Make your own free website on Tripod.com

 


Hasan GÜNEŞ
Mekanik Bakım Başmühendisi
Erdemir
hasangunes@erdemir.com.tr


Vibrasyon ve Vibrasyon analizi

 Vibrasyon makinaların mekanik aksamının iç ive dış kuvvetlere karşı gösterdiği tepki olarak tarif ediliyor.  Bu  tepkinin mutlaka bir nedeninin olması ve makinadaki bir uygunsuzluğun neticesinde ortaya çıkması bizim için oldukça önemlidir.

 Makinadaki vibrasyon analiz edilerek uygunsuzluk ve uygunsuzluğun kaynağı tespit edilir ve buna göre önlem alınır. Makinanın bakım ihtiyacı da buna göre belirlenir. Zaten kestirimci bakımın (predictive maintenance) en önemli parametrelerinden birisi de vibrasyon analizi sonucu ortaya çıkar.

 Vibrasyon bir makinanın erken uyarı sistemi gibidir. Onun için çok iyi takip edilmeli ve sorunun çözülebilmesi için  analizin iyi yapılması gerekmektedir. Her mekanik problem yada ekipmanda oluşan tahribat kendine has bir  vibrasyon  üretir ve karakteristikleri farklıdır. Bu farklılıkların bilinmesi problemin çözümünde bize yardımcı olacaktır.

Vibrasyon analizi bize problemin kökenine inmemizde yardımcı olur. Bakım metodolijisinde problemler tabaka tabakadır ve zincirlemedir. Birinin sebebi diğerinin sonucu olabilir. Kaynağında ise “kök neden” ( root cause) bulunur.  Kök neden bulunmadan ve çözülmeden arıza yada hadise sürekli olarak tekrarlanacaktır. 

Bu sebeplerden dolayı vibrasyon analizi zaman kaybını ve maliyet artışını önleyen en önemli unsurlardan birisidir. Bakım sürerlerini kısaltır. Bakım aralıklarını artırır. Makina ve ekipman hasarlarını azaltır. Plansız duruş sayısını minimuma indirir.

Vibrasyon analizi yaparken dikkate alınması gereken iki önemli bileşen vardır. Bunlardan birisi frekans diğeri de genliktir.

 Frekans(Frequency):  Frekans bilindiği gibi genel bir kavramdır.  Belirli bir zaman periyodunda hadisenin oluş sayısı olarak tarif edilir.  Periyodik vibrasyonun birim zamandaki tekrarlanma oranıdır.

Vibrasyonun meydana geldiği frekans bize arızanın yada uygunsuzluğun tipini ve kaynağını gösterir.

Çeşitli şekillerde ve birimlerle ifade edilir. Fakat en yaygın olarak iki  şekilde ifade edilir.

1-Hz, saniyeki devir (cycles).

2-CPM, dakikadaki devir (cycles). ( rpm’e tekabül eder. Fakat aynısı değildir karıştırılmamalıdır.) 

Genlik (Amplitude): Vibrasyon sinyalinin büyüklüğüdür. Ayrıca maksimum yer değiştirme de diyebiliriz.  Vibrasyonun genliği bize arızanın yada sorunun kaynağındaki uygunsuzluğunun büyüklüğünü ve şiddetini verir.  Genlik üç şekilde ölçülür:  

1-Yer değiştirme(Displacement): Mikron veya  mils Pk to Pk;

2-Hız (Velocity ), genellikle mm/ sn veya In/Sec Pk

3-İvme(Acceleration) (gs RMS)   

Frekans ve genliği x-y eksenlerinde ifade edecek olursak: vibrasyon spektrumunda, frekans x ekseninde, genlik ise y ekseninde gösterilir. 

Buna göre frekans vibrasyonun kaynağını, genlik ise  vibrasyonun ve problemin büyüklüğünü ifade eder. 

Vibrasyon ölçüm birimleri 

1-Yer değiştirme(Displacement): vibrasyon yapan ekipmanın yer değiştirdiği mesafeyi belirtir. Ne kadar yer değiştiriyor Birimi mikron veya  mils olarak ifade edilir. Peak to Peak  şeklinde ölçüm yapılır.   Düşük frekanslı makinalarda bu ölçüm şekli tercih edilir. 600 CPM in altındaki frekanslar için uygundur. 

2-Hız (Velocity ): genellikle mm/ sn veya In/Sec Pk olarak ölçülür. Bu birimlerle yer değiştirmenin hangi hızda meydana geldiğini ölçeriz.

600 ile 100  000 CPM arasındaki ölçümler için uygundur.

 3-İvme(Acceleration) (gs RMS) birimi ile ifade edilir.  Bu birimle hızın ne kadar çabuk değiştiği ölçülür. 100 000 CPM üzerindeki frekanslar için uygundur. 

Görüldüğü gibi birimler birbiriyle ilgilidir. Bu birimlerin her üçü ile de ölçüm yapılmaktadır. Hangi ölçümü kullanacağız bu çok önemlidir. Çünkü bazı ölçümler bizi yanıltabilir. Bazan aynı makina bir birimle ölçülür normal değerler  içindedir, diğer birim ile ölçüldüğünde ise vibrasyon normal değerler üzerinde gözükebilir. 

