ΣΥΝΤΗΡΗΣΗ ΜΗΧΑΝΩΝ & ΔΙΑΓΝΩΣΗ ΒΛΑΒΩΝ

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΔΥΝΑΜΙΚΗΣ & ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ & ΑΥΤΟΜΑΤΟΥ ΕΛΕΓΧΟΥ ΣΧΟΛΗ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΣΥΝΤΗΡΗΣΗ ΜΗΧΑΝΩΝ & ΔΙΑΓΝΩΣΗ ΒΛΑΒΩΝ έκδοση CMFD-2015b-01

Copyright Ε.Μ.Π. - 2015 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, 210-7721524 Δρ. Χ. Γιακόπουλος, ΕΔΙΠ, chryiako@central.ntua.gr, 210-7722332

Περιεχόμενα 1. Εισαγωγή 2. Στρατηγικές συντήρησης μηχανών 3. Βασικές αρχές ανάλυσης κραδασμών 4. Μεθοδολογία προβλεπτικής συντήρησης 5. Επιταχυνσιόμετρα 6. Αισθητήρια μετατόπισης προσέγγισης δινορευμάτων 7. Αισθητήρια ταχύτητας

Εισαγωγή

1. Συντήρηση ηλεκτρο-μηχανολογικού εξοπλισμού: Ανάγκη για διάγνωση

1. Συντήρηση ηλεκτρο-μηχανολογικού εξοπλισμού: Ανάγκη για διάγνωση βλάβη μηχανής σε εξέλιξη... ασυνήθης θόρυβος, κραδασμοί, αυξημένη θερμοκρασία ποσοτικοποίηση πληροφορίας επιτυγχάνει διαχείρηση κατάστασης... χρήση εξοπλισμου καταστροφή μηχανής... μεγάλο κόστος και χρόνος επισκευής... μειωμένο κόστος και χρόνος επισκευής... η πιθανότητα κέρδους χάνεται... προστασία μηχανής υπό φθορά σε εξέλιξη... η πιθανότητα απώλειας κέρδους μειώνεται Η ακριβής διάγνωση απαιτείται για την αποφυγή καταστροφής της μηχανής

1. Συντήρηση ηλεκτρο-μηχανολογικού εξοπλισμού: Ανάγκη για διάγνωση

2. Στρατηγικές συντήρησης μηχανών

2. Στρατηγικές συντήρησης κόστος επισκευής κόστος συντήρησης Διορθωτική συντήρηση CM (corrective/reactive maintenance) δεν απαιτεί σχεδιασμό και προσπάθεια απρογραμμάτιστες και δαπανηρές διακοπές λειτουργίας μηχανών CM PM PdM Προληπτική συντήρηση PM (preventative maintenance) προγραμματισμένη συντήρηση αντικατάσταση ανταλλακτικού σύμφωναμετονκύκλοζωήςτου κατά τον κατασκευαστή επιδιόρθωση / αντικατάσταση εξοπλισμούπουηφθοράτουδεν δικαιολογεί Προβλεπτική συντήρηση PdM (predictive maintenance) περιλαμβάνει διαγνωστικούς ελέγχους, μετρήσεις και αναλύσεις με εξοπλισμό πεδίου προγραμματισμένες επισκευές σε συνάρτηση με την πρόοδο της βλάβης

2. Στρατηγικές συντήρησης: Προβλεπτική συντήρηση Μόνιμη παρακολούθηση κραδασμών κρίσιμη για την παραγωγική διδικασία μηχανή μη προσεγγίσιμη αργός ρυθμός εξέλιξης βλάβης Περιοδική παρακολούθηση κραδασμών μη κρίσιμη για την παραγωγική διαδικασία μηχανή προσβάσιμη γρήγορος ρυθμός εξέλιξης βλάβης

2. Τεχνολογίες ελέγχου κατάστασης λειτουργίας μηχανών ανάλυση ρεύματος ανάλυση θερμοκρασίας ανάλυση κραδασμών ανάλυση δυναμικής πίεσης απόδοση ανάλυση λιπαντικού θερμογραφία ανάλυση πίεσης λιπαντικού

2. Τεχνολογίες ελέγχου κατάστασης λειτουργίας μηχανών Πλεονεκτήματα ανάλυσης κραδασμών κατάσταση λειτουρ ργίας στοιχείου μηχαν ής κραδασμοί (καταγραφή με επιταχυνσιόμετρο) αλλαγή λειτουργικής κατάστασης έντονες τριβές (θραύσματα/ακαθαρσίες ανιχνεύσιμες στο λιπαντικό) θόρυβος (ακουόμενος) θερμότητα (ανιχνεύεται με επαφή ή αισθητήρες θερμοκρασίας) καπνός (ανιχνεύεται με οσμή ή οπτικό έλεγχο) μήνες εβδομάδες ημέρες λεπτά χρόνος αποτροπής καταστροφής καταστροφή

2. Τεχνολογίες ελέγχου κατάστασης λειτουργίας μηχανών Πλεονεκτήματα ανάλυσης κραδασμών Πηγή: ISO machine condition monitoring diagnosis (vibration categoryιι )από Vibration Research Association

2. Τεχνολογίες ελέγχου κατάστασης λειτουργίας μηχανών Πλεονεκτήματα ανάλυσης κραδασμών

3. Βασικές αρχές ανάλυσης κραδασμών

3. Τεχνολογίες ελέγχου κατάστασης λειτουργίας μηχανών: Ανάλυση κραδασμών Μαντεία, Εμπειρία ή Επιστήμη...?

