1.

Obszar stosowania normy PN ISO 10816-1: PN ISO 108160 drgania mechaniczne – ocena drgań maszyny na podstawie pomiarów na częściach niewirujących Normy oparte są: - wieloletnich doświadczeniach eksploatatorów - badaniach danych eksperymentalnych Normy zawierają: -typy i klasy maszyn, - wielkości pomiarowe, - miejsca i kierunki pomiaru drgań

Klasy maszyn (kategorie) ze względu na moc i sposób posadowienia: Klasa I =małe maszyny do 15 kW: -silniki i podzespoły połączone podczas pracy na stałe z całą maszyną (agregatem) Klasa II • maszyny średniej wielkości 15-75 kW bez specjalnego fundamentowania • silniki i maszyny do 300kW sztywno zamontowane na specjalnych fundamentacm Klasa III • Wielkie maszyny z masami wirującymi zamontowane na sztywnych i cięŜkich fundamentach o małej podatności w kierunku pomiaru drga Klasa IV • Wielkie maszyny z masami wirującymi zamontowane na stosunkowo podatnych fundamentach w kierunku pomiaru drgań w kierunku pmiaru drgań ( np. turbiny energetyczne, turbiny gazowe, pow. 10 MW

SPOSOBY POSADOWIENIA MASZYN

POSADOWIENIE SZTYWNE • bez dodatkowych elementów sprężystych• masa dodatkowa na sztywno związana z maszyną (blok fundamentowy) md > 10 ⋅m gdzie: md - masa dodatkowa (blok fundamentowy) m - masa maszyny

POSADOWIENIE SPRĘŻYSTE • zapewnia swobodne przemieszczanie się maszyny (np. na wibroizolatorach ) • najniższa częstotliwość drgań własnych fw powinna być co najmniej 4 –krotnie niższa od częstotliwości obrotowej wirnika to: o f w<1/4 fo gdzie: fw- najniższa częstotliwość drgań własnych fo - częstotliwość obrotowa wirnika

Wymagania dotyczące przeprowadzenia pomiarów drgań maszyn zgodnie z PN ISO 10816-1 (miary, wielkości pomiarowe i pasma częstotliwości stosowane w pomiarze i ocenie drgań maszyn)

- typ i klasa maszyn której dotyczą, zakres prędkości obrotowej, moc, tryb pracy, posadowienie

- wielkość pomiarową ( i pasmo częstotliwości) • przyspieszenia [m/s2] • prędkości [mm/s], • przemieszczenia [µµµm] ,

-miarę wielkości pomiarowej: • wartość średnią AVG, (average) • skuteczną RMS, (wart. średniokwadratowa) • szczytową P-P,(peak to peak)

Zasady wyboru i oznaczania punktów pomiarowych:

Miejsca lokalizacji przetworników (zalecane) * obudowy łożysk *podpory łożyskowe *elementy konstrukcyjne-przenoszące siły dynamiczne charakteryzujące stan drganiowy maszyny

Liczba punktów pomiarowych: - podczas prób odbiorczych maszyn zazwyczaj wszystkie możliwe punkty charakterystyczne - nadzór eksploatacyjny zazwyczaj jeden dwa punkty reprezentatywne poziomy (H) i/lub pionowym (V)

Wartości graniczne oceny stref klasyfikacyjnych intensywności drgań zgodne z PN ISO 10816-1

stosowane do oceny drgań i ogólnej oceny stanu technicznego maszyn:

Strefa A ( stan dobry) - drgania maszyn bezpośrednio po odbiorze

Strefa B (stan zadowalający) - drgania pozwalają na długotrwałą eksploatacje bez ograniczeń

Strefa C (stan przejściowo – dopuszczalny) - drgania nie pozwalają na długotrwałą pracę ciągłą należy podjąć kroki zaradcze

Strefa D (stan niedopuszczalny) – drgania mogą spowodować uszkodzenie maszyny ->TABELKA!

2.

Opisać typowe defekty występujące w łożyskach tocznych i przyczyny ich powstawania:

NIEWSPÓŁOSIOWOŚĆ WAŁÓW szczególną uwagę naleŜy zwrócić na poprawny montaŜ sprzęgieł, wypoziomowanie wałów.

