POMIARY DRGAŃ WZGLĘDNYCH W SILNIKACH ELEKTRYCZNYCH



Podobne dokumenty
Diagnostyka online silników elektrycznych z zastosowaniem pomiaru drgań względnych

WYKORZYSTANIE DRGAŃ WZGLĘDNYCH DO MONITORINGU ON-LINE NAPĘDÓW KRYTYCZNYCH

ŚCIEśKI POMIAROWE DO POMIARU DRGAŃ WZGLĘDNYCH W MASZYNACH ELEKTRYCZNYCH

Dla poprawnej oceny stanu technicznego maszyny konieczny jest wybór odpowiednich parametrów jej stanu (symptomów stanu)

TEORETYCZNY MODEL PANEWKI POPRZECZNEGO ŁOśYSKA ŚLIZGOWEGO. CZĘŚĆ 3. WPŁYW ZUśYCIA PANEWKI NA ROZKŁAD CIŚNIENIA I GRUBOŚĆ FILMU OLEJOWEGO

Ćw. 4. BADANIE I OCENA WPŁYWU ODDZIAŁYWANIA WYBRANYCH CZYNNIKÓW NA ROZKŁAD CIŚNIEŃ W ŁOśYSKU HYDRODYNAMICZNYMM

Struktura układu pomiarowego drgań mechanicznych

Diagnostyka eksploatacyjna napędów elektrycznych w przemyśle cementowym. Zagadnienia wybrane. Część I

RZECZYWISTY OBSZAR ZUśYCIA PANEWKI POPRZECZNEGO ŁOśYSKA ŚLIZGOWEGO

PRZEMYSŁOWE BADANIA DIAGNOSTYCZNE NAPĘDÓW ELEKTRYCZNYCH

POMIARY CZĘSTOTLIWOŚCI DRGAŃ WŁASNYCH I REZONANSOWYCH MASZYN ELEKTRYCZNYCH W WARUNKACH ICH EKSPLOATACJI

OKREŚLENIE WPŁYWU WYŁĄCZANIA CYLINDRÓW SILNIKA ZI NA ZMIANY SYGNAŁU WIBROAKUSTYCZNEGO SILNIKA

Cena netto (zł) za osobę. Czas trwania. Kod. Nazwa szkolenia Zakres tematyczny. Terminy

2. POMIAR WZGLĘDNEJ I BEZWZGLĘDNEJ FAZY DRGAŃ

KOMPLEKSOWA DIAGNOSTYKA EKSPLOATACYJNA NAPĘDÓW ELEKTRYCZNYCH W PRZEMYŚLE CEMENTOWYM PRZYKŁAD APLIKACJI - CZĘŚĆ I

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

POMIAR ZUśYCIA CZOPÓW WAŁU KORBOWEGO

Temat laboratorium: Diagnozowanie i monitorowanie stanu łoŝysk tocznych.

DIAGNOSTYKA SILNIKA INDUKCYJNEGO Z WYKORZYSTANIEM DOSTĘPNYCH NAPIĘĆ STOJANA

EKSPLOATACJA I DIAGNOSTYKA MASZYN ELEKTRYCZNYCH W PRZEMYŚLE CEMENTOWYM - ZAGADNIENIA WYBRANE

ANALIZA PRZYSPIESZEŃ DRGAŃ PODPÓR W RÓŻ NYCH STANACH PRACY SILNIKA LM 2500

Laboratorium POMIAR DRGAŃ MASZYN W ZASTOSOWANIU DO OCENY OGÓLNEGO STANU DYNAMICZNEGO

Najwcześniejsze rozpoznanie

MONITORING STANU TECHNICZNEGO NAPĘDÓW ELEKTRYCZNYCH W PRZEMYŚLE DOŚWIADCZENIA WŁASNE

POLITECHNIKA POZNAŃSKA LABORATORIUM DIAGNOSTYKI SYSTEMÓW

PŁUCIENNIK Paweł 1 MACIEJCZYK Andrzej 2

Zagadnienia DIAGNOSTYKA TECHNICZNA MASZYN. Rozdział 1 Wprowadzenie 1

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

Diagnostyka silnika indukcyjnego z wykorzystaniem dostępnych napięć stojana

INSTRUKCJA do ćwiczenia Wyważanie wirnika maszyny w łożyskach własnych

Oprogramowanie analizatorów wibracji SignalCalc TURBO oprogramowanie do diagnostyki maszyn obrotowych

Modelowanie utraty stabilności układu wirnik łożyska przy stochastycznej zmienności danych wejściowych

WYKORZYSTANIE WIBROMETRU LASEROWEGO DO DIAGNOSTYKI EKSPLOATACYJNEJ SILNIKÓW ELEKTRYCZNYCH NA PODSTAWIE WŁASNYCH DOŚWIADCZEŃ

DIAGNOSTYKA TECHNICZNA MASZYN. Rozdział 8 Typowe uszkodzenia. Wprowadzenie

PRZYKŁADY CHARAKTERYSTYK ŁOŻYSK

Statystyka przyczyn uszkodzeń łożysk tocznych wg producentów

Teoretyczny model panewki poprzecznego łożyska ślizgowego. Wpływ wartości parametru zużycia na nośność łożyska