3. Τεχνολογίες ελέγχου κατάστασης λειτουργίας μηχανών: Ανάλυση κραδασμών ανάγκη καταγραφής & ανάλυσης κραδασμών: αποφυγή συντονισμού στοιχείων της μηχανής περιορισμός ή απομόνωση των πηγών δονήσεων συντήρηση των μηχανών ανάπτυξη μοντέλων ανάλυσης των μηχανών ποσοτικοποίηση κραδασμών: μέτρηση αυτών με κατάλληλα αισθητήρια ανάλυση καταγραφών

3. Προβλεπτική συντήρηση: Βασικές αρχές μεθοδολογίας δύναμη διέγερσης απόκριση συστήματος (κινητικότητα/mobility) κραδασμός Hz η δύναμη προκαλείται από: αζυγοσταθμία κρούση τριβή Hz παραμέτροι συστήματος (structural parameters): μάζα δυσκαμψία (stiffness) απόσβεση (damping) Hz παραμέτροι κραδασμών: επιτάχυνση (acceleration) ταχύτητα (velocity) μετατόπιση (displacement)

3. Προβλεπτική συντήρηση: Βασικές αρχές μεθοδολογίας τύποι κραδασμών στις μηχανές κινητήρας σχετική ταλάντωση ως προς άξονα απόλυτη ταλάντωση ρουλεμάν ρουλεμάν έδραση

3. Προβλεπτική συντήρηση: Βασικές αρχές μεθοδολογίας ταλάντωση άξονα σε σχέση με το έδρανο απόλυτη ταλάντωση εδράνου αισθητήριο μετατόπισης (proximity probe) επιταχυνσιόμετρο (accelerometer) ΕΦΑΡΜΟΓΗ 1. βάρος στάτη/βάρος δρομέα μεγάλο 2. υδροδυναμικά ρουλεμάν 3. στρόβιλοι υψηλών ταχυτήτων 1. ρουλεμάν κύλισης 2. μεταφορά κραδασμών άξονα απευθείας στα έδρανα 3. ρουλεμάν κύλισης με μηδενικό διάκενο

3. Προβλεπτική συντήρηση: Βασικές αρχές μεθοδολογίας ʄ D T σοβαρότητα βλάβης τύπος βλάβης

3. Προβλεπτική συντήρηση: Βασικές αρχές μεθοδολογίας θεμελιώδης συνιστώσα 1 η αρμονική Τ ο 2 η αρμονική σύνθετη κυματομορφή Τ ο 3 η αρμονική θεμελιώδης Τ ο 4 η αρμονική αρμονική Τ ο κυματομορφές αρμονικών συνιστωσών κυματομορφές σύνθετων συνιστωσών

3. Προβλεπτική συντήρηση: Βασικές αρχές μεθοδολογίας ίδιες συχνότητες, διαφορετικές φάσεις χρόνος (msec) χρόνος (msec)

3. Προβλεπτική συντήρηση: Βασικές αρχές μεθοδολογίας

3. Προβλεπτική συντήρηση: Βασικές αρχές μεθοδολογίας διαμορφώνον σήμα φέρον σήμα (carrier) διαμορφωμένο κατά πλάτος σήμα ʄ πλάτος Hz όπου: και

3. Προβλεπτική συντήρηση: Βασικές αρχές μεθοδολογίας διαμόρφωση κατά πλάτος sec 1. φθαρμένα ρουλεμάν 2. σπασμένος οδόντας σε γρανάζι 3. σπασμένη ράβδος κλωβού επαγωγικού ηλεκτροκινητήρα sec διαμόρφωση κατά συχνότητα sec φθαρμένο γρανάζι διαμόρφωση κατά φάση Vibration Analysis - Demystifying Modulation https://www.youtube.com/watch?v=yp_gnvvct6e

3. Προβλεπτική συντήρηση: Βασικές αρχές μεθοδολογίας παρακολούθηση και ανάλυση κραδασμών δίχως διακοπή λειτουργίας μηχανής H Ax V The Reason for Condition Monitoring https://www.youtube.com/watch?v=matubxgsyno

3. Προβλεπτική συντήρηση: Βασικές αρχές μεθοδολογίας ηλεκτρικά προβλήματα αζυγ/θμία κακή ευγράμμιση κόπωση αζυγ/θμία ρωγμές κόπωση αζυγ/θμία ηλεκτρικά προβλήματα τροχαλία ιμάντα μετάδοσης κίνησης ρωγμές παραμορφώσεις βλάβες στοιχείων κόπωση κινητήρας κιβώτιο γραναζιών κόπωση προβλήματα ζεύξης σπασμένοι οδόντες

3. Προβλεπτική συντήρηση: Βασικές αρχές μεθοδολογίας φθορά γραναζιών f mesh : συχνότητα εμπλοκής γραναζιών = # οδόντων * συχνότητα περιστροφής (n x f r1 ) ευθυγράμμιση αξόνων κακή f shaft κ*f shaft : αρμονικές συχνότητα περιστροφής άξονα f shaft : συχνότητα περιστροφής άξονα αζυγοσταθμία φθορά ρουλεμάν BPFO: συχνότητα βλάβης εξωτερικού δακτυλίου = (γεωμετρικά χαρακτηριστικά ρουλεμάν)* συχνότητα περιστροφής

3. Προβλεπτική συντήρηση: Βασικές αρχές μεθοδολογίας δεν υπάρχει τέλεια ευθυγράμμιση εμφάνιση συχνοτήτων ευθυγράμμισης με πλάτη εντός κανονικών ορίων ταλάντωσης σε περίπτωση βλάβης... τα όρια ταλάντωσης υπερβαίνουν τα κανονικά όρια δεν υπάρχει τέλειo διάκενο μεταξύ στάτη και δρομέα κινητήρα εμφάνιση χαρακτηριστικών συχνοτήτων με πλάτη εντός κανονικών ορίων ταλάντωσης σε περίπτωση βλάβης... τα όρια ταλάντωσης υπερβαίνουν τα κανονικά όρια

