Het elimineren van overmatige trillingen van roterende apparatuur: UNITEC-D diagnosegids

1. Probleem en toepassingsgebied

Overmatige trillingen van roterende apparatuur zijn een kritische indicator van mogelijke storingen die kunnen leiden tot ongeplande productieonderbrekingen, aanzienlijke financiële verliezen, verminderde productkwaliteit en, belangrijker nog, bedreigingen voor de veiligheid van het personeel. Deze UNITEC-D-handleiding is bedoeld om systematisch de belangrijkste oorzaken van verhoogde trillingen te diagnosticeren en te elimineren en bestrijkt een breed scala aan industriële roterende apparatuur, waaronder pompen, ventilatoren, elektromotoren, compressoren, versnellingsbakken en turbines die in de Oekraïense industrie worden gebruikt.

Classificatie van de ernst van trillingen volgens DSTU ISO 10816-1:2004:

• Kritisch: het trillingsniveau dat de bovengrenzen van de toegestane waarden (Zone D) overschrijdt, vereist onmiddellijke uitschakeling van de apparatuur en het oplossen van problemen.
• Belangrijk: het trillingsniveau in zone C vereist een geplande uitschakeling van de apparatuur voor diagnose en reparatie. Langdurig gebruik op dit gebied verkort de levensduur van de componenten.
• Klein: het trillingsniveau in zone B duidt op de aanwezigheid van een storing die zich kan verergeren. Verbeterde monitoring wordt aanbevolen.

Tijdige en nauwkeurige identificatie van de hoofdoorzaak van trillingen is de sleutel tot een betrouwbare en veilige werking van de apparatuur.

2. Voorzorgsmaatregelen

Voordat u met diagnostische of reparatiewerkzaamheden aan roterende apparatuur begint, moeten strikte veiligheidsregels worden gevolgd. Het negeren van deze voorzorgsmaatregelen kan leiden tot ernstig letsel of de dood.

DE VEILIGHEID VAN HET PERSONEEL IS ONZE PRIORITEIT

• Lockout/Tagout (LOTO): Isoleer en vergrendel ALTIJD alle stroombronnen (elektrisch, hydraulisch, pneumatisch) naar apparatuur. Gebruik standaard LOTO-procedures in overeenstemming met de interne regelgeving van het bedrijf. Controleer op spanning en restdruk.
• Opgeslagen energie: houd rekening met mogelijk opgeslagen energie in veren, hydraulische accumulatoren, vliegwielen en gassen onder druk. Zorg ervoor dat al deze energiebronnen ontladen of veilig afgesloten zijn.
• Persoonlijke beschermingsmiddelen (PBM): Gebruik geschikte PBM: veiligheidsbril (DSTU EN 166), handschoenen (DSTU EN 388), beschermende schoenen (DSTU EN ISO 20345), gehoorbescherming (DSTU EN 352).
• Hete oppervlakken en hoge druk: Ga voorzichtig om met apparatuur die bij hoge temperaturen of druk werkt. Gebruik warmtebeeldcamera's en manometers om de omstandigheden te beoordelen.
• Roterende onderdelen: Werk NOOIT in de buurt van roterende onderdelen zonder beschermkappen.
• Raadpleeg: Raadpleeg bij twijfel over de veiligheid een senior ingenieur of een specialist op het gebied van gezondheid en veiligheid op het werk.

3. Noodzakelijke diagnostische hulpmiddelen

Voor een effectieve trillingsdiagnose is een bepaald aantal gereedschappen vereist. Door de juiste toepassing ervan kunnen nauwkeurige gegevens voor analyse worden verkregen.

4. Initiële evaluatiechecklist

Voordat u met een gedetailleerde diagnose begint, is het noodzakelijk om zoveel mogelijk informatie te verzamelen over de bedrijfsomstandigheden en de geschiedenis van de apparatuur. Hierdoor wordt het scala aan mogelijke oorzaken kleiner.

5. Systematische stroom van diagnostiek

De diagnose van trillingen vereist een systematische aanpak, beginnend met het meten van het algemene niveau en overgaand tot een gedetailleerde spectrale analyse om de dominante frequenties te identificeren.

