ΑΣΚΗΣΗ 3. έκδοση ΕΧ b

Transcript

1 ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΔΥΝΑΜΙΚΗΣ & ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ & ΑΥΤΟΜΑΤΟΥ ΕΛΕΓΧΟΥ ΣΧΟΛΗ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΑΣΚΗΣΗ 3 έκδοση ΕΧ b

2 Copyright Ε.Μ.Π Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών Εργαστήριο Δυναμικής και Κατασκευών κτ. Μ αιθ. Μ002 Με επιφύλαξη παντός δικαιώματος. Απαγορεύεται η χρήση, αντιγραφή, αποθήκευση και διανομή της παρούσας παρουσίασης, εξ ολοκλήρου ή τμήματος αυτής, για πάσης φύσεως εμπορικό ή επαγγελματικό σκοπό. Επιτρέπεται η ανατύπωση, αποθήκευση και διανομή για σκοπό μη κερδοσκοπικό, εκπαιδευτικής ή ερευνητικής φύσεως, υπό την προϋπόθεση να αναφέρεται η πηγή προέλευσης και να διατηρείται το παρόν μήνυμα. Πληροφορίες Δρ. Ι. Αντωνιάδης, Καθηγητής, antogian@central.ntua.gr, Δρ. Χ. Γιακόπουλος, ΕΔΙΠ, chryiako@central.ntua.gr,

3 Άσκηση 3: εκφώνηση Δίνεται ο ανεμιστήρας τροφοδοσίας αέρα λέβητα μιας βιομηχανικής εγκατάστασης. Καταγράφονται σε τρεις διαφορετικές χρονικές στιγμές σε διάστημα τριών μηνών οι κραδασμοί της μηχανής. Το συνολικό επίπεδο κραδασμών της μηχανής σε κάθε μέτρηση υπολογίσθηκε στα 4,54 mm/sec rms, 5,81 mm/sec rms και 7,01 mm/sec rms, αντίστοιχα. Η μηχανή σύμφωνα με το διεθνή κανονισμό VDI 2056 ανήκει στην κατηγορία G. Στο σχήμα 1 παρουσιάζονται τα φάσματα των μετρούμενων σημάτων. Ο κινητήρας στρέφεται με 1320 rpm. Ο κλωβός του κινητήρα αποτελείται από 22 ράβδους. Η συχνότητα τουδικτύου f L είναι 50 Hz.Οάξοναςτουκινητήρασυνδέεταιμεμεταλλικόσύνδεσμομετον άξονα της πτερωτής. Η πτερωτή αποτελείται από Ν=20 πτερύγια. Οι χαρακτηριστικές συχνότητες των ένσφαιρων τριβέων, που είναι ίδιου τύπου, υπολογίζονται από τις ακόλουθεςσχέσεις: BPFO=4,114xf r, BPFI=9,063xf r, FTF=0,376xf r και BSF=1,017xf r,όπου f r ησυχνότηταπεριστροφήςτουκινητήρα.

4 Άσκηση 3: εκφώνηση ,92 87,89 Gs rms 21, Hz Gs rms 43,95 65,92 87, , Hz Gs rms 43,95 21,97 65,92 87,89 131,8 263, Hz Σχήμα 1: Φάσματα των σημάτων που καταγράφηκαν στον ανεμιστήρα τροφοδοσίας.

5 Άσκηση 3: εκφώνηση Ζητούνται τα ακόλουθα: 1. να αναλύσετε τα φάσματα του σχήματος 1, να εντοπίσετε τον τύπο της/των βλάβης/ών της μηχανής, την αιτία που προκάλεσε την/τις βλάβη/ες. 2. εάν το τελευταίο μετρούμενο σήμα καλύπτει τις απαιτούμενες προϋποθέσεις να σχεδιασθεί κατά προσέγγιση το φάσμα του αποδιαμορφωμένου σήματος του. Να περιγράψετε και τη διαδικασία. 3. εάν ήσασταν ο/η υπεύθυνος μηχανικός του τμήματος συντήρησης της βιομηχανίας, ποιες θα ήταν οι επόμενες κινήσεις σας μετά από την ανάλυση των παραπάνω σημάτων. Όλες οι εκτιμήσεις και τα αποτελέσματα θα πρέπει να αιτιολογηθούν με σαφήνεια.

