Inzicht in de schacht-baangrafiek bij trillingsanalyse
A schachtbaan is een grafiek die het traject weergeeft dat het geometrische middelpunt van een draaiende as tijdens één of meerdere omwentelingen aflegt. Het is een tweedimensionaal beeld van de beweging van de as binnen zijn lagerspeling, alsof je recht naar het uiteinde van de as kijkt. Deze krachtige diagnose wordt verkregen door een paar contactloze nabijheidssensoren 90 graden ten opzichte van elkaar te monteren — meestal in een X-Y-opstelling — en hun gelijktijdige verplaatsingssignalen ten opzichte van elkaar in kaart te brengen in plaats van ten opzichte van de tijd.
1. Waarom de baanplot zo nuttig is
Een standaard tijdgolfvorm of FFT-spectrum toont trillingen in één richting. De baanplot combineert twee loodrecht op elkaar staande richtingen om een volledig beeld te geven van de dynamische beweging van de as, waardoor analisten de daadwerkelijke vorm en richting van de beweging kunnen visualiseren in plaats van deze te moeten afleiden. Die extra dimensie biedt onmisbare aanwijzingen voor het opsporen van een breed scala aan storingen, en daarom vormt de baan een hoeksteen van rotordynamische analyse — met name voor snellopende, kritieke machines die zijn uitgerust met een vloeistoffilm glijlagers, zoals turbines, compressoren en grote generatoren.
Omdat de sensoren de verplaatsing direct tegen het lager meten, laat het bewegingspatroon ook zien waar de as zich binnen zijn speling bevindt, en niet alleen hoe ver hij beweegt — informatie die een op de behuizing gemonteerde versnellingsmeter gewoonweg niet kan bieden. Door een toerenteller of Keyphasor markeert elke omwenteling op de baan, waardoor deze fase en de richting van de precessie eenduidig maken.
2. Hoe de vorm van banen te interpreteren
De vorm, grootte en oriëntatie van de baan zijn directe indicatoren van de krachten die op de rotor inwerken. Een ervaren analist kan de conditie van een machine diagnosticeren door simpelweg naar de vorm van de baan te kijken.
Cirkelvormige of elliptische baan
Een eenvoudige cirkelvormige of elliptische baan, met het lager als middelpunt, duidt doorgaans op een stabiele rotor die wordt gedomineerd door één enkele frequentie — meestal onbalans. De baan zal cirkelvormig zijn als de stijfheid van de lagering in beide richtingen gelijk is (isotroop) en elliptisch als de stijfheid horizontaal en verticaal verschilt (anisotroop), wat in de praktijk veel voorkomt omdat de meeste machines verticaal stijver zijn dan horizontaal.
Vervormde, 8-vormige of banaanvormige baan
Wanneer de baan afwijkt van een eenvoudige ellips, beïnvloeden meerdere frequenties de beweging van de as:
- A “banaan” of halvemaanvormige baan wordt vaak geassocieerd met verkeerde uitlijning, waar zowel 1×- als 2×-frequenties voorkomen.
- A figuur-8-vorm is een klassiek teken van een sterke 2×-component, een schoolvoorbeeld van een verkeerde uitlijning van de as. Een 8-vorm met een inwendige lus duidt vaak op een ernstiger probleem of op wrijving.
Banen met knikken of scherpe hoeken
Scherpe veranderingen in richting, vlakke plekken of “knikken” in de baan zijn sterk bewijs voor een rotor-stator wrijving. Hieruit blijkt dat de beweging van de as tijdelijk wordt beperkt wanneer deze in contact komt met een stilstaand onderdeel, zoals een lager, een afdichting, of de behuizing van de machine.
Zeer onregelmatige banen
Een baan die onregelmatig of onstabiel is, of vol “ruis” lijkt te zitten, kan wijzen op ernstige mechanische losheid, door vloeistof veroorzaakte instabiliteit zoals oliewerveling of zweep, of turbulente stromingsomstandigheden in een pomp of compressor.
3. Precessierichting: vooruit versus achteruit
De richting waarin de baan wordt getraceerd, ten opzichte van de draairichting van de as, is op zichzelf al een belangrijke diagnostische factor:
- Voorwaartse precessie: de baan verloopt in dezelfde richting als de draairichting van de as. Dit is het normale gedrag bij krachten zoals onbalans.
- Omgekeerde precessie: de baan verloopt tegengesteld aan de draairichting van de as. Dit is een afwijkende situatie en kan duiden op een asscheur, een ernstige wrijving of bepaalde vormen van door vloeistof veroorzaakte instabiliteit.