3. Προβλεπτική συντήρηση: Βασικές αρχές μεθοδολογίας εμφάνιση ιδισυχνοτήτων ΜΟΝΟ με ανάπτυξη βλάβης... ρουλεμάν κύλισης σπασμένος οδόντας σε γρανάζι εμφάνιση συχνοτήτωνβλάβης ρουλεμάν κύλισης ΜΟΝΟ με ανάπτυξη βλάβης... στον εωτερικό δακτύλιο στον εσωτερικό δακτύλιο στον κλωβό σε στοιχεία κύλισης

3. Προβλεπτική συντήρηση: Βασικές αρχές μεθοδολογίας Ανεμιστήρας κινητήρα t 1 t 2 Κινητήρας t 1 t 2 Ρουλεμάν t 1 t 2 t 1 T d A d Κόπλερ t 1 Πτερωτή αντλίας t 2 t 2..... Μετρούμενη απόκριση μηχανής από το επιταχυνσιόμετρο A n,s t 1 t 2 A d,s αύξηση ενέργειας σήματος A d,s >> A n,s

4. Μεθοδολογία προβλεπτικής συντήρησης An Animated Introduction to Vibration Analysis Mobius https://www.youtube.com/watch?v=duznmzvsqou&index=11&list=plptev3jqpplwitq95koe2swnoebwbug2p

4. Προβλεπτική συντήρηση: Βήματα μεθοδολογίας 1. αναγνώριση στοιχεών μηχανής & υπολογισμός συχνοτήτων βλάβης 2. επιλογή κατάλληλων σημείων μέτρησης 3. επιλογή κατάλληλων παραμέτρων δειγματοληψίας 4. μέτρηση κραδασμών μηχανής 5. ανάλυση δεδομένων με κατάλληλες μεθόδους επεξεργασίας σήματος 6. αποτέλεσμα -διάγνωση

4.1. Αναγνώριση στοιχεών μηχανής & υπολογισμός συχνοτήτων βλάβης i σχέση μετάδοσης BPFO, BPFI,, f s BPFO, BPFI,, f r f r f s BPF: πλήθος πτερυγίων, f r RBPF: πλήθος ράβδων κλωβού, f s, f L BPF: πλήθος πτερυγίων, f r αρμονικές f r f mesh : πλήθος οδόντων, f s, f r

4.2. Επιλογή σημείων μέτρησης προσβάσιμα μέγιστη ευαισθησία σε μη κανονικές συνθήκες λειτουργίας (βλάβες) έλαχιστη εξασθένιση σήματος ή απώλεια αυτού λόγω βλάβης αξιοπιστία μέτρησης ελάχιστη επίδραση περιβαλλοντικών/εξωτερικών συνθηκών/καταστάσεων Σημεία μέτρησης εδράνων Vibration Testing How to Select Correct Measurement Locations on a Machine https://www.youtube.com/watch?v=vpffjpocdlo

4.2. Επιλογή σημείων μέτρησης σημεία μέτρησης Η/Κ σημεία μέτρησης παλινρομικής μηχανής σημεία μέτρησης κατακόρυφης αντλίας σημεία μέτρησης οριζόντιας αντλίας Πηγή:ISO machine condition monitoring diagnosis( vibration categoryιι) από Vibration Research Association

4.2. Επιλογή σημείων μέτρησης: ΠΡΟΣΟΧΗ! Γενικοί κανόνες για τα σημεία μέτρησης 1. επίπεδα, καθαρά και απαλαγμένα από γράσσα 2. ξεκάθαρος ορισμός θέσης σημείων μέτρησης 3. σκουριασμένες επιφάνειες θα πρέπει να αποφεύγονται 4. αισθητήριο και καλώδια δεν πρέπει να κινούνται κατά την μέτρηση 5.τέλεια επαφή αισθητηρίου με επιφάνεια

4.3. Επιλογή παραμέτρων δειγματοληψίας: ΠΡΟΣΟΧΗ! λάθος επιλογή παραμέτρων λάθος καταγραφή πλροφοριών λάθος ανάλυση δεδομένων

4.3. Επιλογή παραμέτρων δειγματοληψίας: περιγραφή πλάτους σήματος πλάτος χρόνος (sec) πλάτος χρόνος (sec)

4.3. Επιλογή παραμέτρων δειγματοληψίας: μέγεθος ταλάντωσης αργό φαινόμενο ορατό με το μάτι μετατόπιση μη ορατό με το μάτι, αισθητό με το άγγιγμα ταχύτητα αισθητό δια ακοής, ανεπαίσθητό με το άγγιγμα επιτάχυνση συχνότητα (Hz)

4.3. Επιλογή παραμέτρων δειγματοληψίας: μέγεθος ταλάντωσης επιτάχυνση a ταχύτητα v μετατόπιση d

4.3. Επιλογή παραμέτρων δειγματοληψίας: μέγεθος ταλάντωσης επιλογή μετατόπισης επιλογή ταχύτητας επιλογή επιτάχυνσης επιλογή παραμέτρου που προσδίδει την... πιο επίπεδη απόκριση (flattest response) σε όλο το εύρος των συχνοτήτων συχνοτήτων ενδιαφέροντος προσδίδει το μεγαλύτερο δυναμικό εύρος (dynamic range) σε όλες τις μετρούμενες πληροφορίες ΔΙΑΦΟΡΕΤΙΚΑ... συνιστώσες θα είναι απαρατήρητες κατά την ανάλυση

