View
215
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
INSTYTUT KONSTRUKCJI MASZYN
Laboratorium
POMIAR DRGA Ń MASZYN W ZASTOSOWANIU DO OCENY
OGÓLNEGO STANU DYNAMICZNEGO
Measurement of vibrations in assessment of dynamic state of the machine
Zakres ćwiczenia: 1. Podstawowe wielkości charakteryzujące drgania 2. Kryteria oceny drgań maszyn i urządzeń 3. Ocena stanu dynamicznego maszyn wg PN. 4. Ocena stanu dynamicznego maszyn wg IRD oraz VCI. 5. Pomiary drgań wybranych maszyn i urządzeń oraz ocena ich stanu dynamicznego.
Do wykonania przez studentów: 1. Zapoznać się z kryteriami oceny stanu dynamicznego maszyn wg PN, VCI oraz
IRD. 2. Wykonać pomiary drgań wybranych maszyn i urządzeń.. 3. Wykonać ocenę ich stanu dynamicznego. 4. Opracować wyniki pomiarów. 5. Zaliczyć ćwiczenie.
2
1. DRGANIA
Drgania mogą być rozpatrywane jako oscylacyjny ruch cząstki lub ciała względem punktu odniesienia. Na rys.1 przedstawiono wszystkie wielkości charakteryzujące sygnał drganiowy: amplitudę, okres drgań, wartość szczytową, średnią i wartością skuteczną (RMS), oraz wartością szczyt-szczyt.
Wartość szczyt-szczyt jest szczególnie uŜyteczna przy ocenie wibracji ze względu na krytyczne – maksymalne napręŜenia.
Wartość szczytowa, zawiera w sobie informacje wskazujące poziom krótkich przebiegów udarowych, nie biorą pod uwagę historii czasowej przebiegu.
Wartość średnia zawiera informację o przebiegu czasowym, ma ograniczone zastosowanie, poniewaŜ nie wykazuje prostej zaleŜności z jakąkolwiek uŜyteczną wielkością fizyczną.
Wartość skuteczna RMS - najlepiej charakteryzuje drgania, poniewaŜ uwzględnia ona zarówno historię czasową przebiegu, jak i zawiera informację o wielkości amplitudy.
Rys.1. Parametry charakteryzujące sygnał drganiowy.
Drgania moŜna określić za pomocą jednej z wielkości: przyspieszenia, prędkości oraz przemieszczenia moŜna. Dla przebiegów harmonicznych wszystkie te wielkości są ze sobą matematycznie ściśle powiązane w funkcji częstotliwości i czasu. Ta zaleŜność przedstawiona jest na rys.2:
3
Rys.2. ZaleŜności pomiędzy sygnałami przyspieszenia, prędkości i przemieszczenia
Najbardziej obecnie rozpowszechnionym przetwornikiem do pomiaru drgań jest akcelerometr piezoelektryczny. Posiada on szeroki zakres częstotliwości i zakres dynamiczny oraz wykazuje dobrą liniowość w całym zakresie pomiarowym. Jest stosunkowo wytrzymały i charakteryzuje się doskonałą stabilnością czasową charakterystyk. Przetwornik nie wymaga zewnętrznego zasilania, poniewaŜ sam generuje sygnał wyjściowy. Jego sygnał wyjściowy proporcjonalny jest do przyspieszenia i moŜe zostać łatwo przetworzony na sygnał prędkości i przesunięcia przy pomocy elektronicznych wzmacniaczy całkujących. Zasadę działania akcelerometru piezoelektrycznego pokazuje rysunek 3. Najistotniejszą częścią piezoelektrycznego czujnika przyspieszeń jest płytka materiału piezoelektrycznego. Zwykle jest to sztucznie spolaryzowany ferroelektryk – materiał, który przejawia właściwości piezoelektryczne. Poddany działaniu sił mechanicznych – rozciągających, ściskających czy teŜ tnących – generuje on na płaszczyznach polaryzacji ładunek elektryczny proporcjonalny do działających sił.
Rys.3. Zasada działania piezoelektrycznego przetwornika drgań
NajwaŜniejszymi parametrami akcelerometrów są: � czułość, � zakres częstotliwościowy (częstotliwość rezonansu), � poziom szumów własnych,, � maksymalny (szczytowy) zakres przetwarzania � masa własna.
2. KRYTERIA OCENY DRGAŃ MASZYN I URZĄDZEŃ
Kryteria oceny drgań maszyn i urządzeń są ustalone w normach, które moŜna podzielić na cztery następujące rodzaje:
• normy odbiorcze określające dla obiektu technicznego dopuszczalny stan wibracyjny, który jest jednym z mierników dokładności wykonania i montaŜu;
• normy eksploatacyjne określające dopuszczalny stan wibracyjny pracującego mechanizmu;
• normy sanitarne ograniczające szkodliwy wpływ drgań maszyn na fizjologiczne i psychologiczne stany człowieka;
• normy odporności wibracyjnej określające dopuszczalny poziom drgań pochodzących ze źródeł zewnętrznych, jakie mogą działać w sposób szkodliwy na określoną maszynę lub urządzenie.