Temat ćwiczenia. Pomiary otworów na przykładzie tulei cylindrowej

Politechnika Poznańska Wydział Budowy Maszyn i Zarządzania Podstawy Automatyki laboratorium

OCENA STOPNIA ZUŻYCIA ZESPOŁU WENTYLATORA NA PODSTAWIE POMIARU I ANALIZY DRGAŃ ŁOŻYSK

1. Obliczenia wytrzymałościowe elementów maszyn przy obciążeniu zmiennym PRZEDMOWA 11

MONITORING STANU TECHNICZNEGO ZESPOŁÓW MASZYNOWYCH W PRZEMYŚLE DOŚWIADCZENIA WŁASNE

ANALIZA USZKODZEŃ ŁOśYSK SPOWODOWANYCH PRĄDAMI ŁOśYSKOWYMI

Bezpośrednie przyczyny awarii maszyn

SILNIK INDUKCYJNY KLATKOWY

DROGI PRZEPŁYWU PRĄDÓW ŁOŻYSKOWYCH W UKŁADACH NAPĘDOWYCH DUŻEJ MOCY ZASILANYCH NAPIĘCIEM SIECIOWYM

Badanie trójfazowych maszyn indukcyjnych: silnik klatkowy, silnik pierścieniowy

POJAZDY SZYNOWE 2/2014

ĆWICZENIE NR.6. Temat : Wyznaczanie drgań mechanicznych przekładni zębatych podczas badań odbiorczych

KOMPLEKSOWA DIAGNOSTYKA EKSPLOATACYJNA NAPĘDÓW ELEKTRYCZNYCH W PRZEMYŚLE CEMENTOWYM PRZYKŁAD APLIKACJI - CZĘŚĆ II

(57) turbiny promien owo-osiowej i sprężarki promieniowo-osiowej których (19) PL (11) (13)B1 (12) OPIS PATENTOWY PL B1 F02C 3/04

BADANIA PRZYDATNOŚCI WYBRANYCH PRZETWORNIKÓW PRĄDU DO CELÓW DIAGNOSTYKI ŁOśYSK W SILNIKU INDUKCYJNYM

Prezentacja działalno

DOŚWIADCZENIA WŁASNE W DIAGNOSTYCE EKSPLOATACYJNEJ ZESPOŁÓW NAPĘDOWYCH KRYTYCZNYCH W PRZEMYŚLE

Zastosowanie metod diagnostycznych do określenia stanu technicznego maszyn elektrycznych

WYKORZYSTANIE FAZY SYGNAŁÓW WNZ W DIAGNOSTYCE STANU IZOLACJI UZWOJEŃ SILNIKÓW ELEKTRYCZNYCH

Wprowadzenie konieczno wyznaczania na bie co warto ci statycznych konieczno rozdziału i osobnego przetwarzania dwóch składowych.

Łożyska ślizgowe - podstawowe rodzaje

POPRAWA EFEKTYWNOŚCI EKSPLOATACJI MASZYN

Badania tribologiczne poprzecznych łożysk ślizgowych z wykorzystaniem mikro-rowków smarnych

DIAGNOZOWANIE Ł O Ż YSKA ROLKI NAPINACZA PASKA ROZRZĄ DU SILNIKA SPALINOWEGO PRZY WYKORZYSTANIU DRGAŃ

Diagnostyka stanu wibracyjnego fundamentu zespołu pomp diagonalnych.

Pomiar wielkości nieelektrycznych: temperatury, przemieszczenia i prędkości.

Laboratorium PKM. Ćwiczenie 5

Napięcia wałowe i prądy łożyskowe w silnikach indukcyjnych

Tabela 3.2 Składowe widmowe drgań związane z występowaniem defektów w elementach maszyn w porównaniu z częstotliwością obrotów [7],

WPŁYW EKSCENTRYCZNOŚCI STATYCZNEJ WIRNIKA I NIEJEDNAKOWEGO NAMAGNESOWANIA MAGNESÓW NA POSTAĆ DEFORMACJI STOJANA W SILNIKU BLDC

Silniki indukcyjne. Ze względu na budowę wirnika maszyny indukcyjne dzieli się na: -Maszyny indukcyjne pierścieniowe. -Maszyny indukcyjne klatkowe.

Instrukcja do ćwiczenia jednopłaszczyznowe wyważanie wirników

BEZCZUJNIKOWA DIAGNOSTYKA WIBRACYJNA MASZYN Z MAGNESAMI TRWAŁYMI BAZUJĄCA NA SYGNAŁACH WŁASNYCH

CIENKOWARSTWOWE CZUJNIKI MAGNETOREZYSTANCYJNE JAKO NARZĘDZIA POMIAROWE W DIAGNOSTYCE TECHNICZNEJ 1. WSTĘP

ZASTOSOWANIE RUCHOMEJ WARTOŚCI SKUTECZNEJ PRĄDU DO DIAGNOSTYKI SILNIKÓW INDUKCYJNYCH KLATKOWYCH

DIAGNOSTYKA SILNIKÓW INDUKCYJNCH DWUKLATKOWYCH Z USZKODZONYMI PRĘTAMI

Temat /6/: DYNAMIKA UKŁADÓW HYDRAULICZNYCH. WIADOMOŚCI PODSTAWOWE.

