ИНСТРУМЕНТИ ЗА МЕРЕЊЕ, СНИМАЊЕ И ОБРАБОТКА НА СИГНАЛИ

ЗА АНАЛИЗА И МОНИТОРИНГ НА ТЕХНИЧКАТА СОСТОЈБА НА МАШИНИТЕ

Dipl.ma[.in`., Biljana {opova Alu[ovska

2012, Битола

1

Вовед Во овој труд даден е опис на уредите за обработката на сигналите,

бидејќи сите инструменти кои се користат за мониторинг, т.е. пратење на состојбата на машините содржат одредени типови на уреди за формирање на автоматски реакции, т.е. уреди за обработка на сигнали. Со цел да се разберат перформансите и карактеристиките на инструментите наменети за мониторинг на состојбата на машините, многу е важно машинските аналитичари кои вршат анализа на состојбата на машините, да ги познаваат основните термини кои најчесто се среќаваат кај уредите за обработка на сигналите, како на пример, кај филтрите, интеграторите и претворачите од наизменична во еднонасочна струја.

Понатаму се опфатени мерењата кои се потребни за пратење на

техничката состојба на машините. За да се изберат мерењата кои најверодостојно ќе ја прикажат механичката состојба на машините, постојат неколку фактори кои мора да се земат во предвид. Мора да се земат во предвид и да се испитаат, на пример, типот, природата и сериозноста на проблемите кои се очекуваат, способноста на машината за брз одзив, брзината на одговор, т.е. реакција на измерените вредности, преносната функција меѓу изворот на возбуда и трансдукторот, карактеристиките на трансдукторот и фреквентниот опсег кој е од интерес.

Исто така, даден е и опис на инструментите за мерење, снимање и

анализа, кои се користат за собирање на податоци и трансформирање на комплексните сигнали во облик кој е поразбирлив, полесен за споредување, полесно препознавање на промените, анализа на податоците и поставување на дијагноза.

И на крај даден е опис на инструментот за вибродијагностички мерења

(Microlog CMVA 60) од производната програма на SKF (Data Collector / FFT Analyser) и придружниот софтвер PRISM4, кој се користи во РЕК „Битола” за да може да се исполнат барањата на предиктивното одржување и да се следи техничката состојба на ротационата опрема во комбинатот.

2

1. Обработка на сигнали Сите инструменти кои се користат за мониторинг, т.е. пратење на

состојбата на машините содржат одредени типови на уреди за формирање на автоматски реакции, т.е. уреди за обработка на сигнали1. Со цел да се разберат перформансите и карактеристиките на инструментите наменети за мониторинг на состојбата на машините, многу е важно машинските аналитичари2 кои вршат анализа на состојбата на машините, да ги познаваат основните термини кои најчесто се среќаваат кај уредите за обработка на сигналите, како на пример, кај филтрите3, интеграторите4 и претворачите од наизменична во еднонасочна струја, (англ. AC to DC converters).

1.1. Децибелни единици

Децибелите [dB] претставуваат мерка за мерење на вибрационата амплитуда, или попрецизно кажано, [dB] претставуваат однос меѓу измерената вибрациона амплитуда и стандардните референтни вредности на забрзувањето и брзината. Општо земено, децибелната скала претставува логаритамска скала која може да се користи за изразување на било кој однос. На пример, динамичкиот опсег, (англ. dynamic range) кој претставува однос меѓу сигналот на најголемата и сигналот на најмалата амплитуда, кои истовремено можат да бидат измерени и меморирани во инструментот, претставува параметар кој најчесто се изразува во децибели [dB]. Динамичкиот опсег претставува важен критериум при изборот на инструментите кои треба да се користат за мониторинг и анализа на машините, како што се собирачите, т.е. колекторите на податоци, (англ. data collectors), анализаторите5, (англ. analyzers) и уредите за снимање, (англ. recording devices).

Според тоа, максималното отстапување, (англ. maximum deviation) меѓу

излезот и влезот во границите на одреден фреквенциски опсег, како и односот сигнал – шум (англ. signal – to – noise ratio), кај трансдукторите6, (англ. transducers) и инструментите за анализа, исто така, вообичаено се изразува во децибели [dB].

Математички, изразени преку напонот, децибелите претставуваат

20 – логаритамски напонски однос мeѓу излезната вредност, поделена со влезната или референтната вредност. Кога излезната вредност се совпаѓа со влезната или референтната вредност, следува:

10 log 1 = 0 или 10 [dB].

1 Сигналот претставува информација која поминува низ одреден медиум. 2 Аналитичарот претставува подеинец чија примарна задача е да изврши детална анализа во рамките на одредена, ограничена област.

3 Филтерот е уред кој пропушта или не пропушта само одреден опсег на фрекфенции. 4 Интеграторот е уред за вршење на математичката операција интегрирање, така што излезниот сигнал е пропорционален на интегралот од влезниот сигнал.

5 Анализаторот е уред или инструмент кој врши одредена анализа. 6 Tрансдукторот е уред кој служи за претворање на еден вид енергија во друг. Претворањето може да биде од електрична, електро – механичка и други форми на енергија. Трансдукторот обично е составен од сензор, т.е. детектор и давач.

3

Општо земено, може да се каже дека нулата на децибелната скала се

јавува кога измерената вредност е еднаква на актуелната или на референтната вредност. Според тоа, децибелите претставуваат мерка за отстапувањето, т.е. изместувањето од влезната или од референтна вредност, изразена во логаритамски облик.

Следува дека, вибрационото ниво еднакво на референтната вредност

може да се изрази со 0 [dB]. Исто така и совршената репродукција, т.е. размножување или копирање на влезниот сигнал од трансдукторот или од инструментот за анализа, може да се земи како отстапување од 0 [dB].

Сепак, во праксата, тоа не е можно да се постигне со ништо друго освен

со жица, односно проводник со непрекината должина, па затоа, вообичаено е излезот на инструментот да се дефинира со толеранција, на пример од ± 3 [dB], во рамките на дефинираиот фреквенциски опсег. Според тоа, отстапувањето на излезниот напон од инструментот зависи од големината на влезниот напон. Колку што е помала децибелната вредност, толку поблиску излезниот напон ќе го прати влезниот.

Во согласност со основните правила за логаритмирање, промените

изразени во [dB] може доста едноставно да се претворат во следните односи:

( )YX

Y

X

YXYX

XX

XX

logloglog

logloglog

log2

1log

log2log 2

−=

+=⋅

=

=

при што:

xxx 10 одговара на 20 [dB];

xxx 2 oдговара на 6 [dB].

Примери: а: Претворање на вибрационото зголемување од 17 [dB] во апсолутeн

број, кој се однесува на забрзувањето, брзината или поместувањето:

17 [dB] = 20 [dB] - 3 [dB] ,

и одговара на промената со фактор од 2

10 или 7,08.

4

б: Ако вибрациите се зголемат за 15 [dB], апсолутното зголемување ќе биде:

15 [dB] = 6 [dB] + 6 [dB] + 3 [dB]

и одговара на зголемувањето со фактор од 222 ⋅ или 5,63.

Ако излезниот сигнал изнесува една десетина oд влезот, односно намалувањето на инструментот е десет – на – еден, (10 – на – 1), тогаш:

20 log 1 / 0,1 = 20 log 10 = 20 [dB]

Во контекст на претходниот израз, следува дека намалувањето од 100 – на – 1 = 40 [dB], и намалувањето од 1.000 – на – 1 = 60 [dB].

Кога децибелите служат за одредување на динамичкиот опсег,

вредноста од 20 [dB] означува дека инструментот може истовремено да прифаќа сигнали што се разликуваат за фактор 10 (40 [dB]), кои одговараат на фактор 100, а 72 [dB] обично го дефинираат динамичкиот опсег кај колекторите на податоци и анализаторите, што значи дека инструментот може истовремено да прифаќа сигнали кои се разликуваат за фактор од околу 4.000.

Способноста за голем динамички опсег е доста важна за мониторинг и

анализа на машините како што се гасните турбини, запчестите механизми и другу преносни механизми, како на пример тркалачките лежишта, кај кои карактеристиките кои се од суштинско значење за состојбата – се со ниски амплитуди, но често измешани со високо амплитудни компоненти од фрекфенциите предизвикани од движењето на лопатката, (англ. blade passing), како и од запчаниците кои се во спрега, (англ. gear mesh).

Децибелната скала, всушност претставува метода за изразување на

големиот однос меѓу две големини, односно квантитети со помош на мали броеви. Но, сé уште постои проблемот на претворањето на односите кои се различни од мултипликацијата, т.е. множењето со 10, во децибелна вредност и обратно. И покрај тоа што, претворањето на децибелите во нивниот напонскиот сооднос е релативно лесно да се пресмета со помош на логиритамска таблица или калкулатор со логаритамски функции, сепак приближно прецизна пресметка може да се изведе и доколку се знаат четири до пет клучни вредности наведени во Табела 1.

Иако Табела 1, можеби на прв поглед изгледа малку комплицирана,

сепак, треба да се знае дека децибелите кои се еквивалентни на напонските соодноси од 2, 3, 5, 10; мултиплицирани, односно помножени со 10, овозможуваат да се направи релативно брзо и прифатливо претворање од една единица во друга. Како што е претходно напоменато, 20 [dB] претставуваат напонски сооднос од 10, кој мултиплициран со 20 [dB] е еквивалентен на напон од 10 [V]. Понатаму, 6 [dB] претставуваат напонски сооднос од околу 2:1, додека, 10 [dB] претставуваат сооднос од 3:1, и 14 [dB] претставуваат напонски сооднос од 5:1.

Изразени во вид на напонски однос:

50 [dB] = 40 [dB] + 10 [dB].

5

[dB] напонски сооднос [dB] напонски сооднос

1 1.12 13 4.46

2 1.26 14 5.01

3 1.41 15 5.63

4 1.58 16 6.30

5 1.78 17 7.08

6 1.99 18 7.95

7 2.24 19 8.92

8 2.50 20 10

9 2.82 40 100

10 3.16 60 1000

11 3.55 80 10000

12 3.98 100 100000

Табела 1. Претворање на [dB] во напонски сооднос

Бидејќи додавањето на логаритмите е еквивалентно на мултиплицирањето на броевите, следува дека 50 [dB] се еднакви на напонски сооднос од 100 (40 [dB]) х 3 (10 [dB]), или 300. Нормално, најчесто се врши претворање од [dB] во напонски сооднос, и како што е наведено во примерот, тоа се прави со одземање на најблискиот множител до 20, а потоа напонскиот сооднос се множи со остатокот од напонскиот сооднос за да се добие вкупниот напон сооднос.

1.2. Филтри

Филтрите имаат широка примена кај инструментите кои се користат за мониторинг и анализа на состојбата на машините. Филтрите без преклопување, (англ. аnti аliasing filters) во FFT анализаторите7 и појаснопропусните филтри8, (англ. band pass filters), кои се користат при мониторинг на вибрационата состојба, според Американскиот институт за нафта, Стандард 670, (англ. American Petroleum Institute – API, Standard 670), се два неопходни и најчесто применувани филтри при мониторинг на вибрациите.

Филтерот ги ограничува вибрационите сигнали, така што низ него

поминува само една фреквенција или група на одредени фреквенции. Амплитудите на сите други фреквенции се намалуваат на претходно дефинирано ниво, според претходно дефиниран начин. Филтрите се користат со цел да се поедностави комплексниот и сложен сигнал, за да може да се врши анализа и мониторинг на одредени карактеристики, (Слика 1). Филтрите можат да се класифицираат според неколку начини, меѓутоа, две основни дефиниции кои се наведени во наредните секции, се од примарно значење за анализата на машините.

7 Анализатори со брза фуриерова трансформација, (англ. Fast Fourier Transform – FFT). 8 Појаснопропусниот филтер е филтер – пропусник на опсег на фрекфенции кој пропушта само одреден опсег на фрекфенции.

6

нефилтриран ограничен со нископропусен филтер

Слика 1. Сигнал за поместување на осовината: нефилтриран и ограничен со нископропусен филтер

1.2.1. Пропусен појас на фрекфенциите

Во инструментите наменети за анализа на машините често се користат

сите видови на филтри: и високопропусните, (англ. high pass) и нископропусните, (англ. low pass), и појаснопропусните, (англ. band pass) а понекогаш може да се сретнат и појаснонепропусните филтри9, (англ. band reject filters) или степенастите појасноодбивни филтри10, (англ. notch filters).

Пропусниот појас, (англ. pass band) на филтерот ги дефинира оние

фреквенции што треба да поминат низ филтерот со одредено отстапување обично помало од 3 [dB], (Слика 2). Како што покажуваат и самите имиња, високопропусниот филтер ги пропушта сите фреквенции што се повисоки од одредена дефинирана фреквенција (високите фрекфенции). Спротивно на нив, нископропусните филтри ги пропуштаат фрекфенциите кои се пониски од одредената дефинирана фрекфенција (ниските фрекфенции). Додека, појаснопропусните филтри пропуштаат одреден појас од фреквенции, а ги отсекуваат и отфрлаат сите фрекфенции што се над и под дефинираниот пропусен појас. Иако со ова едноставно објаснување се добива слика дека несаканите фреквенции се остро отсечени, (англ. cut off), всушност острото отсекување на несаканите фреквенции, претставува карактеристика, односно крива со благ пад, дефенирана со пригушувањето, (англ. roll off) на филтерот.

9 Појаснонепропусниот филтер е филтер – непропусник на опсег на фрекфенции. 10 Степенастиот појасноодбивен филтер, (англ. notch filter) е филтер за појасно блокирање, т.е. стопирање на одредени фрекфенции, (англ. band stop filter), кој е многу сличен на појаснопропусниот филтер, (англ. band pass filter).

7

Слика 2. Дијаграм и терминологија кај појаснопропусниот филтер

Високопропусните филтри најчесто се користат за елиминирање на структурните, т.е. конструктивните возбуди на сложените вибрациони сигнали, a посебно се применуваат кај вентилаторите, кај разладните кули и т.н. Нископропусните филтри се користат повремено, за елиминација на влијанието на вибрационото поместување на осовината (Слика 1). Ова филтрирање мора да се применува со голема доза на претпазливост за да не се елиминираат и информациите кои се од суштинско значење за анализата на состојбата на машините. Кај анализаторите се користат појаснопропусни и појаснонепропусни филтри. На пример, FFT анализаторите користат математички процес со кој се креира низа, односно серија од соседни, континуирани појаснопропусни филтри.

1.2.2. Преносни карактеристики на филтрите

Пред да се започне со оваа тема, мора да се дефинира поимот октава, (англ. octave). Октавата претставува уште еден релативен поим што означува двојно поголема или двојно помала фрекфенција (удвоена или преполовена фреквенција), во зависност од тоа дали фреквенцијата се зголемува или се намалува. На пример, една октава која е над, т.е. поголема од 100 [Hz] (6.000 [cpm]11) би била 200 [Hz] (12.000 [cpm]), додека една октава под 100 [Hz], би била 50 [Hz] (3.000 [cpm]). Според тоа, додека децибелите претставуваат погоден метод за изразување на односот меѓу амплитудите со октавата доста лесно се изразува односот меѓу фрекфенциите.

11 [cpm] – (Cycles Per Minute) – (циклуси во минута);

8

Ако филтерот е дефиниран со [dB/octave], значи дека отсечената

фреквенција, (англ. cut off frequency) е двојно зголемена или двојно намалена. Според тоа, во зависност од филтерот, односот меѓу вредностите на излезот и на влезот претставува позната големина, (Слика 2).

Ако тесно појаснопропусниот филтер, (англ. narrow band pass filter),

ограничен до 20 [dB/octave] е центриран на 100 [Hz] (6.000 [cpm]) и се применува променлива, т.е. варијабилна фреквенција од 1 [V] на влез, излезот од идеалниот филтер би бил 0,1 [V] на 50 [Hz] (една октава под централната фрекфенција на филтерот), 1,0 [V] на 100 [Hz] и 0,1 [V] на 200 [Hz] (една октава над централната фреквенција на филтерот).

Со истите влезови и 40 [dB/octave], идеален филтер центриран на

100 [Hz], би имал 0,01 [V] излез на 50 [Hz], 1,0 [V] излез на 100 [Hz], како и 0,01 [V] излез на 200 [Hz]. Наместо oстро отсекување на сите фреквенции надвор од пропусниот појас, карактеристиката на пригушувањето фреквенциите во филтерот претставува крива со благ пад дефинирана во [dB/octave].

Иако ова објаснување важи и за реалните филтри во втората октава и

надвор од неа, тоа може да не е биде апсолутно точно во првата октава каде што има најромнемерен одзив, т.е. брзина на реакција во рамките на пропусниот појас. Заради тоа, со помош на програмите наменети за мониторинг на машините се дефинира бавното взаемно – поврзано пригушување.

Како што е прикажано на Слика 3, постои одредено преминување на

вредностите од селективно појаснопропусната област на филтерот и намалување на пригушувањето, односно падот на филтерот. Идеално, карактеристиката на преминот би требало да биде под остар агол, меѓутоа реално таа претсавува крива со благ пад. За колку што е можно побрзо покренување на филтерот, пригушувањето воглавно започнува во внатрешноста на дефинирата појаснопропусна област, која во тој случај е дефинирана како 3 [%] (0.97) или 3 [dB], (1 / 1,41 = 0,707), во однос на влезот.

Филтрите може да бидат именувани и на тој начин, да со нивното име се

опишат одредени карактеристиката на почетното пригушување. Од филтрите прикажани на Слика 3, (Батервордовиот12, Чебишевиот13 и Баселовиот14 филтер), Батервордовиот филтер има најрамномерно пригушување во појаснопропусната област и затоа најчесто се користи за мониторинг на машините и покрај бавниот одзив на почетното пригушување.

12 Батервордов филтер, (англ. Butterworth filter); 13 Чебишев филтер, (англ. Chebyshev filter); 14 Баселов филтер, (англ, Bessell filter).

9

Слика 3. Карактеристики на филтрите

Многу е важно да се напомене дека филтерот има променливи чии карактеристики се криви со благ пад и во неговиот излез ќе имаат поблаго влијание негативните значајни примеси од одредени остри компоненти кои се наоѓаат приближно на една половина октава од дефинираните крајни вредности на филтерот. Познавањето на падот на карактеристиката на филтерот во FFT анализаторите, претставува основа за одредување на способноста да се измери фреквенцијата со точност поголема од основната резолуција на анализаторот.

