De basisprincipes van trillingsanalyse

Er zijn verschillende niet-destructieve testmethoden (NDT) die we kunnen gebruiken om de toestand van verschillende machineonderdelen te evalueren, zonder dat we de apparatuur moeten stoppen en demonteren. Trillingsanalyse is een prominente NDO-tool die in veel industrieën wordt gebruikt.

In dit artikel zullen we heel goed kijken naar de fijne kneepjes van het trillingsanalyseproces, parameters, tools en use-cases.

Waarom trillingen?

Trillingen treden op in alle bewegende machines terwijl ze in bedrijf zijn. Elk materiaal heeft een karakteristiek trillingspatroon onder specifieke omstandigheden. Het meten, registreren en bestuderen van de veranderingen in deze trillingskarakteristieken kan worden gebruikt om de veranderingen in het testmateriaal zelf te begrijpen.

Wat is trillingsanalyse?

Trillingsanalyse is een proces dat trillingssignalen gebruikt om afwijkingen in trillingspatronen te identificeren. Een verandering in het trillingspatroon duidt op een verandering in de fysieke eigenschappen van het testobject.

Bij het onderhoud van apparatuur helpt trillingsanalyse ons de staat van onze apparatuur te volgen en te evalueren.

Wanneer een afwijkend patroon wordt waargenomen, kunnen we een oorzaakanalyse uitvoeren om de reden voor de verandering te achterhalen. Zodra we dat weten, kunnen we passende corrigerende onderhoudsacties plannen als dit nodig wordt geacht.

Waar en wanneer wordt het gebruikt?

Trillingsanalyse is geschikt om componenten te testen die een roterende beweging ondergaan, dat wil zeggen componenten die torsiekrachten ondervinden. Het wordt gebruikt om de condities te testen of te volgen van:

• lagers, tandwielen, assen, rotoren
• motoren, ventilatoren, aandrijflijnen, versnellingsbakken
• pompen, zuigermotoren, compressoren en andere zuigermachines

Beschouw dit niet als een volledige lijst - trillingsanalyse heeft veel meer nichetoepassingen en is niet beperkt tot roterende machines of machinetrillingen alleen.

Trillingsgegevens kunnen bijvoorbeeld worden verzameld om de veranderingen en fluctuaties in elektrische en magnetische velden te meten en om de structurele integriteit van bruggen, leidingen en andere infrastructuur te bewaken.

Reductoren inspecteren

Kapotte tandwielen komen veel voor in versnellingsbakken. Kapotte tandwielen zullen veel schade aanrichten voordat je kunt zien dat er iets mis is. Trillingsanalyse helpt bij het vroegtijdig identificeren van gebroken tandwieltanden, zonder dat er iets hoeft te worden gedemonteerd.

Op deze manier kunnen we een werkorder maken en het probleem oplossen voordat het een catastrofale storing veroorzaakt.

Opsporen van lagerdefecten

Lagerfouten veroorzaken overmatige trillingen bij machines met draaiende delen. Door lagercondities te bewaken met behulp van trillingsanalyse kunt u lagerstoringen identificeren en passende corrigerende maatregelen nemen.

Trillingsanalyse werpt licht op het exacte lagerdefect, waaronder:

• omgekeerd laden
• valse brinelling
• oververhitting
• vermoeidheid
• corrosie
• aanpasproblemen
• foutieve uitlijning
• onbalans

Conditiebewaking voor pijpleidingen

Oliepijpleidingen zijn een ander goed voorbeeld van verborgen operaties. Een veelvoorkomend probleem hierbij is corrosie die kan leiden tot lekkages en brandgevaar. Zoals u waarschijnlijk al kunt raden:met behulp van oscillatie- en trillingsfrequentiegegevens is het mogelijk om de corrosie in pijpleidingen te analyseren en te meten met behulp van trillingsanalyse.

Gecorrodeerde leidingen die de vloeistof met een vast debiet vervoeren, hebben andere trillingskarakteristieken dan een gezonde leiding met hetzelfde debiet.

