się wynikom analizy drgań na laptopie.

W jakich dziedzinach przemysłu wykorzystywana jest analiza drgań?

Istnieje wiele możliwości zastosowania analizy drgań w środowisku przemysłowym. Wszędzie tam, gdzie działają maszyny i systemy z obracającymi się komponentami, analiza drgań może wspierać konserwację zapobiegawczą. Od obrabiarek, przez silniki, pompy i przekładnie, po turbiny i elektrownie wiatrowe - istnieje szeroki zakres zastosowań technologii analizy.

Jakie usterki można wykryć za pomocą analizy drgań?

Przyczyny drgań w maszynach lub systemach z obracającymi się częściami mogą być bardzo zróżnicowane. Typowe źródła usterek to:

Brak wyważenia i błędy wyrównania
Osady na wentylatorach
Błędy uzębienia w skrzyniach biegów
Krzywizny wałów
Występujące drgania powodowane przez płyny
Problemy z fundamentami lub wadliwymi elementami montażowymi

Jakie problemy mogą wystąpić z powodu nadmiernych drgań?

Nadmierne drgania w maszynach, systemach lub generatorach z obracającymi się częściami nie tylko powodują nierówną pracę i wysoki poziom hałasu, ale także obciążają wszystkie komponenty. W szczególności łożyska są narażone na zwiększone obciążenia. Wskutek drgań może dojść do pęknięć, co może doprowadzić do długotrwałych napraw.

Jak przeprowadzić analizę drgań

Im większa i bardziej złożona jest maszyna wirująca, tym bardziej krytyczne są drgania podczas pracy. Jeśli występujące amplitudy drgań przekraczają wartość maksymalną, należy spodziewać się poważnych i kosztownych usterek oraz długich przestojów. Aby zapobiec tym usterkom, normy DIN ISO 10816 (nowe oznaczenie 20816) lub API 670 określiły wymagania dotyczące stosowanych systemów zabezpieczeń. Systemy monitorują, między innymi, bezwzględne drgania łożyska za pomocą czujników przyspieszenia lub względne drgania przemieszczenia lub osiowe ruchy wału za pomocą bezkontaktowych czujników przemieszczenia.

Aby przeprowadzić analizę drgań, należy najpierw zarejestrować tak zwane pozycje fazowe drgań. W tym celu zwykle stosuje się czujniki referencyjne, które wykrywają położenie monitorowanych części obrotowych (wałów itp.) i jednocześnie mierzą prędkość. Uzyskane wartości referencyjne można następnie wykorzystać do monitorowania wartości charakterystycznych, które umożliwiają ocenę występujących drgań. Te charakterystyczne wartości obejmują

Amplitudy drgań
Szerokość drgań
Harmoniczne elementy drgań

Oprogramowanie pokazuje wynik analizy drgań podczas testu trzaśnięcia drzwiami.

Po zakończeniu pomiaru rzeczywista analiza jest obsługiwana przez oprogramowanie. Specjalne rozwiązania programowe umożliwiają analizy indywidualnie dostosowane do odpowiednich wymagań poprzez generowanie wykresów środka wału, FFT lub wykresów kaskadowych. Ponieważ możliwości wystąpienia błędów związanych z drganiami są niezwykle szerokie, istnieją wyspecjalizowane czujniki, oprogramowanie analityczne i oczywiście odpowiedni eksperci dla każdej aplikacji, którzy mogą obsługiwać uzyskane dane i interpretować je w sposób zorientowany na cel.

Zalety analizy drgań w kontekście konserwacji zapobiegawczej

W konwencjonalnej konserwacji zapobiegawczej maszyny i systemy są wyłączane lub wyłączane w regularnych odstępach czasu w celu sprawdzenia komponentów pod kątem możliwego zużycia lub usterek. W procesie tym regularnie wymieniane są komponenty, które faktycznie nadal działają. Powoduje to niepotrzebne i jednocześnie wysokie koszty. Z drugiej strony, niektóre uszkodzenia są wykrywane zbyt późno lub wcale podczas konwencjonalnej konserwacji.

W ramach Przemysłu 4.0 konwencjonalna konserwacja jest coraz częściej zastępowana wariantem zapobiegawczym znanym jako monitorowanie stanu. W monitorowaniu stanu maszyny lub systemy są stale monitorowane przez czujniki. Odchylenia od idealnego stanu docelowego są wykrywane przez systemy cyfrowe na wczesnym etapie, a następnie mogą być eliminowane w odpowiednim czasie, zanim jeszcze wystąpią wady. Analiza drgań jest niezbędna w kontekście nowoczesnego monitorowania stanu. Ponieważ nawet najmniejsze odchylenia w pozycjach fazowych drgań mogą wskazywać na usterkę, analiza drgań niezawodnie chroni przed poważnymi uszkodzeniami i kosztownymi przestojami w produkcji.

Czy istnieją jakieś wady analizy drgań?

Zastosowanie czujników do analizy drgań i niezbędnego oprogramowania wiąże się z niemałymi kosztami początkowymi. Wadą jest również potrzeba doświadczenia wymagana do ekspertyzy i oceny danych w czasach niedoboru wykwalifikowanych pracowników. Jednak koszty te szybko stają się mniej istotne, gdy porówna się je bezpośrednio z kosztami poniesionymi w przypadku awarii maszyny lub systemu.