Покрај тоа, треба да се напомене и уште една друга преносна

карактеристика на филтерот. Имено, тоа е фазното поместување од 180о, кое се јавува како сигнал кога се достигнат крајните вредности на филтерот. Иако повеќето инструменти кои се користат во анализата на машините на некој начин го компензираат фазното поместување, корисниците на инструментите за анализа на машините треба да бидат свесни за потенцијалните непрецизности при мерењето на фазата.

10

Друга појава која често може да предизвика проблеми се и грешките при ефективното филтрирање кои се јавуваат кога инструментот за снимање со ограничена фреквенција, ги претвора внесените импулси во несинусоидни сигнали, како што е на пример, импулсот на референтната фаза. Во екстремни случаеви, сигналот може да биде континуирано дисторзиран, т.е. искривен, дури и кога основата се наоѓа во рамките на фреквентниот опсег на инструментот за снимање (Слика 4).

Слика 4. Искривување предизвикано од неадекватна реакција на високата фрекфенција

1.3. Филтри за пратење

Филтрите за пратење, (англ. tracking filters) или пратечките филтри се појаснопропусни филтри на кои центраната фреквенција се подесува од надворешен референтен сигнал, обично синхронизиран со ротирачката фреквенција на осовината. Тоа значи дека централната фрекфенција на филтрите е подесена да ја прати ротационата фреквенција на осовината, при што обично овозможува пратење на било која синхронизирана мултипликација на фрекфенцијата на ротација, т.е. на повеќебројни синхрони ротациони фреквенции.

Филтрите за пратење најмногу се користат при балансирањето

и мерењето на фазата и амплитудата на одзивот за време на стартувањето, (англ. start up) и запирањето, (англ. coast down) на машината. Според тоа, повеќето FFT анализатори имаат и способност за пратење на капацитетот на машината. Иако практично, кај сите инструменти функциите на пратењето и филтрирањето се изведуваат дигитално, основните принципи и термини се однесуваат и на аналогните и на дигиталните изведби.

11

1.3.1. Стапка на пратење

Стапката на пратењето, (англ. tracking rate) зависи од времето кое е потребно за да се приближи излезот од филтерот, до ненадејно дадениот влез. Бидејќи ова објаснување може да изгледа многу научно и неразбирливо, со поедноставни зборови може да се каже дека стапката на пратењето, всушност претставува максимална брзина со која филтерот со одреден пропусен појас, може да ја прати промената на централната фреквенција и при тоа да оддржува прецизен однос меѓу влезот и излезот Можеби ова звучи научно, но ја диктира максималната стапка што филтер, со даден пропусен опсег, може да следи променувачка централна фреквенција додека оддржува опдредена точност помеѓу влезот и излезот. Во реални услови, брзината на пратењето ја диктира максималната промена на брзината која може прецизно да се прати со филтерот за пратење.

Брзината со која филтерот за пратење може да ја прати промената

на централната фреквенција е обратно пропорционална на квадратот од неговиот пропусен појас изразена во [Hz]. На пример 1 [Hz/sec], (60 [cpm/sec]) отприлика е максималната брзина на пратење за 1 [Hz] (60 [cpm]) пропусен појас на филтерот. Со зголемување на појасната ширина на филтерот на 10 [Hz] (600 [cpm]), се зголемува и максималната брзина на пратење до околу 100 [Hz/sec], односно (6.000 [cpm/sec]).

Иако претходниот пример дава само приближни податоци, сепак тој го

илустрира физичкото ограничување кое мора да се земе во предвид кога при анализата на машините се користат филтри.

1.3.2. Интегрирање

Итегрирањето е математички процес, со кој се врши претворање на

забрзувањето во брзина и на брзината во поместување, кој се состои од мултипликација на секоја спектрална компонента со обратен однос од промената на фреквенција, или со квадратот на референтната единица, која пак зависи од тоа кои единици се избрани. Во Табела 2, е прикажан процесот при константно забрзување од 1 [g]15 на врв, (aнгл. peak – pk ).

Фрекфенција Брзина Однос Поместување Однос [Hz] [in/sec] Peak Peak – to – Peak

12.5 4.92 - 125 - 25 2.45 2.0 31.3 4.0 50 1.23 2.0 7.8 4.0 61.4 1.0 - 5.2 - 100 0.6 2.0 1.96 4.0 140 0.44 - 1.0 - 200 0.31 2.0 0.49 4.0 400 0.15 2.0 0.12 4.0

Табела 2. Фрекфенцијата, брзината и поместувањето при

константно забрзување 15 [g] – гравитациона константа;

12

Иако овие податоци воглано се прикажуваат во графички облик, одредени точки многу подобро може да се прикажат во вид на табела. Прво што може да се забележи е дека, како што фреквенцијата двојно се зголемува од една во друга октава, т.е. во октавни единици, односот меѓу брзината и поместувањето се намалува за 2 до 4 пати, соодветно. Бидејќи, при дефинирањето на поимот децибел, [dB] беше напоменато дека овие два односи одговараат на 6 и 12 [dB], може да се каже дека единечното или двојното интегрирање не е ништо повеќе од мултипликација на дадената фреквенција со факторот кој лежи на линиите кои претставуваат криви со пад од 6 и 12 [dB/octave], соодветно.

Табеларниот приказ ги покажува и нултите вредности, како и другите

изведени вредности во Англискиот систем, каде 1 [g] е еднаков на 1 [in/sec]16 брзина (61,4 [Hz]), и каде што 1 [g] е еднаков на 1 [mil]17 поместување (140 [Hz]). Метрички, при претворање на забрзувањето во брзина и забрзувањето во поместување, претворените вредности изнесуваат 1,560 [Hz] [mm/sec] и 705 [Hz] [µm], соодветно.

Исто така, како што фреквенцијата опаѓа, може да се прати и наглото,

т.е. рапидното зголемување на поместувањето при забрзување од 1 [g]. Зголемувањето е последица од врската меѓу забрзувањето и поместувањето која претставува фрекфенција на квадрат, а тоа може да предизвика проблем при двојното итегрирање на многу ниските фреквенции. Со цел подобро да се разбере, опаѓањето на фреквенцијата е за две октави, до 3,125 [Hz]. При оваа вредност, поместувањето кое е еквивалентно на забрзување од 1 [g], приближно е 2 [in], односно 2.000 [mils] (51 [µm]). Според тоа, може да се заклучи дека процесот на интегрирање не може да продолжи до нула фреквенција, бидејќи за тоа е потребно бесконечно засилување18, (англ. amplification). Бидејќи, доста често е потребно засилување на ниските фреквенции, при процесот на интегрирање мора да биде вклучен и високопропусен филтер, за да ги пригуши, т.е. намали фреквенциите под одредна, претходно дефинирана вредност. При двојното интегрирање на премногу ниските фреквенции на машините, се применува и користење на трансдуктори за забрзувањето, при што, високопропусниот филтер го отфрла залетот на движењето создадено од структурните и сеизмичките движења, т.е. движењата од опкружувањето кои ги прима трансдукторот и значително ги засилува во процесот на интегрирање, заради што, на крај, не може да се прикажи реалната состојба на машината.

За да се илустрира претходно кажаното, треба да се испита мерењето на

вибрациите од редот на 10 [mils] (254 [µm]), на 10 [Hz] (600 [cpm]), на машини, како што се на пример, вентилаторите, кои имаат структурни движења од околу 100 [mils] (2.540 [µm]) на 1 [Hz] (60 [cpm]). Со цел мерењето успешно да се изведе и при тоа да се отфрли шумот, влезниот сигнал мора да се пригуши со фактор 100, во октава меѓу 10 и 5 [Hz], при што шумот кој постои е пригушен на помалку од 10 [%] од измерените вредности. Ова пригушување бара доста остро филтрирање од 40 [dB/oct], што е тешко да се постигни. Иако, реалните услови не се многу често толку сериозни како претходно опишаните, сепак мора да се има во предвид дека постои можност за појава на потенцијални грешки и проблеми при двојното интегрирање на многу ниските фреквенции. Овој пример ја прикажува причината за настанок на карактеристиката која претставува крива со „ форма на скијачки пад", (англ. ski slope shape), кој обично се јавува при запис на интегрираните вибрации при ниски фрекфенции.

16 [in] – инчи, (англ. inch); 17 [mile] – милја; 18 Засилувачот, (англ. amplifier) е уред за зголемување на јачината на сигналот.

13

Во контекс на овој проблем, се поставува прашањето, зошто воопшто да се интегрираат вибрационите сигнали. Најважната причина е тоа што, со интегрирањето се поместува и акцентот во комплексниот вибрационен сигнал. Заради врската која претставува фрекфенција на квадрат, при записите на забрзувањето, ќе доминираат високите фреквенции.

Со цел да се нагласат, т.е. акцентот да се стави на пониските

фреквенции, чии вредности се движат околу моменталната работна брзина, за да може да се оценат вообичаените услови, како што се балансираноста и центрираноста, се препорачува сигналот за забрзувањето да се интегрира до сигнал на брзината (Слика 5). Според тоа, мерката изразена како константна брзина од околу 10 [Hz] до 1.000 [Hz] ~ (600 [cpm] до 60 [Kcpm]) е воглавно прифатена како највалиден индикатор за состојбата кога вибрационите мерења се изведуваат со сеизмички сензори кои се заштитени во куќиште.

Во одредени случаеви во праксата, машинините со ниски, т.е. спори

брзини, посебно вентилаторите кај разладните кули, се пратат со трансдуктори на забрзувањето, (англ. acceleration transducers), со двојно интегрирање до поместување. Искуството покажа дека ова претставува грешка бидејќи нискофрекфентната структурна возбуда, скоро секогаш предизвикува проблеми и дека брзината е постабилна мерка и подобар показател за состојбата на машината.

1.4. Претворање на наизменичната во

еднонасочна струја

Секогаш кога вибрационата амплитуда треба да се изрази во вид на бројна, т.е. нумеричка вредност, потребна е и oдредена форма на претворање на наизменичната вo еднонасочна струја. Постојат три методи на претворање на наизменичната струја во соодветна вредност на еднонасочна струја.

Според тоа, при анализата и мониторингот на состојбата на машините,

обично се користат три методи за претворање на вредностите на наизменичната струја во соодветни вредности на еднонасочната струја: врв – до – врв, (англ. peak – to – peak, pp ), врв, (англ. peak, pk ) и Средната квадратна вредност, односно квадратен корен од аритметичката средина, (англ. Root Mean Square – RMS) (ефективна вредност на сигналот).

При тоа, неопходно е да се користи правилната терминологија. RMS

помножено со 1.414, во САД, вообичаено означува еден врв, но оваа вредност не е еквивалентна на вистинскиот врв (англ. true peak), бидејќи не е осетлива на истите карактеристики на состојбата како и вистинскиот врв, и заради тоа, не терба да се нарекува врв.

14

Слика 5. Сигнали на збрзувањето интегрирани до брзина и поместување Може да се забележи дека забрзувањето ги нагласува, т.е. акцентот го

става на високо фрекфентните делови од вкупниот спектар на френкфециии, брзината ги нагласува средно фрекфентните, а поместувањето – ниско фрекфентните делови. (според Peter Bradshaw).

Вистинската врв – до – врв детекција, т.е. откривање, ги

oпфаќа максималните краткотрајни отстапувања, т.е. излети на вибрациониот сигнал, од двете страни на нулата. Вистинската врв – до – врв детекција, се користи за мерење на поместувањето на осовината, а сигналите се детектираат со неконтактен трансдуктор. Во овој случај, мерењето мора да го претставува вкупното сопствено движење, за директно одредување на толеранциите на физичките ограничувања, како што се лежиштата и фиксираните зазори. Мора да се напомене дека врв – до – врв детекцијата е многу осетлива на аномалии, како што се гребнатините и разни други недостатоци на површината на ротационата осовина.

RMS детекцијата никогаш не треба да се користи за мерење на

поместувањето на осовината. Таа не е остелива на потенцијалните краткотрајни отстапувања, т.е. излети заради оштетувања предизвикани од влијанието на триењето или ударите, т.е. отскоците, заради што, не може точно да се пренеси вистинската слика на динамичкото однесување. RMS се користи за мерење на брзината.

15

Врв, или нула – до – врв, (англ. zero – to – peak) детекцијата на вибрациониот сигнал произведува амплитуда која е еднаква на максималното позитивно краткотрајно отстапување од нулата и ги опфаќа и краткотрајните врвови. Ако вибрациониот сигнал е симетричен и се движи околу нулата, вредноста на врвот ќе биде една половина од вистинската врв – до – врв вредност.

Како и врв – до – врв детекцијата, и нула – до – врв детекцијата е

осетлива на високите амплитуди и краткотрајните врвови кои претставуваат почетни симптоми за дефекти кај запчаниците и тркалачките лежишта. Врв детекцијата, ефективно се користи за мерење на поместувањето и брзината кои се наменети за откривање на почетните индикации за аномалии, како што е корозијата на тркалачките лежишта.

RMS детекцијата на вибрациониот сигнал претставува квадратен корен

од квадратите на поедините компоненти, т.е. дава временски осреднета амплитуда, така што доколку поедините компоненти се соединат во одреден временски интервал, вибрациониот сигнал ќе добие брановидна форма. RMS детекцијата на вибрациониот сигнал го намалува одзивот на краткотрајните врвови. Ефектот од RMS детекцијата е тоа што таа го осреднува и го израмнува сигналот кој содржи високо фреквентни врвови, а како последица на тоа, во резултантниот излез порепрезентативно е претставено хармониското движење кое претставува индикатор на проблемите како што се дебалансот и расцентрираноста.

Се додека влезот претставува чисто синусоиден сигнал, RMS

амплитудата може да се претвори во врв или во врв – до – врв, со множење со 1,414 и 2,828 , соодветно, (Слика 6). Овој однос останува точен, без разлика дали влезниот сигнал се добива од електричен генератор, или од едноставна машина, како на пример, мотор, вентилатор или пумпа, чии вибрации, при ротациона фреквенција, се претежно синусоидни.

Слика 6. Споредба на врв и RMS вредностите за

синусоидни и несинусоидни сигнали

16

Ако влезниот сигнал претставува мешавина од синусоидни и

несинусоидни компоненти, односот меѓу RMS и врвот, станува далеку посложен. Кај машините, кај кои вибрациониот сигнал е со несинусоидни влијанија од типот врвови (како извори на такви сигнали се на пример, дефектите кај тркалачките лежишта), мерењето кое се врши со вистинска врв детекција, ќе биде значително поголемо од истовременото мерење со RMS детекцијата и помножено со 1,141. Во долната половина на Слика 6, е прикажан еден таков екстремен пример. Во овој пример, вредноста на врвот измерена со врв детектор19, е очигледно поголема од амплитудата добиена со множење на RMS детектираната вредност со 1,141.

Треба да се напомене дека многу вибрациони инструменти произведени

во САД, кои користат трансдуктори за брзината и забрзувањето, кои се заштитени и монтирани во куќиште, со кои исто така се приложени, т.е. одат во комплет и доста прецизни дијаграми кои користат RMS детекција помножена со 1.414, неправилно ги означуваат добиените вредности за врвот. За споредба, инструментите произведени во Европа, исто така користат RMS детекција, но исправно ги означуваат измерените вредности за RMS. Според тоа, иако основнoто мерење, како и одзивот на карактеристиките на состојбата се идентични, нумеричките вредности се различни и различно се означени. Од оваа причина, при споредувањето на мерењата извршени со различни инструменти се создаваат проблеми и се предизвикува забуна и контрадикторност.

Вистинското прашање меѓу вистинскиот врв и RMS детекцијата, е дали

мерењето треба да се базира на осетливоста на високо фрекфентните влијанија од типот забрзување, или првенствено да се фокусира на синусоидните симптоми за дебаланс, расцентрираност, итн.

Искуството јасно покажува дека најдобар начин за мерење на

вибрациите со цел да се идентификуваат, проценат и решат вообичаените проблеми, како дебалансираноста и расцентрираноста, каде што оштетувањето претставува воглавно функција од енергијата, претставува RMS детекцијата.

Со својата осетливост на високо фреквентните влијанија, вистинската

врв детекцијата најрано ги дава почетните предупредување за аномалии, т.е. дефекти кај тркалачките лежишта и запчаниците.

Вистинската врв – до – врв детекција, треба да се користи за мониторинг

и анализа на вибрациите на осовината. Програмот за мониторинг на машините треба да биде сеопфатен и

превентивен и треба да ги користи сите три методи. RMS брзината, треба да се користи за пратење и оценување на состојбата како што се дебалансираноста и расцентрираноста заради појава на вибрации на куќиштето, врв забрзувањето – за навремено предупредување за дефекти и аномалии во тркалачките лежишта и запчаниците и врв – до – врв поместувањето на осовината – за оценување на состојбата на големите машински постројки опремени со хидраулични лежишта, т.е. лежишта со хидрауличен слој, (англ. fluid film bearings).

19 Детекторот, (англ. detector) претставува уред за детектирање, т.е. откривање на одредени компоненти кои се од интерес.

17

Уште еден дополнителен фактор кој е важен за машинскиот аналитичар е и времето на одзив или реакција, односно временското задоцнување кое е потребно кај претворачите за претворање на наизменичната во еднонасочна струја, (англ. AC – to – DC converters), особено кај врв детекторите дизајнирани да работат при многу ниски феквенции. Кога претворачот на наизменичната во еднонасочна струја, детектира сигнал, мора да чека еден цел циклус за тој сигнал да се повтори. Од примерот за врв – детекторот кој работи со влез на високи амплитуди, но со краткотрајни импулси, прикажани во долната половина на Слика – 6, може да се забележи дека влезот во детекторот е нула за време на поголемиот дел од циклусот. Ако детекторот треба да измери вредност на вистински врв со одредена прифатлива точност, мора доволно долго време да врши континуирано контролирање на брзината на опаѓање. Според тоа, брзината на излезниот одговор е спора и доколку сигналот ненадејно се прекине, вредноста нема веднаш да падне на нула туку полека ќе опаѓа со брзина одередена од временската константа на детекторот. Другите фактори како на пример, испитувањето со земање на примерок, т.е. самплирањето, (англ. sampling) може да има дури и уште поголем ефект кај одредени карактеристични анализатори. Меѓутоа, тоа треба да претставува вистинската слика на брзиот пренос на краткотрајните моментални настани, како што е промената на амплитудата кога електричниот мотор се исклучи од изворот на електричната енергија. Со цел да се види што навистина се случува, мора да се користат инструменти со брз одзив, т.е. рекација.