Om deze twee van elkaar te onderscheiden is de fasemarkering per omwenteling nodig; zonder deze markering is de baan weliswaar zichtbaar, maar niet de richting waarin deze wordt afgelegd, waardoor het diagnostische onderscheid verloren gaat.
4. De baan bij velddiagnostiek
Vast geïnstalleerde naderingssensoren die gegevens doorgeven aan een bewakingssysteem vormen de standaardmethode om de baan van grote kritieke machines te registreren, maar het onderliggende principe — twee loodrecht op elkaar staande verplaatsingssignalen die ten opzichte van elkaar worden uitgezet met een fasereferentie — staat ook ter beschikking van de veldtechnicus. Een draagbaar tweekanaalsinstrument zoals de Balanset-1A meet tegelijkertijd de synchrone amplitude en fase op twee vlakken, dus zodra een baan of spectrum heeft bevestigd dat onbalans de dominante kracht is, wordt diezelfde opzet rechtstreeks doorgetrokken naar veldbalancering en controle van de gecorrigeerde toestand. Wanneer uit de baanbeweging blijkt dat er sprake is van een verkeerde uitlijning, wrijving of instabiliteit, leidt die bevinding ertoe dat de werkzaamheden worden gericht op uitlijning of een mechanische reparatie in plaats van op balanceren.
Verplaatsingsorbit versus snelheidsorbit
De twee zijn niet dezelfde meting, en het verschil bepaalt wat u uit het beeld mag concluderen. Een paar nabijheidsprobes leest de as verplaatsing ten opzichte van het lager, zodat de grafiek een ware weergave is van waar de as zich in zijn speling bevindt, en het DC-deel van hetzelfde signaal levert de aslijn. Een draagbare tweekanaals-analysator met versnellingsopnemers die aan de lagerhuizen zijn bevestigd, zet twee snelheid kanalen tegen elkaar uit, in mm/s: wat u ziet is de beweging van het huis, niet de positie van de as.
Wat de wisseling van sensor overleeft, is de geometrie. Vorm, oriëntatie en precessierichting worden bepaald door het patroon van krachten dat op de rotor werkt, niet door de sensor, dus de vertrouwde families blijven herkenbaar — een gladde ellips wanneer 1× domineert, een halvemaan of achtvorm bij een sterke 2×-component, afgeplatte zijden en knikken wanneer er iets wrijft. Wat niet overleeft, is de absolute positie: een snelheidsorbit kan u niet vertellen hoeveel speling er nog over is, en kan niet worden herschaald naar micrometers asbeweging. Gebruik hem in het veld om de storingsfamilie te identificeren; grijp naar nabijheidsprobes wanneer de vraag is waar de as zich daadwerkelijk bevindt.
Waar de orbit zich bevindt in de Balanset-software
Op een Balanset-1A is de orbit één tabblad van het trillingsmetervenster, dat wordt geopend met de F5-toets vanuit het hoofdvenster; het venster vereist apparaatfirmware 5.5.0 of nieuwer. Het tabblad “X-Y-orbit” zet kanaal 1 op de ene as uit tegen kanaal 2 op de andere, op een 1:1-asschaal, zodat een cirkel op het scherm werkelijk een cirkel is en geen artefact van ongelijke assen. Op de vierkanaals Balanset-4A wordt een tweede orbit, voor kanalen 3 en 4, onder de eerste getekend.
Een schakelaar boven de grafiek bepaalt wat er wordt getekend:
| Modus | Wat wordt uitgezet | Wanneer het de juiste weergave is |
|---|---|---|
| Niet gesynchroniseerd | De ruwe baan, zonder omwentelingsreferentie | Er is geen toerenteller beschikbaar, of u wilt alles zien wat het signaal bevat |
| Sync (ruw) | De meest recente omwentelingen over elkaar gelegd, uitgelijnd op de toerentellermarkering | Herhaalbaarheid beoordelen — een stabiele, gesloten figuur betekent dat de beweging zich omwenteling na omwenteling herhaalt |
| 1× | Alleen de rotatiecomponent: een zuivere ellips die overeenkomt met de waarden V·o en F | De onbalansvector bevestigen vóór het balanceren |
Zonder toerentellermarkering hebben de twee gesynchroniseerde modi niets om mee te synchroniseren; het programma vermeldt dit in de titel van de grafiek, en “Niet gesynchroniseerd” wordt dan de enige eerlijke weergave. Dit is de praktische vorm van het punt uit hoofdstuk 3: geen referentie per omwenteling, geen precessierichting.
