mjerenje vibracija osovine rotora beskontaktnim · pdf filenedozvoljene vibracije strojeva...

Mjerenje vibracija osovine rotora beskontaktnim senzorima

izv. prof. dr. sc. Roberto ŽigulićKatedra za dinamiku strojevaZavod za tehničku mehaniku

R. Žigulić: Laboratorijske vježbe B

TFR, 16.03.2010, 11.00 – 14.00

2

Vježba 5. Beskontaktno mjerenje vibracija rotora


� Kinematika vibracija

� Senzori

� Norme za dozvoljene vibracije

� Laboratorijska mjerenja

3

Temeljne vibracijske veličine

Amplituda vibracijskog pomaka [mm]

BC

b

c

t

aA

Kinematika vibracija


4

t

+

a

d

v

d = mmv = mm/sa = mm/s2

Fazni pomak odziva vibracijskog pomaka, vibracijskebrzine i vibracijskog ubrzanja


5

Veza između vibracijskih veličina

d

T

d

t

Pomak max = dmax

Brzina max = vmax=2 π f · dmaxf = 1/T [Hz]( )sinx d tω ϕ= +


Ubrzanje max = amax=2 π f · vmax =4 π2 f 2 · d2max

6

Vibracijska

amplituda

Pomak

Brzina

Akceleracija

Frekvencija Hz1 10 100 1000 10 000

10

1

.1

.01

.001

Vrijednosti vibracijskih veličina u ovisnosti o frekvenciji


7

Vibracijske veličine za iskazivanje vibracija

RMS

peak

peak to peak

( )( )2

0

1 TRMS v t dt

T= ∫

t


v(t)

x(t)

8

Veza između vibracijskih veličina za iskazivanje vibracija

1,001,111,573,14Srednja vrijednost (AVE)

0,901,001,412,83Efektivna vrijednost (RMS)

0,640,711,002,00Maksimalna vrijednost (p)

0,320,350,501,00Razmah (p-p)

Srednja vrijednost

(AVE)

Efektivnavrijednost

(RMS)

Maksimalnavrijednost (p)

Razmah (p-p)

( )( )2

0

1 TRMS v t dt

T= ∫

0

1 TAVE xdt

T= ∫


9

Kružno gibanje kao izvor harmonijskog gibanja

Kružno gibanje = 2 harmonijskagibanja istim amplitudama, faznopomaknutim za 90 stupnjeva nameđusobno okomitim pravcima

eliptično gibanje = 2harmonijska gibanja istimamplitudama, na međusobnookomitim pravcima


10

Vremenski i frekvencijski zapis vibracija

Frekventna

domena

Vremenska

domena

Hz

s

Frekvencijska


11

Hzsekunde

Hz

Čisti sinusni val

Kombinacija 2 sinusna vala

sekunde

Vremenska domena

Transformacija iz vremenske u frekvencijsku domenu

( ) ( )( ) ( )0 1 1 1

2 2 2

sin

sin ... sinn n n

x t a a t

a t a t

ω ϕ

ω ϕ ω ϕ

= + + +

+ + + + +

Brza Fourierova transformacija (FFT)

( ) ( )01

sinn

i i i

i

x t a a tω ϕ=

= + +∑


12

Primjer kompleksnih vibracija kod reduktora


13

Senzori za mjerenje vibracija

� Radi na principu vrtložnih struja.� Magnetsko polje proizvedeno izmjeničnom

strujom oko zavojnice inducira vrtložne struje u bilo kojem električki vodljivom materijalu u blizini zavojnice.

� Zato je takve senzore prije mjerenja potrebno kalibrirati tj. prednamjestiti na voltažu -12 V te se pomak vodljivog materijala od osovine registrira u obliku rasta (opadanja) voltaže.

� Osjetljivosti senzora (npr. 8 mV/µm).

Beskontaktni senzor pomaka

xmmµmmils


14

Kontaktni senzor brzine

Kontaktni senzor vibracijske brzine radi u skladu s elektrodinamičkim principom.Napon proporcionalan vibracijskoj brzini inducira se u zavojnici koja je zavješena u polju permanentnog magneta pomoću dvije helikoidne membranske opruge koje s oprugom tvore vibracijski sustav masa-opruga.

vmm/smils/s


15

Kontaktni senzor ubrzanja

� Kontaktni senzor vibracijskog ubrzanja radi u skladu s piezoelektričkim principom.

