Wiele organizacji i firm próbowało i próbuje proponować uniwersalne kryteria do oceny drgań.

Transkrypt

1 115 Aktualny stan y moŝe być oceniony w oparciu o: Normy drganiowe, Wielkości statystyczne, Kryteria częstotliwościowe, - Widma szerokopasmowe (maski widmowe), - Widma wąskopasmowe, - Widmo odniesienia, Nadzór trendów Normy drganiowe...there are no universal vibration severity limits... (Michell, 1993) ChociaŜ istnieje sporo wątpliwości dotyczących moŝliwości opracowania uniwersalnych kryteriów drganiowych nie oznacza to, Ŝe nie naleŝy poszukiwać wiarygodnych metod określania praktycznych poziomów Wiele organizacji i firm próbowało i próbuje proponować uniwersalne kryteria do oceny drgań. Budowa uniwersalnych norm drganiowych nie udaje się mimo częściowych sukcesów. Powód ale jednak - róŝnorodność i zmienne warunki pracy, - złoŝony pomiar drgań (czujniki, kable, układy konwertujące sygnał) uniwersalne kryteria drganiowe mogą być podstawą do wstępnej oceny stanu Ograniczenia: - Mogą być określane dla typowych warunków pracy y, - Mogą dawać tylko ogólne wskazania/rekomendacje

2 116 Ogólne zalecenia dla poprawnej oceny stanu y: Który parametr przekroczył poziom graniczny? O ile? Czy zmiana nastąpiła gwałtownie czy powoli? Czy są jakieś inne obserwacje, które potwierdzają lub zaprzeczają stwierdzonym zmianom? Typy norm: ZaleŜne od źródła informacji: - Normy dostarczone przez producenta I oparte o kryteria wytrzymałościowe nie mogą być nigdy przekroczone, - Normy bazujące na danych eksperymentalnych (duŝa liczba obserwacji), Dla określonych typów, Dla określonej prędkości obrotowej Dla określonego typu drgań (drgania wału, drgania obudowy; względne/bezwzględne) Normy drganiowe dla drgań bezwzględnych Dla drgań pokryw prędkość drgań jest jednym z najbardziej wartościowych parametrów Parametry zazwyczaj poddawane kontroli: Wartość szczytowa prędkości daje dobre oszacowanie drgań impulsowych (stosowana w Ameryce), Wartość rms prędkości daje dobre oszacowanie energetyczne drgań (stosowna w Europie)

3 117 Kryteria drganiowe dla małych (Norma rządu kanadyjskiego CDA/MS/NVSH 107) zgoda z ISO 2372, cztery przedziały stanu, wąski zakres częstotliwości. Wibracyjne kryteria stanu (10 Hz - 1 khz) Niedopuszczalny Dopuszczalny 8 db Zadowalający Dobry Małe y poniŝej 15 kw Niedopuszczalny Niedopuszczalny 20 db Dopuszczalny Zadowalający Dobry Średnie y kw lub do 300 kw na specjalnych fundamentach Dopuszczalny Zadowalający Dobry DuŜe y ze sztywnymi i cięŝkimi fundamentami, których częstotliwość drgań własnych przewyŝsza częstotliwość obrotów y Grupa K Grupa M Grupa G ,2 7,1 4,5 2,8 1,8 1,12 0,71 0,45 0,28 0,18 Prędkość RMS [mm/s] Prędkość RMS V [db] (ref. 10 mm/s) < 15 kw kw ( 300 kw ) > 75 kw

4 118 Normy drganiowe opublikowane przez ISO (ISO 2374, ISO 5495 obecnie zastąpione przez ISO ) przeznaczone dla pracujących w zakresie prędkości obrotowej Hz ( RPM), przeznaczone dla zakresu częstotliwości Hz (obecnie zakłada się pomiar szerokopasmowy), rozróŝniają typ podparcia elastyczny (nominalna prędkość obrotowa jest powyŝej częstotliwości własnej układu), - sztywny (nominalna prędkość obrotowa jest poniŝej częstotliwości własnej układu), wyraŝona w prędkości drgań z moŝliwością przeliczenia na przemieszczenie lub przyspieszenie drgań, stała szerokość przedziału (8 db)

5 119 Amplitude Dr[um] , , , ,15 2,5 2,0 1,6 1,25 1,0 5,0 6, , , Frequency [Hz] D r Wykres równowaŝnych wartości przemieszczenia wg. ISO 2372 najwyŝsze amplitudy są tolerowane dla niskich częstotliwości a poziom akceptacji zmniejsza się wraz ze wzrostem częstotliwości

