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 beneden in de schacht kijkt. Deze krachtige diagnose wordt verkregen door een paar contactloze nabijheidssondes 90 graden ten opzichte van elkaar — meestal in een X-Y-opstelling — en hun gelijktijdige verplaatsingssignalen ten opzichte van elkaar in kaart brengen in plaats van ten opzichte van de tijd.
1. Waarom de baanplot zo handig is
A standard tijdgolfvorm of FFT-spectrum shows 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 rotor-dynamic 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 Sleutelfase 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 onevenwicht. 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 seal, 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 schachtscheur, 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 Orbit 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 Balans-1a meet tegelijkertijd de synchrone amplitude en fase op twee vlakken, dus zodra een baan of spectrum heeft bevestigd dat onevenwicht is de dominante kracht, en diezelfde opzet wordt 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.
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 schacht, die helpt bij het identificeren van het type breuk.
- 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 om tot een zeer betrouwbare en gedetailleerde conclusie te komen diagnose van het dynamische gedrag van een machine — waarbij de factoren ‘hoeveel’, ‘welke vorm’ en ‘in welke richting’ worden samengevoegd tot één duidelijk beeld.
