Sağlıklı Titreşim Analizi için 3 Eksende Ölçüm Neden Gereklidir?

Transkript

1 Bakım Mühendisliğinde En Son Teknolojiler : İşin Uzmanından! VibraTek Teknik Bülten 13 Sağlıklı Titreşim Analizi için 3 Eksende Ölçüm Neden Gereklidir? Bill Watts 1, Dr. İbrahim H. Çağlayan Özet Titreşim ölçüm analizi ile arızaların doğru hassas şekilde teşhis edilebilmesinin temelinde yapılan ölçümün ve alınan spektrumların yeterli sayı ve özellikte ve doğru alınmış olmaları yatar. Makinalar üç doğrusal yönde hareket yetenekleri olduğu için, mühendislik mantığı ve fizik bilimi bu üç yönden hareket bilgisi alınması gerekliliğini zorunlu kılar. Bu makalenin amacı, ölçüm noktalarında genellikle düşey ve yatay yönde ölçüm arasına bazen serpiştirilmiş eksenel ölçüm yerine, her noktada düşey, yatay ve eksenel noktalarda ölçüm yapmanın mantığını, gerekliliğini ve yararlarını anlatmaktır. Giriş Titreşim ölçümü yapılmasını önerdiğimiz birbirine ek üçlü Karteziyen koordinat sistemi düşey, yatay ve eksenel yönlerden oluşmaktadır. Eksenel yön, ismin de ifade ettiği gibi mil (genellikle motor mili) ekseni doğrultusunda veya buna paralel bir doğrultudadır. Düşey ve yatay doğrultular ise eksenel doğrultuyu dik kesen düzlemdedir. Yatay makinalar için düşey yön şakül doğrultusudur; yatay yön de yatay ufuk düzlemine paralel doğrultuda ve eksenel ve düşey yönlere dik bir düzlemdedir. Düşey makinalarda durum biraz farklıdır. Eksenel yön düşey doğrultu yönündedir, düşey değil dikey olarak tanımlayacağımız yön, makina merkezini gösterir, yatay yönde bu iki yöne diktir. Artık gelişen elektronik teknolojisi sayesinde akselerometre üreticileri bir muhafaza içine üç ayrı akselerometreyi sığdırabilmekte ve böylece aynı anda 3 eksende ölçüm yapabilen cihazlara kolayca bu ölçümü yapma yeteneği vermektedir. Bu akselerometreler makinaya japon yapıştırıcı ile yapıştırılmış bir rondelaya vidalanabileceği gibi mıknatısla da iliştirilebilir. 3 eksende titreşim ölçümü ve ölçüm kalitesine etkisi Titreşim analizinde en kolay analiz edilen frekans dönme devrindeki (1X) titreşimdir. Ancak, birçok arızada seviyesi yükselen bu frekansın hangi arızayı gösterdiğini bulmak, kolay görülen bu analizi zorlaştırır ve hatta bazen arızayı tamamen tanımlamalara neden olur. Örneğin, bir motora kaplinle bağlı bir pompayı ele alalım. Yüksek seviyede 1X dönme devri frekansı 1480, 2950 d/dk vs. titreşimi (örneğin, 12 mm/sn) bu makinada 1 DLI Engineering, ABD

2 motorda balans bozukluğu, pompada balans bozukluğu, kaplin ayarsızlığı, motor ve pompa ayaklarında gevşeklik veya şasede zayıflık, rulman yuvasında boşluk, motor soğutma fanı balans bozukluğu gibi birçok arızayı gösterebilir. Tecrübemiz göstermiştir ki, ölçüm noktalarının herbirinde üç eksende titreşim yapmadıktan sonra sağlıklı bir şekilde arızanın gerçekte bu yukarıda sayılan ihtimallerden hangisi olduğunu saptamak mümkün değildir. Sağlıklı Titreşim Analizi için 3 Eksende Ölçüm Neden Gereklidir? Aşağıda 7 örnekle bu tecrübemizi yansıtmak istiyoruz. Bu örneklerde motor ve pompa üzerinde birer noktada her üç eksende de ölçüm yapılarak seviyeler incelenmiştir. Alınan değerler aşağıdaki tabloda gösterilmiştir. Yön Dönme devrindeki (1X) titreşim seviyesi, mm/sn rms Yatay Yatay Yatay Eks Genlik 1,5 2,5 3,5 0,9 5,0 1,4 0,9 Genlik 8,9 25,2 0,6 5,0 10,0 Yat Genlik 11,6 1,0 5,6 17,7 10,0 31,6 Eks Genlik 1,0 4,5 1,3 3,1 1,1 2,5 Pompa Dek Genlik 7,1 14,1 0,3 0,3 0,6 2,2 Yat Genlik 10,0 7,9 7,9 2,5 10,0 15,8 Örnek 1 Bu dikey bir motor+pompa kuplesidir. üst yatağına yakın bir noktada bir ölçüm noktası, pompa üst yatağına yakın bir noktada da bir diğer ölçüm noktası tesbit edilmişti. Makinanın ankastre yapısı göz önüne alınacak olursa motor üst yatağında okunan seviyenin pompa üst yatağında okunan seviyenin iki katı mertebesinde olması gerekir. Ortalama seviyelerin de bunu yansıtması gerekir. Diğer bir husus da herhangi bir balans bozukluğunun bütün makinayı sallaması gerektiğidir. Normal olarak, yatay ve dikey yönlerden (bu iki yön de bu dikey makinada ufuk düzlemindedir)daha düşük değerde olması gereken düşey doğrultudaki eksenel yön, böyle sallanan makinalarda tam tersi bir durum arzedebilir. ey pompalarda bir diğer husus da, motorla pompa arasındaki kaplin bölgesine ulaşabilmek icin entegre muhafaza, bir yönde açıktır. Bu da bu yönde bir zayıflık dolayısıyla daha yüksek titreşim oluşturur.