6 120 Kryterium Blake Mitchel Criterion kryterium uniwersalne - zostało przygotowane dla przemieszczenia prędkości i przyspieszenia drgań z moŝliwością rozszerzenia lub zawęŝenia zakresu w zaleŝności od typu y. W tym celu zastosowano współczynnik przeliczeniowy D. Amplituda efektywna = amplituda zmierzona D - silniki elektryczne, wentylatory, pompy jednostopniowe - D=1, - turbiny, generatory, pompy wielostopniowe, spręŝarki - D=2.0, - przekładnie zębate - D=2 3; - łoŝyska toczne (średnica mm) - D=0.5, - betonowe fundamenty - D=2

7 121 Zalety kryteriów drgań opartych na prędkościach: w pomiarze zawarte jest całe pasmo częstotliwości mogą być przyjęte stałe kryteria dla sygnałów niefiltrowanych, kryteria mogą być ustalone dla wielu/róŝnych ale korelacje pomiędzy drganiami obudowy a wymuszeniem wywołanym róŝnego typu uszkodzeniem nie jest stałą wartością i nie jest jednoznacznie określona, dla łoŝysk ślizgowych z powodu dodatkowej podatności i tłumienia wnoszonego przez olej smarujący kryteria mogą być obarczone pewnym błędem, konieczność określenia indywidualnych standardów dla kaŝdej y Kryteria Instytutu Maszyn Cieplnych dla turbozespołów 200 MW Histogram dla łoŝyska Nr. 1 Histogram dla łoŝyska dla łoŝyska Nr. 4 RóŜne wykresy histogramowe dla kolejnych łoŝysk turbiny 13K215

8 122 V RMS mm/s ISO 3945 LoŜysko Nr.1 ŁoŜysko Nr.5 ŁoŜysko No DOBRY DOBRY DOBRY DOBRY DOBRY DOBRY DOBRY DOSTA- TECZNY DOSTA- TECZNY DOSTA- TECZNY DOPUSZ- DOPUSZ- DOSTA- TECZNY DOSTA- TECZNY DOSTA- TECZNY DOSTA- TECZNY DOPUSZ- NIEDO- PUSZ- NIEDO- PUSZ- DOPUSZ- DOPUSZ- DOPUSZ- DOPUSZ NIEDO- PUSZ- NIEDO- PUSZ- NIEDO- PUSZ- NIEDO- PUSZ- NIEDO- PUSZ

9 Kryteria dla drgań względnych wału 123 Wartości graniczne drgań wału zaleŝą od: - miejsca pomiaru (powinny znajdować się jak najbliŝej łoŝyska), - modu drgań wału - poprawki na run-out, Wartości graniczne drgań wału są wyŝsze niŝ dopuszczalne dla drgań pokryw!!! powód: drgania generowane przez wirujący wał są tłumione po drodze do czujnika zewnętrznego (drgań pokryw) poprzez konstrukcję y. Kryteria dla drgań względnych wału Organizacje przemysłowe (np. API) określają maksymalną amplitudę drgań wału (międzyszczytową), która nie powinna przekraczać RPM lub 50 µm. Wartość ta zawiera runout, który nie powinien być większy niŝ 25% dopuszczalnego poziomu drgań To jest bardzo ogólnikowe i zgrubne zalecenie!!! Kryteria bazujące na stosunku drgań wału do całkowitych luzów łoŝyskowych Stan y Poziom drgań w Zalecenia stosunku do luzów Dobry mniej niŝ 20 % Ciągła kontrola Dopuszczalny % Przygotowanie do przeglądu Niedopuszczalny więcej niŝ 70 % Natychmiastowe wyłączenie Zastosowanie tych kryteriów wymaga wiedzy o luzach łoŝyskowych!

10 124 Luz średnicowy łoŝyska D c moŝe być zgrubnie oszacowany w oparciu o średnicę wału gdzie D j C d = D - średnica czopu, BRC - stosunek luzu do średnicy typowa wartość BRC dla duŝych to ok % j BRC Słabość kryterium: PowyŜsze kryterium nie bierze pod uwagę charakterystyk prędkości i obciąŝenia łoŝyska!!! ObciąŜenie łoŝyska jest bardzo waŝnym parametrem Dlaczego? y z duŝym statycznym obciąŝeniem są bardziej wraŝliwe na nadmierny poziom drgań niŝ y z mniejszym obciąŝeniem łoŝysk Kryterium zaproponowane przez James McHung dla 1X drgań wału Poziom Dopuszczany Poziom ostrzegawczy Poziom alarmowy 25 B L 100 B L D 50 B L C D + 1 C D C gdzie B L - współczynnik obciąŝenia łoŝyska