1. Meet het algemene trillingsniveau:
   • Gebruik een trillingsanalysator om de trillingssnelheid (mm/s RMS) op de lagerhuizen in drie richtingen te meten (horizontaal, verticaal, axiaal).
   • Vergelijk de verkregen waarden met de toegestane drempelwaarden volgens DSTU ISO 10816-1 voor de overeenkomstige machineklasse.
   • Als het totale trillingsniveau zone B (kleine fout) of C (significante fout) overschrijdt: Ga naar stap 2.
   • Anders: het probleem houdt waarschijnlijk geen verband met mechanische trillingen, of het niveau ervan is verwaarloosbaar. Verbeterde monitoring.
2. Voer spectrumanalyse (FFT) en tijdsignaalanalyse uit:
   • Verzamel trillingsspectra (plot van trillingsamplitude versus frequentie) en tijdsignaal (plot van amplitude versus tijd) op elk lagersamenstel in alle drie richtingen.
   • Bepaal de rotatiesnelheid van de apparatuur (1X RPM) met behulp van een toerenteller.
   • Analyseer de spectra op de aanwezigheid van dominante frequenties en hun harmonischen:
   • 1. IF wordt gedomineerd door 1X RPM (rotorrotatiesnelheid) met hoge amplitude:
        • DAN Controleer op onbalans:
          • IF-amplitude van 1X RPM is hoog in radiale richtingen (horizontaal/verticaal) en varieert proportioneel met de snelheid.
          • DAN Waarschijnlijke oorzaak: Onbalans. Ga naar diagnose onbalans (paragraaf 7.1).
        • Controleer vervolgens op verkeerde uitlijning:
          • ALS de amplitude van 1X RPM hoog is in de axiale richting, of als 1X RPM en 2X RPM hoog zijn in de radiale richtingen.
          • DAN Waarschijnlijke oorzaak: Mismatch. Ga naar mismatch-diagnose (paragraaf 7.2).
     2. ALS gedomineerd door 2X RPM (twee keer rotorsnelheid) met hoge amplitude:
        • DAN Controleer op verkeerde uitlijning (hoekig/parallel):
          • ALS de amplitude van 2X RPM veel hoger is dan 1X RPM in radiale richtingen, of als 2X RPM hoog is in axiale richting.
          • DAN Waarschijnlijke oorzaak: Mismatch. Ga naar mismatch-diagnose (paragraaf 7.2).
     3. ALS hoge harmonischen (3X, 4X RPM en hoger) of subharmonischen (0,5X RPM) aanwezig zijn:
        • DAN Controleer op losheid:
          • ALS harmonische amplitudes niet-lineair zijn of er verschijnen subharmonischen, evenals ruis in het timingsignaal.
          • DAN Waarschijnlijke oorzaak: Mechanische loslating. Ga naar de loslatingsdiagnose (paragraaf 7.5).
     4. Als karakteristieke lagerfrequenties (BPFI, BPFO, FTF, BSF) of amplitudegemoduleerde hoge frequenties aanwezig zijn:
        • DAN Controleer op lagerdefecten:
          • Gebruik schokpulsanalyse (SPM, PeakVue) of ultrasone detector om dit te bevestigen.
          • DAN Waarschijnlijke oorzaak: Defecten in lagers. Ga naar diagnose van defecten in lagers (clausule 7.3).
     5. ALS trillingen met hoge amplitude bij een frequentie die geen harmonische is van de rotatiesnelheid, maar er dichtbij of constant is:
        • DAN Controleer op resonantie:
          • Voer een aanloop-/uitloop- of schoktest uit om de natuurlijke frequenties te bepalen.
          • DAN Waarschijnlijke oorzaak: Resonantie. Ga naar resonantiediagnostiek (paragraaf 7.4).

6. Matrix "Foutoorzaak"

Deze matrix biedt een snel overzicht van veelvoorkomende trillingssymptomen, hun waarschijnlijke oorzaken en diagnostische tests.

7. Analyse van de hoofdoorzaak voor elke storing

7.1. Onbalans van de rotor

Waarom dit gebeurt: Onevenwichtigheid is een ongelijkmatige verdeling van de massa van de rotor ten opzichte van de rotatieas. Dit kan worden veroorzaakt door fabricagefouten, ongelijkmatige opeenhoping van verontreinigingen (bijv. stof op de ventilator, aanslag op de pomprotor), materiaalerosie of corrosie, en onnauwkeurige reparatie of vervanging van componenten zonder verder uitbalanceren. Bijvoorbeeld het repareren van een ventilatorblad zonder het oorspronkelijke evenwicht te herstellen.

Hoe te bevestigen: de primaire indicator is een dominante trilling bij 1x RPM in radiale richting, die proportioneel toeneemt met de rotatiesnelheid. Faseanalyse laat een stabiele trillingsfase zien. Door een proefrit uit te voeren met toevoeging van een testmassa en de trillingsverandering te analyseren, kunt u de omvang en hoek van de onbalans kwantitatief bepalen.