Makinada sorun belirgin hale gelmiş ise “yer değiştirme” ile de problem fark edilebilir. Fakat problemin başlangıç anında  “yer değiştirme”  ile hiç bir sorun göremeyebilirsiniz. Vibrasyonlar normal gözükür. “Hız” ile ölçtüğünüzde gelişmekte olan bir sorunu önceden  fark edebilirsiniz.   

Yukarda görüldüğü en çok kullanılması gereken “hız”dır. Hız yer değiştirmeye göre daha sağlıklıdır. İvme yüksek frekansların söz konusu olduğu yerlerde kullanılır. Mesela, dişlilerdeki diş bozukluklar ve rulmanlardaki misket gibi elemanlardaki  bozuklukları anlamak için en sağlıklı yol ivme ile ölçüm yapmaktır. Fakat  hız ile ölçtüğümüzde de bize bir ip ucu ve fikir verebilir. Bu ön incelemeyi yaptıktan sonra ivme ile kesin teşhisi koyabiliriz. 

Vibrasyon nasıl ölçülür 

Bir makinanın vibrasyonunu ölçmek için mutlaka analiz etmek  istediğimiz noktaya en yakın yerden ölçüm almalıyız. Yatağa en yakın yerlerden ölçüm alınmalıdır. Zaman zaman şaseden de ölçüm almak gerekir. Bu şekilde, gevşemeler daha önceden fark edilebilir. 

Ölçümler yatay, dikey ve aksiyal olmak üzere, 3 şekilde yapılır. Rotoru ağır olan makinalarda, yer çekimi dolayısıyla dikey vibrasyon daha düşük değerde ölçülür. Bu yanılmayı önlemek için ağır makinalar mutlaka yatay olarak da ölçülmelidir.

Buradan da anlaşılacağı üzere, bir makinada problem gözüküyorsa sağlıklı bir karar verebilmek için, mutlaka her üç noktadan ve bütün yataklardan ölçüm alınmalıdır.

Zamanınız sınırlı ve önemli bir problem yok ve sadece kontrol yapıyorsanız, yatay ve dikeyin ortası olan 45 dereceden de tek bir değer ve  ölçüm alabilirsiniz. Genelde balans ayarı yaparken probu 45 dereceye koymak yeterlidir. 

Analiz  

Bir makinada çeşitli noktalardan  vibrasyon değerleri alındıktan sonra tabloya  bakarak bir sorunun yada bir arızanın olduğunu anlayabiliriz. Bazı  vibrasyon cihazlarında vibrasyon  tablosu  yüklenmiş olduğundan doğrudan cihazdan anlayabiliriz. 

Değerlerin, limitlerin üzerinde olduğunu gördükten sonra, vibrasyon kaynağını tesbit etmek için bu değeri analiz etmek gerekir. Gerçi, piyasada analiz yapabilen program ve cihazlar vardır. Ama en son kararı yine siz vermek durumundasınız. O cihazlar sadece size yardımcı olabilir.

 İyi bir analiz yapabilmek için, makinanın özellikleri çok iyi bilinmelidir. Bu hususlar şunlardır. 

1.      Devir sayıları (motor, türbin, pompa, kompresör, redüktör gibi. )

2.      Yatak tipi ve yağlama şekli.

3.      Rulmanların çap, misket sayısı ve diğer özellikleri.

4.      Motorun temel elektriksel özellikleri.

5.      Kaplinin tipi.

6.      Dişlilerin diş sayısı.

7.      Fan veya impellerin kanat sayısı.

8.      Motorun tahrik ettiği pompa ve kompresör gibi ekipmanın temel özellikleri.

 Bunların bazılarının bilinmesi her analiz için gerekmeyebilir. Mesela rulman veya redüktörünüzde bir problem yoksa vibrasyonlar düşükse detayının   bilinmesi şart değildir. 

Bir makinada vibrasyon yüksek ise muhtemel sebep neler olabilir? Bunların başlıcalarını  şöyle sıralayabiliriz:

 1.      Balanssızlık

2.      Kaplin ayar bozukluğu

3.      Şaft eğikliği.

4.      Şase ve diğer bağlantı noktalarındaki gevşeklik.

5.      Rulman arızası.

6.      Dişli deformasyonu.

7.      Kaymalı yataklarda babbit metalin bozulması veya yatak kasasının deformasyonu.

8.      Motordaki elektriksel problemler.

9.      Makina içindeki sargı, fan  ve impeller gibi döner elemanlardaki gevşeklikler.

10. Yabancı cisim.

11. Makinanın giriş ve çıkışındaki boru ve diğer bağlantıların sebep olduğu harici kuvvetler.

12. Makinanın oturduğu zeminin bozuk  olması veya makinanın terazisinde olmaması.

 Makina bu sebeplerden biri yada birkaçındasn dolayı yüksek vibrasyonla çalışır. Bu sebeplerden hangisinin kök neden olduğunu anlamak için  vibrasyon ölçüm cihazından ölçtüğümüz değerleri analiz etmemiz gerekir. 