18

2. Мерења кои се потребни за пратење на техничката состојба на машините За да се изберат мерењата кои најверодостојно ќе ја прикажат

техничката состојба на машините, постојат неколку фактори кои мора да се земат во предвид. Мора да се земат во предвид и да се испитаат, на пример, типот, природата и сериозноста на проблемите кои се очекуваат, способноста на машината за брз одзив, брзината на одговор, т.е. реакција на измерените вредности, преносната функција меѓу изворот на возбуда и трансдукторот, карактеристиките на трансдукторот и фреквентниот опсег кој е од интерес.

2.1. Трансдуктори

Изразено во термини кои се користат при мерењето на вибрациите, конструкцијата и времето на одзив на машината, целта на мерењето и фрекфентниот опсег кој е од интерес најдобро го одредуваат типот на трансдукторот кој е најдобар за остварување на дефинираната цел, односно задача. Конструкцијата и динамиката, односно динамичките карактеристики на машината ја диктираат положбата на трансдукторот; додека големината, опасноста, оперативното искуство и типот на очекуваните проблеми, диктираат колку трансдуктори треба да се инсталираат.

Бидејќи неконтактните трансдуктори за поместување го мерат релативно

поместување меѓу осовината и лежиштето, доколку мерењето на поместувањето се изведува на самото куќиште, најдобро е да се применува пизеоелектричен20 трансдуктор за забрзување или брзина. Мерењето на поместувањето или брзината, обично има предност при пониски фреквенции, додека мерењето на забрзувањето има предност при високите фреквенции.

При одредени појави, типот на мерењето што треба да се изведи

наметнува потреба од одредени компромиси кои треба да се направат во измерените вредности, па според тоа, мора да се користи трансдуктор. За пример, може да се земе пратењето на состојбата на вентилаторите кај разладните кули, или мерењето на сопствената фреквенција на одредена конструкција, т.е. склоп или на одреден систем од цевоводи. Од интерес може да бидат примарните фреквенции од редот 1 – 2 [Hz] (60 – 120 [cpm]). Поместување е најдобра вредност која може да се мери при ниски фреквенции, но сепак е тешко, а често и невозможно да се воспостави фиксна референтна положба каде што треба да се монтира трансдукторот. Како резултат на тоа, акселерометарот, односно мерачот на забрзувањето, воглавно претставува единствен избор за мерење на вибрациите при многу ниски фреквенции.

20 Пиезоелектричниот трансдуктор претставува мерен конвертор, кој механичкото напрегање го конвектира во електричен сигнал и работи врз база на пиезоелектричен ефект, додека пиезолектрични ефект е појава на создавање на краткотраен електричен напон, односно, производство на електрична енергија на површината на специјално пресечен кристал (пиезоелектричен кристал), доколку нагло се подложи на механичко напрегање од страна на надворешна сила, во одредена кристалографска насока.

19

Со оглед на тоа дека нивото на сигналот од акселерометарот е многу ниско, т.е. сигналот е многу слаб, посебно внимание треба да се посвети на монтажата, односно поставувањето и поврзувањето на каблите, како би се добиле услови за добар сигнал. Акселерометрите со внатрешно вградени интегратори, често се користат со цел да го појачаат односот сигнал – шум, посебно при мониторинг на разладните кули. Ако итегрираниот акселерометар, исто така не обезбедува излез кој претставува забрзување, може да се изгубат информациите кои овозможуваат препознавање на високите фреквенции кои може да се неопходни за пратење на состојбата на лежиштата и запчаниците.

2.2. Што треба да се мери

Одлуката за тоа што треба да се мери, во голема мерка зависи од самата машина. Кога машината има релативно тежок ротор монтиран на крути лежишта кои се флексибилно поставени и работи, т.е. ротира во релативно лесно куќиште, (Слика 7.а), поголемиот дел од силата која роторот ја произведува се губи во вид на структурно, односно конструктивно движење. Кај овој тип на машини, како што се центрифугалните компресори со висок притисок, кај кои односот меѓу тежините на куќиштето и роторот изнесува околу 30:1, релативното поместување меѓу осовината и лежиштето се мери со неконтактна сонда која претставува најдобар индикатор за состојбата на роторот.

При спротивна конфигурација, кога релативно тежок ротор е монтиран на

флексибилни лежишта лежишта кои се круто поставени и ротира во релативно тешко кужиште, (Слика – 7.б), поголемиот дел од силата развиена од страна на роторот се троши како релативно движење меѓу осовината и лежиштата. Во овој тип на машини спаѓаат, на пример, вентилатори, авионските – дериватни гасни турбини, како и машините опремени со тркалачки лежишта. Во овие случаеви најдобриот показател на состојбата се добива доколку со помош на акселерометар со кој се мерат вибрациите на куќиштето.

а. МЕРЕЊЕ НА ВИБРАЦИИ НА РОТОРОТ КОГА:

Малиот однос меѓу разликата на тежините на куќиштето и роторот монтиран на крути лежишта флексибилно поставени, предизвикува да поголемиот дел од силата која ја создава роторот се губи во вид на структурно, т.е. конструктивно движење.

20

б. МЕРЕЊЕ НА ВИБРАЦИИ НА КУЌИШТЕТО КОГА:

Малиот однос меѓу разликата на тежините на куќиштето и роторот монтиран на крути лежишта флексибилно поставени, предизвикува да поголемиот дел од силата која ја создава роторот се губи во вид на релативно движење меѓу осовината и лежиштата.

Слика 7. Конструкцијата на машината и типот на лежиштата одредуваат кој тип на мерење на вибрациите е најдобар

Втората област што мора да се земе во предвид при процесот на

селекција е времето на одзив на измерените величини при промена на механичката состојба. За постигнување на максимална ефикасност, мерењата кои ја репрезентираат состојбата на машината, при промената на механичката состојба треба да ги прикажуваат најголемите промени и одзиви. На пример, испитувањето на аксијалната положба, температурата на маслото издренирано од аксијалното лежиште и температурата на металот на аксијалното лежиште, претставуваат три мерења кои се однесуваат на состојбата и оптоварувањето на аксијалното лежиште. Од овие три мерења, температурата на металот на лежиштето има далеку поголем одзив при промена на оптоварувањето. На Слика 8, може да се забележи дека не е невообичаено температурата на металот на аксијалното лежиште да се зголеми до 100 [°F] (55 [°C]) при промена на состојбата од без оптоварување до потполно оптоварување, додека аксијалната положба и темепературата на издренираното масло се менуваат само 2 – 3 [mils] ( 50 – 75 [µm]) и 5 [°F] (3 [°C]), соодветно. Според тоа, доколку се земе во предвид само преоптоварувањето, тогаш температурата на металот на аксијалното лежиште е најдобро и единствено потребно мерење.

21

Слика 8. Одзив на параметрите на аксијалното лежиште при зголемување на оптеретувањето

Сепак, општо земено, може да се каже дека мерењето на состојбата на

турбомашините ретко е толку едноставна, па според тоа и заштитата, односно сигурноста не може да се обезбеди со мерење само на една променлива, односно вредност и само на една, единствена локација. При мерење на состојбата на аксијалното лежиште, најдобар и најконзервативен пристап претставува температурата на металот како мерка за оптоварувањето во комбинација со одредени фактори, како што се вдлабнатините, т.е. трагите, (англ. etching) од електричното празнење, бришењето, односно израмнувањето предизвикано од нечистотиите во маслото за подмачкување, и оштетеноста на лопатките на турбината, кои можат да предизвикаат проблеми на аксијалното лежиште, кои може да се препознаат со комбинирано мерење на температурата на лежиштето и мерењето на аксијалната положба.

Опсегот на фреквенциите кои треба да се пратат за да се добие

комплетна слика на состојбата има голем ефект при изборот на трансдукторите и оптималниот број на променливи кои треба да се мерат. Во некои случаеви, потребна е комбинација од неколку трансдуктори за да се добие целосната покриеност, односно целосен опсег, (Слика 9). Како еден пример може да се наведе ефективното пратење на запчаниците и на машините со тркалачки лежишта кое бара широк фреквентен опсег, често протегајќи се од 80 до 100 или повеќе ротациони степени. Во одредени примени од овој тип, акселерометарот ги обезбедува сите потребни информации, како на пример кај машините за хартија, малите пумпи и алатните машини. Кај други, каде промените се одвиваат со големи брзини, како запчаниците и индустриските гасни турбини, конвенционална пракса е да се користат сонди за поместување на осовината при ниски фреквенции, надополнета со акселерометри за пратење на високо фрекфентните карактеристики.

22

Ако примарните карактеристики на состојбата се ограничени со ротационата фреквенција и ниските хармоници, поместувањето на осовина или вибрациите на куќиштето на моторите, пумпите со хидродинамички лежишта и центрифугалните компресори се примери на машини од оваа категорија.

Слика 9. Мерењето со трансдуктор и типичен опсег на вибрации на машините

Неконтактните трансдуктори за поместување се корисни при

еднонасочна струја, при најголема фреквенција кај која горната граница има вредност од околу 2.000 [Hz] (120 [Kcpm]), кoи се ограничени на оваа вредност со сила на ограничување. При пратењето на подвижната осовина, над 2.000 [Hz] (120 [Kcpm]), во спектарот може да се забележат компонентите кои се пратат добиени од неконтактните трансдуктори за поместување. Ова првенствено се должи на тешкотијата на елиминирање на површинските несовршености кои се значително помали од вредноста на поместувањето и мора да се мерат при високи фреквенции.

Електромеханичките, примачи, т.е. пикапи, (англ. pickups), на брзината

се ограничени од конструкцијата, на фрекфенциски појас од околу 10 – 1500 [Hz] (600 [cpm] до 90 [Kcpm]). Ова ограничување, во комбинација со подложноста за откажување на механичката издржливост, т.е. носивост, резултира со опаѓање на погодноста за примена на мониторинг на машините.

23

Пиезоелектричните пикапи на брзината не се подложни на абење и

имаат поширок фреквентен одзив, помалку од 1 [Hz] (60 [cpm]), a поголем од 2 [kHz] (120 [Kcpm]). Акселерометрите имаат далеку најширок фреквентен одзив од сите вибрациони трансдуктори. Тие се во состојба да измерат вибрации при фреквенции под 1 [Hz] (60 [cpm]) до фрекфенции поголеми од 20 [kHz] (1.200 [Kcpm]).

Според тоа, мора да се земат во предвид голем број на области, со цел

да се избери видот на вибрационото мерење и трансдукторите кои треба да се применат. Конструкцијата на машината, типот на мерењето, нејзиниот одзив при промена на состојбата, без разлика дали мерењето е релативно или апсолутно, фреквентниот опсег кој е од интерес, претставуваат фактори кои треба да се земат во предвид при изборот на системот за мерење кој најдобро ќе ја презентира состојбата на машината.

2.3. Поместување на осовината 2.3.1. Монтажа и поместување на осовината

во радијален правец Еден карактеристичен неконтактен систем за мерење на поместувањето

на осовината е составен од две X – Y сонди, монтирани на секое лежиште на растојание од 90° (Слика 10). Во случај на низа од повеќе машини, со цел да се олесни користењето на системот, сондите за поместување на осовината треба да бидат монтирани на иста рамнина и во ист правец на аголот на секое лежиште. За да се добие точната орбита, т.е.патека на ротација, прикажана во одреден временски интервал, хоризонталната сонда монтирана на горната половина од лежиштето треба да се наоѓа на десната страна од вертикална централна линија, обратно од стрелките на часовникот, гледано вертикално, од страна на погонската машина, без оглед на правецот на ротацијата на осовината, (Слика 11).

24

Слика 10. Карактеристичен систем за мерење на поместувањето на осовината

Слика 11. Поставување на сондите за правилно мерење на движењето

на осцилоскопот и анализаторот

25

Ова усвоено правило, доведува до задвижување на осцилоскопот21 или

анализаторот, каде што зголемувањето на позитивниот напон го поместува приказот, т.е. дисплејот, (англ. display) нагоре и надесно. Тоа двојно го зголемува релативното движење на осовината во однос на X – Y сондите (движењето кон сондата предизвикува намалување на негативниот / позитивниот тековен напон). Според тоа, во конвенционален X – Y хоризонтален – вертикален правец, при поставување на хоризонталната сонда на десната страна од вертикалната сонда гледајќи кон машината од иста една насока, на дисплејот секогаш ја дава истата насока на движење на орбитата, како што се случува кај лежиштата кога се пратат од иста насока.

Ако е неопходно да се монтира вертикална сонда на дното од осовината,

која е насочена нагоре, овој правец се ротира за 180°. Во тој случај, хоризонталната сонда се наоѓа на левата страна од вертикалата, во насока на стрелките на часовникот гледано од вертикален правец, од страна на погонската машина и како резултат на тоа орбитата е прикажана наопаку, но со правилна насока на ротација.

Бидејќи често е невозможно сондата за поместување да се постави во

хоризонтална рамнина заради меѓусебното влијание и пречки од хоризонталните зазори меѓу лежиштето и куќиштето, Стандардот API – 670 бара монтажа на секоја сонда во горната половина од лежиштето, на 45° од двете страни на вертикалната централна линија.

Со оваа конфигурација и повторно, без оглед на насоката на ротација на

осовината, сондата на десната страна произволно е наречена хоризонтална сонда и се однесува на Х оската при што е опфатен и временскиот интервал кој е потребен да се утврди точната орбита, т.е. правец на ротација. Приказот, т.е. дисплејот е закосен за 45° од вистинската осовина.

Ако е потребно мерење со кое треба да се прикаже состојбата на

машината, сондите за поместување, исто така, мора да бидат поставени точно надолжно, во лонгитудиналната оска. Како што е прикажано на Слика 12, свитканата осовина и брзината на одзивот од моментот на мерењето треба да се оценат со динамичка пресметка на роторот за да се осигура дека сондите не се сместени во одреден јазол или во негова близина, на пример, положба при која нема движење, т.е. положба на нула движење, (англ. position of zero motion).

Сондите треба да се поставени во истата положба во однос на

точките каде што постојат јазли, (англ. nodal points) или од внатрешната или од надворешната страна, така да пресвртот на фазата од – крај – до – крај, (англ. end – to – end) ја претставува формата на динамичкиот модел на системот, а не само положбата на сондата.

21 Осцилоскопот претставува мерен уред кој овозможува графичко прикажување на измерениот сигнал, најчесто во зависност од времето.

26

Слика 12. Обликот на виткање на осовината ја одредува положбата на наконтактната сонда

Ако е неопходно да се монтира вертикална сонда на дното од осовината,

која е насочена нагоре, овој правец се ротира за 180°. Во тој случај, хоризонталната сонда се наоѓа на левата страна од вертикалата, во насока на стрелките на часовникот гледано од вертикален правец, од страна на погонската машина и како резултат на тоа орбитата е прикажана наопаку, но со правилна насока на ротација.

Третото разгледување е земено во предвид и имплементирано во

Слика 12. Како што положбата на сондата се поместува од точката со јазол, кај измереното поместување на дадениот ротор се зголемува отстапувањето, односно девијацијата.

Сондите за радијално поместување на осовината, поставени во

непосредна близина на радијалното лежиште ја формираат основата за препорака и дефинирање на вибрационите граници. Стандардот API – 670, бара радијалните сонди да се постават на растојание од 3 [in], 75 [mm] oд лежиштето.

27

Понекогаш, оваа положба е невозможно да се постигне заради препреки од одредени елементи, како што се аксијалните лежишта. Кога тоа се случува, сондите мора да се преместат подалеку од радијалното лежиште, каде што амплитудите на осовината веројатно ќе бидат многу повисоки. Дури и оваа положба претставува конфузна ситуација која треба да се избегнува, секогаш кога тоа е можно.

Сондите за радијално поместување на осовината, се поставуваат нормално, така да јазот, т.е. зазорот на напонот (англ. gap voltage) се наоѓа приближно во средината на линеарниот опсег. Стандардот API – 670, препорачува радијална сонда за јаз на напонот од – 10 [V] до + 0,2 [V] eднонасочна струја.

Осовината која се испитува и се мери со сондите, мора да е

концентрична со радијалното лежиште, а нејзината површина не треба да има било какви механички дефекти, како на пример, гребнатинки. Крајниот квалитет на површината на осовината е зададен со Стандардот API – 670, и тоа од 16 – 32 [µin], (0,4 – 0,8 [µm]) RMS, добиена со брусење или полирање. API 670, исто така, наведува дека површинaтa на осовината, која се прати со сондите, треба да е демагнетизиранa, така што вкупните механички и електрични загуби, да не сe поголеми од 25 [%] од максималната дозволена врв – до – врв вибрациона амплитуда или 0,25 [mils] (6 [µm]). Гаусовото ниво на магнетното поле на површината на сондата не треба да надминува ± 2 [Gauss].

2.3.2. Пикапи за референтни фази

Во контекс на мерењето на поместувањето на осовината, треба

да се напомене дека пожелно е да се постави, т.е. инсталира и сонда за пратење на референтната фаза на секоја осовина. Сондата за пратење на референтната фазата претставува стандардна сонда за пратење на поместувањето, која се лоцира така што може да го забележи секој вртеж на осовината, (англ. оnce – per – revolution), со помош на одредена ознака, како на пример, рефлектирачка самолеплива лента (маркица), потоа, жлеб или отвор. Ширината на ознаката треба да биде најмалку еден и пол пати поголема од дијаметарот на сондата, а да биде минимум 0,06 [in] (1.5 [mm]) длабоко во внатрешноста и со заоблени рабови.

Сондата треба да биде прицврстена така што јазот, т.е. зазорот да биде

помал отколку кај стандардна сонда за поместување, околу 0,04 [in] (1000 µm]), така што, како што ознаката поминува, на излез од демодулаторот22 на осцилаторот23 се генерира, т.е. произведува скок, (англ. spike) од најмалку 10 [V], еднонасочна струја. Скокот, потоа може да се примени како референтен влез во анализаторот, за да се произведе празно место, (англ. blank spot) за референтната фаза која има брановидна форма и ја претставува орбитата која е слична на онаа прикажана на Слика 13.

