Diagnostyka drganiowa maszyn – fundament w przemyśle

Miernik drgań to przenośne urządzenie służące do pomiaru drgań maszyn, urządzeń i elementów konstrukcyjnych. Umożliwia ocenę poziomu drgań oraz wykrywanie zmian, które mogą świadczyć o rozwijającej się usterce, zużyciu podzespołów lub nieprawidłowej pracy maszyny.

Tak. Określenia „miernik drgań” i „miernik wibracji” są często stosowane zamiennie. W języku technicznym częściej używa się pojęcia drgań mechanicznych, natomiast termin „miernik wibracji” jest popularnym określeniem urządzenia przeznaczonego do ich pomiaru.

Miernik wibracji pozwala kontrolować stan techniczny maszyn bez konieczności ich demontażu. Regularne pomiary pomagają zauważyć wzrost poziomu drgań, porównać aktualny wynik z wcześniejszymi pomiarami i zaplanować serwis, zanim dojdzie do poważnego uszkodzenia lub zatrzymania linii produkcyjnej.

Pomiar drgań może pomóc w wykrywaniu niewyważenia elementów wirujących, niewspółosiowości wałów, luzów mechanicznych, uszkodzeń łożysk tocznych oraz defektów przekładni zębatych. Poszczególne usterki mogą powodować charakterystyczne zmiany w poziomie drgań, przebiegu czasowym i widmie częstotliwości.

W zależności od modelu miernik drgań może mierzyć przyspieszenie, prędkość oraz przemieszczenie drgań. Prędkość drgań jest często wykorzystywana do ogólnej oceny stanu maszyny, natomiast przyspieszenie i analiza sygnałów o wyższych częstotliwościach mogą być szczególnie przydatne podczas diagnostyki łożysk i przekładni.

Podstawowy miernik drgań służy przede wszystkim do szybkiego pomiaru ogólnego poziomu drgań. Analizator drgań oferuje dodatkowo analizę częstotliwościową FFT, rejestrację przebiegów czasowych, analizę obwiedni oraz możliwość dokładniejszego rozpoznawania źródła nieprawidłowości.

Analiza FFT przedstawia sygnał drganiowy w funkcji częstotliwości. Dzięki temu można sprawdzić, przy jakich częstotliwościach występują podwyższone drgania i powiązać je między innymi z prędkością obrotową maszyny, pracą łożysk, zazębieniem przekładni lub występowaniem luzów mechanicznych.

Nie zawsze. Ogólny poziom drgań pozwala szybko ocenić, czy stan maszyny ulega pogorszeniu, ale zazwyczaj nie wskazuje jednoznacznie źródła problemu. Do rozpoznania rodzaju usterki potrzebna może być analiza widma FFT, przebiegu czasowego, obwiedni sygnału oraz zmian wyników obserwowanych w dłuższym okresie.

Pomiary najczęściej wykonuje się na obudowach łożysk, podporach, korpusach maszyn i innych miejscach, przez które drgania są dobrze przenoszone. Punkt pomiarowy powinien być sztywny, czysty i możliwie blisko badanego elementu. Kolejne pomiary należy wykonywać w tych samych miejscach i kierunkach, aby wyniki były porównywalne.

Częstotliwość pomiarów zależy od znaczenia maszyny dla procesu, jej stanu technicznego, warunków pracy i szybkości rozwoju potencjalnych usterek. Maszyny krytyczne powinny być kontrolowane częściej niż urządzenia pomocnicze. Najważniejsze jest zachowanie stałych odstępów oraz obserwowanie trendu zmian.

Pojedynczy wynik pokazuje stan maszyny tylko w konkretnym momencie. Regularne zapisywanie pomiarów pozwala utworzyć trend i sprawdzić, czy poziom drgań pozostaje stabilny, czy systematycznie rośnie. Trend może ujawnić rozwijającą się usterkę, nawet gdy aktualna wartość nie przekroczyła jeszcze poziomu alarmowego.

Zaawansowany miernik wibracji lub analizator drgań może pomóc w wykrywaniu uszkodzeń bieżni, elementów tocznych i koszyka łożyska. W takich zastosowaniach szczególnie przydatna jest analiza sygnałów o wyższych częstotliwościach, widma FFT oraz obwiedni drgań.

Prosty miernik drgań może być wystarczający do wykonywania okresowych kontroli, porównywania wyników i szybkiego wykrywania wzrostu poziomu drgań. Gdy konieczne jest rozpoznanie rodzaju usterki lub analiza łożysk i przekładni, lepszym rozwiązaniem będzie zaawansowany analizator drgań z analizą FFT i rejestracją sygnału.

Przy wyborze urządzenia należy uwzględnić rodzaj badanych maszyn, wymagany zakres częstotliwości, możliwość pomiaru przyspieszenia, prędkości i przemieszczenia, analizę FFT, analizę obwiedni, zapis danych oraz sposób montażu czujnika. Istotne jest również to, czy miernik drgań ma służyć do prostych kontroli, czy do szczegółowej diagnostyki uszkodzeń.

Miernik wibracji może być stosowany między innymi do kontroli silników, pomp, wentylatorów, sprężarek, turbin, generatorów, przekładni, dmuchaw, agregatów i systemów HVAC. Diagnostyka drganiowa znajduje zastosowanie wszędzie tam, gdzie pracują elementy wirujące lub występują cykliczne obciążenia mechaniczne.

Ocena drgań maszyn powinna być wykonywana zgodnie z odpowiednią częścią serii ISO 20816, dobraną do rodzaju, mocy, prędkości obrotowej i konstrukcji badanej maszyny. Nie istnieje jeden uniwersalny poziom dopuszczalny dla wszystkich urządzeń. ISO 20816-1 określa ogólne zasady oceny, natomiast szczegółowe wymagania znajdują się w kolejnych częściach normy.

Podstawowe pomiary kontrolne mogą być wykonywane przez odpowiednio przeszkolonych pracowników utrzymania ruchu. Bardziej zaawansowana diagnostyka wymaga jednak znajomości budowy maszyn, częstotliwości charakterystycznych oraz metod analizy sygnałów. Pomocne mogą być systemy z automatyczną oceną stanu i klasyfikacją wykrytych nieprawidłowości.

Przenośny miernik wibracji dobrze sprawdza się podczas okresowych obchodów diagnostycznych i kontroli wielu maszyn. Stały system monitoringu jest korzystniejszy w przypadku maszyn krytycznych, szybkozmiennych procesów oraz usterek, które mogą rozwinąć się pomiędzy kolejnymi pomiarami okresowymi.