Tranziens rezgés- és villamos vizsgálatok
A forgógépek állapotvizsgálatára hagyományosan alkalmazott útvonal-programozott adatgyűjtés általában a gépek valamilyen szűkített rezgésjellemzőjét gyűjti, azt is mindössze a felvétel pillanatára vonatkoztatva. Egy tranziens-vizsgálat során akár több – áram, rezgés, nyomás, nyúlás – állapotjelző folyamatos és egyidejű rögzítése történik, emiatt sokkal részletesebb képet ad a gép villamos és mechanikus állapotáról, dinamikus viselkedéséről. A tranziens-vizsgálatok ezért fontos hibafeltáró diagnosztikai eszközök.
Az indítási és leállási folyamat szerepe a diagnosztikában
Az indítási folyamat tranziensének elemzése az indítási igénybevételek mértékéről, jellegéről ad fontos információt, esetleg normál terhelésben nem jelentkező hibák fedhetők fel e módszerrel. A villamos gép kikapcsolásakor mért jellemzők viszont segítenek elkülöníteni egy magasabb rezgésszint forrását. Több szakaszból álló felterhelési folyamatnál a gépvédelem megfelelő beállítása, ennek következtében a gép és a termelés biztonsága múlhat egy egyszerű vizsgálat elvégzésén.
1. ábra Egy forgógép rezgéserősségének változása a felterhelési folyamat alatt.
A terhelésváltozás folyamata, a legnagyobb rezgésszintű állapotok már az időjel vizsgálatával is jól behatárolhatók, míg frekvencia tartományban vizsgálva a kritikus rezgéserősségek frekvenciái is pontosan megállapíthatók. Ezen frekvenciák és a hozzájuk tartozó rezgésszintek ismerete különösen fontos lehet egy gépvédelmi rendszer megfelelő beállításához. A tranziens rezgés- és villamos vizsgálatok ezért a hibafeltárás fontos eszközei.
Villamos motorok kikapcsolási tesztje
Az úgynevezett kikapcsolási teszt, más néven leállás-vizsgálat során, a villamos- és mechanikus gerjesztések szétválasztásával egyszerűen mutatható ki, különíthető el például a villamos hiba, a rezonancia és a kiegyensúlyozatlanság. A legegyszerűbb esetben a gép leállása alatti rezgésszint változásából lehet elemezni a gép és tartószerkezet viselkedését, valószínű hibáit. Szerencsésebb esetben egyszerre több állapotjelző paraméter is rögzíthető, például a villamos motor fordulatszáma, felvett árama és esetleg olyan jellemző, mint a tartószerkezet adott pontjában ébredő mechanikai feszültségre utaló fajlagos nyúlás.
2. ábra Egy forgógép lefutásáról felvett (ax, ay, az) rezgés- , (n) fordulatszám-, (I) áram- és (µe) relatív nyúlás jelek.
A 2. ábrán egy villamos gépről felvett rezgés- , fordulatszám-, áram- és relatív nyúlás jelek grafikonja látható. A villamos gerjesztés lekapcsolásával a mért áram értéke azonnal nullára esik, míg a fordulat fokozatosan csökkenni kezd. Ugyanekkor a rezgésjelek amplitúdói előbb hirtelen leesnek - ez a jelenség valamilyen villamos hiba jelenlétére utal, a kiegyensúlyozatlanság kisebb mértékű -, majd két tartományban is megemelkednek - ez viszont már rezonanciára utaló jellegzetes tünet. A motort tartó szerkezet igénybevételének maximumát, hozzá tartozó fordulatszám-tartományt határozottan ki lehet jelölni - ez lassú indítású vagy frekvenciaváltós motor üzeménél különösen fontos. E berendezésen például a tartószerkezeten mért megnyúlás egészen alacsony rezgésszint mellett nő meg - közel húszszoros értékre, de az eredeti szintnek is legalább kétszeresére! Ebből következően a berendezés üzemeltetése a szerkezetre nézve alacsony terhelési állapotban a legveszélyesebb, lehetőség szerint ezt a fordulattartományt gyorsan át kell lépni, illetve üzemeltetésnél a szabályozási tartományból ki kell tiltani. E módszerrel az alapfordulaton jelenlevő rezonanciát nehezebb elkülöníteni, erre a következő módszer alkalmasabb.
Leállás-elemzés vízesés-diagrammal
A rögzített fizikai paraméterek időjeleiből képzett frekvencia-spektrum, vízesés-spektrum, szonogram nézetek lényegesen megkönnyítik az indulás vagy leállás alatt lezajló, gyorsan változó, bonyolult folyamat kiértékelését, a jelenségek értelmezését. A folyamat jellege frekvenciánként is vizsgálható, ezek alapján a hiba forrása, a fordulatszámok, illetve a jelenség könnyebben azonosítható, értelmezhető.
3. ábra: Villamos motorral hajtott gép leállásáról felvett rezgésjel vízesés diagramja
A 3. ábrán egy másik forgógép leállításáról felvett vízesés-spektrum látható. A baloldali diagram 0-1000 Hz, a jobb oldali diagram kinagyított, 0-200 Hz tartományú rezgés változását ábrázolja. Az ábrákon jól megfigyelhető, hogy a villamos gerjesztés elvételének - azaz a kikapcsolás - pillanatában a rezgéscsúcsok hirtelen eltűnnek, e pillanattól tisztán mechanikai eredetű gerjesztés nyoma látszik. A motor frekvenciaváltós szabályzással üzemelt, a számos felharmonikus ezért jelenik meg zavarként a rezgésspektrumban.
A kinagyított tartományban a 3000 1/min fordulatszám (50 Hz) alatt kettő, felette még legalább egy nagyobb rezonancia sáv észlelhető. Az alapharmonikus (50 Hz) leállás utáni hirtelen emelkedéséből még üzemi fordulat környéki rezonancia valószínűsíthető. A fordulatszám második harmonikusának lecsengéséből azonban megállapítható, hogy az üzemi fordulatszámon már nincs jelentős rezonancia. Az alacsonyabb, 25 Hz körüli frekvenciáknak megfelelő fordulatszámokon rezonancia mutatkozik, elkerülésére e sávokon gyorsan át kell futtatni a gépet.
Megállapítható tehát, hogy a forgógépekre, tartó és kapcsolódó szerkezeteire veszélyes rezonanciák egyetlen, egyszerű vizsgálattal kiszűrhetők, valamint szétválaszthatók a villamos-, rezonancia- és kiegyensúlyozatlansági hibák.