4.3. Επιλογή παραμέτρων δειγματοληψίας: μέγεθος ταλάντωσης μετατόπιση επιτάχυνση ταχύτητα απ πόδοση συχνότητα (CPM)

4.3. Επιλογή παραμέτρων δειγματοληψίας: μέγεθος ταλάντωσης επιτάχυνση a ταχύτητα v μετατόπιση d

4.3. Επιλογή παραμέτρων δειγματοληψίας: μέγεθος ταλάντωσης πλάτος αζυγοσταθμία κακή ευθυγράμμιση φθαρμένα ρουλεμάν θόρυβος ταχύτητα (velocity) Hz χαμηλόσυχνη περιοχή υψίσυχνη περιοχή καταγραφή αισθητηρίου μετατόπισης (proximity transducer) καταγραφή επιταχυνσιομέτρου (accelerometer) πλάτος ταχύτητα (velocity) πλάτος ταχύτητα (velocity) Hz Hz

4.3. Επιλογή παραμέτρων δειγματοληψίας μετρητική κάρτα 1. συχνότητα δειγματοληψίας 2. ανάλυση A/Dμετατροπέα 3. κβαντοποίηση

4.3. Επιλογή παραμέτρων δειγματοληψίας: συχνότητα δειγματοληψίας 2 ο δείγμα (τιμή=0,707) 1 ο δείγμα (τιμή=0,0) 3 ο δείγμα (τιμή=1,0) αναλογικό σήμα χρόνος [sec] ισαπέχοντα χρονικά δείγματα συχνότητα δειγματοληψίας (sampling rate/frequency) ο ρυθμός καταγραφής χρονικά ισαπέχοντων δειγμάτων από το αναλογικό σήμα δημιουργία ψηφιακού σήματος από δείγματα ρολόϊ δειγματοληψίας μετρητικής κάρτας (DAQ card)

4.3. Επιλογή παραμέτρων δειγματοληψίας: συχνότητα δειγματοληψίας πλάτος ψηφιακά δείγματα αναλογικό σήμα χρόνος [sec] dt=1/f s καθορίζει την ευκρίνεια στο χρονικό σήμα μικρή συχν. δειγμ/ψίας f s μέση συχν. δειγμ/ψίας f s μεγάλη συχν. δειγμ/ψίας f s

4.3. Επιλογή παραμέτρων δειγματοληψίας: συχνότητα δειγματοληψίας Τ s =T συχνότητα δειγματοληψίας: fs=1/t s =1/T Τ Τ s =3/2 T συχνότητα δειγματοληψίας: fs=1/t s =2/(3T) Τ Τ s =3/4T συχνότητα δειγματοληψίας: fs=1/t s =4/(3T) Τ

4.3. Επιλογή παραμέτρων δειγματοληψίας: συχνότητα δειγματοληψίας Τ s =T/2 συχνότητα δειγματοληψίας: fs=1/t s =2/T Τ Τ s =T/2 συχνότητα δειγματοληψίας: fs=1/t s =2/T Τ

4.3. Επιλογή παραμέτρων δειγματοληψίας: συχνότητα δειγματοληψίας Τ s =T/4 συχνότητα δειγματοληψίας: fs=1/t s =4/T Τ θεώρημα δειγματοληψίας η συχνότητα δειγματοληψίας f s θα πρέπει να είναι διπλάσια της μέγιστης συχνότητας f max που φέρει το αναλογικό σήμα x(t) διαφορετικά... f Niquist =f s / 2... φαινόμενο αναδίπλωσης (aliasing) f s πλάτος f 3 f 3 f2 f f 2 1 Hz

4.3. Επιλογή παραμέτρων δειγματοληψίας: συχνότητα δειγματοληψίας πλάτος f s >2 F4 Hz F i < συχνότητα Nyquist εμφάνιση ψευδοσυχνότητας F i,alias Ψευδοσυχνότητα (Alias frequency) AF = πλησιέστερο ακέραιο πολ/σιο της συχν. δειγματοληψίας στη συχνότητα F i -συχνότητα F i (= closest integer multiple of sampling freq.-input freq. =CIMSF-IF) πλάτος F2 alias = k 1 *f s -F2 = 1*100-70 =30 Hz F3 alias = k 2 *f s -F3 = 2*100-160 =40 Hz F4 alias = k 3 *f s -F4 = 5*100-510 =10 Hz συχνότητα Nyquist συχνότητα δειγματοληψίας Hz

4.3. Επιλογή παραμέτρων δειγματοληψίας: κβαντοποίηση μετρητική κάρτα A/Dμετατροπέας αναλογικό σήμα ψηφιακό σήμα ποιότηταψηφιακού σήματος και bitsτου A/Dμετατροπέα αναλογικό σήμα ψηφιακό σήμα με δειγματοληψία 22 bits ψηφιακό σήμα με δειγματοληψία 16 bits ψηφιακό σήμα με δειγματοληψία 8 bits

4.3. Επιλογή παραμέτρων δειγματοληψίας: κβαντοποίηση ελάχιστη ανιχνεύσιμη μεταβολή τάσης ΔV ΔV=U/(g*2 b ) όπου: U εύρος τάσης, g κέρδος, b aνάλυση ADCσε bits) b =1 bitανάλυση b = 2 bitsανάλυση b = 3 bitsανάλυση ΔV ΔV ΔV U κβαντοποίηση κβαντοποίηση κβαντοποίηση χρόνος χρόνος χρόνος dt

4.3. Επιλογή παραμέτρων δειγματοληψίας: κβαντοποίηση ΠΡΟΣΟΧΗ! μη επικερδής περιοχή ανάλυσης U χρόνος επικερδής περιοχή ανάλυσης μη επικερδής περιοχή ανάλυσης μείωση ΔV και ποιότητας καμπύλης ψηφιακού σήματος