6 1. Οι χαρακτηριστικές συχνότητες βλάβης για τον ανεμιστήρα είναι οι ακόλουθες: συχνότητα περιστροφής άξονα του κινητήρα f r =U r /60=1320 rpm/60 sec=22 Hz συχνότητα του δικτύου f L =50 Hz συχνότητα περάσματος των πτερυγίων της πτερωτής BPF (Blade Pass Frequency)=N x f p =20πτερύγια x 22 Hz= 440 Hz συχνότητα ρυθμού περάσματος των ράβδων του κλωβού του κινητήρα RBPF (Rotor Bar Pass Frequency)= RB x f r =22 rotor bars x 22 Hz=484 Hz χαρακτηριστικές συχνότητες βλάβης των ρουλεμάν BPFO=4,114 x f r =4,114 x 22 Hz= 90,51 Hz BPFI=9,063 x f r =9,063 x 22 Hz= 199,39 Hz BSF=1,017 x f r =1,017 x 22= 22,37 Hz FTF=0,376 x f r =0,376 x 22 Hz= 8,27 Hz Επίσης, στο φάσμα μπορούν να εμφανισθούν οι αρμονικές των παραπάνω χαρακτηριστικών συχνοτήτων βλάβης και ιδιοσυχνότητες που διεγείρονται σε κάποιες περιπτώσεις βλαβών (π.χ.φθαρμέναρουλεμάν).

7

8 Στοφάσμαεμφανίζεταιμιασειράαπόαιχμές.Ηαιχμήστα 21,97 Hzδεσπόζειστοφάσμαέναντιτων υπολοίπων με πλάτος ~ 1,6 gs. Αυτή η συχνότητα αντιστοιχεί στην f r, που είναι η συχνότητα περιστροφής του άξονα της μηχανής. Οιαιχμέςστιςσυχνότητες 65,92 Hz (~ 0,3 gs)και 87,89 Hz (~ 0,45 gs)πρέπεινααφορούντην 3 η και 4 η αρμονικήτηςσυχνότητας f r. Οι πληροφορίες αυτές σχετίζονται με κακή ευθυγράμμιση, εκκεντρότητα, κυρτόμενο πρόβολο ή αζυγοσταθμία. Επειδή, δεν έχουν καταγραφεί φάσεις που η διαφορά τους θα μπορούσε να περιγράψει την κίνηση της μηχανής, θα βασισθούμε στον ΟΑ και την μορφή του φάσματος. Σε αρχικά στάδια μιας βλάβης με κοινά χαρακτηριστικά/πληροφορίες είναι δύσκολο να διακρίνουμε τον τύπο της βλάβης. Όμως, καθώς εξελίσεται η βλάβη, τα χαρακτηριστικά της κυριαρχούν υποδεικνύοντας καθαρά τον μηχανισμό της βλάβης που τα παράγει. ΗτιμήΟΑ 1 =4,54 mm/sec rmsυποδεικνύειπροχωρημένηφθρά.άρα,ταχαρακτηριστικάπουαφορούν το μηχανισμό βλάβης θα πρέπει να έχουν αναπτυχθεί πλήρως. Η ενέργεια φαίνεται να μοιράζεται σε όλεςτιςυπάρχουναρμονικέςτης f r καιόχιμόνοστην 1 η αρμονικήτης.συνεπώς,ηπιθανότητακακής ευθυγράμμισης υπερτερεί έναντι της πιθανότητας αζυγοσταθμίας. Η εξέλιξη του φαινομένου ή η μέτρηση φάσεων θα βοηθήσουν τα ασφαλοί συμπεράσματα της ανάλυσης. Επομένως, ο ανεμιστήρας εμφανίζει πιθανότατα κακή ευθυγράμμιση, δίχως, όμως, να αποκλείεται με σιγουριά η αζυγοσταθμία.

