Pytania kontrolne
1. Co to jest diagnostyka wibroakustyczna.
Zadaniem diagnostyki technicznej jest określanie stanu technicznego obiektu. Diagnostyka
charakteryzuje się trzema zadaniami:
" diagnoza - określenie aktualnego stanu technicznego,
" geneza - określenie jakie są przyczyny istniejącego aktualnie stanu,
" prognoza - określenie terminu w którym należy spodziewać się następnej zmiany stanu
technicznego.
Możliwość oceny stanu technicznego maszyn w ruchu obrotowym daje diagnostyka wibroakustyczna.
Opiera się ona na pomiarach i rejestracji sygnałów drgań i hałasu generowanych przez maszyny.
Sygnały wibroakustyczne w postaci pierwotnej stanowią określone wielkości mechaniczne i aby
mogły zostać zarejestrowane podlegają przetworzeniu na sygnały elektryczne dzięki najnowszym
czujnikom elektronicznym. Przetworzony sygnał wejściowy jest najczęściej słabym sygnałem
napięciowym, który musi być odpowiednio wzmocniony.
2. Sygnały wykorzystywane w diagnostyce wibroakustycznej.
Drgania
Jednym z najważniejszych sygnałów diagnostycznym dla maszyn wirnikowych są drgania. Drgania to
powszechnie występujące zjawisko fizyczne, w którym następuje ruch ciała względem pewnego
stałego punktu odniesienia. Dzięki nowoczesnym czujnikom elektrycznym możemy zmierzyć trzy
wielkości fizyczne opisujące przebieg drgań:
" przemieszczenie,
" prędkość,
" przyspieszenie.
Wybór mierzonego parametru zależy od wielu czynników np. rodzaju maszyny, elementu maszyny,
którego mierzymy drgania. Przemieszczenie drgań zawiera w sobie najcenniejsze informacje na temat
uszkodzeń:
" elementów wirujących maszyn niezależnie od ich prędkości obrotowej,
" elementów nie wirujących maszyn o częstotliwościach obrotowych poniżej 10-30 Hz.
Prędkość jest wielkością najbardziej charakteryzującą drgania w maszynach o częstotliwościach
obrotowych od 10-30 Hz do 1000-1500. Dla maszyn o wyższych częstotliwościach najlepszym
parametrem jest przyspieszenie drgań. Całkując przyspieszenia po czasie otrzymujemy prędkość,
natomiast przez całkowanie powtórne uzyskujemy przemieszczenie. Zależność miedzy tymi trzema
parametrami przedstawia(drgania.jpg). Na rysunku osie: częstotliwości i amplitudy są wyskalowane w
skali logarytmicznej. Do określenia intensywności drgań wykorzystywane są następujące
estymaty:
" wartość międzyszczytowa (szczyt - szczyt) - jest to różnica między największą, a najmniejszą
wartością przebiegu. Jest wykorzystywana gdy chcemy określić maksymalne naprężenia
różnych części maszyny.
" wartość szczytowa - jest zdefiniowana jako najwyższą wartość przebiegu. Zawiera ona cenne
informacje o krótkotrwałych drganiach wywołanych zjawiskami udarowymi.
" wartość średnia - możemy ją obliczyć dla dowolnego przebiegu czasowego x(t)
" Wartość skuteczna (RMS) - dla funkcji x(t) w granicach t1 Wartość RMS najlepiej
charakteryzuje poziom drgań, ponieważ bieżę pod uwagę historię czasową sygnału, jak i
wielkość jego amplitudy. Amplituda jest związana z energią przenoszoną przez sygnał.
W praktyce eksploatacyjnej oceną stanu technicznego maszyn o średnich prędkościach
obrotowych(najczęściej spotykanych) dokonuje się wykonując pomiary:
" wartości skutecznej prędkości drgań dla stałych elementów maszyny,
" wartości maksymalnej przemieszczenia drgań dla wirujących elementów maszyny.
Hałas
Każdy sygnał akustyczny (hałas, dz
więk) powoduje zmianę ciśnienia powietrza, dlatego wielkością
określającą natężenie hałasu jest ciśnienie akustyczne. Jednostką ciśnienia akustycznego jest Pascal
[Pa]. Najmniejsza wartość ciśnienia akustycznego jaką człowiek jest w stanie usłyszeć wynosi 20pPa.
Jest to ciśnienie odniesienia. Słuch ludzki reaguje na bodz
ce w sposób logarytmiczny dlatego poziom
ciśnienie akustycznego wyrażony jest w skali logarytmicznej (w decybelach). Poziom ciśnienia
akustycznego (SPL) określa stosunek średniego kwadratu ciśnienia akustycznego do ciśnienia
odniesienia:
gdzie:
(p2) - średni kwadrat mierzonego ciśnienia akustycznego
po - ciśnienie odniesienia
3. Budowa układu do pomiaru sygnałów diagnostycznych w laboratorium.
Analogowe sygnały z gniazd BNC znajdujących się na module pomiarowym należy podłączyć
przewodami BNC do odpowiednich wejść terminala sygnałów BNC 2110. Wyjścia z czujnika drgań i
mikrofonu należy przewodami BNC podłączyć do wejść kondycjonera PA-300. Na nim można ustawić
wzmocnienie i włączyć filtr górno- lub dolno przepustowy dla każdego kanału oddzielnie. Wyjścia
kondycjonera należy połączyć przewodami BNC z terminalem. Do połączenia terminala z wejściami
analogowymi karty pomiarowej należy zastosować wielożyłowy kabel typu SHC68- 68-EPM Shielded
Cable (68-D-Type to 68 VHDCI). Kartę pomiarową firmy National Instruments model DAQCard-6036E
podłączyć do magistrali PCMIA laptopa.
Zaciski L1, L2, L3 miejskiej sieci zasilającej modułu prądowego i napięciowego podłączyć z zaciskami
L1, L2, L3 modułu prądowego i napięciowego. Zaciski wyjściowe modułu prądowego podpiąć pod
odpowiednie zaciski silnika elektrycznego. Dwa autotransformatory o regulowanym napięciu 0-250V
podłączyć do gniazdka 230V. Do pierwszego autotransformatora podłączyć wzbudnik drgań. Zaciski
wyjściowe drugiego autotransformatora połączyć z zaciskami wejściowymi prostownika.
Elektromagnesy podłączyć do wyjścia prostownika. Zasilacz impulsowy podłączyć do zasilania.
Wyjścia zasilacza podłączyć z odpowiednimi stykami listwy zaciskowej znajdującej się na modułach
pomiarowych.
4. Kryteria oceny stanu maszyn stosowane w diagnostyce wibroakustycznej.
Stany graniczne drgań maszyn
Norma ISO 10816 określa cztery strefy opisujące stan dynamiczny maszyny:
" strefa A - drgania nowej maszyny,
" strefa B - maszyna może pracować bez ograniczeń czasowych,
" strefa C - maszyna nie powinna być długo eksploatowana i zaleca się podjęcie remontu w
najbliższym możliwym terminie,
" strefa D - maszyna jest uszkodzona i należy ją jak najszybciej wyłączyć z eksploatacji.
Określa ona również wartości graniczne drgań dla różnej klasy maszyn:
" klasa I - małe maszyny do 15kW,
" klasa II - średnie maszyny od 15 do 75kW bez specjalnego fundamentu lub maszyny do
300kW sztywno zamontowane na fundamencie,
" klasa III - duże maszyny na sztywnym i ciężkim fundamencie,
" klasa IV - wielkie maszyny na miękkim fundamencie.