Makine Hizalama Rehberi #5 | Spacer şaftlar

Titreşim Rehberi #7

Arıza Tespiti

Titreşim ölçüm programlarının ana amacı, makinelerin arızalanıp durmadan önce arıza tespitinin yapılmasıdır.

Titreşim izleme sisteminin ana amacı, görünmeyen veya henüz başladığından şüphelenilen bir arızanın teşhisini koymaya yöneliktir. Arıza teşhisini öngörebilmek için kullanılan metodolojiler, mevcut titreşim verilerinin o makine için tanımlanmış referans verilerle veya aynı şartlarda çalışan benzer bir makine ile karşılaştırılmasını içerir. Bu karşılaştırma iki metod ile yapılır:

Endüstriyel standartlar ile karşılaştırma – ISO 10816-3-7
Önceki bir ölçümle karşılaştırma

ISO 10816-3-7

The ISO 10816-3-7, standart döner makineleri değerlendirirken referans olarak kabul edilmektedir. Bu referans değerler, 2009 yılında yayınlanmış olup, “nominal 15 kW gücün üstündeki, 120 d/d ve 15000 d/d nominal hızlara sahip büyük ve orta büyüklükteki makineleri” kapsamaktadır.

Bu makinelere ek olarak, özel bir kategori olarak pompalar da eklenmiştir. Bu tablo, piyasada bulunan birçok döner ekipmanı kapsadığı için iyi bir kılavuz olarak kullanılmaktadır. Aşağıdaki tablo kullanılarak, ölçüm verilerinizi tablodaki standart değerler ile kıyaslayabilirsiniz:

Gerçek makine verilerini tablodaki değerler ile karşılaştırırken bu standartlara göre çeşitli farklılıklar gösterebilir. Değerlerdeki bu farklılıkların sebeplerini değerlendirirken, potansiyel sebepleri belirlemek önemlidir.

Yukarıdaki tablo, titreşimin şiddetini iyiden kabul edilemeze doğru 4 bölgeye ayırmaktadır.

A Bölgesi – Devreye yeni alınan makineler bu bölgede yer almalıdır
B Bölgesi– Bu bölgede yer alan makinelerin titreşim seviyesi kabul edilebilirdir
C Bölgesi – Bu bölgede titreşim seviyesine sahip makineler yetersiz bulunmakta ve uzun süreli işletmeye uygun olmadığı kabul edilir. Bu makinelerden daha sık periyotlarda ölçüm alınmalıdır.
D Bölgesi – Bu bölgedeki titreşim seviyesinin makineye zarar verme olasılığı mevcuttur.

Bu bölgelerin ve sayısal değerlerin kullanılması, makine üreticileri ve kullanıcılar için kabul etme standardı taşıması amacıyla yapılmamıştır ancak rutin vibrasyon takibinde alarm ve uyarı kriteri olarak kullanılabilir. Eğer makinelerin nominal titreşim seviyelerinin üstünde çalıştığı tespit edilirse, sebebi her zaman araştırılmalıdır.

Önceki değerler ile karşılaştırma

Bu metod, makinenin çalışma durumunda herhangi bir değişiklik olduğu zaman tespit edilmesinde en yaygın olarak kullanılan yöntemdir. Bu metoda aynı zamanda trend takibi denmesi ile birlikte, bu işten sorumlu kişilere makinenin durumunun ne kadar ve hangi zaman periyodunda değiştiğini hızlıca gösterebilir. Bu trend değerleri ve ISO alarm limitleri birlikte kullanıldığı takdirde, makinenin tahmini arıza zamanını gösterebilir ve böylece planlı bir bakım zamanı ayarlanarak ani arızaların önüne geçilmiş olur.

Fault mode analysis

Makinelerin tipine göre çeşitli analiz teknikleri mevcuttur. Bu kılavuz kitabında, bu tekniklerden çok detaylı olarak bahsetmeyeceğiz ancak etkili bir titreşim durum izleme programı uygulamak için gerekenleri belirteceğiz. Eğer durum izleme sırasında bir makinede potansiyel bir arıza varsa şu soruların cevabı aranmalıdır:

Problem ne seviyede?
Problem nedir?
Makine ne zaman bakıma alınmalıdır?

Makinelerde titreşim analizi bu soruların cevapların bulmak için yapılır.

