Maskindiagnostik MSGC 22 & MSGC 26 Hans Johansson Ett modernt samhälle kräver maskinutrustningar med hög tillgänglighet Få - helst inga - oplanerade driftstopp Korta tider för stillestånd p.g.a. underhåll
Exempel Ett vattenkraftverk på 50 MW Produktionsbortfallet vid 20 öre per kwh blir 0,2 50 0 3 = 0 000 kr/h 240 000 kr/dygn 680 000 kr/vecka o.s.v Tillståndskontroll med maskindiagnostik kan användas för att öka tillgängligheten 2
Medicinsk diagnostik sker med hjälp av bl.a. Temperaturmätning (feber?) Tryck (blodtryck) Vätskeanalys (blod- och urinprov) Genomlysning ( röntgen o.dyl.) Signalanalys av vibrationer och ljud (stetoskop, EKG mm) m.m.) Okulärbesiktning O.s.v. Utvärdering av resultaten och Beslut om ev. åtgärder Maskindiagnostik sker med hjälp av bl.a. Temperaturmätning (kylvätska, smörjolja o.dyl) Tryck T k (smörjoljetryck, mätning av mekanisk k spänning) Vätskeanalys (smörjolje- och kylvätskeprov) Genomlysning ( röntgen o.dyl.) Signalanalys av vibrationer och ljud ( skruvmejsel, SPM, m.m.) Okulärbesiktning O.s.v. Utvärdering av resultaten och Beslut om ev. åtgärder Ur Kursplanen Efter avslutad kurs skall studenten kunna - redogöra för vanliga strategier och metoder för att planera och bedriva underhållsarbete för maskiner - redogöra för vanliga driftstörningar i främst roterande maskiner och hur dessa visar sig vid vibrationsanalys - redogöra för olika typer av givare och deras egenskaper vid mätning av mekaniska vibrationer - planera, utföra och tolka resultatet av en tillståndskontroll med vibrationsmätning - med hjälp av relevanta normer kunna göra en bedömning av ett uppmätt vibrationsresultat - med hjälp av lämpligt instrument balansera en rotor enligt principerna för enplansbalansering - redogöra för några enkla metoder för smörjoljeanalys 3
Ur Kursplanen Kursen innehåller föreläsningar och laborationer som behandlar - Underhållsstrategier och grundläggande begrepp inom underhåll - System och metoder för förebyggande underhåll och tillståndskontroll - Svängningsteori och maskindynamik - Mätprinciper för olika typer av givare lämpliga för maskinövervakning och detektering av maskinskador - Frekvens- och modalanalys av maskinvibrationer - Vanliga typer av maskinfel och typiska vibrationssignaler för dessa - Åtgärder vid olika typer av maskinstörningar - Relevanta normer Kursen genomförs med - TEORIFÖRELÄSNINGAR - LABORATIONER - STUDIEBESÖK KURSLITTERATUR: Glenn White; Maskinvibration, Vibrationsteori och principer för tillståndskontroll ISBN 9-972362-8-4 Diverse skrifter av bl.a. Hans Johansson som finns att hämta från kurstorget under kursens gång. Laborationerna är inte schemalagda Studenterna bildar Laborationerna är inte schemalagda. Studenterna bildar laborationsgrupper som själva bokar tid och hämtar den utrustning som behövs för laborationen. Laborationerna genomförs i Laboratorium Mechanicum (Workshopen) 4
Examinationen sker i form av laborationer och skriftlig tentamen - 5 st laborationer är obligatoriska.. Kritiskt varvtal. 2. Vibrationer i maskinmodell.. 3. Balansering. 4. Maskindiagnostik. 5. Svängningsformer. -Varje kursdeltagare redovisar sina resultat i en egen rapport En rapport per laboration med ditt eget namn krävs alltså för godkänt. - Innehållet i rapporterna får vara lika om flera kursdeltagare samarbetat men du skall själv sätta ditt namn på och ta ansvar för din rapport. - kopior av dina rapporter får medtas på tentamen liksom din kurspärm med egna anteckningar, i kursen utgivet material och kurslitteraturen. Frågor? Signalanalys har alltid varit en metod för att undersöka maskiners tillstånd Några missljud eller...? 5