WYKRYWANIE USZKODZEŃ W LITYCH ELEMENTACH ŁĄCZĄCYCH WAŁY

Politechnika Poznańska Instytut Technologii Mechanicznej. Laboratorium MASZYN I URZĄDZEŃ TECHNOLOGICZNYCH. Nr 2

O POTRZEBIE STOSOWANIA ZNACZNIKA FAZY DLA OCENY STANU TECHNICZNEGO MASZYN CZĘŚĆ 1: SYSTEMY MONITOROWANIA I ZABEZPIECZEŃ

OPORY W RUCHU OSCYLACYJNYM MECHANIZMÓW MASZYN GÓRNICZYCH

POLOWO OBWODOWY MODEL DWUBIEGOWEGO SILNIKA SYNCHRONICZNEGO WERYFIKACJA POMIAROWA

MONITOROWANIE NIEWYWAŻENIA WIRNIKÓW PRZY WYKORZYSTANIU SYGNAŁÓW PRĄDU STOJANA I DRGAŃ W NAPĘDACH Z SILNIKAMI INDUKCYJNYMI

SILNIK INDUKCYJNY KLATKOWY

Temat ćwiczenia. Pomiary drgań

WYZNACZANIE DRGAŃ WŁASNYCH WIRNIKA W BEZSZCZOTKOWYM SILNIKU PRĄDU STAŁEGO Z MAGNESAMI TRWAŁYMI

Diagnostyka drganiowa łożysk tocznych

MASZYNA ELEKTRYCZNA Z MAGNESAMI TRWAŁYMI JAKO WŁASNY CZUJNIK DRGAŃ

Technologia diagnozowania oraz organizacja diagnostyki w przedsiębiorstwie energetycznym

Sf E Sfw

Ćwiczenie: "Silnik indukcyjny"

Wykład 2 Silniki indukcyjne asynchroniczne

BADANIA EKSPERYMENTALNE POLIMEROWEGO ŁOŻYSKA SMAROWANEGO WODĄ OKRĘTOWEGO WAŁU ŚRUBOWEGO

PROBLEMY NIEKONWENCJONALNYCH UKŁADÓW ŁOŻYSKOWYCH Łódź, maja 1997 r.

Temat ćwiczenia. Pomiary przemieszczeń metodami elektrycznymi

BADANIE POŁĄCZENIA WCISKOWEGO POMIĘDZY WAŁEM A TULEJĄ SILNIKA TYPU SPM ZASTOSOWANEGO W NAPĘDZIE SAMOCHODÓW ELEKTRYCZNYCH

Szanowni Państwo, marca 2014 r. tel / biuro@idwe.pl /

ZASTOSOWANIE SYGNAŁU SKUTECZNEJ WARTOŚCI RUCHOMEJ PRĄDU STOJANA W DIAGNOSTYCE SILNIKA INDUKCYJNEGO PODCZAS ROZRUCHU

MASZYNY ELEKTRYCZNE CELMA SA

Podstawy Elektrotechniki i Elektroniki. Opracował: Mgr inż. Marek Staude

PREDYKCJA CZASU ŻYCIA TURBOGENERATORA NA PODSTAWIE OBSERWACJI TRENDU ZMIAN POZIOMU WIBRACJI

DIAGNOSTYKA SILNIKA INDUKCYJNEGO Z ZASTOSOWANIEM SYGNAŁU SKUTECZNEJ WARTOŚCI RUCHOMEJ PRĄDU CZĘŚĆ 2 ZASILANIE NIESYMETRYCZNE

Obsługa łożysk. Magazynowanie

Transkrypt:

Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 82/2009 117 Sławomir Szymaniec Politechnika Opolska, Opole POMIARY DRGAŃ WZGLĘDNYCH W SILNIKACH ELEKTRYCZNYCH MEASUREMENTS OF RELATIVE VIBRATIONS IN ELECTRIC MOTORS Abstract: The article presents the problem of diagnostics of electric motors on slide bearings using measurements of relative vibrations. This motor diagnostics method is not applied in Poland. It is used for diagnostics of turbine sets. It is worth using the method of relative vibration measurement to diagnostics of motors using slide bearings. Vibrations are measured by two proximity eddy-current sensors measuring displacement of vibrations, located in a bearing casing or near the casing on a plane perpendicular to the rotor axis. There is an angle of 90º is between the sensors and 45º between sensor axes and the horizontal plane. A voltage signal of a single sensor depends on the distance between the sensor and the surface of the shaft in a given moment of time. XY type oscilloscopic observation of signals coming from a two-sensor system enables to observe the trajectory of the movement of the pivot middle. The diagnostics of motors uses characteristic diagnostic relations between inefficiencies of a turbomachine on slide bearings and features of the trajectory of the pivot movement in respect of the bearing sleeve. The following are accepted as features of the trajectory: size of trajectory; turn of rotation direction of a point in the trajectory; period; shape; invariability of trajectory features in time. 1. Wstęp W silnikach elektrycznych duŝej mocy stosuje się łoŝyska ślizgowe. RównieŜ silniki naraŝone w czasie pracy na wstrząsy, uderzenia, duŝe drgania, mają łoŝyska ślizgowe [4]. Przykłady zastosowania łoŝysk ślizgowych w krajowych napędach przemysłowych przedstawiono na rys. 1. W łoŝyskach ślizgowych powierzchnia Rys. 1. Silnik o mocy 1,6 MW na łoŝyskach ślizgowych w jednej z krajowych elektrowni, łoŝysko od strony przeciwnapędowej, pomiar drgań w kierunku H czopa wału ślizga się po powierzchni panewek łoŝyska, tulejek. Podczas ruchu czopa występuje tarcie ślizgowe. Dla zmniejszenia oporów ruchu, tarcia, pomiędzy powierzchniami ślizgowymi czopa i panewki powinien znajdować się środek smarujący w postaci oleju, smaru, gazu lub wody [5, 6, 7,]. Z doświadczeń autora wy- nika Ŝe uszkodzenia łoŝysk ślizgowych w silnikach elektrycznych nie występują na ogół w sposób nagły, najczęściej objawy uszkodzenia narastają powoli [13]. Jedynym wyjątkiem są cięŝkie przytarcia w czasie rozruchu duŝego silnika. Jest to sytuacja gdy w czasie rozruchu dochodzi do braku smarowania tarcie na sucho w łoŝysku. Powodem moŝe być nie załączenie pompy, lub awaria pompy przy smarowaniu obiegowym łoŝyska. PowaŜne awarie silników elektrycznych spowodowane uszkodzeniem ich łoŝysk ślizgowych w ocenie autora zdarzają się rzadko. Czas pracy łoŝysk ślizgowych w silnikach w napędach przemysłowych jest zdecydowanie dłuŝszy niŝ w silnikach z ło- Ŝyskami tocznymi. Średni czas bezawaryjnej pracy łoŝysk ślizgowych w silnikach to około 50000 60000 godzin, a zdarza się coraz częściej, Ŝe nawet ponad 100000 godzin. Warunkiem tak długiego czasu pracy jest prawidłowa eksploatacja i właściwa obsługa serwisowa. 2. Uszkodzenia i zakłócenia w pracy ło- Ŝysk ślizgowych w silnikach Większość zakłóceń w pracy łoŝysk ślizgowych wynika ze wzrostu tarcia. Najbardziej poŝądane jest tarcie płynne [3, 6, 7], przy którym poruszające się względem siebie elementy łoŝyska są całkowicie rozdzielone warstwą oleju. Tarcie takie zapewnia najmniejsze zuŝycie elementów