4.3. Επιλογή παραμέτρων δειγματοληψίας: κβαντοποίηση 4 bitsανάλυση 3 bitsανάλυση 2 bitsανάλυση ΔV ΔV ΔV κβαντο οποίηση d 2 < ΔV d 1 > ΔV dt d o < ΔV αναλογική τιμή d 3 ~ ΔV d 4 < ΔV κβαντοποιημένη/ψηφιακή τιμή d : σφάλμα κβαντοποίησης d 2 > ΔV d o < ΔV d 1 > ΔV χρόνος

4.3. Επιλογή παραμέτρων δειγματοληψίας:... και χρονικό σήμα δείγμα p i dt=1/f s επηρρεάζει την ευκρίνεια T o =P o /f s T 1 =P 1 /f s 1 περίοδος Τ T 1 =P 1 /f s Τ > T 1 δεν καταγράφετε η χαμηλόσυχνη πληροφορία

4.3. Επιλογή παραμέτρων δειγματοληψίας:... και φάσμα df=f s /P... επηρρεάζει την ευκρίνεια στο φάσμα f 1 =8,54 f 2 =10,98 f 3 =13,42 P=4096 δείγματα f so =5 KHz df o =1,22 Hz πλάτος df ο 2df ο 3df ο 4df ο 5df ο 6df ο 7df ο 8df ο 9df ο 10df ο 11df ο 12df ο 13df ο................ Hz f 4 =9,76 P=4096 δείγματα f s1 =20 KHz df 1 =4,88 Hz πλάτος df 1 2df 1 3df 1................ Hz

4.4. Μέτρηση κραδασμών / εξοπλισμός επιταχυνσιόμετρο (accelerometer) τροφοδοτικό (power supply/conditioner) βαθυπερατό φίλτρο (antialising filter) λογισμικό μετρητική κάρτα (DAQ card)

4.4. Μέτρηση κραδασμών / εξοπλισμός: φίλτρα σήμα εισόδου φίλτρο κέρδος/ενίσχυση σήμα εξόδου σήμα μεταβλητής συχνότητας βαθυπερατό φίλτρο (low-pass) κέρδος/ενίσχυση Hz υψιπερατό φίλτρο (high-pass) κέρδος/ενίσχυση Hz ζωνοπερατό φίλτρο (band-pass) κέρδος/ενίσχυση Hz ζωνοφρακτικό φίλτρο (band-stop) Hz

4.4. Μέτρηση κραδασμών / εξοπλισμός: φίλτρα βαθυπερατό φίλτρο (low-pass filter) 1 ης τάξης (1 st order) αντίσταση R V in V R πυκνωτής C V C Η χωρητική αντίσταση X C (capacitive reactance) επηρρεάζεται αντιστρόφως ανάλογα από τις μεταβολές της συχνότητας σε αντίθεση με την αντίσταση που παραμένει αμετάβλητη. Κατάλληλος συνδυασμός αντίστασης - πυκνωτή, δημιουργεί ένα RC κλυκλωμα που επιτρέπει συχνότητες κάτω από μια συγκεκριμένη τιμή να περνούν το κύκλωμα δίχως μεταβολή, ένω οι συχνότητες που υπερβένουν αυτήν την τιμή να αποδυναμώνονται. σήμαχαμηλόσυχνο (f < f c ) υψιλήτιμή X C διακοπή ροής ρεύματος από τον πυκνωτή V in = V out σήμαυψίσυχνο (f > f c ) χαμηλήτιμή X C ροής ρεύματος από τον πυκνωτή V out μειώνεται από V in έως 0 με ρυθμό 6dB/οκτάβα

4.4. Μέτρηση κραδασμών / εξοπλισμός: φίλτρα βαθυπερατό φίλτρο (low-pass filter) 2 ης τάξης (2 nd order) 1 o RCκύκλωμα 2 o RCκύκλωμα V in V out n: τάξη φίλτρου

4.4. Μέτρηση κραδασμών / εξοπλισμός: φίλτρα υψιπερατό φίλτρο (low-pass filter) 1 ης τάξης (1 st order) πυκνωτής C V in V C αντίσταση R V R V out Το κέρδος (gain) [A v =Vout/Vin] του κυκλώματος RCείναι: σήμαχαμηλόσυχνο (f < f c ) υψιλήτιμή X C διακοπή ροής ρεύματος από τον πυκνωτή V out μειώνεται από V in έως 0 με ρυθμό 6dB/οκτάβαέωςότου f=f c (R=X c ) χαμηλές συχνότητες: V out =0 υψιλές συχνότητες: V out =V in σήμαυψίσυχνο (f > f c ) χαμηλήτιμή X C ροή ρεύματος από τον πυκνωτή V out = V in

4.5. Ανάλυση μετρούμενης απόκρισης μηχανής: ολικό επίπεδο ταλαντώσεων δίχως εφαρμογή χρονικού παραθύρου... OA =... + A 2 k +... + A 2 m +... +A 2 n +... + A 2 t +... + με εφαρμογή χρονικού παραθύρου... Hanning χρονικό παράθυρο: Nw = 1,5 Τετραγωνικό (ομοιόμορφο) χρονικό παράθυρο: Nw =1,0 OA w =ΟΑ / Ν w Flat Topχρονικό παράθυρο: : Nw =3,8 A z A p πλάτος A o πλάτος A j 0 A k A m A n A q A r A s A t A w Hz 10 Hz 1000 Hz