DEFEKTY POWSTAJĄCE PRZED LUB W TRAKCIE MONTAŻU: - niewłaściwe przechowywanie (korozja), - niewłaściwy montaŜ (przyczyna 25- 40 % przedwczesnych uszkodzeń) - złe osadzenie, niedostateczne oczyszczenie oprawy, - nieodpowiednie przyrządy do montaŜu, nierównomierne przykręcenie kołnierza itd.

AGRESYWNE ŚRODOWISKO PRACY - drgania zewnętrzne np.: momenty Ŝyroskopowe, - fałszywe odciski Brinella - lokalne zuŜycie na skutek drgań zewnętrznych gdy łoŜysko pozostaje w spoczynku, - zabrudzenia smaru.

ZANIECZYSZCZENIA - mało skuteczne uszczelnienia np. działanie wody, osady, kamień kotłowy itp..

ZŁE SMAROWANIE - nieodpowiedni smar, - niesprawność systemu smarowania

PRZEKROCZENIE GRANICZNEJ PRĘDKOŚCI obrotowej łoŜyska.

PRZEKROCZENIE NOŚNOŚCIstatycznej lub dynamicznej powodowane przez: - przeciąŜenie - zbyt ciasne pasowanie - zjawiska termiczne

DRGANIA MASZYNY - niewywaŜenie, nieosiowość wałów itp..

ELEKTROEROZJA - przepływ prądu elektrycznego –(wystarczy róŜnica potencjałów 0.5 V i prąd 0.01 A ) (exproof I< 2 mA).

WADY MATERIAŁOWE I WYKONAWCZE ŁOśYSKA

BŁĘDY KONSTRUKCYJNE I WYKONAWCZE WĘZŁA ŁOśYSKOWEGO - zła geometria obudowy - nieprostokątny przekrój, - nadmierny luz (poślizgi), - niewspółosiowość.

Scharakteryzować fazy degradacji łożyska tocznego:

I faza szumowa(Pierwsze uszkodzenia w skali mikro): - Pojawienie się emisji akustycznej (pasmo 100 kHz – 1MHz) - Pojawienie się sygnałów w paśmie ultradźwiękowym 20 kHz - 100 kHz

II faza drganiowa (Pojawienie się mikropittingu i pierwszych uszkodzeń bieżni i/lub elementów tocznych): - Wzrost drgań w paśmie początkowo wysokich następnie średnich częstotliwości (częstotliwość obniża się wraz z postępującym zużyciem łożyska i rozmiarami uszkodzeń) -Wzrost poziomu emitowanego hałasu (w paśmie dźwięków słyszalnych)

II faza termiczna: - Zanieczyszczenia smaru (oleju) (Dobrze widoczne produkty zużycia bieżni, elementów tocznych, koszyka w oleju lub smarze - Wzrost oporów ruchu (Chwilowe zacieranie się elementów tocznych wywołane obecnością zanieczyszczeń produktów zużycia) – Wzrost temperatury(Zatarcie się łożyska, praca bez smarowania, pęknięcie kosza i rozsypanie się elementów tocznych, bespośredni kontakt bieżni)

Metody diagnozowania łożysk tocznych wymienić i w kilku słowach opisać na czym polegają:

-Pomiar emisji akustycznej- EMISJA AKUSTYCZNA EA –sygnały wysokoczęstotliwościowe („trzaski materiałowe”) towarzyszące m.in. pęknięciom materiału, wewnętrznemu tarciu międzycząsteczkowemu, ruchom dyslokacj ZALETY: Bardzo wczesne wykrywanie uszkodzeń (detekcja początku degradacji, wejście w fazę przyspieszonego zuŜycia) WADY: Brak zaleceń i norm zawierających zasady wartościowania i interpretacji wyników