Schade indien niet gecorrigeerd: Langdurige onbalans resulteert in verhoogde spanning op lagers en afdichtingen, wat hun levensduur verkort, het falen van bevestigingsmiddelen, structurele vermoeidheid van het frame en de basis veroorzaakt en kan leiden tot asfalen en andere catastrofale defecten. Trillingen van 15-20 mm/s RMS voor standaard middelgrote machines zijn al van cruciaal belang.

7.2. Verkeerde uitlijning van assen (koppeling)

Waarom dit gebeurt: Een verkeerde uitlijning is een afwijking van de middelpunten van de assen of de hoeken van hun assen ten opzichte van de ideale uitlijning. Het kan evenwijdig zijn (verplaatsing van middelpunten), hoekig (verplaatsing van hoeken) of gecombineerd. Typische oorzaken zijn: slechte installatie, vervorming van het frame of de fundering onder belasting, thermische uitzetting van componenten tijdens bedrijf, "zachte ondergrond" (ongelijk contact tussen de steun en de fundering) en zetting van de fundering.

Hoe te bevestigen: de belangrijkste indicatoren zijn hoge trillingsamplitudes bij 1x RPM en 2x RPM. Een parallelle verkeerde uitlijning wordt vaak gedomineerd door 1X RPM in de radiale richting, terwijl een hoekafwijking vaak wordt gedomineerd door 2X RPM in de radiale richting en/of 1X RPM in de axiale richting. Door te meten met een laserwaterpassysteem (nauwkeuriger dan indicatoren van het horlogetype) kunt u de afwijking en het type verkeerde uitlijning kwantificeren. Een afwijking van meer dan 0,05 mm is voor de meeste industriële machines onaanvaardbaar.

Schade indien niet gecorrigeerd: een verkeerde uitlijning veroorzaakt cyclische spanning op lagers, koppelingen en afdichtingen, wat leidt tot versnelde slijtage, oververhitting en voortijdige defecten. Het verhoogt ook het energieverbruik van de motor en kan schade aan de assen veroorzaken.

7.3. Defecten aan wentellagers

Waarom dit gebeurt: Lagerdefecten zijn een van de meest voorkomende oorzaken van trillingen. Ze kunnen worden veroorzaakt door materiaalmoeheid (afbrokkelen), onjuiste installatie (schokbelastingen, verkeerde uitlijning), onvoldoende of overmatige smering, verontreiniging van het smeermiddel met vreemde deeltjes, elektrische erosie (stroom die door het lager gaat), overmatige belasting of oververhitting.

Hoe te bevestigen: Een karakteristiek kenmerk is het verschijnen in het trillingsspectrum van specifieke frequenties van lagerdefecten: BPFI (defect aan de binnenring), BPFO (defect aan de buitenring), FTF (defect aan de scheider), BSF (defect aan het rollend lichaam). Deze frequenties worden berekend op basis van de lagergeometrie en de rotatiesnelheid. Voor vroegtijdige detectie zijn schokpulsanalysemethoden (SPM, PeakVue) of ultrasone monitoring effectief, die hoogfrequente pulsen detecteren die worden gegenereerd wanneer de rolelementen in contact komen met defecten. Een SPM-niveau van meer dan 15-20 dB vanaf de basislijn is alarmerend.

Schade indien niet gecorrigeerd: De progressie van lagerdefecten leidt tot verhoogde trillingen, oververhitting, defecten aan de afscheider, vastlopen van lagers en, als gevolg daarvan, defecten aan de as of rotor.

7.4. Resonantie

Waarom het voorkomt: Resonantie treedt op wanneer de excitatiefrequentie (bijv. werksnelheid, blad-/tandfrequentie, elektrische frequentie) overeenkomt met een van de natuurlijke (natuurlijke) frequenties van het systeem of zijn component (frame, as, fundering). Dit leidt tot een aanzienlijke toename van de trillingsamplitude, zelfs bij een relatief kleine excitatiekracht. Redenen: verandering in stijfheid of massa van de constructie, onjuiste keuze van de bedrijfssnelheid, verandering in dynamische eigenschappen van de fundering.

Hoe te bevestigen: trillingen met hoge amplitude op een specifieke frequentie die onharmonisch kan zijn tot 1x RPM. Ter bevestiging wordt een run-up/coast-down-test gebruikt, waarbij de apparatuur soepel wordt versneld of gestopt en de trillingen worden geregistreerd. Een significante trillingspiek bij een bepaalde rotatiesnelheid duidt op het passeren van de resonantiefrequentie. Om de eigenfrequenties van de constructie te bepalen, wordt tevens gebruik gemaakt van een impacttest (Impact Test).