Trillingsanalyseproces

De standaard stappen die we moeten nemen om trillingsanalyse uit te voeren zijn:

1. Stel een basislijn vast . Voer een trillingsanalyse uit op een machine die met ideale eigenschappen werkt. De trillingsniveaus worden geregistreerd om als basis te dienen voor dit (type) machine.
2. Ontwikkel een routine . Analyse moet met regelmatige tussenpozen worden uitgevoerd. Kies een geschikt interval om trillingsanalyse uit te voeren. Het gekozen interval moet de machinekenmerken en bedrijfsomstandigheden weerspiegelen. (Als u sensoren installeert voor het streamen van realtime trillingsgegevens, kunt u deze stap overslaan.)
3. Het proces standaardiseren . De instrumenten en technieken die worden gebruikt om trillingsanalyses uit te voeren, moeten worden gestandaardiseerd. Het gebruik van dezelfde apparatuur met consistente SOP's zou vergelijkbare resultaten moeten opleveren.
4. Zorg voor het bijhouden van gegevens . De resultaten van alle periodieke analyses moeten worden opgeslagen. Dit helpt om de historische gegevens van de machine bij te houden. Dit is essentieel voor verdere analyse. (Als u een online bewakingssysteem heeft, slaat het automatisch trillingsgegevens uit het verleden op.)
5. Voer trillingsanalyse uit . Het resultaat van elke trillingsanalyse-inspectie wordt vergeleken met basisgegevens om afwijkingen en defecten op te sporen en de vereiste onderhoudswerkzaamheden uit te voeren.

Trillingsmeetparameters

Elke trilling, weergegeven als een golfvorm, heeft een frequentie, amplitude en periode:

• Frequentie :Het is het aantal trillingen dat elke seconde optreedt. Frequentie wordt gemeten in Hertz (Hz).
• Amplitude :Het is de maximale verplaatsing van de golf vanuit de evenwichtspositie. RMS-waarde is de algemeen gebruikte waarde voor amplitude.
• Periode :De tijd tussen twee pieken of dalen in een golfvorm is de periode. Het wordt gemeten in seconden of andere geschikte tijdseenheden. De periode is het omgekeerde van de frequentie.

Bij trillingsanalyse wordt de amplitude gemeten en geregistreerd in termen van drie fysieke parameters. Dit zijn:

• Verplaatsing :Geeft de afstand weer tussen de ruststand van het onderdeel en de maximale stand waar het afwijkt. Het meet hoeveel het onderdeel beweegt. De meeteenheden zijn millimeter (mm), micrometer (μm) of andere geschikte verplaatsingseenheden.
• Snelheid :Geeft de verplaatsing per tijdseenheid weer. Het is een maat voor hoe snel het onderdeel trilt. De eenheden zijn millimeters per seconde (mm/s) of micrometers per seconde (μm/s).
• Versnelling :Vertegenwoordigt de snelheid waarmee de snelheid verandert. Het is het hoogst wanneer de beweging van het onderdeel in richting omkeert. Het wordt gemeten in millimeters per seconde kwadraat (mm/s2) of micrometers per seconde kwadraat (μm/s2).

Trillingen kunnen worden onderverdeeld in drie categorieën op basis van menselijke waarnemingen; iets dat we kunnen zien, voelen door aanraken of horen. Bron: IMV Corporation  

Heeft u speciale apparatuur voor trillingsanalyse nodig om VA uit te voeren?

Het antwoord is ja. We kunnen trillingen niet meten met een schroevendraaier. Laten we kort de belangrijke apparatuur voor trillingsanalyse bespreken waarvan u op de hoogte moet zijn.

Trillingssensoren

Met verschillende soorten sensoren worden verschillende trillingsparameters gemeten. Daarom kunnen we onderscheid maken tussen verplaatsingssensoren, snelheidssensoren en versnellingsmeters.

De meest gebruikte typen zijn versnellingsmetersensoren zoals piëzo-elektrische versnellingsmeters, micro-elektromechanische sensoren (MEMS), naderingssondes, laser-dopplervibrometer en dergelijke.

Verschillende soorten trillingssensoren 

Welke sensor moet je kopen? Nou, dat hangt af van je toepassing. Afgezien van de aankoopprijs, moet u rekening houden met functies zoals:

• trillingsamplitude
• gevoeligheid
• bandbreedte
• ruis
• opties voor sensormontage
• aantal assen dat het tegelijk kan bestrijken
• bemonsteringsfrequentie

We zullen hier niet te veel in detail treden, maar voor iedereen die meer wil weten over deze functies, lees deze geweldige gids over het kiezen van de juiste sensor voor trillingsanalyse.

Trillingsanalysesoftware

Hier is een korte lijst van verschillende trillingsanalysesoftware die we tegenkwamen tijdens het schrijven van dit artikel:

• EI Analytisch
• Vibinspect van ReVibe Energy
• Dplot
• Besturingssoftware van Vibration Research
• ProAnalyst van Xcitex
• Labsoftware van enDAQ
• FEMtools

Sommige van die oplossingen worden specifiek gebruikt voor trillingsanalyse, terwijl andere deel uitmaken van grotere softwarepakketten met veel andere toepassingen. Doe uw due diligence voordat u aankopen doet.