Signalanalysen görs idag normalt genom s.k frekvensanalys (Spektralanalys). Matematiken bakom en sådan analys utvecklades av den franske matematikern Joseph Fourier (768-830) som visade att en godtycklig signal kan delas upp i en summa av sinus och cosinus signaler a0 f ( t) = + ( an cos( nωt) + bn sin( nωt)) 2 n= Olika typer av maskinkomponenter och skador genererar typiska frekvenskomposanter. F(t) F Tid T f =/T 6
Tid A sin( 2π f t ) A sin( 2πf t) + A2 sin(2πf 2 t) 7
A sin( 2πf t) + A2 sin(2πf 2 t) + A3 sin(2πf 3 t) 8
A/7 700 Hz A/9 900 Hz A/5 500 Hz A/3 A 300 Hz 00 Hz Tid /00 sek 9
A Signalen i TIDSDOMÄN (VÅGFORM)) A [t.ex. m, m/s, m/s 2, V] Tid T 0 f0 =/T 0 Signalens FREKVENSSPEKTRUM A f 0 3f 0 5f 0 7f 0 9f 0 Frekvens Pulståg (vanligt i maskintekniska tillämpningar) F T 0 Tid f 0 =/T 0 Signalens FREKVENSSPEKTRUM A f 0 2f 0 3f 0 4f 0 5f 0 Frekvens 0
Ett exempel på frekvensspektrum från mätning på en växellåda. mm/s RMS Hz Hur skall mätresultatet utvärderas? Vanligen används någon eller några av följande metoder för utvärderingen i. Man jämför vibrationens totalnivå med beprövad erfarenhet som t.ex. ISO normer. ii. Man jämför vibrationens totalnivå med tidigare mätningar och studerar trender. iii. Man letar specifika skador. Detta bygger på att signaturen för olika typer av skador är kända och att konstruktionen är väl dokumenterad. Den tredje metoden är ofta eftersträvansvärd då den innebär att begynnande skador och fel kan upptäckas på ett tidigt stadium. Underhållet kan då planeras och stillestånden bli kortvariga.
Exempel. Skada på innerringen på rullningslager Lagerbelastning Rotationsfrekvens f I Antalet rullkroppspassager p per tidsenhet Rotationsfrekvens f I z fird f I 2 Skadan vandrar in i och ut ur den belastade zonen Skada på innerring! Signal från skadan som tidsfunktion a ω I a 0 ω RH 0 Tid (t) f ird f I a( t) = a0 I π ird t 4 [ + cos(2π f t) ] [ + cos(2 f )] Signalen kan skrivas om på detta sätt a0 + cos(2πf I t) + cos(2πf ird t) + ird I ird I t) 4 2 Fyra frekvenser finns alltså med [ cos(2π ( f f ) t) + cos(2π ( f + f ) ] a a 0 4 a 0 8 fi fird f I f ird f ird + fi frekvens Frekvensspektrum orsakat av skada på innerringens löpbana i rullningslager 2
Vid granskning av växellådans frekvensspektrum kan man nu misstänka en skada på innerringen på ett av lagren. Förslag på åtgärder Upprepa p vibrationsanalysen med jämna mellanrum och iakttag utvecklingen på vibrationerna från det aktuella lagret Planera byte av lagret om vibrationen bedöms som farlig. Byt det aktuella lagret vid nästa planerade driftstopp, om inte tidigare byte blir nödvändigt Finn orsaken till skadan. Åtgärda! 3
Maskinparken i svensk verkstadsindustri ligger generellt på en tillgänglighet på drygt 50 %. I pappers- och massaindustrin 85 95 %. Stora potentialer för ökad konkurrenskraft finns alltså. För att på ett effektivt sätt kunna arbeta med att utnyttja denna potential behövs inte minst kreativa och kunniga ingenjörer. Kunskapsnivån behöver också höjas. 4