Dlaczego typ sensora drgań zmienia widoczność wczesnych uszkodzeń w maszynie

W tej samej maszynie wirującej wyniki pomiarów drgań mogą się znacznie różnić. Odpowiada za to typ zastosowanego przetwornika. Przykładowo na silniku wentylatora pracującym z prędkością 1500 obrotów na minutę jeden sensor rejestruje wyraźne składowe wysokoczęstotliwościowe. Wskazują one na wczesne uszkodzenie łożyska. Inny model pokazuje w tym samym czasie jedynie podstawową częstotliwość obrotową. Taka rozbieżność wynika bezpośrednio z parametrów technicznych samego przyrządu pomiarowego.

Przeczytaj również: Kiedy niezbędne jest czyszczenie central wentylacyjnych?

Porównanie technologii przetwarzania drgań

Czujniki piezoelektryczne przetwarzają uderzenia mechaniczne na sygnał elektryczny dzięki właściwościom kryształu. Zapewniają bardzo szerokie pasmo przenoszenia. Zależnie od konkretnego modelu przemysłowego, zakres ten obejmuje przedział od kilku herców do 10–20 kHz. Specjalistyczne wersje przeznaczone do diagnostyki łożysk osiągają próg nawet do 50 kHz. Rozwiązania te oferują wysoką czułość na małe amplitudy i świetną stabilność sygnału przy wysokich częstotliwościach.

Przeczytaj również: Na czym polega ekshumacja?

Akcelerometry MEMS opierają się na strukturach mikromechanicznych. W zależności od konstrukcji układu ich standardowe pasmo przenoszenia zamyka się w przedziale od prądu stałego (DC) do około 6 kHz. Charakteryzują się dobrą stabilnością temperaturową dzięki zintegrowanej elektronice. Przetworniki z wyjściem analogowym dostarczają uproszczony sygnał w bardzo ograniczonym paśmie, najczęściej od 2 Hz do 1 kHz. Służą one głównie do podstawowego monitorowania ogólnego trendu uszkodzeń. Zastosowanie właściwej technologii przetwarzania sygnału określa przydatność urządzenia na hali produkcyjnej. Firma MBJ Electronics wykorzystuje sprawdzone rozwiązania konstrukcyjne przy projektowaniu przemysłowej aparatury do diagnostyki drganiowej maszyn.

Przeczytaj również: Recykling oleju przepracowanego: nowoczesne technologie i ich zastosowanie

Wpływ zakresu pomiarowego na detekcję uszkodzeń

Zakres częstotliwości elementu pomiarowego decyduje o widoczności pierwszych objawów zużycia. Niewyważenie wirnika generuje wstrząsy głównie na częstotliwości obrotowej oraz jej harmonicznych. Taka usterka wymaga precyzyjnego odwzorowania niskich częstotliwości. Luz mechaniczny lub niewspółosiowość ujawniają się natomiast w środkowym paśmie. Wczesne uszkodzenia łożysk tocznych pobudzają wewnętrzne rezonanse konstrukcji na bardzo wysokich częstotliwościach, przekraczających kilka kiloherców. Ich wykrycie umożliwia dopiero zaawansowana analiza obwiedni sygnału. Przy niskich prędkościach obrotowych wystarczają najprostsze przetworniki o paśmie ograniczonym do 1 kHz. Jeśli maszyna pracuje szybciej, niezbędne staje się znacznie szersze pasmo pomiarowe. Właściwie dobrany czujnik wibracji pozwala na bezbłędne przypisanie drgań do konkretnego defektu mechanicznego.

Podstawowy układ MEMS lub prosty przetwornik analogowy sprawdza się do kontroli ogólnego trendu wartości skutecznej. Rozwiązanie to wystarcza, gdy celem służb utrzymania ruchu jest wyłącznie sygnalizacja przekroczenia progu alarmowego. Szczegółowa analiza widmowa FFT wymaga wyższej powtarzalności pomiarów. Należy wówczas sięgnąć po akcelerometry piezoelektryczne o szerokim zakresie przenoszenia. Wśród najczęstszych błędów diagnostycznych pojawia się wybór zbyt wąskiego pasma częstotliwościowego. Prowadzi to do całkowitego pominięcia wczesnych defektów łożysk. Kolejnym problemem jest słaba odporność obudowy na trudne warunki hali przemysłowej, w tym wstrząsy i nagłe wahania temperatury. Poprawna integracja infrastruktury pomiarowej wymaga pełnej zgodności parametrów sprzętowych z oprogramowaniem analitycznym.

O ostatecznej jakości diagnostyki decyduje pełna zgodność technologii pomiarowej z badaną maszyną. Należy dokładnie przeanalizować środowisko pracy, prędkość obrotową oraz główny cel prowadzonego badania. Dobór przemysłowych akcelerometrów musi uwzględniać specyficzną charakterystykę dynamiczną urządzenia i panujące na hali warunki eksploatacyjne. Prawidłowo skompletowany układ pomiarowy minimalizuje ryzyko nagłych awarii sprzętowych. Stanowi on niezawodne źródło danych dla oprogramowania monitorującego. Umożliwia to służbom utrzymania ruchu wczesne planowanie prac remontowych bez kosztownych przestojów linii produkcyjnej.