3 Bu fiziksel gerçekler bilinirken, yukarıdaki tabloya bakacak olursak, motor ve pompa yatağında sadece eksenel ve dikey yönleri (Bkz. Şekil 1b) ölçtüğümüzü düşünelim. Bu durumda teşhisimiz açısal kaplin ayarsızlığı olmak zorundadır. Çünkü eksenel hem motorda hem de pompada beklenenin üzerinde yüksektir. Bu mantığı sürdürecek olursak, hem motorda hem de pompada balans bozukluğu olabilir zira her iki yatakta da dikey, eksenelden yüksektir. Eksenel seviye, tüm makinanın sallanmasından, rakkas hareketi yapmasından kaynaklanıyor olabilir. Sadece eksenel ve yatay yönleri ölçtüğümüz düşündüğümüzde ise, teşhis sadece motor balans bozukluğu gösterecektir. Zira, pompa tarafında yatay yönde seviye düşüktür. Oysa, her üç eksenin de ölçüldüğü düşünülecek olursa, motorda yatay ve dikey yönler eksenelden bayağı baskındır. Bu durumda teşhis, motor balans bozukluğudur. Pompadaki bağıl olarak yüksek yatay seviyeler de, bu tip pompaların yukarıda anlatılan fiziki yapısından kaynaklanmakta ve motor tarafından sarsılmaktadır. Yatay yön pompa kaplin muhafazasının sağlam ve açıklığın olmadığı yön olup, bu yönde pek fazla bir titreşim pompayı etkilememektedir. Görüleceği gibi, üç eksende ölçüm yapılmamış olsaydı, teşhisimiz yanlış olacaktı. Örnek 2 Örnek 1 deki aynı mantıktan hareketle, aynı fiziki faktörleri yine bir motor+pompa kuplesi için düşünecek olursak, elimizdeki data motor veya pompa balans bozukluğunu gösterecektir. Elimizdeki 1X yatay ve dikey seviyeleri genlik olarak 1X eksenele göre daha yüksektir. Bu durumda, balans bozukluğu motrda mı, yoksa pompada mıdır? 1X dikey ve yatay seviyeleri motor tarafında yüksektir, ama bunun dikey bir makina olduğunu hatırlayınız. daki seviyeler pompadakilerin iki katından daha az bir yüksekliktedir. Burada önce, eksenele seviyeler düşük diğerleri yüksek olduğu için önce, balans bozukluğu, sonra da, pompa tarafta yatay ve dikeyde aşmalar daha fazla olduğu için bu balans bozukluğunun pompada olduğuna karar vermek gerekir. Burada da 3 eksende ölçüm yapılmamış olsaydı, teşhis doğru yapılamazdı. Örnek 3 Varsayalım motor ve pompada sadece dikey ve eksenel yön ölçümü yaptık. Tablo 1 deki değerlere bakılarak bu makinada kaplin ayarsızlığı veya motor veya pompa balans bozukluğu olduğu söylenebilir. Pompa balansızlığı kararı bu durumda mantıklı olacaktır. Zira, makinanın sallanması (rakkas hareketi yapması) eksenel yöndeki seviyeler ve aşmalar, yatay yöndekinden az ise bu karar doğrudur.