Analizde vibrasyon spektrumu incelenir. Buradaki piklerin büyüklüğü ve frekans olarak neye tekabül ettiği gözlenir. 

Makinadaki problem, problemin olduğu aksamdaki peryota göre tekrarlanır.  Biz bunu frekans bandında veya spektrumunda görebiliriz.  Devir sayısından, önce problemin hangi ekipmandan kaynaklandığını tespit ederiz. Mesela motor 1500 devir pompa 3000 devir ise ve 1500 devirde pik gösteriyorsa, motora veya kapline yönleniriz. Ölçümlerimizi  o makina  üzerinden alırız. En yüksek vibrasyon da zaten oradadır. Bu şekilde önce sorunlu makina, sonra da sorunlu aksam tesbit edilir. 

Sorunlu aksamın  ve kök nedenin tesbitinde frekans spektrumundaki pikleri tek tek incelememiz gerekir. Teşhisimizi piklere ve karşılık geldiği CPM'göre yapabiliriz. Buna göre şağıdaki tabloda sebepler gösterilmiştir.

 

Frekans (pik değerlerin görüldüğü frekans veya tekabül  eden devir sayıları)

Vibrasyon sebebi Kayış frekansı Rotor f Rotor 2*f Rotor 3*f ve daha üstü Rulman elemanları frekansı Diş frekansı Kanat geçiş frekansı
Rotor balanssızlığı   X          
Kaplin ayarsızlığı   X

X

Yüksek aksiyal vibrasyon  
Zayıf makina montajı   X X X      
Yatak bozukluğu         X    
Diş bozukluğu           X  
Manyetik ve elektirksel problemler   X          
Türbülans             X
Yetersiz kayış gerginliği X            

 Tablo-1

  

Tabloyu örnekler ile açıklayalım.

 Örnek 1-Rotorun devir sayısı: 1500 RPM 

 Frekans spektrumundaki vibrasyon değerleri :

1. pik(f)        1500 CPM   ---------- 5   mm/s

2. pik(2*f)    3000 CPM    --------- 1   mm/s

3. pik(3*f )   4500 CPM    ----------0,5 mm/s

 Muhtemel sebep:Rotor balanssız

  Örnek 2-Rotorun devir sayısı: 1500 RPM

  Frekans spektrumundaki vibrasyon değerleri :

1. pik(f)        1500 CPM   ---------- 5   mm/s

2. pik(2*f)    3000 CPM    --------- 4   mm/s

3. pik(3*f )   4500 CPM    --------- 3  mm/s

 Muhtemel sebep:Kaplin ayarsızlığı

 Örnek 3-Rotorun devir sayısı: 1500 RPM

 Frekans spektrumundaki vibrasyon değerleri :

1. pik(f)          3000 CPM    ---------- 2   mm/s

2. pik(2*f)      6000 CPM     --------- 2   mm/s

3. pik(4*f )   12000 CPM     --------- 7  mm/s

4. pik(6*f)    18000 CPM     --------- 6   mm/s

5. pik(8*f )   24000 CPM     --------- 5  mm/s  

Muhtemel sebep:Rulman arızası, dış ring hasarlanmış.

Bunun kararının verilebilmesi için rulmanın elemanlarının özellikleri ve kritik frekansları aşağıdaki şekilde bilinmesi gerekir.

Rulman gace                :  1 *f

Dış ring                        :  3 *f

Yuvarlanma elemanları: 4 *f

İç ring                           : 5 *f

 

Aynı şekilde frekans, dişlilerin diş sayısına ve  devrine tekabül ediyorsa dişliler ile ilgili bir sorun olduğu teşhis edilir.

Elektrik motorundan kaynaklanan manyetik ve elektriksiel problemin  varlığını anlamanın en iyi yolu, motorun enerjisi keserek anlayabiliriz. Enerji kesiliince rotor ilk hızıyla dönmeye devam ederken vibrasyon aniden düşüyorsa sorunun kaynağı elektrikseldir diyebiliyoruz. Mekanik bir sorun varsa vibrasyon  rotorun devrine göre yavaş yavaş azalır.

Tabloda görüldüğü gibi kaplin ayarsızlıklarında genellikle aksiyal vibrasyon da görülür.

Burada kısaca kaplin ayarsızlıklarının da muhtemel sebepleri üzerinde duralım. Kaplin ayarı yaptığımız halde yine bozukluk gösteriyor ise sebepler şunlar olabilir:

   1.      Kaplin ayarı yanlış yapılmış olabilir.

2.      Tahrik eden ve tahrik edilen makinaların ısınmaları dikkate alınmamıştır. Ayar mutlaka imalatçı firmanın katalog değerlerine göre yapılmalıdır. Makinalar ısınınca aynı hizaya gelmelidir.

3.      Boru ve diğer ekipmanlar makinalara harici kuvvet uyguluyor olabilir.

4.      Arada redüktör bağlantısı mevcutsa, diş boşlukları yanlış değer almaya sebep olabilir.  

Bu konuya ilerde daha detaylı olarak devam edeceğiz.. 

 

Önceki Sayfa