22 Демодулаторот претставува електронски уред кој ги издвојува корисните информации за сигналот од модулираниот сигнал со висока фреквенција; 23 Осцилаторот претставува електрично коло кое создава излезен сигнал со одредена фрекфенција и така е дизајниран да ја претвора еднонасочната струја во наизменична.

28

Слика 13. Брановидна форма и форма во вид на орбита на поместувањето на осовината

Треба да се забележи дека доколку мерењето на бројот на вртежи се

врши со помош на отвор, отворот произведува негативен импулс, односно, негативен скок во стандардниот вртложно струен систем за поместување. Бидејќи повеќето анализатори и колектори на податоци бараат импулс со позитивен напон од 5 [V], со помош на транзисторско – транзисторска логика24, (англ. Transistor Transistor Logic – TTL), импулсот претставува влезна референтна фаза и во тој случај може да се потребни дополнителни сигнални за состојбата меѓу излезот од трансдукторот и влезот во анализаторот или колекторот на податоци.

Ознаката за фазата може да се користи за повеќе намени, освен за

одредување на референтните брановидни форми и орбити (Слика 13). Тоа може да биде поврзано со брзиномерач, т.е. тахометар, (англ. tachometer), за индикација на брзината. Сепак, треба да се забележи дека ознаката за еден вртеж, (англ. once – per – turn) потребен за референтната фаза, резултира со многу бавен одзив во тахометерите. Тркалата со 60 запци произведуваат далеку побрз одзив, и воглавно се користат како сензори на брзината.

24 Транзисторско – транзисторска логика претставува интегрално коло со стандарден работен напон од 5 [V] во кое се интегрирани поголем број на компоненти.

29

Употребата на ознаката за фазата на еден вртеж овозможува и:

• обезбедување на референца за пратење на амплитудата и фазниот одзив при покренувањето, (англ. runup) и запирањето, (англ. coastdown);

• нормализирање на хоризонталната оска од спектралната рамнина за конструирање на „редоследот" на рамнините;

• мерење на фазата при балансирањето;

• анализа на формата на оперативното, т.е. работното отстапување;

• пресметување на корекциите, т.е. исправките за празниот óд, (англ. runout) на осовината.

Во продолжение е објаснето на кој начин сето тоа може да се изведи.

2.3.3. Прирачник за корекција на празниот óд

Еден циклус на референтната брановидна фаза, добиен при спора

брзина, кога се претпоставува дека целиот сигнал претставува празен од, се дели на 8 – 10 еднакви делови. Циклусот треба да започне во една одредена фаза и да заврши во следната, (Слика 14.а);

Втората брановидна форма на осовината се добива од брзината и се

дели на ист број делови, од една фазна ознака до сладната фазна ознака, како во претходниот случај, кај брановидната форма при споро ротирање, (Слика 14.б);

Кај амплитудата при споро ротирање од секоја поделба е одземена

брановидната форма на брзината при ротација во обратна насока, за да се добие корегираната брановидна форма (Слика – 14.в).

Слика 14. Рачна корекција на празниот óд

30

Честа грешка е да се претпостави дека празниот од секогаш се додава на вибрациите, односно предизвикува дополнителни вибрации, па затоа и вредноста на вибрациите на инструментот е повисоко од вистинското изместување на осовината, за вредност еднаква на моменталниот празен од. Оваа претпоставка може да биде опасно грешна. Во зависност од односот на фазата меѓу расцентрираноста и ротирањето на осовината, двете фазни величини на вибрациите можат да се соберат, одземат, откажат или нешто помеѓу и никогаш не се знае што се случило се до последното одземање, односно собирање.

2.4. Аксијална и радијална положба на роторот 2.4.1. Одредување на аксијалната положба и монтирање

Вообичаен метод за мерење и мониторинг на аксијалната положба на

роторот, претставува мерењето на јазот на напонот на еднонасочната струја со две неконтактни сонди за мерење на поместувањето, кои се аксијално монтирани (Слика 15). За добивање на најдобри резултати, положбата на аксијалните сонди кои треба да бидат монтирани, треба да е што е можно поблиску до аксијалното лежиште за да се минимизираат ефектите од температурни промени. Mаксималната оддалеченост од аксијалното лежиште до сондата, е дефинирано со Стандардот API – 670, и тоа треба да изнесува (12 [in] (300 [mm]). Аксијалните сонди треба да бидат монтирани на цврста подлога на машината, за да не подлежат на топлински промени. И двете аксијални сонди треба да ја пратат осовината или склопот од осовината заедно со аксијалната спојка.

Слика 15. Аксијално позициониран систем за мониторинг

31

Кога се мери аксијалната положба од аксијалната спојка, положбата на

аксијалната спојка во внатрешноста на аксијалното лежиште не зависи од температурата. Со ваквата конфигурација единствени топлински промени кои може да влијаат врз измерените вредности за положбата, се оние кои се јавуваат во куќиштето, меѓу лежиштето и точката каде што е сместен сензорот. Покрај тоа, аксијалната спојка има добра површина за мерење со неконтактни сонди со вртложни струи (англ. eddy current) и мерењата на празниот од на спојката се одличен показател на лакот, т.е. свитканоста на осовината, се додека и самата спојка не се искриви, т.е. деформира.

Многу е важно да се препознае дека мерењето на аксијалната положба

на самата аксијална спојка нема да го прикажи изместувањето на роторот, доколку спојката е разлабавена или одвоена од осовината. Со цел да постои предупредување за изместување, односно промена на положбата на осовината доколку аксијалната спојка се разлабави, втората аксијална сонда мора да е така поставена за да може да прати или одреден составен дел, т.е. степен од осовината, или нејзиниот крај. При ваквата конфигурација потребна е една многу значајна мерка на претпазливост бидејќи аксијалното движење, придружено со разлабавување на аксијалната спојка никогаш нема да го иницира, т.е. да го вклучи алармот за опасност или автоматското исклучување ако аксијалната положба на инструментот за мониторинг се наоѓа во најпогодната конфигурација за двократен логички избор.

Кога мерењето на аксијалната положба се врши од крајот на осовината,

топлинскиот пораст на оној дел од осовината кој се наоѓа меѓу аксијалната спојка и крајот на осовината, во голема мерка ќе влијае на мерењето. Овој топлински пораст, односно промена, мора да биде земен во предвид при пресметката и оценувањето на промената на положбата, при промена, односно пораст на температурата од амбиентална, т.е. температура на околната до работната температура.

Без оглед на точната локација на аксијалната сонда, мерењето на

аксијалните вибрации може да биде многу важно при анализа на проблемите, како што се расцентрираноста и блокирањето, односно заклучувањето на спојката. Заради тоа, површината која се прати со аксијално поставени сонди, мора да има иста толеранција при запирање, како и при празниот од, што е потребно за радијалните сонди.

2.4.2. Подесување на јазот на напонот

Голем дел од вниманието мора да му се посвети и на подесувањето на

аксијалната положба на сондите за јазот на напонот. Иако постојат неколку методи кои се препорачуваат, основната цел е да се обезбеди сондата да е во близина на центарот на нејзиниот линеарен опсег, во случај кога роторот се наоѓа во средишната точка, т.е. средината од неговото аксијално изместување. На Слика 16, е претставено вкупното аксијално изместување од 0,018 [in] и линеарниот опсег на сондата на 0,80 од – 3 [V] до – 19 [V] еднонасочна струја. Според тоа, може да се претпостави дека насоката на нормалната аксијала е во насока кон сондата, (карактеристично за небалансираниот центрифугален компресор).

32

Слика 16. Мерење на аксијалната положба – карактеристично подесување на јазот и алармот

Во овој пример, центарот на линеарниот опсег е 11 [V] еднонасочна

струја [(19 – 3) / 2 + 3], од коja осовината ќе се помести за 0,009 [in] на секоја страна. На 200 [mV] – 0,009 [in] еднакво на 1,8 [V] изместување. Општо земено, најдобро е да се постават аксијални сонди со тешки осовини наспроти аксијалното лежиште, во насока нормална на аксијалата. Со ова се постигнува да аксијалната сонда за јазот на напонот се подеси на – 9,2 [V] еднонасочна струја [– 11 – (– 1,8)]. И како последна проверка, претставува разликата меѓу подесениот јаз на напонот и крајот на линеарниот опсег, конвертиран во растојание, која мора да биде поголема од дебелината на металот на аксијалното лежиште, така што минималните бришења, т.е. израмнувања нема да предизвикаат сондата да го напушти својот адекватен линеарен опсег. Во овој пример, 0,031 [in] се оставени во активната насока, пред сондата да излезе од својот адекватен линеарен опсег. Доколку не е така, зазорот на сондата треба малку да се зголеми.

Во случаеви кога аксијалниот зазор е голем, мора да се обезбеди да има

најмалку 0,015 – 0,020 [in] (0,4 – 0,5 [mm]) преостанати од линеарниот опсег, кога роторот се наоѓа во максималната, т.е. екстремната крајна точка од неговото движење во насока нормална на аксијалата. Со останатиот линеарен опсег се обезбедува сондата да продолжи да функционира се додека постои проблемот на аксијалното лежиште, претпоставувајќи дека проблемот, т.е. дефктот на аксијалното лежиште е во насока нормална на аксијалата. Повеќето аксијално поставени системи за мониторинг ја пратат аксијалната положба во однос на подесивиот нулти центар, (англ. center zero).

33

Во праксата вообичаено е инструментот за мониторинг на нултиот

центар да се постави така што ќе се совпадне со роторот во средишната точка од неговото аксијално изместување. Како што е прикажано во претходниот пример, штом еднаш сондите правилно се подесат, се врши контрола и нулата на системот за аксијален мониторинг се подесува така што ќе прикажува измерената вредност од + 0,09 [in] на останатата тешка осовина, наспроти нормалната или активната страна на аксијалното лежиште.

Со овој метод на подесување на аксијалната положба на системот за

мониторинг, изместувањето и границите за предупредување ќе бидат симетрично околу нултиот центар. Најважно е дека, системот никогаш нема да ја прочита нулата, која претставува вредност која би можела да го прикрие дефектот во инструментот. Во оваа ситуација, радијалната положба дава прецизна оцена дали постои или не постои оштетеност на лежиштето.

2.4.3. Радијална положба

Радијалната положба е исклучително корисен индикатор за постепеното

губење на материјал од лежиштето, т.е. абење. Таа исто така се користи за оценување на стабилноста на осовината, т.е. ексцентричноста и вчитување на вредностите кои се однесуваат на центрираноста. Мерењето на трендот на радијалната положба кое се изведува преку јазот на напонот на еднонасочната струја, со сондата за поместување на осовината е доста важно за целосна оценка на состојбата на машината.

Иако повеќето дефекти кај хидродинамичките лежиштата се

предизвикани од вибрации или придружени со вибрации, постојат и случаеви на прогресивни дефекти, кои може да се препознаат преку промената во радијалниот јаз на напонот, а може да се појават и без било каква промена на вибрациите. На Слика 17, е прикажано лежиште со дефект, т.е. оштетено лежиште, во кое големата промена на јазот на напонон значителна промена на вибрациите на осовината. Машината, конечно самата се исклучува кога осовината која дотогаш била, т.е. работела со пречекорени брзини, конечно ќе падне.

Мониторингот на радијалната положба е исто така многу корисен и

допринесува за заштеда на големи и скапи загуби при рестартувањето кое е пропратено со прекин на снабдувањето со масло за подмачкување. Во оваа ситуација, радијалната положба дава прецизна оценка за тоа дали лежиштето се оштетило.

34

Слика 17. Оштетување на лежиштето предизвикано од вибрации (попратено со вибрации)

2.5. Вибрации на куќиштето 2.5.1. Одредување на положбата и монтирање

Главните мерки за претпазливост при изведување на мерењето на вибрациите на куќиштето е да се обезбеди дека монтажата на трансдукторот е цврста, солидна и доверлива и нема сопствени фреквенции во рамките на фреквенцискиот опсег што треба да се испитува. Има многубројни случаеви на погрешни мерења на куќиштето предизвикани од лабаво поставен трансдуктор, т.е. разлабавеност на трансдукторот или појава на резонанта при монтажата каде што мерењето претставува реакција од монтажата и нема никаква врска со вистинската состојба на машината.

Најчесто се преферира монтажата на трансдукторите, директно на

куќиштето на машината, споени со завртка. Завртките кои се поставуваат, се избрани така што да бидат со челна глава и со можност за нивно зацврстување за металот. Не се скапи, а се многу ефективни (Слика 18). Магнетната монтажа исто така е ефикасна, под услов површината на машината да е рамна. Во принцип, конзолните монтажи треба да се избегнуваат.

35

Слика 18. Завртки со челна глава и со можност за нивно зацврстување на металот

Трансдукторите на куќиштата кои се користат за мониторинг на состојбата треба да бидат прикачени на најкрутиот можен дел од лежиштето. И овде, исто така, сопствените фреквенции мора да се земат во предвид. Трансдукторите никогаш не треба да бидат монтирани на подлогата за испитување, несигурните области кај капите на лежиштето, или на други елементи со лесна конструкција каде што пречекорените возбуди би можеле да се појават во вид на сопствена фреквенција.

Мора да се напомене дека мора да постои и претпазливост од возбудата

предизвикана од сопствените фреквенции. Дури и ако тие може да бидат надвор од фрекфентниот опсег при испитувањето, високите возбуди може да предизвикаат нерамномерност на системот, со што ќе се искриват сигналите во другите делови од спектарот. Според тоа, секогаш треба да се провери, дека не постои нешто во рамките на фрекфенциите или надвор од фреквенциите кои се од интерес, што би можело да го преоптеретат и нарушат системот за мерење.

36

2.5.2. Кабли

Високо импедансните25 кабли претставуваат уште еден проблем за кој треба да се води сметка кога се вршат мерења на куќиштето со акселерометри кои имаат одделни електронски претворања, односно конверзии. Каблите не смеат да се движат или поместуваат во голема мерка, бидејќи може да генерираат сигнали кои се додаваат на вибрационите сигнали добиени од трансдукторите. Каблите од акселерометрите со вградена електроника се далеку помалку чувствителни на шумот предизвикан од движењето, но тие исто така треба да бидат цврсто прикачени за да се спречи влијанието од стресот на куќиштето на акселерометарот.

2.5.3. Потребна обработка на сигналот

Сигналот од куќиштето на акселерометарот е многу покомплексен од сигналот добиен од сондата за поместување на осовината (Слика 19). Разликата меѓу забрзувањето и поместувањето е слично на разликата меѓу обидот да се зголеми интелегенцијата преку слушање од влезот во преполна сала – во споредба со директното учество и соработка во една мала група. Во првиот случај, сите информации се присутни, но невозможно е да се донесе решение без дополнителна активност. Сигналот за забрзувањето обично бара дополнително процесирање, т.е. обработка на сигналот пред да се прикаже на дисплејот и да се користи за мониторинг.

Слика 19. Сигнал на акселерометарот претставен во одреден временски интервал

25 Како што електричниот отпор претставува мерка на спротивставувањето на преминот на еднонасочната струја низ струјното коло, електричната импеданса претставува мерка на спротивставувањето, т.е. отпорот на преминот на наизменичната струја низ струјното коло.

37

Трансдукторите на куќиштата кои се користат за мониторинг на

состојбата треба да бидат прикачени на најкрутиот можен дел од лежиштето. И овде, исто така, сопствените фреквенции мора да се земат во предвид. Трансдукторите никогаш не треба да бидат монтирани на подлогата за испитување, несигурните области кај капите на лежиштето, или на други елементи со лесна конструкција каде што пречекорените возбуди би можеле да се појават во вид на сопствена фреквенција.

2.6. Температура на лежиштата 2.6.1. Примена на мерењата на

температурата на лежиштата

На мерливите променливи кои претставуваат индикатори за перформансите и оптоварувањето на лежиштето, температурата претставува променлива која најлесно може да се измери и да се искористи. Со текот на времето, од температурата на дренираното масло се очекуваше да обезбеди надворешни индикатори за состојбата на лежиштето. Но, сепак, многу тестови покажаа дека промените на температурата на издренираното масло не можат да бидат прецизен показател за она што се случува во самото лежиште.

Во претходните примери е напоменато дека, температурата на металот

на аксијалното лежиште измерена со термопар вграден во аксијална подлога чија температура може да достигне и до 100 [°F] (56 [°С]), претставува показател дека се приближува откажување, т.е. дефект заради преоптоварување. Во истото време, температурата на маслото на излез од лежиштето и аксијалната положба на роторот се менуваат само за 5 [°F] (3 [°С]) и 0,002 [in] (0,05 [mm]), соодветно. Според тоа, може да се заклучи дека од сите три мерења, само температурата на металот ја покажува вистинската слика на она што се случува во лежиштето.

Направени се најразлични тестовите со кои се потврдува ова

тврдење. Температура на металот, измерена со трансдуктор за температура, термопар или термоотпорен детектор, (англ. Resistance Temperature Detector – RTD) вграден во лежиштето, претставува брза постапка која е лесна – за – мерење, (англ. еasy – to – measure) на променливата која дава точна и прецизна слика на состојбата и перформансите на лежиштето.

За да се добијат најдобри резултати, мерењата на температура треба да

се меморираат и да се прати нивниот тренд, особено кога промените може да се случат, на пример, за време на стартување и исклучување, (англ. shut down). Промена на температурата во аксијалното лежиште е веројатно еден од најдобрите показатели за перформансите на крутата спојка, (англ. locked coupling). Исто така, може да предупреди на необични работни, односно оперативни услови кои би можеле да ја променат аксијалната баланираност на машината и да се преоптовари аксијалното лежиште.

38

Температурата на радијалното лежиште често ја оневозможува појавата на бришење, т.е. израмнување, но состојбата е толку краткотрајна (може да трае само неколку минути), така да температурата може да се проучува освен ако се прати и снима континуирано. Појавата на бришење во лежиштето обично е придружена со ненадејно зголемувањето на измерената температурата, но вредноста на измерената температура често пати е помала од оригиналнта температура и се должи на поголемите зазори и зголемениот проток на масло.