Online trillingsbewakingssysteem

Online vibratiemonitoringsysteem presenteert een opstelling waarbij:

• u hebt trillingssensoren geïnstalleerd op uw kritieke apparatuur
• die sensoren sturen continu realtime gegevens naar de cloud
• de door jou geselecteerde trillingssoftware leest en analyseert binnenkomende trillingsgegevens en geeft waarschuwingen en aanbevelingen

Op basis van de analyse kunt u passende onderhoudsacties plannen.

Draagbare trillingsbewakingsapparatuur 

Het installeren van sensoren is niet de enige manier om trillingsgegevens te verkrijgen. Er zijn tal van draagbare trillingsapparatuur die onderhoudstechnici en technici kunnen gebruiken om trillingsmetingen uit te voeren.

Draagbare trillingsbewakingsapparatuur

Handtrillingsmeters zijn erg handig voor organisaties die condition-based onderhoud uitvoeren. Ze kunnen een geautomatiseerd onderhoudsbeheersysteem (CMMS) gebruiken om regelmatige trillingsmetingen voor verschillende componenten/machines in te plannen.

Het "analysator"-gedeelte van trillingsanalyse

De gegevens van trillingssensoren en apparatuur worden verzameld en geregistreerd door softwaretools voor gegevensverzamelaars. De software registreert de gegevens in een van de twee formaten (of in beide):

1. Tijdgolfvorm :Tijdgolfvorm is de onbewerkte gegevens van de sensor. De twee variabelen die de golfvorm vormen, zijn amplitude en tijd. Tegenwoordig wordt het gebruik ervan steeds zeldzamer.
2. Fast Fourier Transform (FTT) :Snelle Fourier-transformatiegolf wordt gegenereerd op basis van de tijdgolfvorm. De amplitude wordt weergegeven als frequentie uitgezet tegen de tijd. Computertechnologie heeft van FFT een veel beter hulpmiddel gemaakt om de gezondheid van machines te analyseren.

De trillingsgegevens van de sensor kunnen worden geanalyseerd door getrainde trillingsanalisten of betrouwbaarheidsingenieurs. Computeralgoritmen en analysetools kunnen ook worden gebruikt om afwijkingen te detecteren en de gezondheid van de geteste componenten te verifiëren.

FTT-spectrumanalyse gebruiken voor trillingsanalyse. Bron: IMV Corporation  

Tijdgolfvormanalyse kan uitwijzen of er gebreken zijn bij de proefpersoon. Maar het kan de oorzaak van de anomalie niet bepalen . Met Fast Fourier Transform daarentegen zijn we in staat om de hoofdoorzaak van het defect te lokaliseren.
<
Laten we dat laten zien aan de hand van een voorbeeld.

Stel je voor dat je een echte trillingsanalyse uitvoert op een systeem met een motor, een riem en een aandrijfas. Trillingsgegevens worden gedetecteerd door geschikte sensoren en geregistreerd via analysesoftware. De gegevens worden vastgelegd als een eenvoudige tijdgolfvorm. U kunt vanaf de basislijn vaststellen dat er een anomalie is. Maar niets meer. Tijdgolfvorm kan niet bepalen of het defect bij de motor, riem of aandrijfas zit.

Dit is waar FFT in het spel komt. Omdat FFT discrete golfvormen geeft voor elk van de verschillende componenten (motor/riem/aandrijfas) , kunt u de exacte locatie van het defect lokaliseren, wat uiteindelijk leidt tot een veel kortere uitvaltijd. Het gebruik van algoritmen om de analyse uit te voeren heeft FFT nauwkeuriger en nauwkeuriger gemaakt.

Training, certificering en accreditatie

Trillingsanalyse wordt uitgevoerd door betrouwbaarheidsingenieurs en getrainde trillingsanalisten. Er zijn instituten die trillingsanalisten en betrouwbaarheidsingenieurs opleiden en certificeren om trillingsanalyses uit te voeren:

• American Society for Non-destructive Testing (ASNT) is een pionier in het accrediteren van betrouwbaarheidsingenieurs voor niet-destructief testen. Trillingsanalyse maakt deel uit van cursussen en certificeringen van ASNT.
• Het vibratie-instituut is toegewijd aan het opleiden en certificeren van trillingsanalisten. De certificering varieert van Categorie I naar Categorie IV trillingen analisten. Vibration Institute is erkend door het American National Standards Institute (ANSI).
• Mobius instituut biedt training in conditiebewaking, onderhoud en betrouwbaarheid van bedrijfsmiddelen. Ze bieden trainingen en certificeringen voor trillingsanalyse. De certificeringen van het instituut zijn geaccrediteerd door de International Organization for Standardization (ISO).