118 Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 82/2009 łoŝyska (współczynnik tarcia µ przy takim tarciu osiąga wartość 0,001). Wytworzenie trwałego filmu olejowego i uzyskanie najniŝszej wartości współczynnika tarcia płynnego uzaleŝnione jest od konstrukcji łoŝyska ślizgowego oraz od współzaleŝności pomiędzy obciąŝeniem, prędkością ruchu i lepkością cieczy smarującej [8]. Wzrost tarcia w łoŝysku objawia się wzrostem jego temperatury ponad temperaturę występującą zwykle podczas pracy danego łoŝyska. Zakłócenia w pracy łoŝysk ślizgowych, a w konsekwencji moŝliwe ich uszkodzenia najczęściej są spowodowane wzrostem luzów, temperatury lub nadmiernymi drganiami. Bezpośrednią przyczyną są najczęściej: - wady panewek, - wady czopów, - wady pierścieni smarujących, - wady montaŝu, - wady smarowania, - nadmierna aktywność drganiowa silnika i maszyny napędzanej. Na stan drganiowy łoŝysk ślizgowych zasadniczy wpływ ma niewyrównowaŝenie wirnika silnika i maszyny napędzanej, złe wycentrowanie silnika i maszyny napędzanej, luzy, mimośrodowość czopa, ocieranie wirnika, rezonans, przechodzenie przez ewentualne prędkości krytyczne, odkształcenia fundamentu [6, 7, 9, 10, 13]. Szczególną cechą maszyn wirnikowych na łoŝyskach ślizgowych jest udział w dynamice całego układu płynu, który oddziela czop od panewki. Olej smarujący powierzchnie w wyniku tarcia zostaje wprowadzony w ruch obrotowy. Pojawiają się siły dynamiczne, które w sprzęŝeniu zwrotnym oddziałują na wirnik. MoŜe to doprowadzić do samowzbudnych drgań poprzecznych wirnika [3, 6, 7, 10]. Drgania te w literaturze nazywane są wirem płynowym (fluid whirl) i biczem płynowym (fluid whip). Spotyka się równieŝ określenie małe i duŝe drgania olejowe [9, 10]. Drgania te są powaŝnym utrudnieniem w pracy maszyn ułoŝyskowanych ślizgowo o smarowaniu hydrodynamicznym. Rozpoznanie tego zjawiska jest moŝliwe po analizie drgań i stwierdzeniu występowania charakterystycznych składanych z przedziału (0,38 0,49) f obr i specyficznego widma kaskadowego w czasie zmian prędkości maszyny [9, 10]. W opinii autora, na podstawie wieloletnich badań w przemyśle, z drganiami płynowymi (olejowymi) w łoŝyskach ślizgowych moŝna mieć do czynienia głównie w maszynach przepływowych. Autorowi nie jest znany przypadek awarii silnika elektrycznego na łoŝyskach ślizgowych spowodowany drganiami płynowymi (olejowymi), nie podaje go równieŝ znana autorowi literatura. Teoretycznie taki przypadek jest moŝliwy [9, 10]. Zdarzają się natomiast zakłócenia w pracy silników, a nawet awarie spowodowane zbyt duŝym luzem pomiędzy panewką, a czopem, luzem w zabudowie panewek łoŝysk ślizgowych. 3. Metody diagnostyki łoŝysk ślizgowych w silnikach stan zagadnienia W licznych ośrodkach naukowo-badawczych na świecie prowadzone są intensywne prace w zakresie teorii i praktyki zastosowań łoŝysk ślizgowych [1 3, 6, 7, 9]. Szczególne miejsce w tych badaniach zajmuje diagnostyka łoŝysk ślizgowych. Analizując wyniki prac przedstawione w literaturze z zakresu diagnostyki ło- Ŝysk ślizgowych [1 3, 6, 7, 9, 10] autor uwaŝa, Ŝe szczególną przydatność praktyczną mają wyniki prac prowadzonych w Bently Rotor Dynamics Research Corporation w USA przez zespół kierowany przez D. E. Bently i A. Muszyńską [1 3, 9, 10]. Opracowano tam całościowo od strony teoretycznej i praktycznej, w tym aparaturowo i technologicznie zasady diagnozowania maszyn na łoŝyskach ślizgowych w oparciu o pomiar drgań względnych wirnika (rys. 2 4) [1 3, 9, 10, 14]. Pomiary Rys. 2. Rodzaje pomiarów drgań na przykładzie łoŝyska ślizgowego drgań względnych słuŝą do określenia trajektorii środka czopa wału. Drgania są mierzone przez dwa bezdotykowe (zbliŝeniowe) czujniki wiroprądowe mierzące przemieszczenie drgań, umieszczone w obudowie łoŝyska lub w pobli- Ŝu obudowy w płaszczyźnie prostopadłej do osi

Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 82/2009 119 wirnika. Pomiędzy czujnikami jest kąt 90 o, a osie czujników z płaszczyzną poziomą tworzą Rys. 3. Przykład montaŝu czujników do pomiarów drgań względnych a) b) µm CZUJNIK DRGAŃ CZUJNIK FAZY Rys. 4. Pomiar drgań względnych wału: a) przykładowe usytuowanie czujnika fazy, zasady pomiaru, b) przykładowa trajektoria (sygnał z 2 czujników drgań względnych) kąt 45 o (najkorzystniejsze rozwiązanie, rys. 3) [3, 9, 10, 14]. Sygnał napięciowy z pojedynczego czujnika jest zaleŝny od odległości pomiędzy czujnikiem i powierzchnią wału w danej chwili czasowej. Sygnał ten ma składową stałą i zmienną. Składowa stała informuje o średnim połoŝeniu wału względem punktu odniesienia (względem elementu do którego przymocowany jest czujnik). Składowa zmienna informuje o chwilowych zmianach połoŝenia wału czyli drganiach w płaszczyźnie promieniowej. Obserwacja oscyloskopowa typu XY sygnałów pochodzących z układu dwóch czujników pozwala obserwować trajektorię ruchu środka czopa. Trajektoria powinna być odniesiona do jakiegoś wyróŝnionego połoŝenia kątowego wału wirnika. W tym celu na wale wprowadza się znacznik połoŝenia np. wgłębienie na końcówce wału, który jest znacznikiem fazy (keyphasor, rys. 4). PołoŜenie znacznika obserwuje czujnik fazy (keyphasor transducer), który współdziała z parą czujników bezstykowych. Informacja o połoŝeniu znacznika jest przeniesiona na trajektorię jako okrąg, kropka i pojawia się w momencie przejścia znacznika przed czujnikiem połoŝenia. Dla określenia kierunku wirowania środka czopa, Bently wprowadził rozwiązanie techniczne, przyjęte obecnie jako powszechne. Na wykresie trajektorii w krótkim okresie czasu bezpośrednio przed przejściem znacznika fazy pod czujnikiem, sygnał nie jest rysowany (przerwa) rys. 4. W literaturze [1 3, 6, 7, 9, 10] podane są charakterystyczne relacje diagnostyczne pomiędzy niesprawnościami maszyny wirnikowej na łoŝyskach ślizgowych, a cechami trajektorii ruchu czopa względem panewki. Jako cechy trajektorii przyjmuje się: wielkość trajektorii, zwrot kierunku wirowania punktu na trajektorii, okres, kształt, niezmienność cech trajektorii w czasie. Najkorzystniej gdy w czasie pracy maszyny trajektoria ma kształt okręgu o jak najmniejszej średnicy (teoretycznie, gdy jest punktem). DuŜą przydatność diagnostyczną mają analizy trajektorii po wcześniejszym odfiltrowaniu sygnałów filtrem środkowoprzepustowym nastawionym na częstotliwość środkową uznaną za diagnostycznie przydatną np. f obr, 2 f obr, itd. [14] Cechy punktowe trajektorii są stosowane do oceny globalnej stanu technicznego maszyn wirnikowych. Kryteria oceny stanu maszyn w oparciu o maksymalne przemieszczenie wału S max (1 2), są podane w normach VDI 2059 oraz ISO 7919 [11]. ( SK (t)) S max = max (1) 2 SK ( t) = x ( t) + y ( t) (2) gdzie: x(t) i y(t) to wartości chwilowe sygnałów z poszczególnych czujników nazwanych x i y. W normach API [12] kryteria opierają się o równowaŝną podwójną amplitudę drgań względnych, która jest wartością większą spośród dwóch amplitud międzyszczytowych wyznaczonych dla obydwu kierunków pomiarowych. 2