2.6.2. Температурата на аксијално лежиште

Мерењето на температурата на металот на аксијалното лежиште најчесто се изведува со помош на два или повеќе температурни трансдуктори, термопари или термоотпорни детектори вградени во аксијална подлога, т.е. аксијалниот сегмент, на околу 0,030 [in] (0,75 [mm]) од металната спојна линија на лежиштето. Температурните трансдуктори вообичаено се наоѓаат на 75 [%] од ширината и периметарот на подлогата, во насока на ротацијата (Слика 20). Оваа 75 – 75 положба го приближува центарот на оптоварувањето, а е доволно далеку од рабовите, т.е. краевите на подлогата, така што топлинските разлики меѓу подлогата и маслото за ладење што циркулира околу лежиштето, немаат влијание.

Слика 20. Подлога на аксијално лежиште која покажува препорачана 75 [%] – 75 [%] локација за сензорот за температура на лежиштето

На Слика 21 е прикажана фотографија на аксијална подлога изложена на

преоптоварување, која ја илустрира потребата од неутрализирање, т.е. поништување, (англ. off setting), или промена на подесувањето на вградениот температурен сензор, доколку мерењето треба да ја претставува највисоката температура која дејствува на подлогата.

39

Точката на највисокото оптоварување на оваа конкретна подлога, прикажана со затемнети делови, е центрирана приближно на 52 [%] од ширината и 76 [%] од периметарот, во насока на ротацијата, (насока на стрелките на часовникот). И покрај малото отстапување во ширината меѓу локацијата која се препорачува за температурниот сензор, во однос вистинската точка на максималното оптоварување на оваа подлога, сензорот поставен на препорачаната локација би бил во рамките на поцрнетaта област и според тоа, доволно блиску до точката на максималнoто оптоварување за да се обезбеди навремено предупредување за состојбата на преоптоварување.

Слика 21. Исцрнета подлога на лежиштето која ја покажува точката на максимално оптеретување

За најдобра заштита, треба да се постават, т.е. инсталираат три или

четири температурни трансдуктори и да се распоредат во приближно еднакви интервали околу активната страна на подвижната накосена подлога на аксијалното лежиште. Еден, два или повеќе сензори во едно неактивно аксијално лежиште се користат како референтни вредности и препораки, доколку машината работи во во правец на нејзината неактивна аксијалата. Ако се инсталирани само два температурни трансдуктори, тие треба да бидат поставени под 90° во случај аксијалното лежиште малку да е накосено, што резултира во нерамномерна распределба на оптоварувањето.

Како што е напоменато во претходниот параграф, температурата на

металот во аксијален правец обично варира директно пропорционално со оптоварувањето. Повеќето производители имаат наведено специфични аларми, т.е. предупредувања за опасност и исклучување, при што границите за температурата на металот на лежиштето се приближно на 250 [°F] (120 [°C]) и 270 [°F] (130 [°C]), соодветно. Вистинските вредности мора да бидат добиени од соодветниот производител на лежиштето и не смеат да бидат надминати без овластување. Нормално, температурата на аксијалното лежиште треба да биде загрижувачка доколку достигне 200 – 210 [°F] (90 – 100 [°C]). Често се забележува зголемување од 20 – 30 [°F] (10 – 15 [°С]) меѓу температурите измерени на активната страна од оптеретувањето на аксијалното лежиште.

40

Може да постојат одредени разлики во оптоварувањето предизвикано од една или повеќе подлоги малку повисоки од останатите, како што е температурното ширење, што се должи на мала разлика во длабочината на температурниот трансдуктор, од површината на лежиштето.

Одредени мерки на заштита мора да се извршат и при водењето на

температурно сензитивните жици кои излегуваат надвор од куќиштето на машината, бидејќи тие често мора да се насочат, т.е. трасираат околу лежиштето, во области кои се со релативно тесни зазори. Излезот од машината мора да биде херметички подесен за да не пропушта масло.

2.6.3. Температурата на радијално лежиште

Оптоварувањето на радијалното лежиште често е показател за расцентрираност. И во овој случај, најлесно да се измери е повторно температурата на металот измерена со температурен трансдуктор вграден во лежиштето, а е и со брз одзив на промените кои претставуваат показател за оптоварување и перформансите на лежиштето.

Температурниот трансдуктор мора да биде монтиран во долната

половина на лежиштето каде што е максималното оптоварување. Тоа е околу 20° од централната вертикална оска, во правец на ротацијата. Стандардот API – 670 содржи детални препораки за различните типови на лежишта. Препораките за монтирање и температурните граници при мерење на температурата на металот на аксијалното лежиште кои се објаснети во претходното поглавие, важат и за температурата на радијалното лежиште.

2.7. Торзиони вибрации

Од мерењата кои се до сега дискутирани, торзионите, т.е. вртливите вибрации се најнепознати. Торзионите вибрации претставуваат наизменични вртења на осовината кои за разлика од останатите типови на вибрации секогаш произведуваат повратен притисок, кој може да доведе до дефект од „замореност” на одредни делови, како што се спојки и редуктори. Бидејќи торзионите вибрациии претставуваат моментална вибрација на брзината на осовината тие надворешно не се видливи, освен во случај кога има брзини каде што појавата на торзиони вибрации предизвикува повишен звук.

Така сериозниот торзионен проблем не е видлив сé додека не се случи

катастрофален дефект, како што е пукнатина на осовината. Торзиониот проблем настанува кога изворот на возбудата се совпаѓа со сопствената вртлива фреквенција. Ваква возбуда може да настани од било што произведува пулсирачки вртежен момент (неисправни запчаници, транслаторно движење) преку шок при покренувањето или преку сумата на различните фреквенции што се јавуваат при покренувањето на синхрониот мотор.

41

Торзионите вибрации во принцип се мерат на два ничина: со мерачи за притисок прикачени за осовината или преку аголната брзина која се мери со магнетна, струјна еди или оптичка сонда која ја прати брзината преку рефлективни површини прикачени на осовината.

Првиот метод е сложен бидејќи бара лизгачки прстени или телеметрија

за да го врати сигналот. Додека, вториот метод бара да биде лоциран само еден сегментот од периматарот за да може да биде надгледуван неконтактно. Со вториот метод, со помош на страничните мерења многу е полесно да се препознае централна точка, а и точата на мерење може лесно да се преместува.

Во вртливиот систем кој се мери максималната оптеретеност настанува

во таканаречен вртлив центар. Затоа при мерење на торзионите вибрации, мерачите за притисок мора да бидат сместени блиску до јазолот каде што оптеретеноста е најголема. Додека при мерењето на аголната брзина сондата може да се наоѓа настрана од јазолот каде што движењето е максимално, заради што може да се јават грешки поради делечината.

2.8. Динамичка струја на моторот

Анализата на динамичката струја на моторот е докажан метод за детектирање на дефекти во роторот што е релативно лесно да се постигне со FFT анализатор или колектор на податоци. Како сензор се користи струјна сонда, која може да биде прикачена на излезот на моторот. Струјната сонда мора да има внатрешна отпорна скретница. Напонскиот излез од струјната сонда се приклучува на влезот на FFT анализаторот или на колекторот на податоци. Анализаторот или колекторот на податоци се подесени за волтен влез и ги прикажуваат податоците во логаритамска амплитуда со зумиран спектар од 10 [Hz] на секоја страна од основната фреквенција. Амплитудите со повисоки фреквениции и двојни врвови индицираат на напукната или дефект на роторот.

42

3. Инструменти за мерење, снимање и анализа Инструментите за мерење и анализа се користат за собирање на

податоци и трансформирање на комплексните сигнали во облик кој е поразбирлив, полесен за споредување, полесно препознавање на промените, анализа на податоците и поставување на дијагноза.

3.1. Инструменти за мерење на вибрации

Иако со одредени измени, во многу програми за мониторинг на

состојбата од страна на колекторите на податоци и софтверот за анализа и пратење на трендот, инструментите за мерење на вибрации – виброметрите, (англ. vibration meter), (Слика 22) не се скапи и се едноставни за користење. Овие инструменти даваат одлични резултати во бројни програми за мониторинг.

Обично, виброметарот се напојува со заменливи батерии, користи

сеизмички примач, т.е. пикап (било брзинометар, било акселерометар) и има можности за мерење на амплитудата или во единици на брзината или во единици поместувањето, во неколку опсези. Повеќето виброметри, имаат можности за мерење на состојбата на тркалачките лежиштата.

Исто така, треба да се врши и тестирање на внатрешните батерии.

Значењето на тестирањето на внатрешните батерии се состои во тоа што треба да се обезбеди корисникот да може да одреди кога е потребна нивна замена.

Виброметрите кои се на располагање претставуваат склоп од сензор и

екран, т.е. дисплеј, во едно куќиште. Сепак, типот што е прикажан на Слика 22, е со посебен сензор поврзан со 4 to 5 [ft], (1,5 [m]) флексибилен кабел кој е нешто полесен за користење во ограничени локации и околу препреки, т.е. опструкции, каде што може да биде тешко да се гледа склопот од дисплејот со сензорот во саканата локација и ориентација.

Виброметрите треба да бидат колку што е можно помали и полесни,

мора да се цврсто запакувани и максимално заштитени од злоупотреба, и треба да имаат одредена опрема за носење (како на пример, ремен за околу вратот), која ги остава двете раце слободни.

43

Слика 22. Типичен виброметер

Електронски, еден карактеристичен виброметар претставува едноставен

уред кој е составен од струјно коло за избор на амлитудниот опсег, интегратор кој може да се вклучи за да го трансформира вибрациониот сигнал од пикапот – до брзина или поместување, и AC – DC претворач за претворање на сигналот од наизменичната струја во соодветна вредност на еднонасочна струја, која може да се чита на екранот.

3.2. Подвижни системи за периодичен

мониторинг

Во 1983 година, прв пат е воведен, подвижен, (англ. walkaround) микропрокопмпјутер со колектор на податоци (Слика 23) кој претставува комбинација од способност за мерење на вибрацијата, автоматско складирање на податоците, трансфер, т.е. префрлање на мерењата и FFT анализа. Во споредба со рачните методи, подвижниот колектор на податоци и персоналниот компјутер кој претставува негов така наречен придружен елемнт, опремен со софтвер за мониторинг на состојбата, придонесоа за зголемување на продуктивноста на програмата за периодичниот мониторинг на состојбата за фактор од 2 до 4. Подвижниот систем за периодичен мониторинг во голема мера го забрзува процесот на собирање на податоци, ги обезбедува информациите кои се од суштинско значење за воспоставување на дијагноза без дополнителни трошоци или напори и ја автоматизира непродуктивната административна работа. Овие бенефиции овозможуват ефективен и сеопфатен мониторинг на состојбата на опремата која служи за општа намена.

44

Слика 23. Подвижен колектор на податоци

(дата колектор)

Подвижниот систем за периодичен мониторинг кој е придружен со компјутер се состои од еден микропроцесор кој се базира на преносен колектор на податоци и работи со вграден микропрокомпјутер кој обично може да претставува евтин персонален компјутер (Слика 24). Софтверот за мониторинг на состојбата обезбедува можност за поставување и подесување на серија од мерења со кои може да се дефинира состојбата на секоја машина која се следи, односно се врши мониторинг. Потоа, машините и нивните мерења се средени во логички и ефикасни редоследи, т.е. секвенци, (англ. efficient sequence) или траси, т.е. рути26 (англ. route) за колекторот на податоци на кој му се доделува распоредот на мерење.

26 Рута претставува опција која се користи за прегледување и манипулација со табелите со податоци.

45

Слика 24. Подвижен систем за периодичен превентивен мониторинг

придружен со компјутер

Подвижниот систем за периодичен мониторинг кој е придружен со компјутер се состои од еден микропроцесор кој се базира на преносен колектор на податоци и работи со вграден микропрокомпјутер кој обично може да претставува евтин персонален компјутер (Слика 24).

Софтверот за мониторинг на состојбата обезбедува можност за

поставување и подесување на серија од мерења со кои може да се дефинира состојбата на секоја машина која се следи, односно се врши мониторинг. Потоа, машините и нивните мерења се средени во логички и ефикасни редоследи, т.е. секвенци, (англ. efficient sequence) или траси, т.е. рути27 (англ. route) за колекторот на податоци на кој му се доделува распоредот на мерење.

Во работата, односно ракувањето, рутата или рутите се избраат од

листата на компјутерот. Инструкциите за бараните мерења се префрлаат по дигитален пат во колекторот на податоци со директно поврзување или телефонски модулатор, т.е. модем28, (англ. modem), кој претставува процес кој трае само неколку минути. Потоа, колекторот на податоци се исклучува од компјутерот и се носи од страна на оператор до секоја мерна точка.

27 Рута претставува опција која се користи за прегледување и манипулација со табелите со податоци. 28 Модем претставува кратенка од модулација и демодулација и претставува електронски уред кој овозможува конверзија, односно претворање на дигиталните сигнали кој ги праќа компјутерот, во сигнали прилагодени на карактеристиките на соодветниот инструмент.

46

Инструкциите кои се прикажани на екранот од дисплејот го водат

операторот низ мерењата и го ориентираат низ собирањето на податоци. Кај некои системи на колектори на податоци овој процес се автоматизира дури и понатаму се изведува со помош на бар кодирање29, (англ. bar coding) на секоја земена мерка, а потоа се користи со помош на бар код читач30, (англ. bar code reader) се поставува се подесува колекторот за податоци за правилно мерење.

Вибрационите мерења може да се видат со привремено поставување на

пикапот, т.е. примачот или од инсталираниот систем за континуиран мониторинг. За другите мерења потребно е прецизно да се дефинира состојба како на пример, промената на процесниот притисок, температура и проток, кои може да се прочитаат од инсталираните инструменти и да се внесат преку тастатурата во колекторот на податоци.

И други состојби кои се од суштинско значење и се пратат и проучуваат,

исто така може да се внесат како кодирани ознаки белешки или на едноставен, т.е. обичен јазик кај повеќето колектори на податоци.

Обично, колекторот на податоци можат да ја пресметаат вредноста FFT

спектарот и повеќето можат да го прикажат резултат на екран со течни кристали, т.е. LCD – екран, т.е. монитор, (англ. Liquid Crystal Display – LCD); повеќето од нив можат да ги содржат даваат карактеристики за целосната анализа па така корисниците можат да спроведат детална анализа на необичните или на сомнителни услови или состојби уште пред да ја напуштат машината.

Повеќето колектори на податоци може да го прикажат вибрациониот

сигнал во одреден временски интервал. Многу колектори на податоци имаат и влез за мерење на референтна фаза и одредени можности за фазно мерење.

Повеќето колектори на податоци можат да се програмираат за чување,

односно складирање на осреднетиот FFT спектар со секое вибрационо мерење или само кога се забележи нарушување заради пречекорени вредности пречекорување на фреквенцискиот опсег. Различните методи на прикажување на колекторот на податоци се замислени осмислени, да кога обработката, т.е. процесирањето на податоците е бавна и се служи се работи со максимална меморијата е максимална.

Современата обработка со голема брзина лесно обезбедува доволно

меморија за собирање и меморирање на повеќе FFT спектри кои што може да се соберат за време и на најинтензивниот ден, комбинирани со доаѓањето на експертните системи, кои бараат имаат потреба од детални спектри за целосна употреба детално користење, даваат некои можност иницијативи за чување на FFT спектрите за секое вибрационо мерење.

Кога собирањето на податоци е завршено, колекторот на податоци

повторно се поврзува со компјутерот и сите мерења и пратења се префрлаат и трајно се меморираат во базата на податоци (англ. database) во соодветниот софтвер за пратење на состојбата.

29 Бар код, (eng. barcode) претставува начин за означување кое е можно со помош на посебни уреди (бар код читачи) лесно оптички да се препознаат и се користи секаде каде што потребно нешто брзо да се препознае. 30 бар код читач или скенер претставува електронски уред за читање на печатени баркодови.

47

Во компјутерот, влезните мерења се прикажавуаат заради откривање на

пречекорувањата на дефинираните критериуми. Во тоа може да биде вклучено и:

• Мерењата кои ги пречекориле дефинираните, т.е. поставените вредности, (англ. setpoints);

• Пречекорувањата на фреквенцискиот појас и енвелопата со висока резолуција (FFT спектарот, трансформацијата на сигналот и временскиот домен);

• Проектирани трендови кои ги пречекориле вредностите на дефинираните поставените аларми во одреден временски период;

• Процентуалната промена во однос на претходното мерења во пречекорување на претходно одредената измерената вредност;

• Статистичките статистиката на пречекорувања – значи плус стандардното отстапување, во пречекорување од претходно одредената дефин. вредност.

Накратко кажано, софтверот за мониторинг на состојбата автоматски ги

препознава малите, но значителни промени, кои би одзеле огромно време за повеќето квалификувани аналитичари. Извештајот за листата на мерењата кои ги пречекориле поставените границите е достапна за неколку минути по преносот на податоците во микрокомпјутерот. Графичкото прикажување во рамнина на трендовите во текот на времето и деталните FFT спектри се достапни за прикажување и анализа и можат да бидат отпечатени доколку е потребно.

3.3. FFT Анализатори

Фреквенцијата претставува клучен параметар при дијагностиката на машините. Дебалансот, расцентрираноста, разлабавеноста, недостатоците или пукнатините на тркалачките лежишта и уште многу други заеднички проблеми, може јасно и лесно да се идентификуваат од карактеристиките на шемата на фреквентниот спектар. Првично се идентификуваат фрекфенциите, а одредувањето на амплитудата за секој посебен случај е доста спора и заморна работа која одзема доста време, а често и не е доволно прецизна и точна. Според тоа, и самите резултати се нумерички и бараат доста време за нивно толкување и интрепретација.

Како последица на својата брзина, флексибилност и лесното толкување,

т.е. интерпретација на графичкиот приказ, FFT анализаторот го заменува филтерот со можност за подесување како примарен дијагностички инструмент за анализа на состојбата на машините. Покрај тоа, FFT ја формира основата за неколку методи на автоматизaција, способен е за детален мониторинг и дијагностика, способен за обезбедување на најраните предупредувања и за мали аномалии или недостатоци, како што е корозијата на тркалачките лежишта.