Burada incelenecek olan tekniğin adı “hata modu” analizidir. Bu teknik, balanssızlık, hizasızlık, gevşeklik, rulman arızaları, aerodinamik ve hidrolik problemler ve dişli arızaları gibi mekanik arızaların ürettiği titreşim frekanslarının tespitinde kullanılır.

Titreşim spektrumlarında gözüken tepeciklerin genliği, frekansı ve paterni, makinede bulunan belirli arızaların göstergesidir. “Hata modu” analizinin ilkelerinden bazıları:

Balanssızlık ve hizasızlık gibi arızalar, yapılan ölçümlerde belirli kalıplarda mekanik titreşimlere sebep olur.
Titreşim seviyelerini ve spektrumlarını benzer makineler arasında karşılaştırarak, titreşimin ciddiyeti hakkında bilgi sahibi olunabilir.

Sonraki bölümde, belirli makine arızalarını ve bunlara ait titreşim modellerini inceleyeceğiz.

Balanssızlık

Balanssızlık sebebi ile oluşan titreşim, balanssızlığın olduğu ekipmanın dönüş devrinde oluşur ve titreşimin genliği, balanssızlık miktarıyla orantılıdır.

En yüksek titreşim radyal (dikey veya yatay) yönlerde oluşacaktır.

Hizasızlık

Hizasızlık durumu, birbirlerine kaplin, dişli kutusu ve diğer ara iletim elemanları ile bağlı olan şaftlar arasında oluşur. 3 tip hizasızlık vardır:

Açısal- Şaftların merkez eksenleri bir açı yaparak kesişirler
Ofset- Şaft merkezleri arasında uzaklık vardır
Açısal ve ofset hizasızlığının aynı anda olmasıdır.

Eğik şaft arızası, açısal hizasızlık gibi gözükür yani titreşim karakteristikleri birbirine çok yakındır.

Hizasızlık, esnek kaplinler de dâhil, 2 yönde kuvvet ve titreşim oluştururlar; eksenel ve radyal. Hizasızlık veya eğik şafttan kaynaklı titreşimin en önemli özelliği, hem radyal hem de eksenel yönde oluşmasıdır. Bu sebepten dolayı, eksenel yöndeki titreşim seviyesi, radyal yönde oluşanın yarısından fazla ise hizasızlık veya eğik şaft arızasından şüphelenilmelidir.

Bütün hizasızlık arızaları, bir balanssızlık durumu oluşturduğu için ana dönüş frekansında titreşim görülecektir. Hizasızlık bazen, dönüş frekansının ikinci harmoniğinde (2X) titreşim oluşturacaktır.

Gevşeklik

Mekanik gevşeklik, gevşek makine kaidesi veya mekanik parçalar sebebi ile oluşabilir.

Mekanik gevşeklik, dönüş frekansının iki katında (2x) ve daha yüksek mertebelerinde titreşim oluşmasına sebep olur. Dönüş frekansında da sıklıkla görülür.

Rulman arızaları

Rulmanlarda arıza oluşmasının sonuçlarından biri de rulman parçalarının doğal frekansının tetiklenmesi durumudur. Rezonans titreşimi, 2kHz-60kHz arasında “çınlama” titreşimi oluşturur.

Bu titreşim en efektif şekilde, g’s tepe cinsinden ivme olarak ölçümlenebilir. Titreşim, rulmanların durumunu efektif şekilde gözlemlemek için HFE (Yüksek Frekans Enerjisi) durum izleme analizi ile ölçülecektir. Saha deneyimi temel alınarak, “şok darbe (shock pulse)” metodu, motor ve diğer sessiz ekipmanlarda verimli olmaktadır. Pompa ve dişli kutularından bu metodla ölçüm alınırken dikkatli olunmalıdır çünkü akış titreşimi, kavitasyon ve diş geçişleri rulman arızalarının görünmesini engelleyecek darbeler oluşturabilir.

Rulmanların döner elemanlarında mekanik aşınmalar oldukça bu parçalardaki arıza frekanslarında titreşim oluşacaktır. Bu frekanslar, rulman geometrisi ve şaft hızına bağlı olarak 3x-10x aralığında görülebilir ve bu sebeplerden ötürü “zarf” metodu belirli rulman arızalarını bulmak için kullanılır. Rulman durumunu öğrenmek için uygulnana bu “şok darbe” ve “zarf” metodu ilerleyen sayfalarda daha detaylı anlatılacaktır.