120 Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 82/2009 Analizując całościowo metody diagnozowania stanu technicznego łoŝysk ślizgowych w silnikach elektrycznych autor uwaŝa, Ŝe moŝna wyróŝnić metody on-line i off-line. Do metod diagnozowania stanu łoŝysk ślizgowych w cza-sie normalnej pracy silnika autor zalicza: 1. Pomiar temperatury. 2. Pomiar drgań bezwzględnych obudowy ło- Ŝysk (rys. 1). 3. Pomiar drgań względnych wału (rys. 2 4). 4. Badanie jakości oraz ilości oleju smarującego. Pomiar temperatury. Najbardziej rozpowszechnioną metodą diagnostyki stanu łoŝysk ślizgowych jest jednopunktowy pomiar temperatury [8]. Najczęściej mierzona jest temperatura oleju na spływie z łoŝyska. Wg producentów silników temperatura oleju łoŝysk podczas pracy nie powinna przekraczać 85 o C, natomiast w momencie rozruchu nie powinna być niŝsza niŝ 15 o C. DąŜy się do tego, aby mierzyć temperaturę w warstwie smarnej. Są doniesienia [8] o pomiarach wielopunktowych, w kilku miejscach na szerokości panewki. Pomiar drgań bezwzględnych obudowy ło- Ŝysk. Jest to bardzo popularna metoda oceny stanu łoŝysk ślizgowych i całego silnika. Drgania mierzy się na stojakach łoŝyskowych, na tarczach albo na kadłubie w trzech wzajemnie prostopadłych kierunkach. Analiza widmowa drgań bezwzględnych [13] daje moŝliwość określenia przyczyn anomalii drganiowych silnika, w tym jego łoŝysk i całego napędu. Pomiar drgań względnych wału. Jest uznany za najbardziej przydatny diagnostycznie pomiar maszyn na łoŝyskach ślizgowych. Wymaga zdecydowanie większych nakładów finansowych na zakup aparatury, montaŝ czujników bezstykowych. Bezstykowe czujniki wiroprądowe stosowane do tych pomiarów są wraŝliwe na mechaniczne, fizykochemiczne i magnetyczne lokalne anomalie warstwy powierzchniowej wału [1 3]. (patrz drugi artykuł autora). Analiza trajektorii środka czopa wału uzyskana dzięki pomiarowi drgań względnych, umoŝliwia najwcześniejsze rozpoznanie nieprawidłowości w pracy maszyn na łoŝyskach ślizgowych. Trajektorie mają charakterystyczne cechy, które pozwalają rozpoznać niewywagę, nieosiowość, luz, przycieranie, rezonans, anomalie pracy łoŝysk, ten. [1 3, 9, 10]. Badanie jakości oleju. Ma na celu obserwację zmian w stanie oleju w tym jego lepkości, spowodowane przez: zawartość wody, zanieczyszczenia, wtrąciny metaliczne, utlenienie, ten. Do badań moŝna uŝywać stosunkowo prostych przyrządów, które śledzą tendencje zmian podstawowych parametrów albo skomplikowanych analizatorów, które prowadzą badania bardzo wielu parametrów fizykochemicznych oleju. Kontrolę ilości podawanego oleju naleŝy prowadzić systematycznie w oparciu o wskaźniki poziomu oleju i wskaźniki przepływu oleju oraz porównanie wskazań z wytycznymi zawartymi w dokumentacji silników. Do metod diagnozowania łoŝysk ślizgowych w silnikach elektrycznych off-line oraz do grupy waŝnych pomiarów kontrolnych związanych ze stanem łoŝysk autor zalicza: 1. Kontrolę zuŝycia panewek. 2. Kontrolę uszczelnień. 3. Kontrolę ochrony przed prądami łoŝyskowymi. 4. Metody diagnostyki stanu łoŝysk ślizgowych w silnikach badania własne Autor prowadząc badania diagnostyczne na szerokiej populacji silników ułoŝyskowanych ślizgowo w przemyśle krajowym nie spotkał się z przypadkiem szczególnie trudnym diagnostycznie. W większości były to silniki produkcji krajowej mające łoŝyska w stojakach łoŝyskowych. Anomalie w pracy wynikały głównie z niewywagi i niewłaściwego wyosiowania linii wałów silnik maszyna napędzana. Na rys. 5 podano przykładowe trajektorie ruchu czopa wału silnika o mocy 3,15 MW, 2980 obr/min, uzyskane w czasie wybiegu napędu. 2000 obr/min 1800 obr/min Rys. 5. Trajektorie ruchu czopa wału silnika o mocy 3,15 MW, 2980 obr/min, uzyskane w czasie wybiegu napędu. Pomiar drgań od strony napędowej, przypadek niewywaŝenia wirnika Zdarzały się przypadki zbyt duŝych luzów pomiędzy panewką, a czopem wału. Przypadek taki dla silnika o mocy 1 MW, 1480 obr/min zilustrowano na rys. 6. W widmie drgań bezwzglę-

Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 82/2009 121 dnych na stojaku łoŝyskowym łoŝyska, w którym luz ten występuje, obok składowych 1 f obr (24,8 ), 2 f obr (49,6 ) występuje, a następnie rośnie z upływem czasu składowa subharmoniczna ½ f obr (12,4 ). Zmiany w charakterze widma typu pojawienie się subharmonicznych 1/3 f obr, 2/3 f obr mogą świadczyć o występowaniu luzu w zabudowie panewek łoŝysk ślizgowych. Przypadek taki przedstawiono na rys. 7 dla silnika o mocy 2,13 MW, 1490 obr/min. W łoŝysku tego silnika od strony napędowej miał miejsce nieprawidłowy zacisk panewek spowodowany ich poluzowaniem. 3.162 Pomiar : 04.04 Rys. 7. Drgania bezwzględne stojaka łoŝyskowego od strony napędowej, kierunek V, V RMS, silnik o mocy 2,13 MW, 1490 obr/min, przypadek nieprawidłowego zacisku panewek, spowodowany ich poluzowaniem. Porównując potencjalne moŝliwości wnioskowania diagnostycznego na podstawie pomiaru drgań względnych i bezwzględnych podobnie jak i inni autorzy zajmujący się podobną tematyką [10], autor stwierdza, Ŝe dla maszyn posiadających łoŝyska ślizgowe, analiza drgań względnych pozwala na znacznie wcześniejsze zauwaŝenie rozwijającej się nieprawidłowości pracy silnika związanej z wirnikiem i łoŝyskami, aniŝeli analiza drgań bezwzględnych węzła łoŝyskowego. Dla zilustrowania tego wniosku przedstawiono na rys. 8 porównanie analizy widmowej drgań względnych i bezwzględnych dla silnika produkcji zachodniej o mocy 2 MW, 2960 obr/min. Rys. 8a przedstawia widmo dla drgań względnych, a rys. 8b 1000 Pomiar : 02.02 mm/s 0.1 1/2 fobr 12.40 0.01mm/s 24.80 2.34mm/s 49.60 0.26mm/s 2 fobr 74.40 0.21mm/s um 31.6256 2.00 4.53um 24.80 23.68um 1/2 fobr 49.60 35.67um 55.20 4.00um 74.40 6.30um 0.0032 Rys. 6. Drgania bezwzględne stojaka łoŝyskowego od strony napędowej, kierunek V, V RMS, silnik o mocy 1 MW, 1480 obr/min, przypadek zbyt duŝego luzu pomiędzy panewką, a czopem wału 31.62 Pomiar : 06.06 1 10 Pomiar : 19.19 49.60 1.98mm/s mm/s 1 8.40 0.13mm/s 1/3 fobr 16.40 0.12mm/s 2/3 fobr 24.80 3.44mm/s 49.60 2.35mm/s 74.80 1.69mm/s mm/s 0.3125 3.60 0.02mm/s 0.01 79.20 0.01mm/s 0.0316 Rys. 8. Silnik o mocy 2 MW, 2960 obr/min, ło- Ŝysko od strony napędowej, porównanie widm: a) widmo drgań względnych wału, b) widmo drgań bezwzględnych, obudowy łoŝyska V RMS widmo dla drgań bezwzględnych, wykonanych w tym samym czasie. W widmie drgań względnych widać bardzo wyraźnie składową subharmoniczną ½xf obr, a w widmie drgań bezwzględnych jeszcze nie widać składowej ½xf obr. Składowa ta w drganiach bezwzględ-nych pojawi się za jakiś czas, tak naleŝy do-