Земајќи ги во предвид само апликациите, односно програмите за анилза

на машините, разликата помеѓу FFT анализаторите и подвижните колектори на податоци, се намалува како што покасно се зголемува и добивањето на повеќе можности и брзина на обработка.

48

Организации кои ги имаат двата инструменти обично користат колектор на податоци во полето областа на рутински анализи и спроведување на брзи студии, каде што брзата преносливост и големина се поважни отколку дополнителните перформанси, карактеристики и брзината на обработка на лабараторискиот анализаторот. Бидејќи двата функциираат слично, лабараториските анализатори (Слика 25), за кои се зборува во ова поглавие може да се применуваат и на двата инструменти.

Слика 25. Лабараториски FFT Анализатор FFT анализаторот користи математички постапки за да ја пресмета

фрекфенциската област која е еквивалентна на сигналот на временскиот интервал. Процесот на брзата фуриерова трансформација која се користи во FFT анализаторите, се разликува од математичката фуриерова трансформација во која FFT е формирана од дискретни податоци или само од одредени примероци од вкупниот број на податоци, и се што се постигнува со помош на алгоритам или пресметковна постапка дизајнирана за максимална ефикасност со обработка на дигиталниот сигнал, (англ. Digital Signal Processing – DSP) или на компјутерот.

3.3.1. Фрекфентна резолуција

FFT анализаторот користи математички постапки за да ја пресмета фрекфенциската област која е еквивалентна на сигналот на временскиот интервал. Процесот на брзата фуриерова трансформација која се користи во FFT анализаторите, се разликува од математичката фуриерова трансформација во која FFT е формирана од дискретни податоци или само од одредени примероци од вкупниот број на податоци, и се што се постигнува со помош на алгоритам или пресметковна постапка дизајнирана за максимална ефикасност со обработка на дигиталниот сигнал, (англ. Digital Signal Processing – DSP) или на компјутерот.

49

Првиот основен параметар на FFT анализаторот е фрекфентната резолуција изразена преку бројот на линии, на пример, 400 линиски анализатор. Во тој случај, ако 400 линискиот анализатор испитува фреквенции до 20 [kHz], пресметаната резолуција која се анализира ќе биде 20.000 / 400 или 50 [Hz]. Вистинската резолуција, дефинирана со 3 [dB] појасна ширина, ќе биде малку поширокa од пресметаната вредност. Разликата меѓу пресметаната и вистинската резолуција се должи на обликот на филтерот претставен преку тежинската функција објаснета во подолниот параграф.

На Слика – 26.а, е прикажана пресметаната резолуција со претпоставка

дека вертикалната поделба меѓу спектралните линии е совршена, т.е. идеална и нема преклопување. Една фреквенција прикажана на овој „идеален" FFT модел е е претставена со една линија на излез, при идентична амплитуда на влез (Слика 26.б).

Слика 26. FFT Анализатор на резолуцијата

Вистинската имплементација е еквивалентна на една серија од филтри

со преклопување, (англ. overlapping filters) (Слика 26.в). Во реален случај, една влезна фреквенција произведува излези во вид на повеќе линии со варијацијии на амплитудата во зависност од точната положба на влезот во однос на централната фреквенција на филтерот (Слика 26.г). Врз основа на Слика 26.в и Слика 26.г, може да се види дека тесно распоредените спектрални компоненти со цел да бидат видливи во FFT спектарот, мора да бидат одделени со нешто поголемо од резолуцијата пресметана од фреквенцискиот опсег и бројот на линии на фреквентната резолуција. Ова станува многу важно кога се анализираат машините, како на пример, запчаниците и електричните мотори, каде што разликите меѓу тесно распоредените компоненти (на пример, двојно линиската фреквенција и мултипликацијата на моменталната фрекфенција) стануваат клучни за поставување на правилна дијагностика.

50

Преклопувањето меѓу соседните филтри се користи како предност во пресметките со кои може да се утврди фреквенцијата со точност повисока за еден ред. Овие пресметки зависат од присуството на една фреквенција и користење на крива преку линиите кои се во непосредна близина, односно соседните линии, за да се утврди точната фреквенција. При тоа мора да постои мерка на претпазливост, ако се присутни повеќе од една фреквенција во внатршноста на филтрите кои се користат за пресметка, резултатот нема да биде валиден.

3.3.2. Преклопување

Многу е важно да се разбери терминот преклопување, (англ. aliasing) и потребата за филтрите без преклопување, (англ. аnti аliasing filters). Како што е прикажано на Слика 27, брзината на земањето примероци е премногу бавна за фреквенциите кои се испитуваат и се создава лажен и невистинит ниско фрекфентен сигнал или преклопување, (англ. alias).

Овој феномен може да се види во западните, односно вестерн

филмовите, (англ. western movies), каде што при голема брзина, пред да успори и застани, тркалото на кочијата се чини дека ротира наназад, застанува, а потоа со намалување на брзината во моментите кога кочијата застанува, се чини дека тркалото ротира нанапред. Ротација наназад е предизвикана од брзината на менување на кадарот на филмот што е побавна од времето потребно за еднен крак од тркалото да ротира до соседната положба како што беше снимено во претходниот кадар.

Бавната ротација назад претставува преклопување произведено од

страна на брзината на кадрите на камерата. Кога брзината на кадарот е синхронизирана со времето потребно за пречките од тркалото да ротираат во иста положба која е зафатена во последниот кадар, тркалото изгледа како да стои. Конечно, како што тркалото продолжува да забавува, брзина на менување на кадарот станува доволно висока за да ги прикаже пречките на тркалото прецизно, а тркалото изгледа како да се врти во правилната насока на вистинскита брзина.

Слика 27. Преклопување

51

Истата аналогија важи и за FFT анализаторите, ако влезните сигнали содржат фреквенции повисоки од оние кои постојатпри избророт на брзината на земањето на примероци избрани за посебни појаси, ќе се формира ниско фреквентно прклопување. За да се елиминира овој проблем, FFT анализаторите користат остар филтер без преклопување кој автоматски е подесен да ги отсекува фреквенциите над горниот граничен опсег, пред сигналот да се дигитализира.

3.3.3. Тежински функции (WINDOWS)

FFT анализаторите работат со дискретни податоци земени во вид на примероци, т.е. со самплирање или само со одреден примерок од податоците, дури и ако примероците, секој посебно, може да бидат континуирани. Заради тоа, вистинскиот влез ќе биде скратен (Слика 28). Во овој пример, сигналот на една временска област е очигледно едно фреквентен синусоиден бран, но сепак, примерокот не започнува и завршува во истата точка од брановидната форма и со тоа ги претставува невистините привидни фреквенции. Ова понекогаш се нарекува пропуштање, (англ. leakage). Бидејќи повеќето сигнали со одреден временски интервал претставуваат мешавина од фреквенции, не е возможно примерокот да се прилагоди за да се избегне отсекувањето, т.е. скратувањето.

Слика 28. Континуиран сигнал временски скратен Меѓутоа, со цел да се минимизира eфектот на пропуштање, тежинската

функција се применува на избран примерок од податоците (Слика 29). Треба да се има во предвид дека тежинската функција прогресивно го пригушува сигналот кон крајната граница на прозорецот и го минимизира пропуштањето.

Сепак, како што обично се случува, корекцијата на еден проблем бара

компромис во друга област, па според тоа и тежинската функција не е исклучок. Додека тежинската функција го намалува пропуштањето, тоа го прави на сметка на резолуцијата. Ефективната појасна ширина на филтерот се зголемува, што резултира со редуцирање, т.е. намалување на резолуцијата, во зависност од специфичната тежинска функција што се користи.

52

Слика 29. Брановидна форма оптеретена од

временскиот интервал Истата аналогија важи и за FFT анализаторите, ако влезните сигнали

содржат фреквенции повисоки од оние кои постојатпри избророт на брзината на земањето на примероци избрани за посебни појаси, ќе се формира ниско фреквентно прклопување. За да се елиминира овој проблем, FFT анализаторите користат остар филтер без преклопување кој автоматски е подесен да ги отсекува фреквенциите над горниот граничен опсег, пред сигналот да се дигитализира.

Постојат многу различни тежински функции. Тежинската функција обично

се нарекува прозорец, (англ. window) и генерално е именувана по лицето или лицата кои ја развиле равенка. Повеќето FFT анализатори даваат можност за избор меѓу повеќе прозорци со објаснување за оптималниот прозорец, во зависност од одредената примена и видот на податоците. Транспарентниот, т.е. истакнатиот прозорец дава најдобар компромис меѓу фрекфентната резолуција и прецизноста на амплитудата и обично се користи за анализа на машините при нивна стабилна состојба.

3.3.4. Реална временска стапка

Реалната временска стапка, (англ. real time rate) претставува уште една област што треба накратко да се продискутира. При анализата на машините, пожелно е да се има колку што е можно повисока реална временска големина. Во многу случаeви, флуктуацијата, односно колебањето или нестабилнста на спектралните компоненти, било да е редовна или нередовна и големината на флуктацијата, т.е. колебањето може да даде вредни дијагностички индикации кои се однесуваат на механизмот на генерирање. Ако краткотрајните промени, (англ. trip) на анализаторот се премногу спори, односно, неговата реална временска фреквенција, (англ. real time frequency) е премногу ниска, овие вредни информации се изгубени. Еден збор за претпазливоста, секогаш треба да се провери големината периодот на меморијата на анализаторот за да се обезбеди да големината на едно избивање, (англ. beat) или флуктација, всушност е земена во предвид во пресметана фрекфенција и дека не зависи од брзината на анализаторот.

53

3.3.5. Осреднување

Сите FFT анализатори имаат можности за осреднување, односно одредување на средната вредност, со цел да се добијат статистички точни податоци кои можат да се користат за споредба. FFT анализаторите имаат можности за осреднување на фрекфенцијата како комплет, т.е. една целина и синхронизиранo осреднување на времето.

3.3.6. Дополнителни карактеристики

Во прилог на можностите за осреднување, FFT анализаторот треба да содржи модел, односно режим или мод, (англ. mode) за задржување на врвот, со што се задржуваат највисоките амплитуди постигнати во било која локација. Оваа функција се користи на три главни начини:

• Енвелопата произведена од поврзувањето на амплитудните врвови во моменталната фрекфенција како што таа се движи преку опсегот на анализаторот за време на стартувањето или запирањето, претставува правоаголна координата или рамнина на одзивот на амплитудата наспроти брзината;

• Максималната амплитуда достигната од флуктирачките, односно колебливите компонента како подсинхрони, т.е. субсинхрони31, (англ. subsynchronous) нестабилности честопати претставуваат многу важно мерење. Често, единствениот начин да се процени ефектот од промената е да се споредат вредностите на врвовите и осреднетите вредности за одреден временски период;

• Кога се вклучени и влијанијата на пречките, мора да биде позната максималната амплитуда која е достигнатата од секоја компонента.

Способноста за фаќањето на транзитивните, т.е. преодните вредности е

уште една важна карактеристика што треба да ја содржи FFT анализаторот. Фаќањето на транзитивните, т.е. преодните вредности е посебно важно кога влијанието на возбудата претставува компонента или структура според која се одредува сопствената или вистинската фрекфенција.

Доволно големата меморија за складирање на повеќе спектри е исто

така важна карактеристика бидејќи се олесни споредувањето на податоците при различни услови. Повеќето анализатори ќе дозволат споредба, односно компарација меѓу разликите и односите на спектрите сочувани во меморијата за подетална квантитативна проценка на промените.

31 Подсихроните, т.е. субсихроните нестабилности се со резонантна фрекфенција или брзина на пренос на наизменичната струја кои се помали од линиската фрекфенција, а претставуваат резултат од вметнувањето на серија од кондензатори за да се откаже дел од линискиот отпор на системот. Додека, синхронизацијата претставува дигитално коло во кое компонентите се синхронизираат со помош на специјален сигнал „часовник”. Секоја промена на компонентите во логичките кола е симултана.

54

Четири други способности кои може да бидат доста корисни во FFT анализаторите се:

• Способноста да се нормализира фреквентната оска за да се подредат моменталната референтна брзина на влезот од референтниот импулс при секој вртеж, може да биде доста корисна во одредени ситуации. Повеќето анализатори ја вклучуваат и оваа функција;

• Динамичкиот каскаден, односно степенасто опѓачки спектар (Слика 30), каде што спектрите се рангираат, односно се сместуваат еден над друг, често дава можност само да се прати и проучува она што се случува за време на транзициите, т.е. преодите. Ова може да биде особено важна функција при анализа на извршување на покренувањето, запирањето или динамичкиот одзив;

• Капацитетот за зголемување на резолуцијата на избраната централна фреквенција, понекогаш наречена и „зумирана”, (англ. zoom) фрекфенција, заради аналогијата со камерата, често претставува единствен начин да се подреди и сортира сложениот комплексен спектар со тесно, т.е. блиску распоредени компоненти, т.е. се наоѓаат на многу мало растојание. Како што е прикажано на Слика 31, зумирање или способноста за претворање, т.е. транслација му овозможува на FFT анализаторот да зголеми еден сегмент од високо фрекфентниот спектар со значително многу подобрена резолуција. Оваа функција е особено важна при анализата на запчаниците и моторите, каде што мора да бидат идентификувани индивидуалните, тесно блиску поставени подредени, високо фрекфентни спектрални компоненти;

• Двојно каналните FFT анализатори ги вклучуваат и корелационите и кохерентните функции за утврдување на меѓусебното делувањето на еден сигнал на друг. Фазните мерења се прецизно изведени со поврзување на референтниот активатор, т.е. тригер32, (англ. trigger) на влезот од едниот канал и сигналот во другиот канал.

Слика 30. Каскаден (степенасто опаѓачки) спектар

(како одговор на субсинхроните нестабилности при краткотрајните промени и празниот óд)

32 Тригерот, (англ. trigger) е систем кој користи едноставни критериуми за брзо одлучување кои од детектираните настани треба да ги задржи.

55

Слика 31. Зумирана фрекфенција или транслација

3.4. Инструменти со одреден временски интервал

Инструментите со одреден временски интервал, (англ. time domain instruments), претставуваат инструменти кои содржат и давачи за временскиот интервал. Често, многу е корисно да може да се виде комплексниот вибрационен сигнал во одреден временски интервал. Визуализацијата на движењето на осовината во склопот на лежиштето, транзитивните, т.е. преодните или ударните настани, повторливите настани кои претставуваат показатели на аголната положба на осовината, како што е движењето на клипот и вентилот кај клипните машини ја локализираат оштетеноста кај запчаниците, при што, самите тие се способни резултатите и анализите да ги прикажат во одреден временски интервал.

Традиционално основен инструмент што се користи за анализа на

машинските постројки и кој го прикажува и временскиот интервал, претставува осцилоскопот. Кај повеќето FFT анализатори имаат и функција за временскиот интервал. Сепак, корисникот мора да биде свесен дека функцијата на временскиот интервал кај еден FFT анализатор главно се променува како последица на филтрирањето, па затоа, може да му недостасува целосната карактеристика на состојбата присутна во оригиналниот, т.е. се уште необработениот сигнал, (англ. raw signal). Како и за секој инструмент за дијагностика и кај FFT анализаторот кој се користи во одреден временски интервал, мора да се препознаат и потполно да се разберат ограничувањата.

56

Особено корисна слика на временскиот интервал е прикажан на Слика 32. Добиени од две неконтактни сонди за поместување на осовината, кои се монтирани за 90° раздвоени една од друга, прикажувањето на временскиот интервал ги покажува и оригиналните, т.е. се уште необработени сигнали од двете сонди, како и кривата или орбитата креирана со комбинирање на двата сигнали. Орбитата во голема мерка го зголемува, односно зумиран приказот на динамичкото однесување, како што се ексцентричноста, стабилноста, како и ефектите од преоптеретувањето, расцентрираноста и дебалансот на машините со хидродинамички лежишта исполнети со течен филм, односно слој.

Слика 32. Карактеристична брановидна и форма во вид на орбита

на сондата за поместување на осовината Анализата на вибрационите сигнали во одреден временски интервал,

исто така е многу корисно за откривање на ударните и преодните појави кои можеби немаат доволно енергија за да бидат препознати во фреквентниот опсег на екранот, т.е. дисплејот.

Техниките за зголемување, т.е. подобрување се често потребни за да се

извлечат релевантните информации кои имаат ниски нивоа, (англ. low level information), од комплексниот сигнал на временскиот интервал. Откривањето, т.е. детектирањето на енвелопата, претставува метод кој се покажа многу корисен за откривање на аномалиите на тркалачките лежиштата и запчаниците.

57

Синхронизираното осреднување на времето е уште поселективен метод за издвојување само на оние фрекфенции кои се корисни за опремата, како што се на пример, машините за хартија, кај кои што често е неопходно да се изолира возбудата генерирана од една ролна, од комплексната возбуда на која се структурно пренесени и возбудите од другите ролни.

Инструментите со временски интервал мора да имаат влезен

референтен активатор, т.е. тригер, за да го сведи временскиот сигнал до број на вртежи, односно ротации на осовината. За повеќето FFT анализатори и колектори на податоци е потребен референтен влезeн сигнал со TTL логика, (транзистор – транзистор – логика), (англ. TTL – Transistor Transistor Logic). (TTL е од 0 до 5 [V], обично е вклучен над 3,5 [V], а исклучен под 2,0 [V].)

Способноста да се направат трајни копии од временскиот интервал и

прикажувањето на орбитата е доста важно за снимање и приготвување извештај за состојбата.

3.5. Анализатори за пратење

Анализаторите за пратење, односно, тракинг анализаторите (англ. tracking analyzers), може да имаат две форми: како наменски инструменти, (Слика 33) или како функции во FFT анализаторот или колекторот на податоци. И во двата случаеви, сигналот за секој вртеж, се користи како референтна големина за пратење. Со влезот на референтното пратење, анализаторот ги прати промените на брзината, вклучувајќи го и покренувањето и запирањето.

Слика 33. Анализатор за пратење

58

Важен параметар кој треба да се земе во предвид, особено при наглите промени во моменталната брзина кои се појавуваат при покренувањето и запирањето, претставува максимално пратење, (англ. maximum tracking) или големина на дометот, (англ. sweep rate) на анализаторот. Големината на максималното пратење ја дефинира најбрзата големина во [Hz/sec], со која што анализаторот може да ги прати различните влезни фрекфенции, додека, при тоа се одржува одреден, прецизно дефиниран однос меѓу излезот и влезот. Големината на максималното пратење физички зависи од појасната ширина на филтерот. Со намалување на појасната ширина за да се добие зголемена резолуција, исто така се намалува големината на максималното пратење. Исто така, постигнувањето на висок степен, т.е. големина на пратење, бара и доволно голема појасна ширина на филтерот.

