f = 1/T [Hz] Pomak Brzina Vibracijska amplituda Akceleracija

Transcript

1 Mjerenje vibracija osovine rotora beskontaktnim senzorima TFR, , izv. prof. dr. sc. Roberto Žigulić Katedra za dinamiku strojeva Zavod za tehničku mehaniku Vježba 5. Beskontaktno mjerenje vibracija rotora Kinematika vibracija Senzori Norme za dozvoljene vibracije Laboratorijska mjerenja 2

2 Kinematika vibracija Temeljne vibracijske veličine Amplituda vibracijskog pomaka [mm] A a C B t b c 3 Fazni pomak odziva vibracijskog pomaka, vibracijske brzine i vibracijskog ubrzanja + a v d t d = mm v = mm/s a = mm/s 2 4

3 Veza između vibracijskih veličina d d t T x= d sin( ωt+ ϕ) Pomak max = d max Brzina max = v max =2 π f d max f = 1/T [Hz] Ubrzanje max = a max =2 π f v max =4 π 2 f 2 d 2 max 5 Vrijednosti vibracijskih veličina u ovisnosti o frekvenciji Vibracijska amplituda 10 Pomak 1.1 Brzina Akceleracija Frekvencija Hz 6

4 Vibracijske veličine za iskazivanje vibracija x(t) v(t) RMS peak t peak to peak RMS 1 T = T 0 ( ( )) 2 v t dt 7 Veza između vibracijskih veličina za iskazivanje vibracija Razmah (p-p) Maksimalna vrijednost (p) Efektivna vrijednost (RMS) Srednja vrijednost (AVE) Razmah (p-p) 1,00 0,50 0,35 0,32 Maksimalna vrijednost (p) 2,00 1,00 0,71 0,64 Efektivna vrijednost (RMS) 2,83 1,41 1,00 0,90 Srednja vrijednost (AVE) 3,14 1,57 1,11 1,00 RMS 1 T = T 0 ( ( )) 2 v t dt AVE 1 T = T 0 xdt 8

5 Kružno gibanje kao izvor harmonijskog gibanja eliptično gibanje = 2 harmonijska gibanja istim amplitudama, na međusobno okomitim pravcima Kružno gibanje = 2 harmonijska gibanja istim amplitudama, fazno pomaknutim za 90 stupnjeva na međusobno okomitim pravcima 9 Vremenski i frekvencijski zapis vibracija Hz Frekvencijska Frekventna domena Vremenska domena s 10

6 Transformacija iz vremenske u frekvencijsku domenu Čisti sinusni val sekunde Hz Kombinacija 2 sinusna vala sekunde Vremenska domena Brza Fourierova transformacija (FFT) ( ) = 0+ 1 sin( ω1t + ϕ1) + a sin ( ωt ϕ )... a sin( ωt ϕ ) x t a a n n n Hz ( ) = + sin( ωt+ ϕ ) x t a a 0 n i= 1 i i i 11 Primjer kompleksnih vibracija kod reduktora 12

7 Senzori za mjerenje vibracija Beskontaktni senzor pomaka x mm µm mils Radi na principu vrtložnih struja. Magnetsko polje proizvedeno izmjeničnom strujom oko zavojnice inducira vrtložne struje u bilo kojem električki vodljivom materijalu u blizini zavojnice. Zato je takve senzore prije mjerenja potrebno kalibrirati tj. prednamjestiti na voltažu -12 V te se pomak vodljivog materijala od osovine registrira u obliku rasta (opadanja) voltaže. Osjetljivosti senzora (npr. 8 mv/µm). 13 Kontaktni senzor brzine Kontaktni senzor vibracijske brzine radi u skladu s elektrodinamičkim principom. Napon proporcionalan vibracijskoj brzini inducira se u zavojnici koja je zavješena u polju permanentnog magneta pomoću dvije helikoidne membranske opruge koje s oprugom tvore vibracijski sustav masa-opruga. v mm/s mils/s 14

