Vibrodiagnostika je významným nástrojom moderných produktívnych a proaktívnych metód údržby strojných zariadení. S jej pomocou sa plánuje údržba strojných zariadení podľa ich skutočného stavu, čo vedie k nemalým úsporám náhradných dielov a času potrebného na ich opravy. Využíva vibrácie, ktoré generujú zariadenie v chode, ako zdroj informácií o spôsobe jeho prevádzky. Na pravidelne monitorovaných zariadeniach sa rovnako predlžuje perióda odstávok, ktoré je možné plánovať s dostatočným predstihom a z výsledkov merania je vopred zrejmé, aký uzol bude predmetom opravy. Vibračná diagnostika je jednou z metód bezmontážnej, alebo nedeštruktívnej diagnostiky rotačných strojných zariadení.
Možnosti vibrodiagnostiky
Základným meraním je zisťovanie celkových vibrácii zariadení. Zisťované sú hlavne mechanické stavy ako nevyváženosť, nesúosovosť, mechanické uvoľnenie, ohnutý hriadeľ, rezonancia, problémy remeňových prevodov, atď. Toto meranie je definované v normách, ktoré sa zaoberajú dovolenými mohutnosťami kmitania na daných zariadeniach (EN – 122 011 – Ventilátory, EN – 105 041 – Kompresory, EN ISO 10816 – všeobecná norma pre väčšinu strojných zariadení). Predmetom merania je rýchlosť vibrácií mm/s v pásme 10 – 1 000 Hz, v detekcii RMS. Výnimku tvorí posudzovanie mohutnosti vibrácií na obrábacích strojoch, kde sú nutné prísnejšie kritéria a kde dlhodobým sledovaním boli zistené odporúčané hodnoty mohutnosti vibrácií.
Pre zisťovanie stavu mazania v klzných a mazacích ložiskách, detekovanie elektrických problémov na elektrometroch, overovanie stavu ozubenia a mazania v prevodovkách, sa úspešne aplikuje meranie zrýchlenia vibrácií vo vhodne zvolených frekvenčných rozsahoch.
Pre zisťovanie presného stavu ložísk sú vyvinuté špeciálne, tzv. obálkové technológie zrýchlenia vibrácií. Dôvod používania obálkových technológií vychádza z poznatku, že odvaľovaním poškodeného prvku ložiska dochádza k nárazom, ktoré vyvolávajú zvýšené vibrácie na frekvenciu nárazu, ale hlavne na rezonančných frekvenciách. Cieľom obálkových technológií je odfiltrovať a zvýrazniť tieto signály od poškodenia v ložisku vo vysokofrekvenčnej oblasti. Vyhodnocovací softwér následné dokáže rozlíšiť, ktorá časť ložiska vykazuje poškodenie.
Pri meraniach strojných zariadení sa používa tzv. multiparametrické monitorovanie, kedy sa snímajú všetky uvedené veličiny v rôznych rozsahoch a pásmach a môžu byť doplnené i o meranie eventuálnej výchylky amplitúdovo – fázovej premeny pre upresnenie výsledkov merania. S číselnou hodnotou je ukladané hlavné spektrum vibrácií, v ktorom sa podrobne rozlišujú jednotlivé známky poškodenia, alebo opotrebenia uvedeného vyššie.
Popis meracieho zariadenia
OKTALON je modulárny - multiparametrický merací systém určený pre trvalé sledovanie mechanických vibrácií a posudzovanie stavu valivých ložísk. Je zostrojený na princípe neurónových sietí typu LonWorks s otvorenou architektúrou. Aktuálny stav každého meraného uzlu je zobrazovaný na čelnom panele prístroja pomocou trojfarebných LED diód (zelená- dobrý stav, žltá- výstraha, červená- nebezpečenstvo).
Meranie pomocou vibrodiagnostického zariadenia OKTALON bolo zamerané na analýzu vibrácií generovaných vibrodiagnostickým modelom. Vibrodiagnostický model obsahoval motor, pružnú spojku, dve ložiská a záťažový hriadeľ. Meracie body boli na ložiskách a meranie vibrácií pomocou akcelerometrov prebiehalo pri rôznych otáčkach motora. Meranie v danom rozsahu otáčok bolo uskutočnené pri troch rôznych nesymetriách záťažového hriadeľa.
Aplikácia
- základné meranie vibrácií a teploty,
- diagnostika mechanických vibrácií,
- diagnostika valivých ložísk,
- voliteľná súčasť LonWorks siete.