Односот меѓу големината на степенот на пратење и појасната ширина на

филтерот мора да се земе во предвид секогаш кога е неопходно да се прати високата големина на промената на ротационата брзина на машината. На пример, пратењето на стартувањето на електричниот мотор, кој опфаќа спектар од 200 до 500 [rpm], зголемен од промените на брзината дури и до 1.000 [rpm/sec], претставува тежок предизвик за секој инструмент, а тоа ќе бара значителни загуби во резолуцијата. Затајувањето, т.е. пропустот на препознавањето и пратењето на физичките граници на брзината на пратење ќе резултира во големи грешки и дисторзии, односно искривувања на излезот.

Некои анализатори за пратење имаат вграден електронски уред за

прилагодување, т.е. внатрешно електронско пролагодување, за да го прифати необработениот сигнал од активаторот, т.е. тригерот, (англ. trigger). Други видови на анализатори може да бараат надворешен уред за прилагодување и сместување на различните напони, било тоа да се позитивни или негативни сигнали, (англ. positive or negative going signal) и да го менуваат нивото на напонот на референтниот сигнал, кој е потребен за активирање на системот, т.е. струјното коло за пратење. Кај повеќето машини, референтните сигнали се генерирани непосредно од сондата и заради тоа, импулсот е негативен. Неутрализирањето, т.е. изедначувањето на напонското ниво е неопходно за да се обезбеди анализаторот да го прати референтниот импулс и да не дојде до забуна заради било која вибрација или дефект на осовината кои може да произведат дополнителни импулси со ниско ниво меѓу референтните ознаки, т.е. маркици (Слика 34).

Слика 34. Грешка кај брзиномерачот, т.е. тахометарот заради гребнатини или други дефекти

59

На левата страна од сликата, ниското ниво на активаторот, резултира со

повеќе од еден импулс за секој еден вртеж. На десната страна од сликата е прикажано како оваа појава едноставно се корегира само со зголемување на напонот кој е потребен за активаторот. Бидејќи кај сигналите од активаторот, амплитудата може многу да варира, една фиксна вредност можеби не може секогаш да функционира. Еден од начините да се решат двата проблеми е да се користи автоматско зголемување на струјното коло на референтниот импулс кој автоматски го избира нивото на активирање, т.е. нивото на активаторот, за околу 10 – 20 [%] под максималната амплитуда.

Фазата претставува е повторлива променлива која слична на

отчукувањето на часовникот, (англ. clock dial), а излезот е пропорционален на фазата од анализаторот за пратење и обично е зголемен од 0 – 360°. Мора да се обезбедат начини за да се спречат големите промени во излезот кои се јавуваат кога фазата која се мери може да се случи да се задвижи наназад (англ. swing back) и може да ја промени фазата за 0 – 360° и со тоа ја го поместуваат мерењето подалеку од дисконтинуитетот во 0 – 360°.

Друг начин автоматски да се постигне истиот резултат е да се прошири

излезот пропорционално на фазата од 540° од – 90°, преку 360° до + 90°. На овој начин дисконтинуитетот е елиминиран во рамките на преклопувањето.

Пожелно е да постои способност за да се прилагоди влезната

осетливост, така што анализаторот за пратење може да се користи со различни примачи, т.е. пикапи. Исто така, треба да постои и можност за единечна или двојна интеграција за приказот да може да биде изразен во термини на саканите инженерски единици.

Како што е претходно наведено, анализаторот треба да биде способен

да ги прати промените на брзината со прецизност до околу 1.000 [rpm/sec]. Доколку се потсетиме на тоа дека големината при која филтерот треба да се избриши, исто така ја фиксира неговата минимална појасна ширина. Како резултат на тоа, некои анализатори за пратење ќе имаат можности за избирање меѓу широка или тесна појасна ширина на појасно пропусниот филтер. Широко пропусниот филтер е за употреба при голема промена на брзината, тесно пропусниот филтер е способен за зголемување на точноста при ниски големини на промена на брзината. Ова свосјство може да биде доста корисно и поволно и има доста предности.

И конечно, при изборот на анализатор за пратење, треба да се внимава

на неговиот динамички опсег. Не е невообичаено да има промени на амплитудата со пречекорување од 50 [dB] од состојба нa бавна ротација, (англ. slow roll) до максимална амплитуда при критична брзина на машината. Ако анализаторот не е способен за пратење и на двете амплитуди и фази со минимум од 50 – 60 [dB] динамички опсег, тоа може да не даде прецизни резултати.

Двојно каналните анализаторите за пратење, способни за две

истовремени балансирања во две рамнини бидејќи содржат информациите за амплитудата на двата краеви од машината и го прикажуваат отстапувањето на осовината и овозможуваат балансирање во дводимензионална рамнина.

60

3.6. Уреди за снимање на магнетна лента

Како што програмата за мониторинг на состојбата на машините се усовршува и развива, одредени модели на уредите за снимање, на крај ќе станат неопходни за фаќање на големи количини на податоци. Обично начините кои се користат за собирањето на податоци при покренувањето и запирањето, каде што ограничувањата наметнати од страна на самите машини го ограничуваат односот старт – стоп, (англ. start / stops), па според тоа, потребно е истовремено снимање на сигналите од повеќе сензори за сеопфатна и самостојна, (англ. off line) анализа. Вакви уреди за снимање се уредите за снимање на магнетна лента, (англ. magnetic tape recorders).

При анализата на машините се користат три методи за снимање на

магнетна лента, (англ. magnetic tape recording): директно снимање, (англ. direct recording) снимање со модулирање, т.е. со подесување на фрекфенцијата, (англ. Frequency Modulated – FM) и дигитално снимање.

3.6.1. Директно снимање

Инструментите за директно снимање, (англ. direct recording instruments) обично се користат за снимање на музика, не се скапи и обезбедуваат прифатливи резултати за најразлични примени, а при сето тоа се подразбираат и предвидени ограничувања. При директено снимање, влезниот сигнал на наизменичната струја е засилен и се применува за вртење, односно движење во внатрешноста на главата за снимање, кое се јавува во вид на променлив магнетен флукс, т.е. магнетна сила преку малиот отвор во главата. Како што лентата за магнетно снимање поминува, односно се движи околу главата за снимање, промените на флуксот, произведуваат соодветна трајно магнетизирана промена во ферооксидниот, т.е. железо – оксидниот слој на лентата. Кога магнетизираната лента се пренесува преку главата за репродукција, процесот е обратен; магнетните промени на лентата индуцираат напон во главата за репродукција, кој се засилува, а потоа се става на располагање како излез.

Бидејќи нивото на репродуцираниот сигнал е пропорционален со

големината на промената, а не со големината, т.е. магнитудата на флуксот, при ниски фреквенции, одзивот на процесот на директното снимање на опаѓа испаѓа (англ. falls off). Од оваа причина, не е возможно да се репродуцираат ниските фрекфенции при директен начин на работа. Така, одзивот на повеќето уреди за снимање кои работаат со директно снимање, брзо опаѓаат при фракфенции пониски од околу 50 [Hz]. Ограничувањата на високата фреквенција се појавуваат при директното снимање, бидејќи брановата должина на снимените сигнали станува се помала во споредба со отворот на главата. Високо фрекфентниот одзив за даден уред за снимање на лента, (англ. tape recorder) што работи со директно снимање може да се подобри со користење на високобрзинска лента, т.е. лента со голема брзина.

61

Сам по себе, системот за репродукција на директно снимање не е многу

линеарен, т.е. рамномерен и му треба мрежа за изедначување33, (англ. equalizing network), односно еквилајзер за да има било каква практична примена. Мрежата за изедначување е вградена во уредот за снимање и може да се прилагодува, како дел од постапката на калибрација на уредот за снимање за да се постигне максимална линеарност.

Градирањето на уредот за директно снимање може да има фрекфентен

опсег од 50 [Hz] до 50 [kHz]. Според тоа, директното снимање се користи првенствено за широко појасни сигнали од трансдукторите на забрзувањето.

Недостаток на директното снимање е тоа што фазата и другите

нелинеарности може да го нарушат, односно да го искриват сигналот. Иако оваа појава генерално не претставува проблем во врска со типот, формата и фреквенцијата на сигналите кои најчесто се истовремено снимени при анализата на машината, аналитичарот мора да размисли за придобивките при користење на директно снимање и мора да биде свесен и за потенцијалните неточности.

Можеби главниот недостаток на директниот начин на снимање се

промените на амплитудата кои се појавуваат преку фреквентниот опсег. Обично специфичното отстапување на амплитуда е ± 3 [dB], што значи дека излезот може да варира од 0,7 до 1,4 пати во однос на влезот, преку појасната ширина на уредот за снимање. Додека, промените на оваа големината, т.е. магнитуда најверојатно не се непријатна кога се работи со високо фреквентни сигнали на забрзувањето, може да предизвикаат потешкотии при ниски фреквенции каде што точноста на класификацијата скоро секогаш се заснова на амплитудата.

3.6.2. Дигитална аудио лента

Со воведувањето на повеќеканална калибрирана инструментација, уредите за снимање на дигитална аудио лента, (англ. Digital Audio Tape – DAT), создадоа нови можности. Обично, помал и попренослив, во споредба со FM уредот за снимање со подесување на фрекфенцијата, DAT уредот за снимање на дигитална аудио лента е полесен да се подеси и има поголем динамички опсег, (обично 70 [dB]), дава споредлива точност и има приближно ист фрекфентен одзив. DAT уредот за снимање има одлична фазна точност меѓу каналите, а тоа обично претставува предност скоро во сите тестови со големи барања. Искуството покажува дека DAT уредите за снимање се поосетливи на температурата и влажноста во споредба со FM уредите за снимање. Покрај тоа, повеќето DAT уреди за снимање имаат само една брзина на лентата и недостаток за можност за долготрајно снимање, за разлика од FM уредите за снимање.

33 Изедначување, (англ. equalization) е процес на прилагодување на балансот меѓу компонентите на фреквенцијата во електронскиот сигнал.

62

3.6.3. Согледувања при снимање на лентата

Сите калибрирани инструментации на уредите за снимање на ленти кои се земаат во предви при анализа на машините, ги имаат сите потребни контроли за снимање, репродукција и можност за работа при транспорт. Користењето на лента и ролна со бројач за бројот на вртежи е неопходно за да се утврди почетокот и крајот на одредено снимање во внатрешноста на лентата. Некои корисници може да да ја означат лентата преку гласовен канал, други преферираат писмен запис на лентата. Достапни се алатки способни за поставување на индексирани покажувачки сигнали на лентата кои можат да се користат и подоцна за автоматска контрола на анализаторот.

Уредот за снимање на лента кој се користи за анализа на машините

треба да има можности за истовремена репродукција на најмалку три канали без оштетување на каналот за снимање. Три каналната истовремена репродукција, двата канали за податоци, (англ. data channels) и еден канал за референтната фаза се неопходни за повторно се пушти, односно прикаже, (англ. replay) лентата со фазно референтната орбита.

Уредот за снимање на лента што се користи со предзасилувачи34, (англ.

preamplifiers) исто така, треба да имаат соодветно подесено погодно средство за утврдување на нивото на влезниот сигнал за секој канал. Ова може да се постигне со пратење преку осцилоскоп или мерач.

Како и кај сите други работи, создавањето на конзистентно добро

снимање, т.е. запис на лента бара одредено искуство. Пред секое снимање треба да се провери калибрацијата, со поставување на познат амплитуден сигнал од генератор. Добра идеја е да во текот на снимањето се прати влезниот сигнал на еден канал од двоканалниот осцилоскоп и излезот на другиот. На овој начин, секое нарушување, односно искривување на одредни делови во самиот на уред за снимање можат веднаш да се открие.

Како заклучок може да се каже дека уредот за снимање е софистициран

инструмент кој претставува голема инвестиција која може значително да влијае на заклучоците од една поинаква звучна анализа. Пред да се избере овој или некој друг главен инструмент, треба да се земат во предвид и коментарите и препораките добиени од други корисници на слични инструменти за истата цел во истото опкружување.

3.6.4. Снимање со модулирање на фрекфенцијата

При изборот на видот на уредот за снимање, т.е. за долготрајно собирање на податоци за машините, уредите за снимање со модулирање, т.е. подесување на фрекфенцијата, (англ. Frequency Modulated recorders – FM recorders) обезбедуваат високо прецизен одзив на сигналите од еднонасочната струја при ниски фреквенции до околу 5.000 [Hz]. Овие резултати се значително повисоки oд некои модели на ленти со големи брзини.

34 Предзасилувачот претставува електронски засилувач кој го подготвува слабиот електричен сигнал за понатомошно засилување или преработка.

63

Долго време, FM уредите за снимање претставуваа најдобар избор за прифаќање и собирање на податоци при покренувањето и запирањето кога точноста при ниски фреквенции е од примарна важност.

Во FM уредите за снимање, главите на лентата и техниките за

магнетизирање на лентата и откривањето на промените на флуксот се исти како и кај моделот на директно снимање. Тука сличноста завршува. FM снимањето ја користи амплитудата на влезниот сигнал за фреквентно модулирање на високо фреквентниот преносник. Како што е илустрирано на Слика 35, процесот на фрекфентното модулирање, ја претвора амплитудата и фреквенцијата на влезниот сигнал во поместување на фрекфентниот преносник, која претставува соодветна големина. За време на репродукцијата, амплитудата и фреквенцијата на необработениот сигнал се реконструирани заради демодулација на сигналот добиен од главата за репродукција.

Слика 35. Процес на модулирање на фрекфенцијата

Бидејќи амплитудата е претставена преку промената на фреквенцијата

на преносникот, FM уредот за снимање може да снима и сигнали до еднонасочна струја. Всушност, ова претставува еден начин на кој FM уредот за снимање може да се калибрира: влезната еднонасочна струја со одредена амплитуда и фрекфенцијата на преносникот се мери за да се одреди точното отстапување.

За FM системот за снимање / репродукција, карактеристично е сам по

себе да е природно полинеарен, т.е. порамномерен и во двете амплитуди и фази од директниот систем. Бидејќи амплитудата на репродуцираниот сигнал зависи единствено од отстапувањето на фреквенцијата на снимениот преносник и нема никаква врска со магнитизирањето на лентата, амплитудните грешки можат да се одржуваат до под 1 [dB]. Од истата причина, делумното демагнетизирање предизвикано од повеќекратното користење на снимката или неправилните услови на чување, т.е. складирање има помало влијание врз FM податоци од податоците добиени со директно снимање.

64

FM снимањето нуди значајни предности при неговата примена на машините, како што се одлична линеарност, т.е. рамномерност и прецизната репродукција. Сепак, FM начинот на снимање има фреквентен одзив кој е обично од една петтина до една десеттина од директниот одзив при истата брзина на лентата. Како и при директното снимање, фреквентниот одзив во FM снимањето може да се зголеми со зголемување на брзината на лентата. Промената во фреквентниот одзив во FM начинот на снимање е директно пропорционален со промената на брзината на лентата (на пример. двојно поголемата брзина на лентата го двојно го зголемува и фреквентниот одзив).

Додека FM начинот на снимање во голема мера е независен од

карактеристиките на лентата, брзината зависи е соосдвтна со од промените во преносникот. Заради оваа причина, FM уредот за снимање на лента, обично чини повеќе е поскап има поголеми трошоци од уредот за директно снимање на лента.

Влезот во FM уредот за снимање на лента секогаш е поврзано со

еднонасочна струја. Со оваа метода на двоен влез и двата динамички сигнали, (на еднонасочната и наизменичната струја), (AC и DC – сигнали) се пренесуваат во електрониката на уредот за снимање. Повеќето FM уреди за снимање на лента може да го прифатат преднапонот, т.е. почетното отстапување на напонот, (англ. bias voltage) од неконтактниот трансдуктор за поместувањето; сепак, динамичкиот опсег ќе ги отсече вибрациите на осовината кои се под околу 0,5 [mils] (12 [µm]). Обично и двете методи се користат за да се елиминира или намали преднапонот на еднонасочната струја и со тоа да се зголеми опсегот на динамичкиот вибрационен сигнал кој може да се сними со FM уредот за снимање.

Најчесто, преднапонот на еднонасочната струја е блокиран со помош на

кондензатор35, (англ. capacitor). Така наречениот пар од наизменична струја, т.е. AC – пар, (англ. AC coupling) престставува вклучена можност кај повеќето инструментни за засилување, кондензаторот мора да се избере со внимание да се обезбеди добивање на високопропусен филтер и да не влијае на прецизноста на амплитудата на било која фрекфенцијата која е од интерес. Пред снимањето на ниско фреквентни податоци поврзани со наизменична струја на влезот од уредот за снимање, на пример, поместувањето на осовината која има бавна ротација, (англ. slow roll), точноста на амплитудната мора да се провери со генератор на сигнали при најниската фреквенција која е од интерес.

Втората метода користи спротивнен напон за да го елиминира

преднапонот, исто така, за повеќето инструментни за засилување, т.е. засилувачи, т.е. амплифаери (англ. amplifiers) достапен е методот за прецизно одржување на амплитудата до еднонасочната струја и исто така, ќе ја регистрира било која промена во преднапонот. Елиминирањето на преднапонот со помош на спротивен напон е корисно и има предности при стартувањето кога прецизноста на амплитудата при ниски фреквенции и промената на осовината од нејзината централна положба се посебно важни.

Иако користењето на спротивен напон за елиминирање на преднапонот

има свои предности при одредени примени, AC парот е поедноставна и генерално поадекватна за снимање на информации при стабилни состојби, (англ. steady state) и работни брзини, (англ. operating speed).

35 Кондензаторот претставува електротехнички елемент, кој може да ја сочува, т.е. складира енергијата од електричниот набој во вид на електрично поле.

