Introducere in Vibratii

7/27/2019 Introducere in Vibratii

1/6

Introducere n vibraii Ref.doc. MI 119 -NOT TEHNIC

MOBIL INDUSTRIAL AG-@2013 1

Introducere n vibraii

Ce este vibraia?

Vibraia reprezint rspunsul unui sistem la un stimul intern sau extern, care face acestsistem s oscileze.De obicei lumea consider c vibraiile n sine deterioreaz utilajele dinamice,lucru neadevrat. De fapt, prejudiciile create se datoreaz diferitelor tipuri de solicitrimecanice i termice, pe scurt sarcinilor dinamice, la care sunt supuse toate organele de mainin micare, fapt care diminueaz dramatic rezistena la oboseal a materialelor. Prin urmare,sarcinile dinamice sunt cauza apariiei i dezvoltrii vibra iilor. Evident, diferite tipuri de utilajeprezint tolerane diferite la vibraii!

Care este cauza vibraiilor?

Literalmente exist sute de probleme specifice, care pot conduce la expunerea la vibra iiexcesive a unui utilaj dinamic. Pentru a gsi sursa vibraiilor, se impune efectuarea unei analizedetaliate de vibraii.

Forele care au ca rezultat producerea de vibraii n exces sunt generate, de obicei, demicarea de rotaie a organelor de maini sau de frecvena liniei de alimentare electric . Atuncicnd apare o stare de funcionare defectuoas, cel puin una dintre frecvenele mai j osmenionate va coincide cu frecvena de defect, frecven la care apar vibraii de amplitudinesemnificativ. Exist mai multe tipuri de frecvene proprii organelor de maini implicate ndiferite tipuri de micri mecanice, n timpul funcionrii utilajelor dinamice, i anume:

Frecvena de rotaie a arborelui Frecvenele proprii barelor rotorice la motoare electrice Frecvenele liniei electrice de alimentare Frecvenele proprii ale angrenajelor Frecvenele proprii ale paletelor rotoarelor Frecvenele proprii ale rulmenilor

Frecvena proprie coliviei Frecvena proprie elementelor de rostogolire Frecvena proprie inelului interior Frecvena proprie inelului exterior

Frecvenele proprii ale curelelor de transmisie Frecvene proprii polilor statorului Frecvena specifice turbioanelor de ulei la mainile cu lagre de alunecare Frecvene specifice de sarcin (datorate ncrcrii externe a utilajelor) Vibraii aleatorii Frecvene naturale.

Msurarea vibraiilor

De vreme ce vibraia este caracterizat de o micare oscilatorie, putem pur i simplu msuravaloarea deviaiei de la poziia de echilibru, parametru care n vibraii este cunoscut sub numelede deplasare de vibraie. n mod uzual ne referim la valoarea msurat vrf-la-vrf a deplasrii,

pe care o putem exprima n microni. Oricum deplasarea este exprimat n funcie de frecven.Astfel, putem aprecia c o deplasare de 30 m la o turaie de 1000 RPM este la fel de distructiv


2/6

Ref.doc. MI 119 -NOT TEHNIC Introducere n vibraii

2 MOBIL INDUSTRIAL AG-@2013

precum o deplasare de 300 m la o turaie de 100 RPM, tiind c frecvena este inversul turaiei.Acest lucru ngreuneaz mult stabilirea nivelelor de alarm pentru evaluarea strii defuncionare a utilajelor. Nu trebuie s uitm c orice surs de vibraii contribuie la cretereastrii de uzur final a utilajului. Starea general de funcionare a unei mainii poate fideterminat numai printr-o msurare a nivelului total de vibraii, care s ia n consideraretoate frecvenele de vibraie cu ponderi relativ egale. Acest lucru se poate realiza utiliznd

prima diferenial a deplasrii de vibraie, i anume viteza de vibraie. Viteza de vibraie este o msur a turaiei la care o component a mainii sau ntreaga

main este se mic, acesta fiind supuse n plus i unei micri de oscilaie. Viteza de vibraieeste msurat n mm/s . Ca indicator al strii generale de oboseal a utilajelor, nivelele totale alevitezei de vibraie sunt constante n intervalul 500120000 CPM. Este vorba aici despremajoritatea mainilor cu arbori aflai n micare de rotaie i despre organe de maini angrenatentre ele. La frecvene de vibraie mult sub 500 CPM se efectueaz citiri de deplasare de vibraiei la frecvene de vibraie peste 120000 CPM, vom aplica vitezei de vibraie metoda matematicde difereniere, obinnd acceleraia de vibraie.

Unitatea de msur pentru acceleraia de vibraie este g, unde g este multiplu alacceleraiei gravitaionale (9,81 m/s2). Ca indicator al strii de oboseal a utilajului, acceleraia este

constant peste 120 000 CPM.n concluzie putem spune:

1. Vom efectua msurtori de vitez de vibraie la toate utilajele.2. Vom efectua msurtori de acceleraie la utilaje la care ne ateptm la frecven e de defect

peste 120 000 CPM.

n figura de mai sus se poate observa relaia dintrecei trei parametri de vibraie (deplasare,vitez, acceleraie de vibraie) i frecven.