Vlastnosti
- meranie a vyhodnocovanie dvoch meracích miest súčasne
- 2 x definitívna hodnota vibrácií VELOCITY (mm/s, RMS) v pásme 10 až 1 000 Hz,
- 2 x špičková hodnota vysokofrekvenčných vibrácií HFACC (HFg, Peak), voliteľná o pásme 500 - 10 000 Hz, alebo o pásme 50 - 1 000 Hz,
- meranie teploty s rozsahom od –40 ºC do + 100 ºC.
Štruktúra meracieho systému
Meranie, vyhodnocovanie a ukladanie nameraných hodnôt do pamäte je vykonávané v automatickom režime. Tieto hodnoty sa porovnávajú s nastavenou úrovňou poplachov - alarmov. Komunikácia a prenos údajov do PC a vizualizačného programu je možná pomocou dvojlinky protokolom LonTalk (do 2 500 m), rozhraním RS 232 alebo modemom (v pevnej telekomunikačnej sieti, alebo mobilnej GSM sieti). Merací systém OKTALON je vyrobený zo štandardných „inteligentných" modulov typu LonWorks, na báze procesorov Echelon. Všetky použité komponenty sú vyvinuté pre prácu v ťažkom priemyselnom prostredí. Vyznačujú sa vysokou spoľahlivosťou prevádzky, odolnosťou proti rušeniu a mimoriadne priaznivým pomerom výkon - cena. Na príklad monitor vibrácií LWMON12 má tyto charakteristické parametre:
* komunikácia v sieťach LonWorks,
* diagnostika porúch strojov na základe analýzy vibrácií,
* napájacie napätie 24V DC,
* transceiver FTT-10A,
* LonMark kompatibilný výrobok.
Výsledkom merania je grafická závislosť (obr. 3) mechanických vibrácií na otáčkach motora pri zmene nesymetrickosti záťaže. Meranie prebiehalo tak, že sa na začiatku nastavil záťažový kotúč do nevyváhy pomocou nesymetrického rozloženia skrutiek na jeho obvode. Táto nesymetrickosť bola zmenená trikrát a to od menšej nesymetrickosti po väčšiu nesymetrickosť. Pri každej nastavenej nesymetrickosti boli postupne zvyšované otáčky motora v rozsahu od 0 Hz po 50 Hz a merané vibrácie. Otáčky motora boli zvyšované s krokom 1 Hz. V grafe na obr. 4 je vidieť postupný prudký nárast vibrácií, čo je spôsobené zhodou rezonančnej frekvencie meranej sústavy s frekvenciou otáčok motora. Tento prudký nárast hodnoty vibrácií je tým väčší, čím je väčšia nesymetrickosť záťažového kotúča. Týmto meraním sa zistila závislosť vibrácií meranej sústavy na nesymetrii rozloženej váhy záťažového kotúča pri prechode otáčok motora rezonančnou frekvenciou tejto sústavy.
Záver
Toto meranie bolo zamerané na návrh optimálneho riešenia pre monitorovanie, reguláciu a diagnostiku prevádzkových stavov strojov a výrobných systémov. Návrh obsahoval tri alternatívy riešenia zariadení na diagnostiku strojov. Z uvedených troch alternatív bola vybraná jedna, ktorá sa najviac osvedčila pri praktickom meraní a vyhovovala aj z ekonomického hľadiska. Na vybranej alternatíve bolo možné najefektívnejšie poukázať na nízkofrekvenčné vibrácie generované vplyvom nesymetrickosti, nesúosovosti hriadeľa, ale aj na vysokofrekvenčné vibrácie generované ložiskami. Bol vybraný merací systém Oktalon a to pre jeho viacúčelové využitie a možnosť zobrazovania výsledkov na počítači. Taktiež obsahuje zabudovaný alarm so signalizáciou v prípade prekročenia povolených hodnôt vibrácií. Z technického hľadiska je možné použiť frekvenčnú analýzu na diagnostikovanie technického stavu meraného zariadenia.
Radoslav Kreheľ
Literatúra
ĎAĎO S., KREIDL M.: Senzory a měříci obvody 1996
FABIAN, S.: ČSN 010641, ST SEV 3944-82 Spoľahlivosť v technike Plánovanie pozorovaní, UNM Praha, 1986
FABIAN, S.: Spoľahlivosť zložitých výrobných systémov. Elfa s.r.o. Košice 1997. ISBN 80-7099-301-4
HRAŠKO, P., PUZJAK, I.: Elektrotechnika 2. vydanie, Praha, ALFA, 1987, 320 s., ISBN 063-579-87
LÍŠKA, O., FEJERČÁK, V.: Snímače fyzikálnych veličín, Košice, Edičné stredisko VŠT, 1986, 240 s.
MARTINEK, R.: Senzory v priemyselnej praxi, Praha: BEN, 2004, 192s, ISBN 80-7300-114-4.
SICK spol. s.r.o Senzory pro automatizační techniku 2002.