Analýza vibrácií

Nenahraditeľná súčasť prediktívnej údržby

Analýza vibrácií sa používa v rámci údržby na kontrolu závad rotujúcich súčastí ako poškodené ložiská alebo nevyváženosť. Pri analýze vibrácií sú vibrácie emitované rotujúcimi súčasťami detegované a zaznamenávané špeciálnym technickým vybavením. V následnej analýze umožňujú amplitúdy vibrácií a vzorce vibrácií vyvodiť závery o stave rotujúcich komponentov a príslušných ložísk. Ak sa zistia odchýlky od cieľového stavu, analýza vibrácií umožňuje identifikovať potrebné opravy v ranom štádiu a adresovať ich pred poruchou stroja. Časové prestoje potrebné na opravu sa tak dajú znížiť aj presunúť mimo výrobný čas.

Dvaja analytici skúmajú výsledky analýzy vibrácií na notebooku.

V ktorých priemyselných odvetviach sa využíva analýza vibrácií?

V priemyselnom prostredí existuje nesmierne veľa možností využitia analýzy vibrácií. Všade tam, kde stroje a systémy pracujú s rotujúcimi komponentmi, môže analýza vibrácií podporiť prediktívnu údržbu. Pre túto analytickú technológiu existuje široká škála aplikácií, od obrábacích strojov cez motory, čerpadlá a prevodovky až po turbíny a veterné turbíny.

Aké závady možno odhaliť analýzou vibrácií?

Príčiny vibrácií na strojoch alebo systémoch s rotujúcimi komponentmi môžu byť rôznorodého charakteru. Medzi bežné zdroje závad patria:

Nevyváženosť a chyby zarovnania
Nánosy na ventilátoroch
Chyby ozubenia v prevodovkách
Zakrivenie hriadeľov
Vibrácie spôsobené kvapalinami
Problémy v základoch alebo s chybnými montážnymi prvkami

Aké problémy môžu vzniknúť v dôsledku nadmerných vibrácií?

Nadmerné vibrácie na rotujúcich strojoch, systémoch alebo generátoroch nespôsobujú len nerovnomerný chod a vysokú hladinu hluku, ale tiež zaťažujú všetky komponenty. Zvýšeným zaťažením trpia najmä ložiská. Môžu sa vyskytnúť vibráciou spôsobené lomy, čo môže viesť k zdĺhavým opravám.

Ako vykonať analýzu vibrácií

Čím väčší a zložitejší je rotujúci stroj, tým kritickejšie sú vibrácie počas prevádzky. Ak amplitúdy vibrácií prekročia maximálnu hodnotu, možno očakávať najzávažnejšie a najnákladnejšie poruchy s dlhými prestojmi. Na prevenciu týchto chýb sú v normách DIN ISO 10816 (nové označenie 20816) alebo API 670 definované požiadavky na používané systémy ochrany. Systémy monitorujú okrem iného absolútnu vibráciu ložiska pomocou snímačov zrýchlenia alebo relatívnu vibráciu posunu či axiálne pohyby hriadeľa pomocou bezkontaktných snímačov posunu.

Aby sa mohla uskutočniť analýza vibrácií, musia sa najprv zaznamenať tzv. fázové polohy vibrácií. Na tento účel sa zvyčajne používajú referenčné snímače, ktoré detegujú polohu sledovaných rotujúcich súčastí (hriadeľov alebo podobne) a súčasne merajú otáčky. Získané referenčné hodnoty sa potom môžu použiť na sledovanie charakteristických hodnôt, ktoré umožňujú vyhodnotiť vznikajúcu vibráciu. Tieto charakteristické hodnoty zahŕňajú

Amplitúdy vibrácií
Šírka vibrácií
Harmonické zložky vibrácií

Softvér zobrazuje výsledok analýzy vibrácií počas skúšky zabuchnutím dverí.

Po dokončení merania nasleduje softvérom podporovaná analýza. Špeciálne softvérové riešenia umožňujú analýzy individuálne prispôsobené príslušným požiadavkám, a to generovaním diagramov stredu hriadeľa, FFT alebo kaskádových diagramov. Keďže existuje široká škála možných príčin porúch pri výskyte vibrácií, pre každú aplikáciu existujú špecializované snímače, analytický softvér a samozrejme aj príslušní odborníci, ktorí dokážu získané dáta cielene spracovať a vyhodnotiť.

Výhody analýzy vibrácií v kontexte prediktívnej údržby

V bežnej prediktívnej údržbe sa stroje a systémy v pravidelných intervaloch odstavujú alebo vypínajú, aby sa skontrolovalo možné opotrebenie alebo chyby komponentov. V tomto procese sa pravidelne vymieňajú komponenty, ktoré sú v skutočnosti ešte funkčné. Tým vznikajú zbytočné a zároveň veľké výdavky. Na druhej strane sa počas bežnej údržby niektoré poškodenia zistia príliš neskoro alebo vôbec.

V rámci Priemyslu 4.0 sa bežná údržba čoraz častejšie nahrádza prediktívnou variantou známou ako monitorovanie stavu (Condition Monitoring). Pri monitorovaní stavu sú stroje alebo systémy kontinuálne sledované senzormi. Odchýlky od ideálneho cieľového stavu sú digitálnymi systémami zistené včas a následne môžu byť včas odstránené ešte pred vznikom závad. Analýza vibrácií je nevyhnutná v kontexte moderného monitorovania stavu. Keďže aj najmenšie odchýlky vo fázových polohách vibrácií môžu naznačovať závadu, analýza vibrácií spoľahlivo chráni pred závažným poškodením a nákladnými prestojmi vo výrobe.

Má analýza vibrácií nejaké nevýhody?

Zaobstaranie snímačov na analýzu vibrácií a potrebného softvéru znamená nemalé počiatočné obstarávacie náklady. V prípade nedostatku kvalifikovaných pracovníkov je nevýhodou aj potreba odborných znalostí pri vyhodnocovaní dát. Tieto náklady však uvidíme v inom svetle, keď ich priamo porovnáme s nákladmi, ktoré vzniknú v prípade poruchy stroja alebo systému.