4.5. Ανάλυση μετρούμενης απόκρισης μηχανής: ολικό επίπεδο ταλαντώσεων OA [mm/sec rms] αποδεκτό ΟΑ επικίνδυνο ΟΑ κανονικό ΟΑ

4.5. Ανάλυση μετρούμενης απόκρισης μηχανής: ολικό επίπεδο ταλαντώσεων επίπεδο κραδασμών ΟΑ alarm ΟΑ FFA alarm ΟΑ: overall amplitude FFA: fault frequency amplitude συχνότητα χρόνος

4.5. Ανάλυση μετρούμενης απόκρισης μηχανής: ολικό επίπεδο ταλαντώσεων Β1 Β2 Β3 Β4 καταγραφή Τ 1 καταγραφή Τ 2 Β1 Β2 Β3 Β4 αζυγοσταθμία μηχανική χαλαρότητα φθαρμένα ρουλεμάν βλάβη πτερωτής

4.5. Ανάλυση μετρούμενης απόκρισης μηχανής: ολικό επίπεδο ταλαντώσεων αζυγοσταθμία μηχανική χαλαρότητα φθαρμένα ρουλεμάν βλάβες πτερωτής καταγραφή Τ i

4.5. Ανάλυση μετρούμενης απόκρισης μηχανής: ολικό επίπεδο ταλαντώσεων

4.5. Ανάλυση μετρούμενης απόκρισης μηχανής: διεθνείς κανονισμοί

4.5. Ανάλυση μετρούμενης απόκρισης μηχανής: διεθνείς κανονισμοί ISO 10816-3 & ISO 2372

4.5. Ανάλυση μετρούμενης απόκρισης μηχανής: διεθνείς κανονισμοί... για ανεμογεννήτριες

4.5. Ανάλυση μετρούμενης απόκρισης μηχανής: διεθνείς κανονισμοί... για κινητήρες IEC 34-14 H Limits for RMS values of vibration velocity for shaft heights H in mm Nominal service speed in rpm 600 1800 >1800 3600 Machine installed on low-tuned, soft foundations (e.g. vibration isolators) 56 H 132 132 H 225 H>225 (mm/sec) (mm/sec) (mm/sec) 1,8 1,8 2,8 1,8 2,8 4,5 High-tuned, rigid foundations H>400 (mm/sec) 2,8 2,8

4.5. Ανάλυση μετρούμενης απόκρισης μηχανής: λεπτομερής επεξεργασία ʄ... μετασχηματισμός Fourier μεταφορά πληροφοριών από το πεδίο του χρόνου στο πεδίο της συχνότητας T 2 T o T 1 A 2 A 1 f 2 A o f 1 f o f i =1/T i

4.5. Ανάλυση μετρούμενης απόκρισης μηχανής: λεπτομερής επεξεργασία An Animated Introduction to Vibration Analysis Mobius https://www.youtube.com/watch?v=duznmzvsqou&index=11&list=plptev3jqpplwitq95koe2swnoebwbug2p

4.5. Ανάλυση μετρούμενης απόκρισης μηχανής: λεπτομερής επεξεργασία 2 ΛΑΘΟΣ ανάλυση... εντοπισμός όλων των προ-υπολογισμένων συχνοτήτων και των αρμονικών τους 1.5 f shaft 1 BPFO BPFI BPF 3BPFI f mesh 2f mesh RBPF 2RBPF 0.5 0 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 2 ΣΩΣΤΗ ανάλυση... εντοπισμός όλων των συχνοτικών περιοχών με συγκέντωση υψηλής ενέργειας 1.5 1 0.5 0 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

4.5. Ανάλυση μετρούμενης απόκρισης μηχανής: λεπτομερής επεξεργασία Rotor zone http://www.rotor.zone/vibrationanalysis/vibrationgallery/index.html

4.5. Ανάλυση μετρούμενης απόκρισης μηχανής: λεπτομερής επεξεργασία

5. Επιταχυνσιόμετρα

5. Επιταχυνσιόμετρα: αρχή λειτουργίας

5. Επιταχυνσιόμετρα: πλεονεκτήματα & μειονεκτήματα Πλεονεκτήματα όχι κινούμενα μέρη, όχι φθορά μεγάλο δυναμικό εύρος μεγάλο συχνοτικό εύρος συμπαγές μικρό μέγεθος χαμηλό βάρος υψηλή σταθερότητα στηρίζεται σε όλες τις χωρικές κατευθύνσεις Μειονεκτήματα υψηλή σύνθετη αντίσταση δεν μετράει στατική συνιστώσα DC επιτάχυνσης χρειάζεται ξεχωριστή ηλεκτρονική διάταξη για τροφοδοσία και μέτρηση

5. Επιταχυνσιόμετρα: τύποι επιταχυνσιμέτρων Επιταχυνσιόμετρα διάτμησης (shear) Επιταχυνσιόμετρα συμπίεσης (compression) χαμηλή εγκάρσια ευαισθησία καλήμόνωσησετάσειςαπότηβάση δεν επηρρεάζονται από περιβαλλοντικές μεταβολές υψηλός λόγος ευαισθησίας/μάζας (μικρό μέγεθος) απλή κατασκευή μεγάλο ωφέλιμο συχνοτικό εύρος (υψηλή ιδιοσυχνότητα) καλή ευαισθησία αντοχή σε κρουστικά φορτία επηρρεάζονται από περιβαλλοντικές μεταβολές δυσκολίες σε τάσεις από τη βάση επιταχυνσιόμετρα κάμψης (flexure) χαμηλό κόστος χαμηλό βάρος δυσκολίες βιωσιμότητας σε θερμοκρασίες και κραδασμούς