Schade indien niet gecorrigeerd: Resonantie leidt tot snelle structurele vermoeidheid, falen van lassen, bevestigingsmiddelen, loskomen van bouten, scheuren in het frame en de fundering, wat catastrofale defecten aan de apparatuur kan veroorzaken.

7.5. Mechanische losheid

Waarom dit gebeurt: Mechanisch losraken is een verlies aan stijfheid of betrouwbaarheid van de bevestiging van een onderdeel, waardoor deze niet-lineair kan "kloppen" of trillen. Dit kan worden veroorzaakt door losse bevestigingsbouten (fundering, lagerconstructies, behuizingen), scheuren in het frame of de fundering, versleten lagerzittingen of te grote spelingen in glijlagers. Het is vaak een gevolg van andere storingen (onbalans, gebrek aan bewustzijn) die zijn verergerd.

Hoe dit te bevestigen: Symptomen van trillingen in het trillingsspectrum omvatten vaak de aanwezigheid van subharmonischen (0,5x RPM), hoge harmonischen (2x, 3x RPM en hoger) en veranderingen in de trillingsamplitude, afhankelijk van de belasting. Analyse van het tijdsignaal toont pulsuitbarstingen of onderbrekingen in het signaal. Een visuele inspectie van bevestigingsmiddelen, het vastdraaien ervan en het gebruik van een hamerslagtest kunnen helpen de oorzaak van het loskomen te lokaliseren. Een thermische camera kan oververhitting detecteren in gebieden met verhoogde wrijving.

Schade indien niet gecorrigeerd: het losraken leidt tot progressieve slijtage, vervorming van componenten, falen van bevestigingsmiddelen, verkeerde uitlijning van assen en, als gevolg daarvan, falen van afdichtingen, lagers, assen en andere kritische componenten.

8. Stapsgewijze procedures voor probleemoplossing

8.1. Eliminatie van onbalans

1. Voorbereiding: Isoleer apparatuur (LOTO). Inspecteer de rotor visueel op vuil, schade en ontbrekende onderdelen. Reinig de rotor.
2. Meting: meet de initiële trilling bij 1x RPM.
3. Balans: Pas de methode van dynamische balancering ter plaatse toe (volgens DSTU ISO 1940-1). Voor de meeste industriële machines is kwaliteitsklasse G6.3 acceptabel, voor machines met hoge precisie - G2.5 of G1.0.
4. Testrun: Testmassa toevoegen, de verandering in trillingen meten.
5. Correctie: Bereken de benodigde correctiemassa en de positie ervan. Installeer de massa op de rotor.
6. Verificatie: Meet de trilling opnieuw. Het trillingssnelheidsniveau moet minder dan 4,5 mm/s RMS zijn voor een middelgrote machine (Klasse II).

8.2. Eliminatie van onwetendheid

1. Voorbereiding: Isoleer apparatuur (LOTO). Maak de steunvlakken schoon, controleer de koppelingen op slijtage.
2. Zachte pootcontrole: Controleer alle motor-/pomppoten met behulp van een meetklok of lasersysteem. Als de afwijking bij het aandraaien van de bout groter is dan 0,05 mm, pas dan de "zachte poot" aan met behulp van gekalibreerde afstandshouders.
3. Uitlijning: Gebruik een laserasuitlijningssysteem om de positie van de motor ten opzichte van de pomp/versnellingsbak nauwkeurig aan te passen. Houd u aan de toleranties die zijn gespecificeerd door de fabrikant van de koppeling of die worden aanbevolen door de normen (bijvoorbeeld 0,02-0,05 mm voor de meeste koppelingen bij 1500 tpm).
4. Verificatie: Draai na het uitlijnen alle bouten vast met het aanhaalmoment gespecificeerd in de documentatie en meet de trilling opnieuw. Amplitudes bij 1X en 2X RPM in de radiale en axiale richting moeten aanzienlijk worden verminderd.