Laten we er ook rekening mee houden dat het Amerikaanse ministerie van arbeid ook specialisten op het gebied van niet-destructief onderzoek erkent. Dit omvat specialisten die gespecialiseerd zijn in trillingsanalyse. Daarnaast heeft elk land zijn eigen certificerings- en accreditatiesystemen om gekwalificeerde betrouwbaarheidsingenieurs te erkennen.

Trillingsanalyse en onderhoud van apparatuur

Hier volgen korte uitleg over hoe trillingsmetingen kunnen helpen bij zowel proactieve als reactieve onderhoudsscenario's.

Trillingsanalyse gebruiken voor voorspellend onderhoud

Weten wanneer en waarom een ​​onderdeel of machine uitvalt, is de sleutel tot succesvolle programma's voor voorspellend onderhoud. Trillingsanalyse biedt nuttige gegevenspunten die u aan uw voorspellende gegevensmodel kunt toevoegen om de nauwkeurigheid bij het voorspellen van apparatuurstoringen te verbeteren.

Om het meeste uit trillingsanalyse en voorspellende analyses te halen, moet u deze combineren met moderne CMMS-software zoals Limble. Limble kan communiceren met uw trillingssensor en, op basis van hoe u deze instelt, automatisch noodwerkopdrachten activeren.

Een geactiveerde WO in Limble CMMS op basis van trillingssensorgegevens 

Trillingsanalyse gebruiken voor storingen en correctief onderhoud

Trillingsanalyse kan ook nuttig zijn in een reactief scenario. U kunt trillingsanalyses uitvoeren als onderdeel van uw storingsonderhoudsproces om de oorzaak van de storing te achterhalen. Dit zal je helpen om:

1. de juiste corrigerende actie ondernemen om de fout aan te pakken
2. voorkomen dat soortgelijke storingen in de toekomst optreden

Als u Limble CMMS gebruikt, kunnen technici opmerkingen achterlaten bij het sluiten van een werkorder, en belangrijke opmerkingen achterlaten over ontdekte storingsoorzaken, trillingstestgegevens, de toestand van de apparatuur en uitvaltijd.

Deze gegevens kunnen worden gebruikt door:

• betrouwbaarheidsingenieurs bij het uitvoeren van storingsanalyses
• onderhoudsmanagers voor het evalueren van onderhoudskosten
• door andere technici om toekomstige probleemoplossings- en reparatieprocessen voor dit type apparatuur te versnellen

Voordelen en beperkingen van trillingsanalyse

Net als elk ander onderhoudsgereedschap of -techniek heeft trillingsanalyse specifieke voordelen en beperkingen. Als u deze kent, kunt u bruikbare toepassingen voor trillingsanalyse op uw fabrieksvloer identificeren

Voordelen van trillingsanalyse:

• Het kan worden gebruikt om moeilijk toegankelijke componenten te bewaken zonder geplande shutdowns.
• Met de juiste installatie kan het op afstand worden gebruikt.
• Het kan realtime inzicht geven in de toestand van uw kritieke bedrijfsmiddelen.
• Er zijn veel gevestigde SOP's, methodologieën en software die u kunt gebruiken om het trillingsanalyseproces te vereenvoudigen.
• Tegenwoordig zijn er veel in de handel verkrijgbare sensoren ontwikkeld voor het volgen van specifieke operationele omstandigheden.

Beperkingen van trillingsanalyse:

• Deskundigheid, training en certificeringen zijn nodig om trillingsanalyses correct uit te voeren.
• Het kan niet worden gebruikt om snel bewegende defecten op te sporen (defecten die zich in korte tijd door de machine verspreiden).
• Het vereist enige investering vooraf in trillingsapparatuur en softwaretools.
• Het kan ingewikkeld zijn om foutlokalisatie uit te voeren.

Als het allemaal gezegd en gedaan is, is trillingsmonitoring een krachtige bondgenoot voor elke organisatie die predictief onderhoud of condition-based onderhoud uitvoert. Dat gezegd hebbende, moet elke implementatie van sensoren en tools worden voorafgegaan door een kosten-batenanalyse.

De vroege vogel krijgt de worm

Door verslechtering van apparatuur zo vroeg mogelijk op te vangen, kan uw organisatie op de lange termijn een hoop geld besparen, vooral als uw bedrijfsprocessen afhankelijk zijn van dure fysieke activa.

Met meer ademruimte heeft uw onderhoudsteam ruimschoots de tijd om vervangende onderdelen te bestellen, de benodigde gereedschappen toe te wijzen en onderhoudswerkzaamheden in overleg met productie en andere afdelingen te plannen.

Dankzij CMMS, trillingsanalyse en andere conditiebewakingstools is het organiseren van onderhoudswerkzaamheden nog nooit zo eenvoudig geweest.