5. Επιταχυνσιόμετρα: ευαισθησία q = d 33 F u = d 33 /e 33 d/a F F = m a d 33, e 33 σταθερές του πιεζοκρυστάλλου ευαισθησία φορτίου: q/a ευαισθησία τάσης: u/a

5. Επιταχυνσιόμετρα: ευαισθησία δυναμικό εύρος (g) = έξοδος /ευαισθησία Ευαισθησία Εύρος Έξοδος υψιλά πλάτη (καλό SNR) γενική χρήση 90% εφαρμογών 1. χαμηλές ταχύτητες 2. χαμηλόσυχνα φαινόμενα 3. χαμηλά πλάτη (καλό SNR)

5. Επιταχυνσιόμετρα: κατακόρυφη και εγκάρσια ευαισθησία Το επιταχυνσιομέτρο παρουσιάζει... μέγιστη ευαισθησία στους κραδασμούς στην κάθετη κατεύθυνση της βάσης του. ελάχιστη ευαισθησία στους κραδασμούς στην εγκάρσια κατεύθυνση.

5. Επιταχυνσιόμετρα: καμπύλη απόκρισης γραμμική περιοχή Σφάλμα μέτρησης στο 30% ή 3 db γενικός κανόνας το επιταχυνσιόμετρο χρησιμοποιείται έως και το 1/3 της ιδιοσυχνότητας του f o, ώστε το σφάλμα της μέτρησης να μην υπερβεί το 12% ή 1 db

5. Επιταχυνσιόμετρα: μέγεθος αισθητήρα και εύρος συχνοτήτων μεγάλο μέγεθος μικρό εύρος συχνοτήτων

5. Επιταχυνσιόμετρα: επίδραση βάρους Το επιταχυνσιομέτρο αυξάνει τη μάζα του σώματος στο οποίο τοποθετείται και έτσι επηρρεάζει τις μηχανικές του ιδιότητες. γενικός κανόνας η μάζα του επιταχυνσιόμετρου έως το 1/10 της τοπικής δυναμικής μάζας του δονούμενου στοιχείο στο οποίο τοποθετείται.

5. Επιταχυνσιόμετρα: σημεία στήριξης

5. Επιταχυνσιόμετρα: τρόποι στήριξης

5. Επιταχυνσιόμετρα: τρόποι στήριξης με ακίδα... συχνότητες βλάβης που δεν εντοπίζονται... με 2-πολο μαγνήτη... συχνότητες βλάβης που δεν εντοπίζονται... με επίπεδο μαγνήτη... συχνότητα (CPM)

5. Επιταχυνσιόμετρα: ΠΡΟΣΟΧΗ!... τριβοηλεκτρικός θόρυβος πλέγμα (screen of cable) Κίνηση καλωδίου διαχωρισμός πλέγματος και μόνωσης ροή ρεύματος προστίθεται σαν θόρυβος στο μετρούμενο σήμα Προτείνεται...

5. Επιταχυνσιόμετρα: ΠΡΟΣΟΧΗ! Κάμψη βάσης Ακαθαρσίες Πυρηνική ακτινοβολία Υγρασία Μαγνητικό πεδίο Ακουστικός θόρυβος πτώση ανάπτυξη αρκετών εκατοντάδων g s αλλαγή ευασθησίας καταστροφή έλεγχος καμπύλης απόκρισης

5. Επιταχυνσιόμετρα: επιλογή τροφοδοτικού Maximum Sensor Amplifier Range = ±10 volts V B = Sensor Bias Voltage = 10 VDC V S1 = Supply Voltage 1 = 24 VDC V E1 = Excitation Voltage 1 = V S1-1 = 23 VDC V S2 = Supply Voltage 2 = 18 VDC V E2 = Excitation Voltage 2 = V S2-1 = 17 VDC Μη γραμμικές περιοχές Positive Range = (Vs - 1) - VB = VE - VB Negative Range = VB-2

5. Επιταχυνσιόμετρα: επιλογή καλωδίου V=5 volts I c =2 ma 10,2 KHz cable length=100 ft (30,5 m) capacitance=30 pf/ft total capacitance=30000 pf

6. Αισθητήρια μετατόπισης προσέγγισης - δινορευμάτων

6. Αισθητήρια μετατόπισης προσέγγισης - δινορευμάτων 1. μετρούν το διάκενο μεταξύ επιφανειών 2. τα τυλίγματα τροφοδοτούνται με AC ρεύμα συχνότητας 1,5 MHz 3. εκπέμπει ραδιοσήμα συχνότητας 1,5 MHz με μορφή μαγνητικού πεδίου 4. επιφάνεια κοντά στο αισθητήριο απορροφά ενέργεια μειώνοντας την μετρούμενη τάση, διαφορετικά επιστρέφει πλήρης 5. η τάση εξόδου ανάλογη του διάκενου ευαισθησία δυναμικό εύρος εύρος συχνοτήτων AC μαγνητικό πεδίο δινορεύματα δινορεύματα What Is Eddy Current https://www.youtube.com/watch?v=zj23gms3khy

6. Αισθητήρια μετατόπισης προσέγγισης - δινορευμάτων Πλεονεκτήματα 1. μετρά στατική συνιστώσα DC μετατόπισης 2. δεν έχει κινούμενα μέρη, δεν φθείρεται 3. δεν έρχεται σε επαφή με τη δονούμενη επιφάνεια καλώδιο αισθητήριο Μειονεκτήματα δινορεύματα άξονας υδροδυναμικό ρουλεμάν 1. χρειάζεται μόνιμη στήριξη 2. δεν παρακολουθεί υψίσυχνες ταλαντώσεις της βάσης 3. περιορισμένη δυναμική περιοχή 4. χρειάζεται βαθμονόμιση πριν από κάθε μέτρηση 5. ευαισθησία σε μικρές γεωμετρικές ατέλειες της επιφάνειας 6. ευαισθησία στη διακύμανση των μαγνητικών ιδιοτήτων των μεταλλικών επιφανειών