Nivele de alarm

Aa cum am spus mai devreme, tipuri diferite de maini au tolerane diferite la vibraii. Pentru aextinde aceast afirmaie, putem spune c, dac dou maini sunt supuse aceleiai solicitri dinamice,amplitudinea vibraiilor la maina cu rezisten dinamic mai mare, va fi mai mic dect la maina curezisten dinamic sczut. De exemplu, dac o main este fixat pe un suport elastic, atuncivibraiile vor crete datorit rezistenei dinamice sczute a mainii respective la aceleai solicitrimecanice, comparativ cu fixarea pe suport rigid. Stabilirea unui prag de alarm ofer, atunci cnd este


3/6



cazul, un avertisment c s-a atins o valoare predefinit de vibraie, considerat inacceptabil lafuncionarea normal, sau c a aprut o schimbare semnificativ n starea utilajului respectiv. ngeneral, un utilaj poate funciona la nivelul de alarm un anumit timp, n care se efectueaz investigaiipentru identificarea problemei care a determinat atingerea nivelului respectiv de vibraii i pentrudefinirea aciunilor de remediere.De fapt, nu vorbim despre un nivel de alarm, ci mai degrab despreun interval sau un domeniu de alarm. Atunci cnd o main atinge valoarea superioar a acestui

domeniu, considerat critic , atunci categoric se impune oprirea imediat a mainii i reparareaacesteia. Nivelele critice sunt prevzute n standardul ISO 10816-1:1995(E), din care am extrasurmtorul rezumat:

CLASA Descriere

Val.

Vrfmm/s

Val.

RMS

mm/s

IMaini acionate de motoare electrice sub 15 KW, fixate rigid pefundaie.

10 7,1

II

Maini acionate de motoare electrice cu puteri ntre 15 KW i 75KW, fixate rigid pe fundaie sau maini acionate de motoareelectrice sub 15 KW, fixate flexibil pe fundaie cu papuci vibro-izolatori. Maini cu motoare pn n 300 KW, foarte bine rigidizate pefundaii uoare, speciale.

16 11,2

III

Maini acionate de motoare electrice peste 75 KW fixate rigid pefundaii solide, grele. Maini acionate de motoare electrice ntre15 KW i 75 KW montate flexibil pe fundaie, cu papuci vibro-izolatori.

25 18

IV

Maini acionate de motoare electrice puternice, peste 300 KW,montate pe fundaii izolate mpotriva ocurilor i vibraiilor, caresunt relativ flexibile pe direcia de msurare a vibraiilor (de ex.turbine cu putere la ieire peste 10 MW).

40 28

Energia n regim tranzitoriu la frecvene mari

Din discuia anterioar reiese faptul c parametrii precum deplasarea, viteza sau acceleraiade vibraie nu pot cuantifica corect i complet starea de degradare a unui rulment, de pild, saualte tipuri de defecte caracterizate de semnale de joas amplitudine, de impulsuri de scurt duratsau de impulsuri de energie. Este vorba despre regimul tranzitoriu.

Dac asupra unui element oarecare se aplic un impact, atunci acesta va tinde s vibreze sau s sune la frecvena sa natural. Dac exist un defect la un rulment, efectul acestuia asuprarulmentului va fi similar cu acela al impactului produs de un mic ciocan i va face rulmentul ssune la frecvena sa naturalchiar dac acesta se afl montat pe un utilaj. Acelai lucru estevalabil pentru un angrenaj defect. Calcularea tuturor acestor frecvene naturale ar fi o sarcinenorm. Prin urmare se folosete un filtru setat s elimine de obicei toate frecvenele sub 5 kHz ,astfel nct s se ia n considerare numai vrfurile aprute la frecvenele peste pragul prestabilit.Aceast tehnic de filtrare v ofer o informaie direct proporional cu cantitatea de contactmetal - metal din sistem. Cum este vorba despre o frecven nalt la care apare per iodic, nucontinuu, un impact n regim de tranziie, observm c valoarea energiei dezvoltate n regimtranzitoriu este cu att mai mare cu ct cantitatea de contact direct metal-metal din sistem este

mai mare. Unitatea de msur pentru energia n regim tranzitoriu este g . Energia n regim


4/6



tranzitoriu este un parametru specific rulmenilor. Nu se poate face diagnosticarea rulmenilor, nlipsa unei msurtoride energie n regim tranzitoriu.

Cum se msoar vibraiile?