8 Kontaktni senzor ubrzanja Kontaktni senzor vibracijskog ubrzanja radi u skladu s piezoelektričkim principom. Piezoelektrički efekt kvarca se koristi za pretvaranje mehaničkog gibanja u istezanje ili sabijanje kvarza u kojem, zbog polarizacije molekula, nastaje električni naboj. Izmjereno vibracijsko ubrzanje se u mjernom instrumentu pomoću elektroničkog integratora jednostavno pretvara u vibracijsku brzinu ili vibracijski pomak a mm/s 2 g 15 Frekvencijsko područje rada pojedinih senzora a 2Hz - 20 khz Hz 0-2 khz Hz v 16

9 Beskontaktni mjerni senzor IN 085 Bruel & Kjaer Mjerenje relativnih vibracija osovine i relativnih pomaka osovine Mjerenje na principu vrtložnih struja u frekv. području Hz Mjerna osjetljivost -8mV/µm za materijal 42CrMo4, za ostale iz tablice Linearno mjerno područje za mjerenje pomaka 1,5 mm Greška osjetljivosti ± 5% na sobnoj temp., ± 10% pri radnim temper Mjerno područje pomaka sa dodatnim odstupanjem od 5% 2,4 mm Prosječni radni položaj napon odmaka 9V 17 Krivuljne karakteristike senzora pomaka 1. Prijenosna karakteristika U=f(s) (napon kao funkcija udaljenosti) 2.Karakteristika osjetljivosti du/ds=u s (jer je mjerna osjetljivost -8mV/µm) 18

10 Temeljni zahtjevi za postavljanje beskont. senzora 19 Optički referentni senzor P - 84 Bruel & Kjaer Radi na fotoelektričnom principu Emitira se svjetlosna zraka na dio stroja koji se ispituje Emitirana svjetlosna zraka se odbija od referentne oznake nalijepljene na dijelu stroja koji se ispituje Fototranzistor na vrhu referentnog senzora, okidan (trigger) od reflektirane zrake, uzroluke promjenu izlaznog signala 20

11 Preporuke za postavljanje referentnog senzora Optimalna udaljenost od osovine mm Kut nagiba s obzirom na vertikalu Postotak okidača za reflektirajuću foliju 50-90% 21 Standard za mjerenje vibracija na rotirajućim osovinama Za provođenje industrijskih mjerenja procedure koje se provode, propisane su međunarodnim standardima. ISO/FDIS standard bavi se upravo mjerenjima vibracija na rotirajućim osovinama. 22

12 Zona A - vibracije novo instaliranih strojeva Zona B - dozvoljene vibracije strojeva predviđenih za dugotrajnu eksploataciju bez ograničenja Zona C - nedozvoljene vibracije strojeva predviđenih za dugotrajnu eksploataciju bez ograničenja (stroj se može eksploatirati samo kratkotrajno) Zona D - nedozvoljene vibracije strojeva koje uzrokuju njihovo uništenje 23 Uzrok vibracija - maseni debalans 1X 2X X Hz Masa na prepustu br zi na, vrijeme Maseni debalans rotira sinhrono s rotorom te se očitava isključivo preko dominantnog prvog harmonika brzine vrtnje i to samo u radijalnom (horizontalnom i vertikalnom) smjeru. 24

13 Laboratorijska mjerenja Vlastiti oblik Vlastita frekvencija f, Hz Modalno prigušenje ζ, - Prva fleksijska forma 28,00 0,015 Prva torzijska forma Druga fleksijska forma 135,25 145,00 0,005 0,01 25 Vibracije diska rotora u horizontalnom smjeru 0,3 0,2 0,1 0 0,0 500,0 1000,0 1500,0 2000,0 2500,0 3000,0 3500,0 4000,0 n, min^ ,0 26

14 Orbite rotora 27 Popis mjerenja u sklopu ove laboratorijske vježbe Mjerenje brzine vrtnje osovine Mjerenje vibracija osovine rotora u dva međusobno ortogonalna smjera pri konstantnoj brzini vrtnje (osciloskop) Mjerenje orbite rotora Kontinuirano mjerenje vibracija prolaskom kroz kritičnu brzinu vrtnje (tzv. run-up i run-down analiza ) 28