6. Αισθητήρια μετατόπισης προσέγγισης - δινορευμάτων απόλυτη ταλάντωση άξονα απόλυτη ταλάντωση εδράνου Η διάμετρος του άξονα ΠΡΕΠΕΙ να είναι μεγαλύτερη των 50 mm ώστε να αποφεύγεται αλληλεπίδραση των 2 αισθητήρων σχετική ταλάντωση άξονα καλή κατάσταση λειτουργίας κακή ευθυγράμμιση

6. Αισθητήρια μετατόπισης: εφαρμογές ταλάντωση στροβίλου Orbit Plots and Centerline Diagrams - Webinar https://www.youtube.com/watch?v=wxtoyti_qqw κάμψη άξονα στρεφόμενης μηχανής υπολογισμός συχνότητας περιστροφής άξονα

7. Αισθητήρια ταχύτητας

7. Αισθητήρια ταχύτητας: με πιεζοκρύσταλλο ίδια αρχή λειτουργίας με ICP επιταχυνσιόμετρα...

7. Αισθητήρια ταχύτητας: μεταβλητής επαγωγής ελατήριο μαγνήτης τυλίγματα κέλυφος ταλαντώσεις συχνότητας f > f n (ιδιοσυχνότητα αισθητηρίου) κίνηση μαγνήτη εντός μαγνητικού πεδίου βάση στήριηξης μεταβολή μαγνητικού πεδίου και τάσης εξόδου τάση εξόδου ανάλογη της ταχύτητας της παλλόμενης επιφάνειας

7. Αισθητήρια ταχύτητας: μεταβλητής επαγωγής Πλεονεκτήματα 1. δεν χρειάζονται εξωτερική διέγερση για δημιουργία τάσης 2. καταγραφή απόλυτης κίνησης κελύφους αισθητηρίου 3. υψηλό SNR 4. καλή απόκριση συχνοτήτων από 10 έως 1500 Hz Μειονεκτήματα 1. δεν μετρούν χαμηλόσυχνες και πολύ υψίσυχνες ταλαντώσεις 2. περιορισμένη δυναμική περιοχή 3. ευαισθησία σε εξωτερικά ηλεκτρομαγνητικά πεδία 4. αποτελείται από κινούμενα μέρη και φθείρεται 5. μεγάλο μέγεθος

Αναφορές AvenirΤechnologies http://www.avenirtechnologies.co/accelerometer-internal-structure/ Introduction to Shock and Vibration by Bruel &Kjaer Vibration Measurement and Analysis by Bruel &Kjaer Vibration Transducers and Condition Monitoring by Bruel &Kjaer Measuring Vibration by Bruel &Kjaer http://www.slideshare.net/m4rcel02005/measuring-vibration Innomic - Piezoelectric Principle http://www.innomic.com/en/service/training/training_materials/user_guide_piezoelectric_accelero meters/piezoelectric_principle.html Vibration analysis by TIMKEN http://www.slideshare.net/drtodcotter/vibration-analysis-49887217?related=1 Machine diagnosis: Quick and easy through FFT analysis by PRÜFTECHNIK AG

Αναφορές Effective Machinery Measurements using Dynamic Signal Analyzers by Hewllet Packard Basics of vibration technology Basics of vibration technology Measurement & Analysis Measurement & Analysis by SCHENC Condition Monitoring Sensing Technologies Used to Detect Small Changes in Equipment Health by National Instruments http://www.ni.com/white-paper/52461/en/ Web Audio API Overview by Gaëtan Renaudeau http://greweb.me/webaudioapi-introduction/#/ Macquarie University, Sidney, Australia http://clas.mq.edu.au/speech/acoustics/waveforms/adding_waveforms.html Measuring Vibration - How to Select the Right Sensor http://www.slideshare.net/chris_engdahl/measuring-vibration-how-to-select-the-right-sensor-24480292 Sensors online http://www.sensorsmag.com/sensors/electric-magnetic/an-introduction-analog-filters-1023

Αναφορές Vibration Analysis http://freevibrationanalysis.blogspot.gr/2011/08/brief-introduction-to-vibration_7218.html electronics-tutorials http://www.electronics-tutorials.ws/filter/filter_2.html IMV Corporation https://www.imv.co.jp/e/pr/vibration_measuring/ Beginning Vibration Analysis by Connection Technology Center, Inc online_failure detection by PRUFTECHNIK http://www.slideshare.net/syedfarukh180/onlinefailure-detection nexusplus http://www.nexusplus.sk/en/mechanical-looseness CMP - Condition Monitoring Pod https://www.youtube.com/watch?v=9spidwjcp0g&list=plptev3jqpplz0p0vhkd0ra3zajzeyp2u2 Vibration analysis orbits orbit plots journal bearing vibration.mp4 https://www.youtube.com/watch?v=vfn4-kmsa9u

Αναφορές Vibration Analysis 101 https://www.youtube.com/watch?v=qvdxzsiusoc Condition Based Maintenance Webinar https://www.youtube.com/watch?v=hdzxv4nsiuo Vibration Analysis Tutorial Part 1 & 2 https://www.youtube.com/watch?v=jzjz_yxuixu https://www.youtube.com/watch?v=64s2ahmtepg

Ευχαριστώ για την προσοχή σας! Εργαστήριο Δυναμικής & Κατασκευών Δρ.ΑντωνιάδηςΙ..... antogian@central.ntua.gr Δρ.ΓιακόπουλοςΧ.... chryiako@central.ntua.gr