9

10 , 9 7 f r G s r m s , , , 8 9 2f r 3f r 4f r Hz - BPFO BPFO f n BPFO + BPFO BPFO + 2BPFO BPFO Στην υψίσυχνη περιοχή του φάσματος ( Hz), παρατηρείται μια ομάδα αιχμών που ισαπέχουν 88 Hz. Η αιχμή στα 1233 Hz κυριαρχεί, λαμβάνοντας μεγάλο μέρος της ενέργειας της διεγειρόμενης περιοχής, ενώ τα πλάτη των υπολοίπων αιχμών που την περιβάλουν πλευρικά μειώνονται. Η μορφή αυτή υποδεικνύει διέγερση ιδιοσυχνότητας από κάποιο κρουστικό φαινόμενο της οποίας το πλάτος είναι 1 φορά διαμορφωμένο. Έτσι, θεωρείται πιθανή φθορά εξωτερικού δακτυλίου ρουλεμάν και αποκλείονται η φθορά εσωτερικού δακτυλίου και στοιχείου κύλισης ρουλεμάν.

11 Η συχνότητα f d =88 Hz σχετίζεται με την ονομαστική συχνότητα βλάβης BPFO και ενισχύει το συμπέρασμα της ανάλυσης. Επίσης, ισχύει 1233/88=14,01, που υποδεικνύει πως οι αιχμές στην υψίσυχνη περιοχή είναι αρμονικές της BPFO (επιπλέον ένδειξη του συγκεκριμένου μηχανισμού βλάβης). Η αιχμή στα 1233 Hz πρέπει είναι το πλησιέστερο ακέραιο πολ/σιο της BPFO στη διεγειρόμενη ιδιοσυχνότητα f n1,γι αυτόέχεικαιτομεγαλύτεροπλάτος. Επομένως, η κακή ευθυγράμμιση εξελίσσεται, και παράλληλα (μεγάλη πιθνότητα) προκαλεί φθορά στον εξωτερικό δακτύλιο του ρουλεμάν.

12

13 f r G s r m s , , , , , 8 2f r 2 6 3, 7 4f r ή 4f r +BPFO 3BPFO - 2BPFO BPFO f n BPFO f n BPFO Hz 3f r 6f r 12BPFO 13BPFO 14BPFO 15BPFO 16BPFO 17BPFO Στη χαμηλόσυχνη περιοχή του φάσματος εμφανίζονται η BPFO (?) και η 3BPFO. Αυτή η μεταβολή υποδεικνύει χειροτέρευση της φθοράς του εξωτερικού δακτυλίου του ρουλεμάν. Επιπλέον, στην υψίσυχνη περιοχή του φάσματος παρατηρείται αύξηση των πλατών των αιχμών που παρατηρήθηκαν και στην προηγούμενη μέτρηση (π.χ Hz από 0,5 σε 1,2 gs). Παράλληλα, παρατηρείται και αύξηση του πλήθους των πλευρικών αιχμών (αιχμές στις 12BPFO & 17BPFO). Οι μεταβολές αυτές υποδεικνύουν, επίσης, χειροτέρευση της φθοράς στον εξωτερικό δακτύλιο του ρουλεμάν.

14 Παρατήρηση... Η ενέργεια διαχέεται μειούμενη γύρω από την διεγειρόμενη ιδιοσυχνότητα. Έτσι, η ενέργεια γύρω απότη f n1 μειώνεται προςτααριστερά,αλλάπροςταδεξιάξαφνικάαρχίζεινααυξάνεταικαιπάλι. Αυτό, πιθανότατα οφείλεται σε μια νέα διεγειρόμενη ιδιοσυχνότητα f n2 (λόγω μεταβολής της γεωμετρίας της φθοράς) που ενισχύει σχετικά τα πλάτη των αιχμών στις 1321, 1409 και 1497 Hz. Επομένως, η κακή ευθυγράμμιση και η φθορά στον εξωτερικό δακτύλιο του ρουλεμάν συνεχίζουν να χειροτερεύουν.