Pentru a msura vibraiile, trebuie s transformm oscilaiile mecanice n semnale electrice. n

acest sens, pentru a fi msurat, vibraia perceput pe un reper anume trebuie transformat nsemnal electric, prin intermediul unui traductor de vibraie. Primele traductoare de vibraieconstau dintr-o tij cu unul dintre capete aflat n contact direct cu arborele n micare, iar cellaltcapt prevzut cu un magnet cu bobin, pentru producerea unui semnal electric i erau cunoscutesub numele de traductoare de deplasare cu contact. n prezent nu se mai folosesc. Urmtoareageneraie de traductoare de vibraie, cunoscute sub denumirea de traductoare de vitez inductiveau fost alctuite dintr-o carcas, avnd suspendat n centru o bobin nfurat n jurul unei maseseismice i dintr-o parte fix, format dintr-un magnet permanent, cu rolul de a induce un cmpmagnetic puternic. Cele mai comune traductoare folosite n zilele noastre sunt accelerometrele,care au ca senzor primar un cristal piezoelectric capabil s acumuleze sarcina electric atunci cndeste supus unui efort (de exemplu unei vibraii). n prezent, se utilizeaz toate tipurile detraductoare, dar majoritatea colectoarelor de date folosesc accelerometre.

Semnalul de ieire al traductorului este n continuare procesat cu tehnologii moderne dememorare, filtrare i descompunere n frecvene componente . De obicei, accelerometrele au obaz magnetic, ceea ce le permite ataarea n punctele de msurare pentru efectuareamsurtorilor periodice, dar se pot instala i permanent, cu prezon, pentru efectuareamsurtorilor continue sau pentru msurarea n puncte greu accesibile.

Frecvena de vibraie

Figura urmtoare prezint un semnal de vibraie brut:

Se observ c acest grafic se compune din diferite frecvene, unele dintre ele repetitive,altele ne-repetitive.


5/6



Pe axa OY este reprezentat amplitudinea vibraiei, iar pe OX este frecvena de vibraie. Dinaceste grafice se observ uor frecvenele dominante din spectru, i deci frecvenele la careapar defectele.

Dup cum spuneam anterior, vibraiile prezint anumite caracteristici, printre care frecvena

de vibraie i direcia de msurare. Dac ar fi posibil am efectua citiri ale vitezei de vibraie pedirecie vertical, orizontal i axial pentru fiecare lagr din sistem. Din pcate, nu ntotdeaunaavem acces la punctele de msurare, datorit, de pild cuplajelor sau aprtorilor transmisiilor cucurele. Deci nu este ntotdeauna posibil obinerea tuturor msurtorilor.

Direciile de msurare a vibraiilor

Din motive de securitate sau din raiuni de protejare a mediului ambiant, utilajele modernesunt din ce n ce mai bine protejate de carcase, care ngreuneaz foarte mult accesul la punctele demsurare din care se pot colecta citiri elocvente. Acest neajuns se poate rezolva prin fixareapermanent a traductoarelor n punctele de interes, urmat de preluarea semnalului n afaracarcasei utilajului la un conector electric, la care se poate cupla uor colectorul de date.

Analiza vibraiilor, instrument incontestabil n ntreinerea predictiv

Implementarea unui sistem de ntreinere predictiv impune parcurgerea urmtoarelor etape:

1) Colectarea urmtoarelor informaii referitoare la utilajele incluse n programul de ntreinerepredictiv:

a. Denumirea utilajuluib. Turaia de lucru a utilajuluic. Tipul de utilaj (ventilator, motor electric, cutie de viteze, pomp etc.)d. Stabilirea punctelor de msurare (ct mai aproape de lagre), numerotate de la captul liber

al utilajului ctre captul conectat la utilajul de antrenare.e. Stabilirea direciilor de msurare (vertical, orizontal sau axial), innd cont de tipul de


6/6



utilaj pe care l msurai (orizontal, vertical)

f. Stabilirea unitilor de msur pentru vibraii.2)Cu ajutorul informaiilor colectate se va ntocmi ntr-un calculator o baz de date n care se vor

ordona ierarhic traseele sau rutele de msurare, utilajele, n ordinea n care apar fizic n teren,punctele i direciile de msurare. Informaiile de mai sus se vor completa i cu nivelele de

alarm pe care le vei stabili aa cum am discutat anterior.3)Ruta respectiv se va ncadra n programul software de ntreinere predictiv de care dispunei, nformatul cerut de acesta.

4)Din programul software specializat, ruta se transfer n colectorul de date.5)Se efectueaz colectarea datelor, pe teren, cu ajutorul colectorului de date.6)Msurtorile din colectorul de date se transfer n programul software pentru prelucrare.7)Calculatorul genereaz o list a tuturor citirilor care depesc nivelele de alarm pe care

le-ai stabilit anterior.

8)Pe baza datelor obinute se efectueaz analiza i diagnoza.9)Procesul se finalizeaz prin stabilirea concluziilor i recomandrilor, pe baza diagnozei efectuate laetapa anterioar.

Repetnd periodic msurtorile, vei obine un istoric al fiecrui utilaj, care v permite s apreciaievoluia n timp a utilajului respectiv i s anticipai probabilitatea apariiei eventualelor evenimente dintimp, ceea ce v ofer posibilitatea interveniei asupra utilajului deteriorat, atunci cnd consideraioportun, i nu atunci cnd acesta intr n colaps. Perioada de timp la care repetai msurtorile nutrebuie s fie exagerat de mare, deoarece putei pierde evenimente importante n evoluia mainiirespective, i v putei afla la un moment dat n situaia cderii iminente a utilajului n cauz.

Documents

Introducere in Vibratii