4
3. OCENA STANU DYNAMICZNEGO MASZYN WG PN-ISO 10816- 1 ORAZ PN-90 N-01358.
3.1. Wstęp.
Norma PN-ISO 10816-1 podaje ogólne warunki i procedury pomiaru i oceny drgań na podstawie pomiarów przeprowadzonych na nie wirujących częściach maszyn. Kryteria oceny dotyczą zarówno intensywności drgań jak i jej zmiany w czasie eksploatacji.
3.2. Zakres cz ęstotliwo ści
Zgodnie z normą PN-ISO 10816-1 drgania maszyny powinny być mierzone w szerokim paśmie częstotliwości, obejmującym zakres widma częstotliwościowego maszyny. Według normy PN-90 N-01358 ocenę drgań maszyn wykonuje się w zakresie 10 – 1000 Hz..
3.3. Podział maszyn.
Tabela.1. Podział maszyn na grupy ze względu na ich wielkość i moc oraz sposób posadowienia
Klasa Moc i sposób posadowienia
I maszyny, w tym silniki o mocy do 15 kW
II maszyny średniej wielkości, w tym silnik o mocy 15÷75 kW bez specjalnych fundamentów oraz maszyny o mocy do 300 kW ustawione na fundamentach
III maszyny o mocy powyŜej 300 kW, w tym silniki o mocy powyŜej 75 kW,
posadowione na fundamentach spełniających warunki ustawienia sztywnego
IV maszyny o mocy powyŜej 300 kW, w tym silnik o mocy powyŜej 75 kW,
posadowione na fundamentach, spełniających warunki ustawienia spręŜystego (elastycznego)
3.4. Metody pomiarów
• Postanowienia ogólne
� Parametr mierzony i zakres cz ęstotliwo ści. W badaniach drgań maszyn naleŜy mierzyć wartość skuteczną prędkości drgań Vc w zakresie częstotliwości od 10 do 1000 Hz.
� Układ odniesienia . Prędkość drgań naleŜy mierzyć w trzech wzajemnie prostopadłych kierunkach.
• Warunki wykonania pomiarów
� Miejsce pomiarów . Pomiary prędkości drgań naleŜy przeprowadzić w miejscu eksploatacji badanej maszyny.
� Warunki pracy maszyny podczas pomiarów. Pomiary prędkości drgań naleŜy przeprowadzić podczas normalnej eksploatacji badanej maszyny.
• Przyrząd pomiarowy.
� Wymagania ogólne. Przyrząd zastosowany do badań powinien umoŜliwiać pomiar prędkości drgań. Charakterystyka częstotliwości przyrządu pomiarowego powinna mieścić się w przedziale ustalonych w normie odchyłek.
� Zakres cz ęstotliwo ści . Przyrząd pomiarowy powinien zapewniać pomiar wartości skutecznej prędkości drgań w paśmie częstotliwości od 10 do 1000 Hz.
� Dopuszczalny bł ąd toru pomiarowego . Do pomiaru prędkości drgań naleŜy stosować taki przyrząd aby błąd toru pomiarowego nie przekroczył 10%.
• Wykonanie pomiarów.
� Lokalizacja punktów pomiarowych . Pomiar prędkości drgań naleŜy wykonać na obudowach wszystkich łoŜysk, na wysokości wału maszyny
� Mocowanie przetworników drga ń. Sposób mocowania powinien zapewnić liniowe przetwarzanie badanego sygnału w zakresie 10 do 1000 Hz.
� Wynik pomiaru . Jako wynik pomiaru naleŜy przyjąć największą spośród odczytywanych wartości prędkości drgań.
5
• Ocena drgań.
� Kryteria oceny stanu pracy maszyn ze względu na wytwarzane drgania – wg tabl.
Tabela.2. Kryteria oceny stanu pracy maszyn ze względu na wytwarzane drgania
Klasa Wartość skuteczna prędkości Vc,
w mm/s , I II III IV
0,28 0,45 0,71
A
1,12
A
1,8 B
A
2,8 B
A
4,5 C B
7,1 C B
11,2 C
18 C
28 45
D D
D D
A – stan dobry B – stan zadowalający
C – stan przejściowo dopuszczalny D – stan niedopuszczalny
6
4. OCENA STANU DYNAMICZNEGO MASZYN WEDŁUG IRD ORAZ VCI.
• Wpływ szkodliwości drgań na maszyny w oparciu o wartości szczytowe amplitudy prędkości drgań.
Rys.4. Wykres ogólny szkodliwości drgań maszyn wg IRD Mechanalysis.
7
• Drganiowe stany graniczne opracowane przez VCI Ltd na podstawie pomiarów drgań korpusów i łoŜysk.
