Como usar a análise de vibração para identificar problemas de equipamento

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Como usar a análise de vibração para identificar problemas de equipamento
Walter Barringer
Muitos dos coletores de dados de vibração de hoje têm a capacidade de suportar dois ou mais sensores coletando dados simultaneamente. Com essa capacidade está a capacidade de selecionar a fase transversal como uma ferramenta de análise.
Além do analisador e do cabo com um sensor usado para rotas normais de vibração, a única ferramenta adicional necessária para realizar a fase transversal é outro cabo e sensor. A análise de fase entre canais pode permitir a descoberta de fontes de frouxo estrutural, alguns problemas de integridade estrutural, condições de desalinhamento e até condições de ressonância estrutural.
Como funciona?
A aquisição normal de dados de rota captura várias ondas seno e as separa de acordo com a frequência. Em seguida, exibe-os como frequências separadas com suas amplitudes individuais em formato espectral.
A análise de fase escolhe uma única onda seno (frequência única) e detecta como essa fonte de vibração está se movendo em relação a outra coisa. O "outro" pode ser um ponto no eixo, como fita reflexiva ou um phaser chave, ou outro sinal de vibração, como no caso da fase transversal.
Portanto, há dois sinais que são comparados: o sinal de vibração e um pulso tacômetro desencadeado pela passagem da fita reflexiva, ou pulso de um phaser chave, por exemplo. Um pulso de tacômetro cria uma onda quadrada, enquanto o sinal de vibração envia uma onda seno.
Os picos das duas fontes são comparados para o tempo, e a diferença de tempo entre os dois picos é exibida em graus, uma vez que ambas as fontes estão relacionadas ao movimento rotacional. Isso funciona perfeitamente para equilibrar equipamentos rotativos, pois a partir do pulso da borda superior da fita reflexiva, o pico de vibração (ou ponto alto) ocorre tantos graus depois, indicando o provável ponto pesado no eixo. (Este artigo não aborda condições que podem fazer com que o ponto pesado seja diferente do ponto alto de vibração. Basta estar ciente de que pode ser o caso.)
Com dois sensores sendo usados em fase transversal, a comparação é o pico de vibração de cada sinal. Os analisadores que têm a capacidade de fazer a fase transversal também permitem especificar a frequência específica para monitorar. Na maioria das vezes, a velocidade de giro do eixo é selecionada como a frequência de interesse.
Um ponto de partida típico é colocar o sensor A na extremidade vertical do motor e sensor B no pé do motor para ver como esses pontos estão se movendo em relação um ao outro. É comum manter um sensor no mesmo lugar, ou seja, posicionar A para comparar com vários outros pontos. Para os exemplos a seguir, assumiremos que o sensor A está lendo zero graus.
Se o sensor B está lendo zero graus (+- 30 graus), então eles estão se movendo juntos ou em uníssono, o que é uma condição normal que é esperada. No entanto, se o sensor B é de 180 graus (sempre +- 30 graus), então ele está se movendo na direção oposta ou fora do passo. Isso significa que parte da carcaça do motor está se movendo em uma direção ascendente enquanto o pé está se movendo em uma direção descendente. Isso é causado por uma rachadura na carcaça do motor em algum lugar, permitindo que as peças se separem. Na maioria das vezes, a rachadura está perto ou perto do pé. Documente suas descobertas.
Agora mova o sensor B para o parafuso do pé. Se o sensor B ler zero graus, a placa a que o parafuso está preso está se movendo em uníssono com a parte superior do motor, interpretado como o parafuso está apertado.
No entanto, se o pé é zero graus e o parafuso é de 180 graus (ou 180 graus fora de fase), há frouxo entre o pé e a placa de montagem.
O mesmo processo pode ser determinado para a base e o piso. Se tudo isso ler o mesmo que o sensor A, não há frouxo entre nenhum desses dois locais.
Next, move sensor A to the motor inboard position and perform all the same checks on that end of the motor. Once that is completed, move sensor A across the coupling to the pump inboard end and then the pump outboard, performing checks there. Be sure to document your findings at each position for later reference and analysis as needed.
The next step is to compare readings along the machine train from one end to the other. This should be done in the vertical sensor direction as well as horizontal sensor direction. Some questions arise as to why both directions. That can be answered with another question, “Is it possible for a machine to be in alignment vertically but not horizontally?”
Let’s look at scenarios with sensor B moving from bearing to bearing along the machine train in the vertical direction.
