Pracy maszyn wirujących zawsze towarzyszą drgania, które powodują one stopniową degradację niektórych elementów urządzenia. Diagnostyka drganiowa ma za zadanie uzyskanie zbioru informacji dotyczących stopnia zużycia danych podzespołów.
W zależności od celu pomiaru oraz typów badanych maszyn, podstawowe znaczenie mają przebiegi czasowe przemieszczeń, prędkości lub przyspieszeń drgań.
Dla ogólnej oceny maszyny wirującej istotna jest wartość skuteczna (RMS) prędkości drgań, która w znacznym stopniu odzwierciedla energię niszczącą. Zmierzenie RMS drgań poprzez odniesienie do wartości granicznych dla danej grupy maszyn, pozwala na ocenę stanu dynamicznego urządzenia. Wyróżniane są 4 strefy klasyfikacyjne A, B, C i D, którym można przypisać stany urządzenia określane jako dobry, zadawalający, przejściowo dopuszczalny i niedopuszczalny.
Tego typu pomiary można wykonać wykorzystując nieskomplikowane oraz stosunkowo tanie przyrządy typu piórka wibrometryczne.
Zasadnicze znaczenie w diagnostyce drganiowej, obok wspomnianych wartości RMS drgań, mają odpowiedzi na pytania:
- Jakie są przyczyny wysokich wartości drgań?
- Jak długo można jeszcze w miarę bezpiecznie eksploatować urządzenie?
- Jakie działania korygujące należy przygotować (zakres prac, części zamienne, itp.) w celu optymalnego (koszty i czas trwania) usunięcia zagrożenia?
- Jakie działania należy podjąć w przyszłości, aby wyeliminować tego typu problemy?
Odpowiedzi na w/w pytania możemy uzyskać jedynie poprzez szczegółową analizę widma drgań, będącego transformacją przebiegu czasowego drgań w spektrum częstotliwości. Zabieg taki, klasyczny w diagnostyce mechanicznej, pozwala na rozbicie sygnału generowanego przez maszynę na składowe. Znając podstawowe parametry ruchowe maszyny oraz jej budowę można poszczególnym składowym widma drgań przypisać generujące je elementy lub stany pracy maszyny.
Zidentyfikowanie źródła drgań pozwala na określenie rzeczywistego stopnia zagrożenia awarią, przewidzenie jej następstw w obrębie urządzenia, a przede wszystkim podjęcie właściwych działań korygujących, eliminujących problem. Najczęstsze przyczyny podwyższonych poziomów drgań, istotne ze względu na zagrożenie awarią, to:
- nie wyważenie mas wirujących,
- brak współosiowości wałów urządzenia napędzającego i napędzanego,
- ugięcia wałów,
- luzy lub uszkodzenia łożysk.
Typowy obraz widma zamieszczono na poniższym rysunku. Wyraźnie dominująca pierwsza składowa harmoniczna drgań oznacza w tym przypadku nie wyważenie mas wirujących maszyny.
Niezwykle ważną funkcją diagnostyki wibracyjnej jest określanie stanu łożysk, umożliwiające optymalizację kosztów związanych z ich wymianą. Znając typ łożyska zamontowanego w maszynie oraz prędkość obrotową, identyfikuje się drgania wytwarzane przez poszczególne elementy łożyska (bieżnia zewnętrzna, bieżnia wewnętrzna, koszyk, element toczny).
Poniżej zaznaczone są zidentyfikowane częstotliwości drgań generowanych przez w/w elementy łożyska. W tym przypadku stwierdzono uszkodzenie bieżni zewnętrznej łożyska (częstotliwość oznaczona jako BPFO)
Optymalne korzyści z diagnostyki drganiowej otrzymujemy poprzez wdrożenie tzw. monitoringu maszyn. Porównanie danych zbieranych okresowo pozwala na wyznaczenie trendu zmian w odniesieniu do maszyny jako całości lub/oraz jej wytypowanych elementów (np. łożyska).
Na poniższym rysunku zaznaczono wartości drgań jakie zmierzono podczas rutynowych pomiarów. Linia żółta oznacza stan alarmowy, określony jako niebezpieczny.
Linia czerwona oznacza stan krytyczny maszyny. Jak widać, po przekroczeniu linii alarmowej podjęto kroki zaradcze, po których stan maszyny się unormował.