-Pomiar impulsów udarowych Metoda SPM- Wykorzystuje pomiar impulsów udarowych w paśmie rezonansu przetwornika ok. 32 kHz. Opracowano skale ocen jakości łożysk z uwzględnieniem wielkości łożyska i prędkości obrotowej. Ocena polega na porównaniu aktualnie zmierzonego poziomu prędkości uderzeń z poziomem łożyska bez defektów ZALETY: Szybki Pomiar łatwa obsługa. Wczesne wykrywanie uszkodzeń. Opracowano wartości kryterialne dla oceny poszczególnych łożysk WADY: Pomiar uzależniony od miejsca pomiaru i sposobu mocowania przetwornika. Inne źródła (np. kawitacja, udary w innych elementach ) mogą zakłócać pomiar. Wymagana jest znajomość średnicy otworu łożyska i prędkości obrotowe

Pomiary drgań łożysk – Pomiar drgań bezwzględnych mierzone są głównie wartości skuteczne: - przyspieszeń drgań (preferowane) - prędkości drgań (rzadko) Pomiar drgań względnych-(stosowane bardzo rzadko tylko dla duŜych maszyn wolnoobrotowych np. walcarek)– mierzone są amplitudy przemieszczeń drgań (umożliwia to śledzenie luzów i zużycia ciernego łożysk) Stosowane pasma pomiarowe: 10 Hz – 15 kHz (dla przyspieszeń), zalecane pasmo powyżej 3.5 kHz 10 Hz – 1kHz (lepiej 10 kHz) (dla prędkości) Wartości graniczne drgań -Brak zaleceń normowych, przyjmowane są indywidualnie na podstawie własnych pomiarów i doświadczeń. ZALETY: Szybka ocena, tanie oprzyrządowanie WADY:Ocena stanu ma charakter ogólny; niemożność identyfikacji defektów. Niejednoznaczność z uwagi na możliwość wystąpienia zakłóceń z innych źródeł i zjawisk.

Pomiar kurt ozy- Dla łożysk bez defektów K wynosi ok. 3 Wzrost kurtozy informuje o pogarszaniu się stanu łożyska Zależna jest od pasma częstotliwości w którym dokonywany jest pomiar (przykładowo British Steel Corporation stosuje 5 pasm w zakresie częstotliwości pasmo 2.5 – 80 kHz) Nie jest zależna od prędkości obrotowej i obciążenia łożyska. ZALETY: Szybki i prosty pomiar Nie jest wymagana znajomość wymiarów łożyska i warunków pracy Możliwe jest wykrywanie uszkodzeń we wczesnej fazie ich rozwoju WADY: Konieczność indywidualnego doboru pasma pomiarowego dla danego węzła łożyskowego

Analiza widmowa drgań łożysk- Każdy uszkodzony element łożyska generuje impulsy, których częstotliwość w większości przypadków jest proporcjonalna do prędkości obrotowej wału. Częstotliwości powtarzania impulsów są zależne od: -geometrii łożyska -liczby elementów tocznych -miejsca uszkodzenia (bieżnia wewnętrzna, zewnętrzna, element toczny, kosz) Sygnały odbierane przez czujniki drgań są w rzeczywistości drganiami strukturalnymi obudowy łożyska pobudzanej przez (mikro/ makro) uderzenia występujące w łożysku; - drgania w paśmie do 3 kHz zawierają składowe o częstotliwościach charakterystycznych dla defektów poszczególnych elementów (uderzeń) oraz składowe nadharmoniczne, - drgania paśmie powyżej 10 kHz związane są głównie z rezonansami układu, - znaczące impulsy w sygnale drganiowym w paśmie 1kHz - 3kHz często są efektem złego smarowania łożyska. Drgania wysokoczęstotliwościowe konstrukcji (ich częstotliwości własne) wywoływane przez defekty łożysk są zazwyczaj bardziej widoczne niż drgania w niskim paśmie częstotliwości. Pasmo wysokoczęstotliwościowe jest najbardziej przydatne i w dużej mierze stosowane w diagnostyce i monitorowaniu. ZALETY: - Możliwa separacja informacji diagnostycznych od zakłóceń - Możliwość identyfikacji i śledzenia rozwoju uszkodzonego elementu (w przypadku technik zaawansowanych) WADY: - Wymagana znajomość konstrukcji łożyska i danych katalogowych (przydatny program np.Atlas firmy SKF). - Niezbędny jest analizator widm lub dedykowane oprogramowanie analizujące -brak wartości krytycznych