Rys.5. Drganiowe stany graniczne maszyn wg. VCI Ltd.
8
• Drganiowa klasyfikacja stanu maszyn.
Rys.6. Drganiowa klasyfikacja stanu maszyn na podstawie pomiarów drgań korpusu lub obudowy łoŜyska.
• Drganiowa klasyfikacja uszkodzeń:
� AA – katastrofalne; Wyłącz natychmiast! , A – groźne; Napraw w ciągu 48 h!, B – częściowe; Napraw w ciągu 21 dni!, C – niewielkie; Nie naprawiaj!, D – bez uszkodzeń; Nie naprawiaj!
• Amplituda efektywna liczona jest jako amplituda zmierzona × współczynnik dyspozycyjności. Wartość współczynnika dyspozycyjności zaleŜy od typu maszyny i wynosi odpowiednio:
� Silnik elektryczny, jednostopniowa pompa wirowa, wentylator – 1,0 � Typowe nieelektryczne maszyny – 1,0 � Turbina, generator, spręŜarka radialna, wielostopniowa pompa – 2,0 � Przekładnia zębata, pomiar na korpusie - 2÷3 � ŁoŜyska toczne – 0,5 � Urządzenia o nieznanych charakterystykach – 2,0
9
5. WYKONANIE ĆWICZENIA
• Szkic badanej maszyny .......................... (z zaznaczeniem punktów pomiarowych i kierunków).
• Pomiary drgań maszyny.
1
4 5
2
3
Rys.7. Schemat układu pomiarowego (1-enkoder, 2-akcelerometr, 3-miernik drgań, 4-przetwornik A/C,
5-komputer)
10
Rysunki 8 i 9 przedstawiają przykładowy zapis jednego cyklu pracy badanej maszyny.
0 5 10 15 20 25t [s]
0
500
1000
1500
2000
2500L
[mm
]
0
4
8
12
n onr [H
z]
0
5
10
15
v drg
an [m
m/s
]
Rys.8. Rejestracja czasowa przemieszczenia, obrotów oraz prędkości drgań (skuteczniej i szczytowej) w
wybranym węźle łoŜyskowym układu napędowego
0 500 1000 1500 2000 2500L[mm]
0
4
8
12
16
v drg
an [m
m/s
]
zakłócenia
Rys.9. ZaleŜność prędkości drgań wybranego węzła łoŜyskowego podczas pełnego cyklu pracy
11
Na podstawie analizy zarejestrowanych sygnałów naleŜy wykonać następujące czynności:
• narysować wykresy zmian rejestrowanych parametrów w funkcji czasu – patrz rys. 8,
• narysować wykresy zmian wartości skutecznej i szczytowej prędkości drgań podczas pełnego cyklu pracy – zaznaczyć zakresy brane pod uwagę do dalszej analizy,
• określić parametry podane w tabelach 3-5, dla kaŜdego przypadku pomiarowego,
• dokonać oceny stanu dynamicznego maszyny wg wszystkich podanych kryteriów,
• porównać oceny, wyciągnąć wnioski.
Tabela.3. Wyniki analizy
Punkt nr.................. Kierunek pomiaru
n [obr/min] vRMS
[mm/s] vpeak
[mm/s] CRF
[-]
śred: śred: max: śred:
Tabela.4. Wyniki analizy
Punkt nr.................. Kierunek pomiaru
n [obr/min] vRMS
[mm/s] vpeak
[mm/s] CRF
[-]
śred: śred: max: śred:
Tabela.5. Wyniki analizy
Punkt nr.................. Kierunek pomiaru
n [obr/min] vRMS
[mm/s] vpeak
[mm/s] CRF
[-]
śred: śred: max: śred:
• Ocena stanu dynamicznego wg IRD, VCI oraz PN.
Tabela.6. Ocena stanu dynamicznego
Lp Punkt
pomiarowy Kierunek
fn [Hz]
Ocena stanu dynamicznego wg IRD (rys.3)
Ocena stanu dynamiczne
go wg VCI (rys.2)
Klasyfikacja stanu
dynamicznego wg rys.4
Klasyfikacja stanu
dynamicznego
wg PN
1
• Wnioski
12
6. LITERATURA
[1] Cempel Cz. „Podstawy wibroakustycznej diagnostyki maszyn”, Wydawnictwa Naukowo – Techniczne, Warszawa 1982.
[2] Engel Z. „Ochrona środowiska przed drganiami i hałasem” PWN Warszawa 2001.
[3] Łączkowski R. „Wibroakustyka maszyn i urządzeń” WNT, Warszawa 1982.
[4] PN-ISO 10816-1 Ocena drgań maszyn na podstawie pomiarów na częściach niewirujących. wytyczne ogólne.
[5] PN-90/N-01358 Drgania. Metody pomiarów i oceny drgań maszyn
Recommended