4 Farzedelim dikey ve eksenel yerine, yatay ve ekseneli ölçtük. Her iki ölçüm noktasında da aşırı eksenel 1X seviyeleri görmekteyiz; bu da tamamen aşırı açısal kaplin ayarsızlığı anlamına gelmektedir. Ama arada dikey yönü ölçmediğimiz için motorda eksenelin 7 katı mertebesinde olan bir seviyeyi hesabımıza daha doğrusu arıza teşhis çalışmamıza katmamış oluyoruz ve sonuç olarak da yanlış bir karara varıyoruz. Örnek 4 Bu makinada sadece eksenel ve dikey yönleri ölçtüğümüzü varsayalım. Bu durumda hiçbir arıza görünmemektedir. Bütün 1X seviyeleri 1 mm/sn bile altındadır. Bir de sadece eksenel ve yatay yönde ölçüm yaptığımızı varsayalım. Bu durumda bir miktar motor veya pompa balans bozukluğu olduğuna karar verilebilir. Oysa, Tablo 1 deki 3 eksende alınmış data burada zemine bağlantı elemanlarında gevşeklik veya zeminde zayıflık olduğunu göstermektedir. ey yönün hesaba katılmamış (ölçülmemiş) olması tamamen hatalı bir teşhise götürmüştür. Örnek 5 Bu yatay makinada Tablo 1 e göre hem açısal kaplin ayarsızlığı ve motor balans bozukluğu görülmektedir. Açısal ayarsızlık, 1X eksenelin motor tarafında her iki yönden yüksek, pompa tarafında ise yataydan yüksek, dikeye eşit olması nedeniyle varılacak karardır. Bu birbirine eşit iki değer nedeniyle burada iki arızanın da var olduğu kararına varıyoruz. Bu iki arıza birlikte makinada mevcuttur. Aslında bu parametreler bizi motorda mil eğilmesi olduğu teşhisine de götürebilir; bu nedenle bu makinada tekrar faz ölçümleri alınarak ölçüm yapılması önerilir. Her ne kadar mil eğilmesi çok nadir görülen bir durum olsa da bu analiz, kesin sonuca ulaşmaya yardımcı olacaktır. Görüleceği gibi ancak 3 eksende ölçüm yapıldığı takdirde arızayı kesin teşhis yoluna girilebilir. Şayet bu ölçümlerden biri alınmamış olsaydı, doğru karar verilmemiş olacaktı. Örnek 6 Yüksek 1X yatay ve dikey (yatay makinada düşey) yöndeki yüksek 10,0 mm/sn titreşimler eksenel yöndeki seviyelerden yüksektir ve motor balans bozukluğu göstermektedir. Pompada ise sadece yatay yönde 1X yüksektir. Bu durumda teşhis motordaki balans bozukluğu, pompa ayaklarında veya şasesinde gevşemeye ve zayıflamaya yol açmıştır.

5 Şayet titreşim ölçümü 3 eksende yapılmamış olsaydı, bu şekilde net bir tanı yapmak mümkün olmayacaktı. Örnek 7 Bu vaka 4 nolu makina ile benzerdir fakat seviyeler çok daha yüksektir ve yatay yöndeki seviyeler çok daha baskındır. Hem yatay hem de düşey yönün ölçülmüş olması bir mukayese yapılmasını mümkün kılmaktadır. Bunda da, rotor balanssızlığının yarattığı titreşimin neden olduğu şase zayıflığı görülmektedir. Yine bunda da, eğer 3 eksende titreşim ölçülmemiş olsaydı, bu karara varmak mümkün olmayacaktı. Diğer Teşhisler ve istatistiksel analiz Makinalarda dönme devri 1X te görülen arızalar çok büyük bir oranı teşkil etmekle birlikte başka frekanslarda kendisini gösteren birçok arıza vardır; örneğin, dişli arızası, rulman arızası, pompa arızaları gibi. Bu arızaların birçoğunun tanımında da 3 eksende ölçüm hem hatanın tanımlanması hem de şiddetinin doğru tanımlanması açısından büyük yarar sağlamaktadır. Yapılan bir çalışmada 879 adet pompa incelendi. Bu pompalarda yukarıdaki örneklerde olduğu gibi iki noktada üçer eksen ve bazılarında birer eksende ölçüm yapılarak arızaları doğru teşhis oranları incelendi. Bakınız Tablo 2. Ölçüm nokta ve yönleri Eks.Yat.+ Pompa Eks.Yat. Eks.+ Pompa Eks. Eks.Yat.+ Pompa Eks. + Pompa Yat.+ Pompa Yat. Teşhis edilen arıza adedi Titreşim analız sonuçları Atlanılan arıza adedi Arızaları doğru teşhis etme oranı 97 - % % % % % 46

6 Yukarıdaki çalışmada da görüldüğü gibi tek eksende yapılacak ölçümlerde arızaların yarıya yakın kısmını teşhis etmek mümkün olmamaktadır. Arızanın tanımının yöne bağlı olduğu yukarıdaki örneklerle de çok bariz şekilde görülmektedir. Yandaki grafikte de görüleceği gibi, 2 noktada 3 eksende (toplam 6 yönde) yapılan ölçümlerde arıza doğru teşhis oranı %100 dür. Yönler eksik olarak ölçülmeye başlandığında doğru teşhis oranı azalmaktadır. Konuya basit vektör fiziği açısından bakacak olursak, durumun neden böyle olduğu daha kolay açıklık kazanacaktır. Titreşim bir arıza nedeniyle bir noktadan, örneğin bir rulman yatağından yayılırken vektörel bir özellik taşır. Bilindiği gibi vektörler genlikleri yanısıra, yön bilgisi de taşırlar. Bir vektör, uzayda herhangi bir kartezyen koordinat sisteminde birbirine dik üç eksendeki bileşenlerine ayırılabilir. Aynı şekilde, 3 bileşeni olan bir vektörün kendisinin bütün nitelikleri bu vektörler toplanarak bulunabilir. Ancak, bu vektör yönlerinden herhangi birinin eksik olması halinde bu vektörün niteliği kesinlikle bulunamaz. Bu da 3 eksendeki bileşeni ölçülmemiş bir titreşim vektörünün gerçek niteliğinin bulunamayacağı anlamına gelir.