Pomiar temperatur: Temperatura łoŜyska nie powinna przekraczać 120oC Wzrost temperatury 10 - 20oC w odniesieniu do nominalnej świadczy złym smarowaniu lub o lawinowo postępującej degradacji.ZALETY: - wysoka wiarygodność i pewność diagnozy - nieskomplikowany pomiar - prosta interpretacja wyników WADY: - bazuje na semistatycznym procesie resztkowym - duża bezwładność wskazań - niektóre uszkodzenia nie powodują wzrostu temperatury - zmiany termiczne następują w końcowej fazie życia łożyska – są zwiastunem lawinowego rozwoju uszkodzenia – zwykle za mało czasu na podjęcie działań zapobiegawczych

3.

Opisz przyczyny powstawania niewyważenia wirników:

ZUŻYCIE CIERNE . Np.. wycieranie się materiału elementów wirnika na skutek realizacji procesu technologicznego, zużywanie się ściernicy w procesie szlifowania

ZUŻYCIE EROZYJNE - erozja chemiczna (korozja),- elektrochemiczna (elektroerozja), -o charakterze mechanicznym np. kawitacja - generacja

OSADZANIE (PRZYKLEJANIE) SIĘ ZANIECZYSZCZEŃ na wirniku przyczyna (wilgoć+ pył; efekt nieszczelności instalacji, niesprawność układów filtrujących). Nagłe oderwanie się osadu będzie widoczne w trendzie drgań jako nieciągłość (spadek lub wzrost).

OSADZANIE SIĘ ZANIECZYSZCZEŃ W PROFILACH ZAMKNIĘTYCH niewyrównoważenie Osadzanie się pyłu wewnątrz łopatek o przekroju lotniczego (nieszczelność, pęknięcia , przetarcie). Wraz ze wzrostem grubości (masy) osadu rośnie

WADY MONTAŻOWE mogą powodować: -deformacje ( wygięcie) wirnika , -przykoszenie tarczy łopatkowej itp.

WADY MATERIAŁOWE (rzadzizny, niedolania, niejednorodność materiału - nierównomierny rozkład gęstości materiału , jamy skurczowe w dużych elementach odlewanych). W kołach samochodowych - wady opon, bieżnikowanie, nadmierne zużycie (po np. awaryjnym hamowaniu)

WADY OBRÓBCZE (błędy kształtu) Wyjątkowo duże niewyważenie dla elementów spawanych i odlewanych. Znacznie mniejsze niewyważenie dla elementów wykonanych obróbką skrawaniem - (wynikają z błędów mocowania elementów w obrabiarce)

DEFORMACJE TERMICZNE (np. wygięcie wału, tarcz, wieńców łopatkowych) Mogą być powodowane przez niejednorodność materiału, nierównomierny rozkład temperatur na wirniku.

OBLUZOWANIE I PRZEMIESZCZANIE się elementów wirnika (na skutek np. pęknięcia i utraty łopatki w turbinie; obluzowanie pręta klatki silnika asynchronicznego; przemieszczenie się uzwojeń w silnikach generatorach itp.)

PEŁZANIE (zmiana kształtu na skutek płynięcia materiału) nie ma charakteru zużyciowego. Występuje w naprężonych elementach maszyn poddanych wpływowi wysokich temperatur (kilkuset oC) lub/i drgań . Przyczyną pełzania jest obniżenie granicy plastyczności ze wzrostem temperatury.

NIEWYWAŻENIE HYDRAULICZNE - jest efektem asymetrii rozkładu ciśnień cieczy przepływającej przez wirnik (pierwotną przyczyną jest asymetria osiowa wirnika lub niedokładności obróbki wirnika).