65

3.7. Засилувачи

Уредите за засилување, односно засилувачите или амплифаерите на јачината на сигналот се користат во повеќето уреди за мониторинг и анализа на вибрациите. Сепак, оваа дискусија покрива само одделни инструменти кои во себе содржат вградени засилувачи кои се користат за зголемување на ниското ниво на сигналот од трансдукторот, до оптимална вредност за снимање или анализа. Повеќето уреди за снимање на ленти имаат можност за менување на добиениот влез, но некои се од типот на континуирано подесување, т.е. усогласување со помош на потенциометар и потребна е калибрација на сигналот за да се утврди добиеното подесување.

Од оваа причина, уредот за снимање треба да се подеси или да се

сложи со одредениот максимален влезен напон, обично 1 [V] RMS, така што уредот за засилување треба да е способен за додавање на цел број на фиксни, т.е. непроменливи степени, (англ. fixed integer steps) кои треба да се ги вметни во влезот на уредот за снимање за да се зголеми сигналот од трансдукторот до оптимална вредност.

Спецификацијата на еден карактеристичен FM уред за снимање на лента

да снима до 45 [dB] е добар пример затоа зошто засилувачите се често неопходни. Во превод, овие спецификации ја утврдуваат долната границата на шумот на уредот за снимање, кој го ограничува најниското ниво на сигналот што може да се сними до 45 [dB] или со фактор од 178 под номиналниот влез. Врз основа на номиналниот влез од 1 [V] RMS, границата на шумот е околу 5,6 [mV] RMS, што одговара на приближно 16 [mV] врв – до – врв. За да во уредот за снимање се сместат и сигналите за поместување од редот на 0,5 [mils] (12 [µm]) врв – до – врв на осетливост од 200 [mV/mils] (8 [mV/µm]), ќе биде потребно долната граница на шумот да е помала од 100 [mV] врв – до – врв. Ако овој сигнал е снимен без никакво предзасилување, ефективниот однос сигнал – за – шум е намален на 100/16 или 6,25 што одговара на 16 [dB].

Додека ова ограничување може да биде прифатливо во услови на

стабилна состојба, компонентите со ниски ниво укажуваат на појава на мали дефекти, кои најверојатно ќе се изгубат во шумот. Проблеми може да се очекуваат ако во снимањето се вклучени покренувањето или запирањето за одредување на амплитудата и фазниот одзив. Под овие услови, промените во амплитуда кои ќе го зголемат факторот над 6 се нормални и очекувани кај многу типови на машини.

Примерот укажува дека сите инструменти за снимање и анализа имаат

опсег на влезови во чии рамки мора да работаат. Во случај на уред за снимање на лента, многу е погодно да се прилагоди амплитудата на сигналот кој доаѓа на влезот на инструментот за снимање со фиксни, непроменливи степени, така што амплитудата што влегува во инструментот за снимање е секогаш колку што е можно поблиску до номиналниот влезен сигнал на инструментот за снимање. На овој начин, инструментот за снимање се управува со сигнално ниво кое го максимизира неговиот корисен динамички опсег.

Многу аналитичари не користат предзасилувачи туку едноставно ги

користат подесувањата, добиени од влезот кај повеќето инструменти за снимање и го подесуваат целосното ниво на инструментот за снимање малку над сигналот за максималната амплитуда, која што се очекува да се сними.

66

Оваа постапка е прифатлива доколку може да се предвиди максималното ниво на сигналот кој се снима. Но, брзо може се појават проблеми доколку се појави необичен сигнал, како на пример фазно реферетeн сигнал со 10 [V] врв или сигнал за забрзување со многу ниско ниво кој треба да биде снимен во текот на една анализа. Врз основа на искуството од бројните анализи, динамичкиот опсег кој може да се очекува е прикажан во Табела 3, (односот меѓу максималните и минималните сигнали потребни при снимање на вибрациите на машините).

Вид на трансдуктор со потребен опсег, [dB] Минимален потребен динамички опсег, [dB]

Само поместување на осовината (со преднапон на еднонасочната струја) 66

Поместување на осовината плус референтната фаза 68

Брзина 74

Забрзување 88

Сите заедно – помесување, брзина, забрзување 98

Табела 3. Динамички опсег кој е потребен за различни трансдуктори

Со одредени разумни подесувања, од инструментните за засилување

веројатно можат да бидат елиминирани и поместувањето и брзината на осовината снимени при некоја грешка во шумот. Сепак, за снимање на забрзувањето или секако на сите три променливи, ќе бидат потребни засилувачи.

Еден карактеристичен инструментен за засилување мора да има

линеарно зголемување со степени на засилување, (англ. gain steps) кои се движат во опсег од 0,2 до 0,5 до најмалку 500 за појава на вибрациони сигнали на машините. Обично, овие чекори на засилување кои го следат подредувањето, ќе бидат подредени во секвенци од 1, 2, 5, 10, 20, 50 и така натаму. Ова можеби изгледа доста комплицирано, но не претставува никаков проблем при калибрацијата.

На пример, земете сигнал кој мора да биде засилен за фактор од 20 за

да се постигне потребното ниво на влезот на уредот за снимање. Претпоставувајќи единично зголемување низ уредот за снимање, поделено со излезот на анализаторот или уредот за прикажување, (англ display device) со 20 за да се вратите на оргиналното ниво. За да бидеме поконкретни, ако сигналот од уредот за снимање пополнува две вертикални графи, т.е. поделби прикажани во временски интервал, и се користат 2 [V] по поделок, вредноста на врв – до – врв од оргиналниот влез е 4 [V] поделена со 20 или 200[mV]. Според тоа, предзасилувањето кое се користи при снимањето може да биде компензирано без промена на калибрацијата на системот. Засилувачи со степени на засилување изразени во [dB] би тербало да се избегнуваат при анализа на машините, заради потешкотиите во поделоците да се компензира и влезното засилување и резултира со поделби на скалата кои не се цели броеви.

67

Следно, пазете на фреквентниот одзив на засилувачот. Практично, секој достапен инструментен за засилување ќе има фреквентен одзив од еднонасочна струја со најмалку 20 [kHz], кој е адекватен за примена кај повеќето машини. За испитување на повисоките фреквенции, чини само малку повеќе да се земат засилувачи со фреквентен одзив до 100 [kHz]. Достапни се и засилувачи со брзина на фреквентен одзив од над 100 [kHz] и би требало да се земат во предвид ако се испитува акустична емисија на фреквентни грешки.

3.8. Останати инструменти кои се користат за

анализа на ротационите машини

Голем број на инструменти за општи и посебни намени и цели се од интерес за машинските аналитичарите кои се занимаваат со ротационите машини. Во првата категорија се инструментите за тестирање и калибрација како што се мултиметри, функционалните генератори, а можеби и фреквентните броила. Овие инструменти, кои се неопходни за развивање на програма за анализа на машинските постројки, се достапни од голем број на извори и можат да се нарачаат или купат директно од каталог. Тврдата опаковка, малата тежина и напојувањето со енергија од батерија, претставуваат драгоцени карактеристики чија главна намена е тестирањето на инструментите кои се користат за анализа машинските постројки. Во категоријата на инструменти за специјални намени се мерните уреди за мерење на истегнувањето, уредите за мерење на вибрации, филтрите, детекторите за енвелопата и торзионите анализатори. Повеќето од нив би биле набавени за одредена специјална намена или за тестирање.

Слика 36. Повеќенаменскиот преносен вибрационен инструмент

68

Повеќенаменскиот преносен вибрационен инструмент, (англ. shaker),

(Слика 36) е апарат кој скоро задолжително мора да се има за мониторинг на состојбата на машинските постројки. Вибрациониот инструмент е од витално значење за калибрацијата и тестирањето крај – до – крај, (end – to – end testing) на лице место, т.е. онлајн, (англ. on line) системи за мониторинг и претставува брз и лесен начин да се провери калибрацијата на преносните инструменти. Преносниот вибрационен инструмент, набавен за мониторинг на состојбата на машинските постројки, треба да има можност за пратење на променливите фрекфенциии, како и можност за единечно и двојно интегрирање, а исто така и адаптери, т.е. уреди за прилагодување за монтирање и калибрирање на сите вообичаени претворачи, односно трансдуктори: акселерометри, земачи на брзина, (англ. velocity pickups) и неконтактни трансдуктори за поместувањето.

3.9. Системско инженерство

Податоците, како што е поставувањето на кабли и начините на складирање на каблите кога не се користат, методите за пакување и поврзување на еден инструмент со друг, именувањето на кутиите за олеснување на задачата за селекција на еден излезен сигнал од повеќето, како и за надгледување и анализа, се исто така важни колку и самите инструменти. Општо земено, современите елетронски инструменти се високо доверливи и ќе ги вршат своите задачите за кои и се наменети. Колку време ќе треба тие да се подесат за да ја започнат својата задача, и колку ќе биде лесно тие да се користат во програмата за анализа на машинските постројки, во голема мера зависи од тоа колку внимание му е посветено на деталите од страна на системското инженерство.

69

4. Инструмент за вибродијагностички мерења (Microlog CMVA 60) во РЕК „Битола” Sledej}i gi sovremenite svetski trendovi, nekoi kompanii vo

Makedonija postepeno gi menuvaat svoite naviki i pristapot kon odr`uvaweto na svoite postrojki i od ~isto reaktivno odr`uvawe i planirani remonti, preminuvaat kon prediktivno, odnosno preventivno ili predviduva~ko odr`uvawe, so tendencija toa da se transformira vo proaktivno odr`uvawe.

AD Elektrani na Makedonija – ELEM e edna od tie kompanii. Za da

mo`e da gi ispolni barawata na prediktivnoto odr`uvawe i da vr{i sledewe na sostojbata na vle`i{tuvawata kaj rotacionata oprema i analiza na rezultatite, ELEM nabavi portabl instrumenti za vibrodijagnosti~ki merewa, za termoelektranite i za rudnikot vo РЕК „Битола”. Toa e instrumentot Microlog CMVA60, od proizvodnata programa na SKF (Data Collector / FFT Analyser) i pridru`niot softver PRISM4.

Tehni~kiot kadar vo РЕК „Битола” koj go koristi instrumentot e obu~en

i ve}e ima iskustvo od oblasta na vibrodijagnostikata. Toj dobro gi poznava osnovite na vibrodijagnostikata, rakuvaweto so instrumentot i softverot PRISM4 i sekojdnevno vr{i merewa na postoe~kite ma{ini vo REK „Bitola”.

4.1. Корисноста на инструментот

Microlog CMVA 60 во РЕК „Битола” Nabavkata na instrumentot Microlog CMVA 60 i softverot PRISM4

mnogukratno ja zgolemija vrednosta na rabotata na toj na~in {to sega pri istoto potro{eno vreme za merewe na vibracionata sostojba na ma{inite memoriran e celiot vibracionen signal od sekoe merewe {to e napraveno. Prethodno postoeja samo vrednostite na sumarnite vibracii koi pri mereweto se zapi{uvaa ra~no i potoa se vnesuvaa vo soodvetnite tabeli vo programata Excel za da se memorira istorijata na vibracionata sostojba na ma{inata.

Instrumentot Microlog CMVA 60 i softverot PRISM4 davaat mo`nost

za iscrpna analiza na vibracionata sostojba u{te vo tekot na samoto merewe, a vo mir vo kancelarija mo`e da se analiziraat site faktori koi vlijaat na rabotosposobnosta na ma{inata i da se sogleduva celokupnata istorija na razvojot na sostojbata. So toa se ovozmo`uva:

• da se izvr{i ocenka na rabotosposobnosta na ma{inite i defekta`a;

• da se namali rizikot od prinudni, neplanski isklu~uvawa na ma{inite;

• da se namalat periodite na zastoj na ma{inite so pomo{ na podobro planirawe;

• da se izvr{i ocenka na rizicite i da se dozvoli ma{ini so problemi da rabotat i ponatamu bezbedno;

• zamena na le`i{tata koga navistina e toa potrebno.

70

Слика 37. Секојдневно мерење на постоечките машини во РЕК „Битола”

4.2. Најчесто користени функции на инструментот

Microlog CMVA 60 во РЕК „Битола” Najmogu koristeni funkcii se slednite:

• Data Collector, so ~ija pomo{ za ma{inite vo РЕК „Битола” ima vospostaveno

baza na podatoci za okolu 2.200 merewa. Na (klik) na kompjuterot za sekoe merewe se gleda istorijata na mereweto od prvoto do poslednoto merewe. Signalot e vo poln oblik i podgotven za analiza so pomo{ na softverot PRISM4.

• Tracking Filter za analiza na vibracionata sostojba i utvrduvawe na mo`nite pri~ini za vibraciite.

• Advanced Balancing Option za balansirawe na ma{inite na sopstveniot fundament i le`i{ta. Balansirani se elektromotori od 250 – 315 [kW], ventilator za sve` vozduh so motor od 1.250 [kW], ventilator za dimni gasovi so motor od 2.000 [kW].

• Coast Down za utvrduvawe na rezonanten (kriti~en) broj na vrte`i na pumpnite agregati na sopstveni fundamenti i vo sopstveni le`i{ta vo rabotni uslovi.

• Bump Test za utvrduvawe na sopstvenite frekfrencii na lopatkite na turbinite.

71

Слика 37. Instrumentot Microlog CMVA 60 i softverot PRISM4

davaat mo`nost za iscrpna analiza na vibracionata sostojba na ma{inite vo РЕК „Битола”

4.3. Откривањето на дефекти кај лежиштата

со инструментот Microlog CMVA 60 Personalot od odr`uvawe i eksploatacija vo vo РЕК „Битола” e

dovolno svesen za zna~eweto na mirnata rabota, odnosno rabotata bez vibracii na ma{inite kako priznak za bezbedna rabota. Ma{inite redovno se kontroliraat pri prvoto pu{tawe vo rabota posle remont, vo tekot na rabotata i pred zastanuvawe i voveduvawe vo remont. Analizata na vibracioniot signal dava mo`nost da se oceni sostojbata na le`i{tata i da se otkrijat defektite vo po~etnata faza. Voobi~aeno se vr{i dopodma~kuvawe i se sledi vlo{uvaweto na sostojbata do onoj moment koga pove}e ne e prifatliva za rabota na ma{inata. Potoa planski se isklu~uva i se zamenuva defektnoto le`i{te pred istoto da predizvika drugi defekti. Na toj na~in se izbegnuva opasnosta od havarija zaradi o{tetuvawe na le`i{te. Praksata na eksploatacija i odr`uvawe e kako {to e izneseno pogore, preventivno sledewe i koga e potrebno podobruvawe na sostojbata.

72

Содржина:

Вовед …………………………………………………………………………… 1

1. Обработка на сигнали ……………………………………………………… 2

1.1. Децибелни единици …………………………………………………………… 2

1.2. Филтри .………………………………………………………………………… 5

1.2.1. Пропусен појас на фрекфенциите ………………………………………………… 6

1.2.2. Преносни карактеристики на филтрите …………………………………………… 7

1.3. Филтри за пратење …………………………………………………………… 10

1.3.1. Стапка на пратење …………………………………………………………………… 11

1.3.2. Интегрирање …………………………………………………………………………… 11

1.4. Претворање на наизменичната во еднонасочна струја ………………… 13

2. Мерења кои се потребни за пратење на техничката состојба на машините ……………………………………… 18

2.1. Трансдуктори ………………………………………………………………… 18

2.2. Што треба да се мери ……………………………………………………… 19

2.3. Поместување на осовината ………………………………………………… 23

2.3.1. Монтажа и поместување на осовината во радијален правец ………………… 23

2.3.2. Пикапи за референтни фази ……………………………………………………… 27

1.3.3. Прирачник за корекција на празниот óд ………………………………………… 29

2.4. Аксијална и радијална положба на роторот ……………………………… 30

2.4.1. Одредување на аксијалната положба и монтирање …………………………… 30

2.4.2. Подесување на јазот на напонот …………………………………………………… 31

2.4.3. Радијална положба …………………………………………………………………… 33

2.5. Вибрации на куќиштето ……………………………………………………… 34

2.5.1. Одредување на положбата и монтирање ………………………………………… 34

2.5.2. Кабли …………………………………………………………………………………… 36

2.5.3. Потребна обработка на сигналот ………………………………………………… 36

73

2.6. Температура на лежиштата ………………………………………………… 37

2.6.1. Примена на мерењата на температурата на лежиштата ……………………… 37

2.6.2. Температурата на аксијално лежиште …………………………………………… 38

2.6.3. Температурата на радијално лежиште …………………………………………… 40

2.7. Торзиони вибрации …………………………………………………………… 40

2.8. Динамичка струја на моторот ……………………………………………… 41

3. Инструменти за мерење, снимање и анализа ……………………… 42

3.1. Инструменти за мерење на вибрации ……………………………………… 42

3.2. Подвижни системи за периодичен мониторинг ………………………… 43

3.3. FFT Анализатори ……………………………………………………………… 47

3.3.1. Фрекфентна резолуција ……………………………………………………………… 48

3.3.2. Преклопување ………………………………………………………………………… 50

3.3.3. Тежински функции (WINDOWS) …………………………………………………… 51

3.3.4. Реална временска стапка …………………………………………………………… 52

3.3.5. Осреднување ………………………………………………………………………… 53

3.3.6. Дополнителни карактеристики ……………………………………………………… 53

3.4. Инструменти со одреден временски интервал ………………………… 55

3.5. Анализатори за пратење …………………………………………………… 57

3.6. Уреди за снимање на магнетна лента …………………………………… 60

3.6.1. Директно снимање …………………………………………………………………… 60

3.6.2. Дигитална аудио лента ……………………………………………………………… 61

3.6.3. Согледувања при снимање на лентата …………………………………………… 62

3.6.4. Снимање со модулирање на фрекфенцијата …………………………………… 62

3.7. Засилувачи …………………………………………………………………… 65

3.8. Останати инструменти кои се користат за анализа на ротационите машини ……………………………………… 67

3.9. Системско инженерство …………………………………………………… 68

74

4. Инструмент за вибродијагностички мерења (Microlog CMVA 60) во РЕК „Битола” …………………………………… 69

4.1. Корисноста на инструментот Microlog CMVA 60 во РЕК „Битола” …… 69

4.2. Најчесто користени функции на инструментот Microlog CMVA 60 во РЕК „Битола” ………………………………………… 70

4.3. Откривањето на дефекти кај лежиштата со инструментот Microlog CMVA 60 …………………………………………............................. 71