122 Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 82/2009 mniemywać. Interwencję serwisową podjęto po zauwaŝeniu anomalii w drganiach względnych. Interwencja okazała się uzasadniona. Stwierdzono, Ŝe luz pomiędzy panewką, a czopem był zbyt duŝy. Analiza drgań względnych wału silnika na łoŝyskach ślizgowych pozwoliła na znacznie wcześniejsze stwierdzenie rozwijającej się nieprawidłowości w pracy silnika (1/2xf obr ), związanej z wirnikiem i łoŝyskami, aniŝeli analiza drgań bezwzględnych obudowy łoŝyska. Drgania bezwzględne obudowy są ten-ciąŝane swoistą skazą. Uwzględniają one dro-gę przejścia sygnału drganiowego od wału przez warstwę oleju na obudowę. Sygnał drgań bezwzględnych zawiera informacje o stłumionym przez film olejowy sygnale drgań wału silnika. Oznacza to, Ŝe dla diagnostyki silników na łoŝyskach ślizgowych korzystniejsze jest dla większości przypadków anomalii pracy, analizowanie drgań względnych wału aniŝeli drgań bezwzględnych obudów łoŝysk. Najkorzystniejsze jest dysponowanie równocześnie wynikami drgań względnych i bezwzględnych. MoŜna wówczas wcześnie zauwaŝyć wszystkie istoten zakłócenia w pracy silnika, które znajdują odbicie w jego drganiach względnych i bezwzględnych. 5. Uwagi końcowe Diagnostykę silników na łoŝyskach ślizgowych moŝna prowadzić wykorzystując pomiary drgań bezwzględnych i drgań względnych. Porównując skuteczność wnioskowania diagnostycznego na podstawie pomiarów drgań względnych i bezwzględnych autor stwierdza, Ŝe analiza drgań względnych pozwala na znacznie wcześniejsze zauwaŝenie rozwijającej się nieprawidłowości pracy silnika związanej z wirnikiem i łoŝyskami, aniŝeli analiza drgań bezwzględnych węzła łoŝyskowego. Najkorzystniej, gdy diagnostykę łoŝysk ślizgowych moŝna prowadzić w oparciu o pomiary obydwu rodzajów drgań. 6. Literatura [1]. Bently Nevada Corporation: How to minimize electrical runout during rotor manufacturing. Applications Note. Minden, 1979. [2]. Bently Nevada Corporation: GLITCH, Definition of and Methods for Correction, including Shaft Burnishing to Remove Electrical Runout. Applications Note. Minden, 1990. [3]. Bently Nevada Corporation: Rotating Machinery Information Systems and Services. Applications Note. Minden, 1990. [4]. Dąbrowski M,: Konstrukcja maszyn elektrycznych. WNT, Warszawa, 1965,1997. [5]. Gincburg E.,L.: Remont i eksploatacja łoŝysk maszyn elektrycznych. PWT, Warszawa 1956. [6]. Gryboś R.: Dynamika maszyn wirnikowych. Wyd. IPPT PAN, Warszawa 1994. [7]. Kiciński J.: Teoria i badania hydro-dynamicznych poprzecznych łoŝysk ślizgowych. Wyd. IPPT PAN, Maszyny Przepływowe, tom 15, Wrocław, 1994. [8]. Klepacki F.: Określenie stanu technicznego ło- Ŝysk ślizgowych. Energetyka, nr 12, 2004, str.805-810. [9]. Muszyńska A.: Misalignment and shaft crack related phase relationships for 1X and 2X vibration components of rotor responses. Orbit, Volume 10, No. 2, September 1989, pp. 4-8. [10]. Muszyńska A.: Niestateczność drgań poprzecznych wirników wskutek zjawisk dynamicznych powstających w otaczającym płynie. Przegląd Mechaniczny, nr 1, 1993, str. 7-12. [11]. Norma ISO 7919 Mechanical vibration of nonreciprocating machines - Measurements on rotating shafts and evaluation criteria. [12]. Norma API 670 [13]. Szymaniec S.: Diagnostyka stanu izolacji uzwojeń i stanu łoŝysk silników indukcyjnych klatkowych w warunkach przemysłowej eksploatacji. Studia i Monografie z.193, Oficyna Wydawnicza Politechniki Opolskiej, 2006. [14]. Wysogląd B.: Metody reprezentacji drgań wałów maszyn wirnikowych w diagnostycznych bazach danych. Zeszyty Naukowe Politechniki Śląskiej, Mechanika zeszyt 126, Gliwice 1996. Autor Dr hab. inŝ. Sławomir Szymaniec prof. PO Politechnika Opolska. Wydział Elektrotechniki, Automatyki. i Informatyki. Instytut Układów Elektromechanicznych i Elektroniki Przemysłowej. 45-951 Opole ul. Luboszycka 7. s.szymaniec@po.opole.pl