Again, assume sensor A is stationary and is reading zero degrees for all these measurements, roam with sensor B. The first B position is motor inboard vertical. If sensor B is zero degrees, then this position is as it should be with no problems. However, if sensor B reads 180 degrees, this end of the motor is moving down while the A end is moving up. This is not a good condition. One condition that can cause this angular misalignment.
To verify angular misalignment, move sensor B to the pump inboard position. If it reads 180 degrees there, then it is very likely an angular misalignment condition, because in angular misalignment the shafts move in unison across the coupling. Assume for this example we do have the indications of angular misalignment. What is the pump outboard bearing expected to be reading?
Moving sensor B to the pump outboard bearing location, we expect the reading to be zero to confirm the angular misalignment. In the absence of a misalignment condition, we expect all the bearings to be in-phase or reading zero.
The same checks can be made in the horizontal direction by positioning the reference sensor, sensor A, to the motor outboard horizontal direction. Do the comparisons, documenting all readings and moving sensor B from bearing to bearing in the horizontal direction on the same side of the machine. What happens when the sensor is placed on the opposite side of the machine?
What useful information would axial direction phase readings provide? Let’s consider the possibilities. Place sensor A in the axial direction at the motor inboard bearing and sensor B at the pump outboard position in the axial direction, and compare the phase readings. If they are in-phase, this is as expected. However, if they are 180 degrees out of phase, that points to an angular misalignment condition where the shafts are pushing against each other as they rotate. Just as in normal vibration readings, axial phase measurements can be used to confirm a misalignment condition.
Um método de comparação de leitura de fase semelhante pode ser usado para verificar a condição estrutural da base da máquina para ver como ela está se movendo. Normalmente, o sensor A é montado na direção vertical no rolamento do motor e o sensor B é usado para vagar ao longo da base.
Começando no final do motor do local base, o sensor B fica perto do canto frontal da base. A leitura de fase provavelmente será em fase com o sensor A se todas as leituras verticais naquele local estivessem em fase. Agora mova o sensor B ao longo da frente da base perto da borda em incrementos de 2 ou 3 polegadas registrando as leituras de fase. Se eles estão todos em fase, não há nenhum problema de flexão.
Em seguida, mova o sensor B para a parte de trás da máquina e repita as medidas ao longo da base lá. Novamente, se tudo estiver em fase de fase, não há problema com a flexão da base.
Mas o que está acontecendo se ao longo do comprimento há uma mudança de fase de 90 graus ou 180 graus na região entre o motor e a bomba? Pode haver uma mudança de fase de 180 graus ou uma mudança de fase de 360 graus entre uma extremidade da base e a outra extremidade. O que isso poderia indicar?
O que seria indicado se houvesse uma mudança de fase de 180 graus de uma medição ao longo da parte frontal para um positon correspondente ao longo da parte de trás? Seria um problema? Por queou não?
E amplitude?
As leituras de fase normalmente têm dois componentes disponíveis. Uma delas é a leitura de fase real em uma frequência em graus, que foi introduzida aqui. O outro componente é a amplitude de vibração. Em alguns analisadores, a seleção para configuração para leituras de fase é chamada de pico e fase, o pico de amplitude de vibração e a leitura de fase. A leitura de fase indica a direção em que está se movendo, mas a amplitude indica o quanto está se movendo.
Na ilustração abaixo, há círculos ao longo da base com uma marca tique na parte externa do círculo. A marca tique indica a direção da fase. Dentro do círculo há valores de vibração em velocidade, a leitura típica de vibração para essa frequência. Observe que a partir da esquerda, a amplitude de vibração é de 0,114 polegadas por segundo. À medida que progride para o centro da placa base, a amplitude sobe para cerca de 0,954 polegadas por segundo. A amplitude diminui novamente à medida que se move para a direita. A fase permanece constante a toda a distância. Há algum problema?
Sim, isso aponta para um problema de rigidez base que permite que ele se mova mais no centro. Está rejultado do jeito que foi projetado para ser? Envolva um engenheiro para projetar uma maneira de endurecer a base que não afete negativamente nenhuma outra área.
Há quem diga que o aumento da vibração na área indica que está em uma condição ressonante. No entanto, sempre que condições de ressonância ou frequências naturais estão envolvidas, há uma mudança de fase. Com essencialmente zero mudança de fase, a ressonância é descartada.
Resumo
A fase transversal é uma ferramenta valiosa incorporada na maioria dos analisadores de dois canais que permitem ao técnico/analista encontrar ou verificar alguns problemas de máquinas. Uma compreensão de como a máquina deve se mover é muito útil para diagnosticar/confirmar as condições.