BŁĘDY KONSTRUKCYJNE - projektowanie osiowo niesymetrycznych elementów wirujących Prawidłowo skonstruowany element wirujący powinien mieć kształt bryły obrotowej. W przypadku odstępstwa od tej zasady (jeśli są konieczne np. otwory, wpusty, kliny) konstruktor musi przewidzieć zrównoważenie wszystkich wirujących mas

Scharakteryzuj defekty i uszkodzenia wałów i wirników:

- ocieranie o uszczelnienia, - ocieranie wirnika o obudowę , - przytarcia w łożyskach ślizgowych,- zmęczenie materiału wirnika (pękanie), -duże obciążenia dynamiczne łożysk tocznych w konsekwencji zmniejszenie ich trwałości lub zniszczenie,- drgania rezonansowe maszyny,- zwiększenie luzów mechanicznych

Scharakteryzuj rodzaje niewyważenia i sposoby identyfikacji na podstawie pomiarów i analizy

drgań (związki amplitudowe i fazowe) (wykonaj odpowiednie rysunki) Identyfikacja rodzaju niewyważenia poprzez: - pomiar amplitudy składowej obrotowej, - pomiar fazy na węzłach łożyskowych

NIEWYWAŻANIE STATYCZNE: Może oznaczać wielkość równoległego przesunięcia e głównej centralnej osi bezwładności względem osi obrotu. Reakcje łożysk i drgania w węzłach łożyskowych są współfazowe (przesunięcie fazowe =0 o). Wartości reakcji są takie same. Przy założeniu że podpory łożyskowe są identyczne, podobne zależności dotyczą faz i amplitud drgań na podporach

NIEWYWAŻENIE QUASISTATYCZNE: Powstaje gdy niezrównoważona masa leży poza płaszczyzną

środka ciężkości.Główna oś bezwładności przecina oś obrotu poza środkiem ciężkości S dając niewyrównoważenie właściwe e. Reakcje łożysk (i drgania na sąsiednich podporach) są współfazowe, ale mają różne wartości.

NIEWYWAŻENIE MOMENTOWE: Powstaje gdy masy rozłożone są symetrycznie i przemiennie względem środka masy. Główna oś bezwładności przecina oś obrotu w środku ciężkości. Reakcje łożysk (i drgania na sąsiednich podporach) są równe i przeciwnego znaku ( są w przeciw fazie o 180 o.

NIEWYWAŻENIE DYNAMICZNE: Najogólniejszy stan niewyrównoważenia. Główna oś bezwładności wirnika jest wichrowata od osi obrotu Przypadek ten można zredukować do wypadkowego wektora siły przyłożonego w środku ciężkości i pary sił równej sumie momentów bezwładności niewyrównoważenia. Kąt przesunięcia fazowego reakcji i drgań na sąsiednich podprach jest różny od 0 i 180 o , różne są również wartości reakcji (i amplitud drgań) .

4.

Charakterystyka metod defektoskopii ultradźwiękowej (zasada prowadzenia badań, rodzaje badanych obiektów, rozmiary i orientacja wykrywanych wad, przygotowanie obiektu do badań, stosowane ośrodki sprzęgające itd.)

Badanie polega na: -Wprowadzeniu do obiektów fal ultradźwiękowych (fal sprężystych) o częstotliwości pow. 20 kHz, - Detekcji sygnałów impulsów ultradźwiękowych (przechodzących przez badany obiekt lub odbitych od wady ,) - Tworzeniu obrazów nieciągłości wewnętrznych odbywa się poprzez skanowanie powierzchni wzdłuż lub wokół nieciągłości. Lokalizacja wady (określenie odległości od skanowanej powierzchni) odbywa się na podstawie analizy czasu przejścia fali ultradźwiękowej do głowicy do defektu i z powrotem Informacja o rozmiarze nieciągłości zawarta jest w amplitudzie , fazie, obwiedni sygnałów

Rozmiary wykrywanych wad:- szerokość: od 0,001 mm, -głębokość: od ok.. 0,1mm (w przybliŜeniu porównywalna z długością stosowanej fali ultradźwiękowej), - długość lub średnica (w przypadku nieciągłości objętościowych) od : 0,7 mm, -Do wykrywania małych nieciągłości powinny być stosowane przetworniki o możliwie wysokiej częstotliwości pracy ,- Ograniczeniem jest tłumienie fal rosnące silnie wraz ze wzrostem częstotliwość