Aerodinamik ve hidrolik problemler

Genelde, pompa ve kompresör gibi ekipmanların kanat geçişleri ile ilşkilendirilen aerodinamik ve hidrolik titreşimler, dengesiz ve balanssız makine durumunda oluşur.

Çoğu durumda, dönüş frekansında ve kanat geçiş frekanslarında titreşimler oluşturur.

Dişli kutusu arızaları

Dişli arızaları düşük genlikli ve yüksek frekanslı titreşimler oluşturur. Genelde titreşim dişli birleşim (gear mesh) frekanslarında oluşur ve şu şekilde hesaplanır:

Gear mesh frequency (GMF) = Çıkış şaft hızı x çıkış dişlisindeki diş sayısı

Örnek:

52 dişe sahip bir dişli 90 d/d (1.5 Hz) ile dönmekte ise;

GMF = 52 x 1.5 = 78 Hz

Çoğu dişli problemi dişli birleşim frekansında titreşim oluşturur ve arızalar şu şekilde özetlenebilirler:

Balanssızlık – Dişlinin dönüş frekansında baskın
Hizasızlık – 1x ve 2x’te baskın, GMF’yi tetikleyebilir.
Dönüş çizgisinde kaçıklık – GMF’te baskın ve 1x yan bantlar
Arızalı dişli dişi - GMF’te baskın ve arızalı dişlinin 1x’inde yan bantlar

Zarf analizinin temel teorisi

Rulman içerisinde bir arıza oluştuğu zaman, arızalı kısmın her temasında yüksek frekanslarda titreşim oluşur. Bu tekrar etme oranı, rulman arıza frekansı diye adlandırılır. Rulmanların her tipi için 4 çeşit rulman arıza frekansı mevcuttur:

Dış kafes bilye geçiş frekansı – BPFO
İç kafes bilye geçiş frekansı – BPFI
Bilye dönüş frekansı – BSF (Bilye arızası)
Dönüş frekansı– FTF (Kafes arızası)

Rulman arıza frekansılarının hesaplanması için formüller:

BPFO = Z * n / (60 * 2) * (1 - (Dw / Dpw *cos (a)).
BPFI = Z * n / (60 * 2) * (1 + (Dw / Dpw *cos (a)).
BSF = (Dpw * n) / (Dw * 60 * 2) * (1- [Dw / Dpw* cos (a)]²)
FTF = n / (60 * 2) * (1 - (Dw / Dpw *cos (a)).

Örnek: Geçiş freakansları

Rulman tipi SKF 6211, dönüş hızı 2998 d/d

Zarf metodu, 2 aşamalı bir işlemdir; ilki zaman dalga formuna bant geçiş filtresi uygulanmasıdır. Filtreleme sonucu, aşağıdaki spektrum grafiğinde görüldüğü gibi arıza frekanslarına ait tekrarlama oranı ve harmonikleri görülür ve sivri uçlu tepeler oluşur.

İyi durumda rulmanlarda, kendi komponentlerinin doğal frekansında titreşim oluşabileceği için, rulmanların durumu iyi ölçülmelidir.

Zarf spektrumundaki bir arızanın ciddiyetini ölçmek için aşağıdaki adımları uygulayın:

Spektrumda halı değerinin üstünde olan belirli komponentlerin dB cinsinden genliğini ölçünüz
Yukarıdaki spektrum, halı ve tavan değerlerini göstermektedir
Deneyimlerimiz gösteriyor ki, bir rulmanda arıza olduğu zaman, halı ve tavan değerleri arasında yaklaşık 10 dB fark oluşmaktadır. Bu rulmanın hemen bozulacağı anlamına gelmez. Bozulma devam ettikçe, fark 15 dB civarında olacaktır ve bu durumda rulman yakından izlenmeli ve değişimi için plan yapılmalıdır.

Arıza genliği 20 dB ve üstünde olduğu tespit edilirse hemen bakım aksiyonu alınarak, rulman değiştirilmelidir.

Rulmanlarda bulunan halı değeri, tek başına rulmanların durumunu izlemek için bir parametre olmamalı, “Shock pulse” gibi diğer ölçüm metodlarıyla beraber eğilim izleme yöntemi olarak kullanılmalıdır.

Yukarıdaki diagram, zarf spektrumu elde etmenin adımlarını göstermektedir.

#HeryerdenEğitim