De getallen naast de orbit lezen
De tegels naast de grafiek tonen drie waarden per meetvlak, en samen vormen ze de snelste controle die u kunt uitvoeren voordat u vormen gaat interpreteren:
- V·s — breedbandige RMS-snelheid over de werkband, in mm/s.
- V·o — alleen de 1×-component, op rotatiefrequentie, in mm/s.
- F - de fase van die 1×-component, in graden.
De rotatiecomponent maakt per definitie deel uit van het totaal, dus V·o kan nooit groter zijn dan V·s, en de verhouding tussen beide voorspelt de orbit nog voordat u ernaar kijkt. Wanneer V·o dicht bij V·s ligt, zit vrijwel alle energie op 1×, valt de orbit samen tot een zuivere ellips, en onbalans is de dominante kracht. Wanneer V·o duidelijk kleiner is, bestaat het verschil uit harmonischen en breedbandruis — en het is precies dat residu dat de ellips vervormt tot de halvemanen, achtvormen en knikken die in hoofdstuk 2 zijn beschreven. Een sterk vervormde orbit die tegelijk met V·o ≈ V·s wordt gemeld, is een tegenstrijdigheid, en de instrumentatie is dan het eerste wat u moet controleren.
Onder elk vlak staat een stabiliteitsbalk: grijs zolang de waarde nog wegloopt, groen zodra de variatiecoëfficiënt over de laatste twaalf streamwaarden onder de 10% komt, oranje wanneer de spreiding groter is dan 20%. Een orbit die is vastgelegd terwijl die balk oranje is, is geen diagnose — het is een momentopname van een machine die nog niet tot rust is gekomen.
De vorm toetsen aan het spectrum
De orbit vertelt u dat er iets is dat de ellips vervormt; het spectrum vertelt u welke orde daarvoor verantwoordelijk is. Het tabblad “Wave Spectrum” van hetzelfde venster toont de golfvorm boven en het snelheidsspectrum onder, met stippellijnen op exacte veelvouden van het gemeten toerental in plaats van bij de dichtstbijzijnde hoge piek — een piek die zijn markering mist, is dus helemaal geen harmonische van het astoerental en hoort bij lagers, tandwielingrijping of schoepdoorgang in plaats daarvan. Een dominante 2× naast een halvemaan- of achtvormige orbit wijst op verkeerde uitlijning; een piek tussen 0,43× en 0,48× onder een wegdrijvende, instabiele orbit is het kenmerk van oliewerveling; breedbandige inhoud met afgeplatte orbitzijden wijst op een wrijving.
De keuzeschakelaar onder de grafiek wisselt het spectrum tussen snelheid en versnelling. Snelheid is de as die u moet gebruiken bij het redeneren over de orbit, omdat de orbit zelf wordt getekend vanuit de snelheidskanalen.
De orbit volgen door een resonantie
Een orbit is een momentopname bij één toerental, en de vorm kan enkele honderden toeren verderop volledig veranderen. Het tabblad “Uitloop” registreert in plaats daarvan de hele uitloop: 1×-amplitude en -fase worden vastgelegd tegen het dalende toerental, één ruwe waarde per omwenteling zonder afvlakking, tot aan een stopdrempel die overal tussen 100 en 2000 RPM kan worden ingesteld en standaard op 300 staat. Een resonantie kondigt zich aan als een amplitudepiek gepaard met een fasedraaiing van ongeveer 180° — dezelfde kritische snelheid die een Campbell-diagram voorspelt waar een aandrijflijn een eigenfrequentiecurve kruist. Het volledige uitlooprapport bewaart de bij bedrijfstoerental vastgelegde X-Y-orbit naast die curven, zodat de vorm en de resonantiekaart in één document terechtkomen.
5. Wat een baanplot laat zien
Kortom, een grafiek met één baan biedt in één oogopslag een schat aan informatie:
- De totale amplitude van de astrilling.
- – De vorm van de beweging van de as, die helpt bij het identificeren van het fouttype.
- De richting van de precessie: vooruit of achteruit.
- De gemiddelde positie van de as binnen de lagerspeling — zijn aslijn.
In combinatie met het FFT-spectrum en de tijdgolfvorm biedt de baan een analist de mogelijkheid tot een zeer betrouwbare en gedetailleerde diagnose van het dynamische gedrag van een machine — waarbij de factoren “hoeveel,” “welke vorm,” en “in welke richting” worden samengevoegd tot één duidelijk beeld.