Rodzaje sprzężenia głowicy z obiektem: Kontaktowe (poprzez ośrodek sprzęgający) - Szczelinowe, - Zanurzeniowe ( obiekty i głowice umieszczane są w wodzie), -Hydrodynamiczne ( z użyciem wody dostarczanej pod ciśnieniem), -Powietrzne (w najnowszych rozwiązaniach)

Środki sprzęgające: -klej do tapet, klej malarski (powodują korozję), -woda pozbawiona pęcherzy (z dodatkiem detergentów, środków antykorozyjnych, alkoholu), - oleje maszynowe, smary stałe, - gliceryna, wazelina, krem silikonowy,- żywice epoksydowe o dużej lepkości, -miód pszczeli, - roztopione sole w przypadku bada w podwyższonych temperaturach

Scharakteryzować i porównać metodę echa i metodę przejścia:

METODA ECHA: Wymaga dostępu tylko z jednej strony powierzchni, z której prowadzi się skanowanie Do obiektu wprowadzana jest ultradźwiękowa fala podłużna (głowicą nadawczo-odbiorczą) Sygnały wywołane przez reflektory (wady ,nieciągłości odbicia fali od przeciwległej ściany -dna obiektu) obserwowane są na ekranie defektoskopu jako „piki” – zwane echami Informacja o występowaniu i wielkości nieciągłości zawiera echo, które pojawia się pomiędzy impulsem początkowym wejścia wiązki w obiekt a echem dna Podstawa czasu defektoskopu (oś pozioma) jest najczęściej wyskalowana w odległości, a zwiazana jest z czasem dojścia i powrotu wiązki fali ultradźwiękowej od reflektora - Zakres odległości defektoskopu w którym wyskalowana jest podstawa czasu defektoskopu nazywana jest zakresem obserwacji

METODA PRZEPUSZCZANIA: Stosowna jest do badania obiektów wykonanych z materiałów silnie tłumiących dla których nie mogą być stosowana metoda echa Stosowana jest sprzężenie kontaktowe i zanurzeniowe Stosowne są dwie oddzielne głowice umieszczane naprzeciwko siebie na przeciwległych powierzchniach obiektu Jedna z głowic pełni rolę głowicy nadawczej a druga głowicy odbiorczej Sygnał obserwowany na ekranie stanowi zobrazowanie impulsu pochodzącego od głowicy nadawczej do odbiorczej Jeśli na drodze przejścia pojawi się nieciągłość to impuls ma mniejszą amplitudę O występowaniu nieciągłości świadczy osłabienie energii fali

Rodzaje materiałów, z jakich mogą być wykonane obiekty poddawane badaniom a zakresy częstotliwości stosowanych głowic ultradźwiękowych: METALI • stali ferromagnetycznych oraz z pewnym ograniczeniem do stali austenitycznych) • aluminium, magnezu, miedzi • stopów: miedzi, ołowiu, cynku, niklu, cyrkonu, tytanu NIEMETALI • Materiały kompozytowe, drewno, • tworzywa ceramiczne, porcelana, • szkło • tworzywa sztuczne • beton • gum

Zalety w wady (ograniczenia defektoskopowych badań ultradźwiękowych): ZALETY: • Możliwość kontroli obiektów w całej ich objętości (od powierzchni po której przesuwa się głowice do ściany tylnej -dna • Możliwość prowadzenia badań przy dostępie do jednej powierzchni obiektu (metoda echa) • Badania nie są niebezpieczne dla operatorów i osób znajdujących się pobliżu • Możliwość zautomatyzowania analizy i dokumentowania wyników ( systemy i defektoskopy) cyfrowe

WADY: • Trudności badania obiektów o chropowatej powierzchni, • Ograniczone możliwości badania obiektów cienkich i bardzo małych • Trudności badań obiektów o nieregularnych i niejednorodnych kształtach • Konieczność stosowania ośrodka sprzęgającego w celu zapewnienia przekazania energii z przetwornika do badanego obiektu (w przypadku stosowania przetworników n pizoelektrycznych)