8.3. Eliminatie van defecten aan lagers

1. Voorbereiding: Isoleer apparatuur (LOTO). Zorg voor de netheid van de werkplek.
2. Verwijdering: Verwijder voorzichtig het lagersamenstel met behulp van speciaal gereedschap (trekkers) om schade aan de as en behuizing te voorkomen.
3. Inspectie: Inspecteer de as, het lagerhuis en de zittingen zorgvuldig op slijtage, corrosie en bramen.
4. Een nieuw lager installeren:
   • Gebruik alleen originele of gecertificeerde UNITEC-D-lagers.
   • De installatie wordt uitgevoerd door verwarming (inductieverwarmer) of met een pers, met behulp van speciaal installatiegereedschap. Raak NOOIT de buitenste of binnenste loopring van een lager zonder een geschikte doorn.
   • Zorg voor de juiste radiale en axiale speling volgens de aanbevelingen van de lagerfabrikant.
5. Smering: Vul het lager met het juiste smeermiddel volgens de aanbevelingen van de fabrikant (type, hoeveelheid). Gebruik de aanbevolen spuiten en dispensers.
6. Verificatie: Na vervanging en smering start u de apparatuur en controleert u trillingen en temperatuur. Het niveau van de trillingssnelheid en schokpulsen moeten overeenkomen met normatieve waarden, de temperatuur moet zich stabiliseren binnen het normale bereik (meestal < 70°C).

8.4. Eliminatie van resonantie

1. Voorbereiding: Isoleer apparatuur (LOTO).
2. Bepaling van de eigenfrequentie: Voer een impacttest (Impact Test) uit op verschillende punten van de constructie om de natuurlijke frequenties te bepalen.
3. Ontwerpwijziging:
   • Verandering van stijfheid: Voeg ondersteunende elementen toe of versterk ze, verhoog de dikte van de platen, installeer extra beugels. Het doel is om de natuurlijke frequentie weg te bewegen van de werkende excitatiefrequentie (minimaal met 20%).
   • Massaverandering: Voeg de massa van de resonerende component toe of verminder deze. Hierdoor verandert ook de natuurlijke frequentie.
   • De werksnelheid wijzigen: Wijzig, indien mogelijk en economisch verantwoord, de werksnelheid van de apparatuur om overlap met de natuurlijke frequentie te voorkomen.
4. Verificatie: nadat u de wijzigingen heeft aangebracht, herhaalt u de schoktest en de acceleratie-/uitlooptest om de verandering in de natuurlijke frequenties te bevestigen. Start de apparatuur en controleer het trillingsniveau.

8.5. Eliminatie van mechanisch schudden

1. Voorbereiding: Isoleer apparatuur (LOTO).
2. Lokalisatie: gebruik een trillingsanalysator, impacttest en visuele inspectie om de bron van de trillingen te achterhalen.
3. Aanhalen van bevestigingsmiddelen: Haal alle losgemaakte bouten en moeren aan met het aanhaalmoment gespecificeerd in de technische documentatie (bijvoorbeeld 120 Nm voor M16-bouten van sterkteklasse 8.8).
4. Schadeherstel:
   • Als er scheuren worden aangetroffen in het frame/fundering: las en versterk de constructie volgens technische berekeningen en normen.
   • Indien de lagerzittingen versleten zijn: zittingen herstellen (spuiten, bussen) of behuizing/as vervangen.
   • Als de speling in de glijlagers te groot is: stel de speling af of vervang de bussen.
5. Verificatie: Laat de apparatuur draaien en herhaal de trillingsmetingen, waarbij u bijzondere aandacht besteedt aan de harmonischen en het tijdsignaal. De trilling moet overeenkomen met de norm.

9. Preventieve maatregelen

Preventief onderhoud is de sleutel tot een lange en betrouwbare werking van roterende apparatuur.

10. Reserveonderdelen en componenten

UNITEC-D GmbH is een betrouwbare leverancier van hoogwaardige reserveonderdelen voor roterende apparatuur. Het gebruik van gecertificeerde componenten is van cruciaal belang om de betrouwbaarheid en duurzaamheid van de reparatie te garanderen. Hieronder vindt u typische groepen reserveonderdelen.

Bezoek onze UNITEC-D elektronische catalogus om gedetailleerde informatie over het assortiment UNITEC-D-reserveonderdelen te bestellen en te ontvangen.

11. Koppelingen

• DSTU ISO 10816-1:2004 Mechanische trillingen. Evaluatie van machinetrillingen op basis van de resultaten van metingen aan niet-roterende onderdelen.
• DSTU ISO 1940-1:2007 Trillingen. Vereisten voor de kwaliteit van het balanceren van massieve rotoren.
• DSTU ISO 15243:2009 Wentellagers. Schade en ontheffingen. Terminologie, classificatie en illustraties.
• EN 15417-1:2008 Uitlijning van machines. Deel 1: Methoden en toleranties.
• Bedienings- en onderhoudshandleidingen van fabrikanten van apparatuur (OEM).
• UNITEC-D interne standaarden voor diagnostiek en reparatie van apparatuur.