15 2.Το αρχικό (μετρούμενο) σήμα είναι διαμορφωμένο κατά πλάτος. Επομένως, μπορεί να αποδιαμορφωθεί με τη βοήθεια του μετασχηματισμού Hilbert. Οπότε, το αρχικό σήμα φιλτράρεται με ένα ζωνοπερατό φίλτρο, με συχνότητες αποκοπής f L =1000 Hzκαι f H =1500 Hz,ώστενααπομονωθεί ηυψύσυχνηδιεγερμένηπεριοχή. Στη συνέχεια το φιλτραρισμένο χρονικό σήμα αποδιαμορφώνεται με τη βοήθεια του μετασχηματισμού Hilbert. Το αποτέλεσμα αυτής της διαδικασίας είναι η περιβάλλουσα του χρονικού φιλτραρισμένου σήματος, το οποίο έχει μόνο θετικές τιμές και περιλαμβάνει χαμηλόσυχνες πληροφορίες που αφορούν την αιτία της βλάβης. Το φάσμα του αποδιαμορφωμένου σήματος είναι: g rms BPFΟ = 88 Hz 2BPFΟ = 176 Hz 3BPFΟ = 264 Hz 4BPFΟ = 352 Hz Hz

16 3. Τα δεδομένα που γνωρίζει ο μηχανικός συντήρησης είναι: Α)μεταβολήτουΟΑμεταξύ 1 ης και 2 ης μέτρησηςκατά 1,27 mm/sec rmsή κατά 1,27/4,54 * 100% = 27,97 % Β)μεταβολήτουΟΑμεταξύ 2 ης και 3 ης μέτρησηςκατά 1,2 mm/sec rmsή κατά 1,2/5,81 * 100% = 20,65 % Γ) ανάπτυξη κακής ευθυγράμμισης που προκαλεί πιθανότατα φθορά στον εξωτερικό δακτύλιο του ρουλεμάν Δ) χειροτέρευση και των 2 βλαβών Οπότε, το τελευταίο εξάμηνο το ΟΑ μεταβάλλεται με ρυθμό έως και ~ 30%. Εάν, συνεχίσουν οι, ~ 30%., βλάβεςναχειροτερεύουνμεαυτόντονρυθμό,τοοαθαπροσεγγίσειτοανώτατοόριοκατά VDI 2056 σε 4,5 με 5 μήνες από την τελευταία μέτρηση. Επομένως, οι ενέργειες του μηχανικού συντήρησης θα πρέπει να είναι οι ακόλουθες: Α) μειώνει (κατά την κρίση του) το χρονικό διάστημα μεταξύ των καταγραφών για να παρακολουθήσει καλύτερα τον ρυθμό χειροτέρευσης των βλαβών Β) ελέγχει εάν υπάρχει στην αποθήκη του εργοστασίου το ανταλλακτικό του φθαρμένου στοιχείου και εάν όχι κάνει παραγγελία Γ) ενημερώνει και οργανώνει το συνεργείο που θα επισκευάσει την μηχανή Δ) οργανώνει τη διαδικασία επισκευής, ώστε να μειώσει τη ζημιά στην παραγωγική διαδικασία (παράκαμψη μηχανής, χρησιμοποίηση εφεδρικής μηχανής, κλπ) Ε) προσδιορίζει την πιθανή ημερομηνία της επισκευής και ενημερώνει σχετικά τη διοίκηση για τη λήψη της τελικής απόφασης

17 Ευχαριστώ για την προσοχή σας! Εργαστήριο Δυναμικής & Κατασκευών Δρ.ΑντωνιάδηςΙ..... Δρ.ΓιακόπουλοςΧ....