� Piezoelektrički efekt kvarca se koristi za pretvaranje mehaničkog gibanja u istezanje ili sabijanje kvarza u kojem, zbog polarizacije molekula, nastaje električni naboj.

� Izmjereno vibracijsko ubrzanje se u mjernom instrumentu pomoću elektroničkog integratora jednostavno pretvara u vibracijsku brzinu ili vibracijski pomak

amm/s2

g


16

Hz

Hz

2Hz - 20 kHz

0-2 kHz

a

v

Frekvencijsko područje rada pojedinih senzora


17

� Mjerenje relativnih vibracija osovine i relativnih pomaka osovine� Mjerenje na principu vrtložnih struja u frekv. području 0 – 10000 Hz� Mjerna osjetljivost -8mV/µm za materijal 42CrMo4, za ostale iz tablice� Linearno mjerno područje za mjerenje pomaka 1,5 mm� Greška osjetljivosti ± 5% na sobnoj temp., ± 10% pri radnim temper� Mjerno područje pomaka sa dodatnim odstupanjem od 5% 2,4 mm� Prosječni radni položaj napon odmaka – 9V

Beskontaktni mjerni senzor IN – 085 Bruel & Kjaer


18

Krivuljne karakteristike senzora pomaka

1. PrijenosnakarakteristikaU=f(s) (napon kaofunkcijaudaljenosti)


2.KarakteristikaosjetljivostidU/ds=U´s (jer je mjernaosjetljivost-8mV/µm)

19


Temeljni zahtjevi za postavljanje beskont. senzora

20

Optički referentni senzor P - 84 Bruel & Kjaer


� Radi na fotoelektričnom principu � Emitira se svjetlosna zraka na dio stroja koji se ispituje� Emitirana svjetlosna zraka se odbija od referentne oznake nalijepljene

na dijelu stroja koji se ispituje� Fototranzistor na vrhu referentnog senzora, okidan (trigger) od

reflektirane zrake, uzroluke promjenu izlaznog signala

21


Preporuke za postavljanje referentnog senzora

� Optimalna udaljenost od osovine 30...40 mm� Kut nagiba s obzirom na vertikalu 0...15 0� Postotak okidača za reflektirajuću foliju 50 - 90%

22

Standard za mjerenje vibracija na rotirajućim osovinama

Za provođenje industrijskih mjerenja procedure koje se provode, propisane su međunarodnim standardima. ISO/FDIS standard 7919-3 bavi se upravo mjerenjima vibracija na rotirajućim osovinama.


23

Zona A -vibracije novo instaliranih strojeva


Zona B -dozvoljene vibracije strojeva predviđenih za dugotrajnueksploataciju bez ograničenja

Zona C -nedozvoljene vibracije strojeva predviđenih za dugotrajnueksploataciju bez ograničenja (stroj se može eksploatirati samo kratkotrajno)

Zona D -nedozvoljene vibracije strojeva koje uzrokuju njihovo uništenje

24


Uzrok vibracija - maseni debalans

Hz

vrijeme

brzina,

1X

2X 3X

10 20 30

Masa na prepustu

Maseni debalans rotira sinhrono s rotorom te se očitava isključivo preko dominantnog prvog harmonika brzine vrtnje i to samo u radijalnom (horizontalnom i vertikalnom) smjeru.

25

Laboratorijska mjerenja


0,01145,00 Druga fleksijska forma0,005135,25Prva torzijska forma

0,01528,00Prva fleksijska forma

Modalno prigušenje ζ, -Vlastita frekvencija f, HzVlastiti oblik

26

Vibracije diska rotora u horizontalnom smjeru

0,3

0

0,1

0,2

n, min^-14500,00,0 500,0 1000,0 1500,0 2000,0 2500,0 3000,0 3500,0 4000,0


27

Orbite rotora


28

Popis mjerenja u sklopu ove laboratorijske vježbe


� Mjerenje brzine vrtnje osovine� Mjerenje vibracija osovine rotora u dva međusobno ortogonalna

smjera pri konstantnoj brzini vrtnje (osciloskop)� Mjerenje orbite rotora� Kontinuirano mjerenje vibracija prolaskom kroz kritičnu brzinu vrtnje

(tzv. run-up i run-down analiza )

mjerenje vibracija osovine rotora beskontaktnim · pdf filenedozvoljene vibracije strojeva...

Documents