Forståelse af akselkredsløbsplottet i vibrationsanalyse
A akselkredsløb er en kurve, der viser den bane, som en roterende aksels geometriske centrum følger i løbet af en eller flere omdrejninger. Det er en todimensional fremstilling af akselens bevægelse inden for dens lejespillerum, som om man kiggede lige ned i skaktens ende. Dette effektive måleinstrument er konstrueret ved at montere et par berøringsfri nærhedsprober 90 grader fra hinanden — typisk i en X-Y-konfiguration — og ved at plotte deres samtidige forskydningssignaler i forhold til hinanden i stedet for i forhold til tiden.
1. Hvorfor Orbit-diagrammet er så nyttigt
A standard tidsbølgeform eller FFT-spektrum shows vibrationer i én retning. Orbit-diagrammet kombinerer to vinkelrette retninger for at give et fuldstændigt billede af akselens dynamiske bevægelse, hvilket giver analytikerne mulighed for at visualisere bevægelsens faktiske form og retning i stedet for blot at udlede den. Denne ekstra dimension giver uvurderlige ledetråde til diagnosticering af en lang række fejl, og det er netop derfor, at orbit-diagrammet er en hjørnesten i rotor-dynamisk analyse — især for højhastighedsmaskiner til kritiske formål, der er udstyret med væskefilm lejetap, såsom turbiner, kompressorer og store generatorer.
Da følerne måler forskydningen direkte i forhold til lejet, viser banen også, hvor akslen befinder sig inden for sit spillerum, og ikke blot hvor langt den bevæger sig — en oplysning, som en på huset monteret accelerometer kan simpelthen ikke tilbyde. Ved at tilføje en omdrejningstæller eller Nøglefasor mærker hvert omdrejning på banen og fastlægger dens fase og gøre præcessionsretningen entydig.
2. Sådan tolkes banernes form
Formen, størrelsen og orienteringen af kredsløbet er direkte indikatorer for de kræfter, der virker på rotoren. En dygtig analytiker kan diagnosticere en maskines tilstand blot ved at se på kredsløbets form.
Cirkulær eller elliptisk bane
En simpel cirkulær eller elliptisk bane, centreret i lejet, er typisk tegn på en stabil rotor, der domineres af en enkelt frekvens — oftest ubalance. Banen vil være cirkulær, hvis lejestøttens stivhed er den samme i begge retninger (isotrop), og elliptisk, hvis stivheden er forskellig i vandret og lodret retning (anisotrop), hvilket er meget almindeligt i praksis, da de fleste maskiner er stivere i lodret retning end i vandret retning.
Forvrænget, 8-formet eller bananformet bane
Når banen afviger fra en simpel ellipse, påvirker flere frekvenser akselens bevægelse:
- A "banan"- eller halvmåneformet bane er ofte forbundet med forskydning, hvor der forekommer både 1×- og 2×-frekvenser.
- A 8-talsform er et klassisk tegn på en kraftig 2×-komponent, en typisk indikator på, at akslerne ikke er i flugt. En 8-talform med en indvendig sløjfe tyder ofte på en mere alvorlig tilstand eller på, at der er gnidning.
Baner med knæk eller skarpe hjørner
Skarpe retningsændringer, flade pletter eller "knæk" i kredsløbet er stærke tegn på en rotor-til-stator gnidning. De viser, at akselens bevægelse midlertidigt bremses, når den kommer i kontakt med en fast komponent, såsom et leje, et seal, eller maskinens kabinet.
Meget uregelmæssige baner
En bane, der er uregelmæssig, ustabil eller ser ud til at være fyldt med »støj«, kan være tegn på alvorlige mekaniske løshed, væskeinduceret ustabilitet såsom oliehvirvel eller pisk, eller ved turbulente strømningsforhold i en pumpe eller kompressor.
3. Precessionsretning: Fremad eller bagud
Den retning, som banen følger i forhold til akselens rotationsretning, er i sig selv en afgørende diagnostisk faktor:
- Fremadrettet præcession: Baneforløbet følger samme retning som akselens rotation. Dette er den normale adfærd for kræfter som f.eks. ubalance.
- Omvendt præcession: banen følger den modsatte retning af akselens rotation. Dette er en unormal tilstand og kan være tegn på en aksel revne, kraftig gnidning eller visse former for ustabilitet forårsaget af væske.
For at skelne mellem de to er det nødvendigt med en fasemarkering, der vises én gang pr. omdrejning; uden denne viser banen ganske vist sin form, men ikke den retning, den bevæger sig i, og dermed går den afgørende forskel tabt.
4. Orbit i feltdiagnostik
Fastmonterede nærhedssensorer, der sender data til et overvågningssystem, er den klassiske metode til at registrere en bane på store, kritiske maskiner, men det underliggende princip – to vinkelrette forskydningssignaler, der plottes op mod hinanden med en fasereference – står ligeledes til rådighed for feltteknikeren. Et bærbart tokanalsinstrument som f.eks. Balanset-1A måler synkron amplitude og fase på to planer på én gang, så når en bane eller et spektrum har bekræftet, at ubalance er den dominerende faktor, og den samme opstilling går uændret videre til feltafbalancering og kontrol af den korrigerede tilstand. Hvis banen i stedet viser fejljustering, gnidning eller ustabilitet, fører dette fund til, at arbejdet i stedet rettes mod justering eller en mekanisk reparation frem for afbalancering.
5. Hvad et bane-diagram viser
Kort sagt giver et enkelt bane-diagram et væld af oplysninger på et øjeblik:
- Den samlede amplitude af akselvibrationen.
- – Formen på akselens bevægelse, som hjælper med at identificere forkastningstypen.
- Precessionens retning, fremad eller bagud.
- Akslens gennemsnitlige placering inden for lejevæget — dens akselens midterlinie.
Når banen analyseres sammen med FFT-spektret og tidsbølgeformen, giver den analytikeren mulighed for at nå frem til en meget pålidelig og detaljeret diagnose af en maskines dynamiske adfærd — ved at samle »hvor meget«, »hvilken form« og »i hvilken retning« i ét samlet billede.