11 DIAGNOSTYKA B = L 125 ciezar walu powierzchnia rzutu lozyska Kryteria zaproponowane przez R.C Eisenmanna (Hewlett Packard) biorące pod uwagę prędkość obrotową y gdzie 1 Mils 25.4 µm Poziom graniczny obniŝa się ze wzrostem prędkości obrotowej standard ISO 7919 przygotowany dla pracujących w warunkach ustalonych (mały zakres zamian obrotów i obciąŝenia) Kryterium dla turbogeneratorów Charakterystyka: dwa czujnik ustawione pod kątem 90 o, zakres częstotliwości Hz, wartość międzyszczytowa, tolerancja run-out na poziomie 10 % dopuszczalnej amplitudy

12 126 Maksymalne względne przemieszczenie wału Wartość międzyszczytowa w µm Ocena Prędkość obrotowa [obr/min.] Dobra Dopuszczalna Niedopuszcz Maksymalne bezwzględne przemieszczenie wału Wartość międzyszczytowa w µm Ocena Prędkość obrotowa [obr/min.] Dobra Dopuszczalna Niedopuszcz Uwaga: Kryteria stanu są zaleŝne od typu y, jej przeznaczenia, warunków pracy, stosownaych czujników itp. Zalecenie:... konieczny szczegółowy pomiar i indywidualna ocena kaŝdej y...

13 Kryteria częstotliwościowe 127 Kryteria bazujące na wartościach sumarycznych: nie dostarczają Ŝadnej informacji na temat przyczyny uszkodzenia, nie są wystarczająco szczegółowe aby zidentyfikować wczesne pogorszenie się stanu technicznego y, zakładają, Ŝe częstotliwość wynikająca z obrotów jest dominującą składową w sygnale Natomiast: typowe widmo drgań zawiera kilkanaście składowych harmonicznych oraz składowe nieharmoniczne, dla diagnostyki konieczna jest kontrola poszczególnych składowych widmowych, Trzy podstawowe kryteria częstotliwościowe: maski widmowe (monitorowanie szerokich pasm częstotliwości) obwiednie, widmo odniesienia, Maski widmowe (monitorowanie szerokich pasm częstotliwości) Maski widmowe dzielą widmo na kilka dyskretnych pasm (typowo od 10-12) aby zapewnić duŝą czułość na zmiany stanu Wartość energii w paśmie lub amplituda szczytowa jest porównywana z zadanymi poziomami Maksymalna czułość na małe nawet zmiany jest osiągana przez taki dobór pasm aby wyizolować charakterystyczne zjawiska np. częstotliwości łoŝysk tocznych Małe zmiany nie są maskowane przez silniejsze składowe

14 128 Maska widmowa dla z łoŝyskami ślizgowymi Maska widmowa dla z łoŝyskami tocznymi BPFO BPFI - częstotliwość bieŝni zewnętrznej - częstotliwość bieŝni wewnętrznej Wartości graniczne w poszczególnych pasmach są dobierane w oparciu o długotrwałą obserwację y

15 129 Zasady ustalania wartości granicznych: dla częstotliwości podstawowej (I harmoniczna) wartości ustalane są na takim samym poziomie jak dla wartości sumarycznych, dla drugiej harmonicznej wartości ustalane są na poziomie ok. 30% I harmonicznej dla wyŝszych harmonicznych wartości ustalane są na ok. 20 % I harmonicznej, np. dla częstotliwości łopatkowych wartości graniczne to wartość średnia ± 2.5*odch. standardowe Zaproponowany podział pasm częstotliwości jak I wartości graniczne powinny być przetestowane i ew. zmodyfikowane Uwaga: - Szczególną uwagę naleŝy zwracać przy ustalaniu wartości granicznych dla pracujących ze zmienną prędkością obrotową Poziom drgań Widmo odniesienia Nowe Widmo Zmiana prędkości spowoduje względne przesunięcie obu widm to shift relative to one another częstotliowość

16 Obwiednie wąskopasmowe 130 Obwiednie wąskopasmowe monitorowanie pasm częstotliwości wokół poszczególnych harmonicznych metoda ta pozwala wykryć małe zmiany charakterystyczne dla poszczególnych harmonicznych Poziomy graniczne są ustawione jako: wartość średnia ± 2.5*odch. standard. Amplituda Widmo odniesienia Częstotliwość W odróŝnieniu do masek widmowych posiadających progi graniczne, widmo odniesienia jest oczekiwanym i zalecanym kształtem widma, które jest określone dla y będącej w dobrym stanie technicznym. Porównanie widma zmierzonego z widmem odniesienia pozwala na identyfikacje zuŝycia y jak równieŝ jej poszczególnych części. Etapy ustalania widma odniesienia: 1. wybór okresu czasu, gdy a jest w dobrym stanie technicznym, 2. rejestracja sygnału w kilku odstępach czasu i wyznaczenie widm 3. uśrednianie i obróbka widma mająca na celu określenie widma odniesienia

17 DIAGNOSTYKA 131 sygnały muszą być zarejestrowane w typowych warunkach pracy dla danej y (warunki nominalne)