Traductoarele pentru vibrodiagnoza transmisiilor mecanice (I)

Transmisii Mecanice

de Zoltan Korka

Traductoarele pentru vibrodiagnoza transmisiilor mecanice (I)

Vibrodiagnoza transmisiilor mecanice se ocupă, în primul rând, cu mă­­surarea vibraţiilor de pe suprafaţa carcasei acestora şi, apoi, pe baza analizării proprietăţilor caracteristice ale vibraţiei mă­­surate, să facă posibilă identificarea evenimentelor primare care le-au generat.

1. Generalităţi

Mişcarea vibratorie într-un punct al unui sistem elastic poate fi răspunsul la o excitaţie aplicată sistemului, caracteristicile mişcării depi­zând de proprietăţile dinamice ale acestuia. Excitaţia poate fi dinamică, exprimată prin forţe, cupluri sau presiuni, sau cinematică, exprimată prin deplasarea, viteza sau acceleraţia unui punct al sistemului.

La fel, răspunsul poate descrie mişcarea unui punct al sistemului sau forţa transmisă în acel punct. Orice problemă de vibraţii poate fi schematizată ca în figura 1.

FIGURA 1. Schematizare a vibraţiei ciclopaloid [1]

În domeniul vibrodiagnozei transmisiilor mecanice este unanim acceptată măsurarea electrică a vibraţiilor, datorită principalelor avantaje:

  • precizie şi sensibilitate mare;
  • posibilitatea utilizării unor captatori de dimensiuni mici;
  • posibilitatea măsurării şi a comenzii de la distanţă;
  • posibilitatea amplificării şi a prelucrării automate a rezultatelor.

Schema unui lanţ electric de măsurare a vibraţiilor se exemplifică în figura 2.

FIGURA 2. Schema unui lanţ de măsurare a vibraţiilor (adaptat după [1])

În figură sunt reprezentate etajele de bază ale sistemului de vibrodiagnoză care în general este alcătuit din următoarele elemente: traductor, preamplificator, analizor, filtre, aparat de înregistrare şi de indicare.

Traductorul transformă parametrul vibraţiei la care este supus sistemul analizat, în semnale electrice corespunzătoare. Preamplificatorul amplifică semnalul slab de ieşire al traductorului până la nivelul cerut de înregistratoare. Filtrele prelucrează semnalul electric captat şi amplificat, lăsând să treacă doar acele componente ale semnalului care sunt de interes pentru analiza vibraţiilor.

Analizorul realizează selectarea unei componente sau a unei benzi din spectrul analizat, precum şi detecţia acesteia pentru a permite ca­racterizarea semnalului în această bandă. El poate efectua de asemenea şi operaţia de schimbare automată a benzii sau a componentei selec­tate pentru a realiza analizarea succesivă a între­gului spectru într-un interval de timp acceptabil.

Aparatul indicator sau înregistrator permite obţinerea directă prin indicare sau înregistrare a caracteristicilor semnalului studiat.

2. Tipuri de traductoare utilizate în vibrodiagnoza transmisiilor mecanice

Alegerea traductoarelor în proiectarea sistemelor pentru monitorizare şi diagnoză prin vibraţii este o etapă de o deosebită importanţă. Deşi parametrii cinetici importanţi ai vibraţiei – deplasare, viteză, acceleraţie — sunt corelaţi şi dispozitivele electronice adecvate pot opera cu uşurinţă trecerea de la unul la celălalt, cerinţele destinaţiei, frecvenţa, amplitudinea etc, pentru deplasări, viteze şi acceleraţii, ca şi limitele de utilizare proprii traductoarelor, determină domenii şi recomandări proprii de utilizare.

2.1. Traductoare de deplasare

Traductoarele de deplasare sunt de obicei de tipul fără contact. Un oscilator de frecventă realizează prin arbore sau prin piesa în mişcare, un câmp magnetic. Modificarea poziţiei arborelui modulează voltajul (tensiunea) oscilatorului. Semnalul este apoi demodulat, asigurând un semnal de ieşire proporţional cu deplasarea arborelui. Schema de principiu al acestor traductoare se prezintă în figura 3.

FIGURA 3.Traductoare de deplasare (adaptat după [1])

 Caracteristicile generale ale traduc­toa­relor de deplasare sunt următoarele:

  • se măsoară deplasări relative, de exemplu, între arborele şi carcasa unui lagăr cu alunecare, în care, filmul de ulei se consideră a avea rigiditate redusă. În cazul lăgăruirilor foarte rigide, de tipul arbore - rulment - carcasă, traductoarele pentru deplasări nu dau rezultate satisfăcătoare;condiţionarea semnalului, încorporată în aparatura de bază asigură, în mod curent, tensiuni de ieşire de ordinul 8 mV/ µm (adaptate lanţului de măsurare). Sensibilitatea traductorului nu este constantă, ci variabilă, în funcţie de distanţa
  • dintre traductor şi arbore, sensul de mişcare, tipul montajului şi desigur tipodimensiunea traductorului; în acest sens, trebuie urmate instrucţiunile producătorului şi de ţinut cont de experienţă;
  • zgârieturile, amprentele de pe arbori, bătaia radială, variaţiile în proprietăţile electromagnetice ale materialelor pot afecta semnalul cu erori. Experienţa, manualele de utilizare permit utilizatorului să deceleze (să separe) influenţa acestor erori (zgomot) din semnalul util.

Traductoarele de deplasare prezintă deci interes numai pentru măsurările de poziţie rela­tivă, implicit pentru modificările jocului din lagăre.

De aceea, se recomandă cu precădere la turbomaşini cu lagăre de alunecare, deşi pot fi utilizate şi în cazul turbinelor cu gaz pentru aviaţie, pentru lagăre cu rulmenţi cu rigiditate redusă.

Folosirea informaţiilor obţinute de la acest tip de traductoare, permite evitarea:

  • deteriorării etanşărilor de tip labirint:
  • contactelor directe dintre componentele mobile şi fixe:
  • defectărilor însoţite de uzuri pronunţate;
  • şi, uneori, chiar a incendiilor.

2.2. Traductoare de viteză

Măsurarea vitezei vibraţiilor solicită cel mai puţin extins domeniu dinamic în funcţie de frecvenţă. Construcţii îndelung experimentate, ca şi experienţa acumulată, au condus la extinderea şi preferarea  criteriilor de apreciere a vibraţiilor (criterii de severitate) prin viteză.

Construcţiile actuale au frecvenţe proprii de 8—10 Hz, fapt care face ca magnetul component să rămână practic fix, în timp ce bobina se deplasează, fiind prin carcasa traductorului şi palpator în contact direct cu corpul aflat în vibraţie.

Frecvenţa proprie apare ca o limită inferioară de frecvenţă, limita superioară (1—2 kHz) fiind în legătură cu caracteristicile sistemului elastic al traductorului.

Schema de principiu al acestor traductoare (de tip inductiv) se prezintă în figura 4.

FIGURA 4.Traductor de viteză (adaptat după [1])

Pentru traductoarele de viteză se des­prind următoarele caracteristici generale:

  • domeniul de frecvenţă (10 Hz – 1.000 Hz) apare ca satisfăcător pentru majoritatea aplicaţiilor din domeniul construcţiei de maşini;
  • instalarea traductoarelor nu este com­plicată şi nu este necesară condiţionarea semnalului;
  • traductorul poate prezenta, în timp, decalibrări prin efecte de uzare, la nivelul componentelor aflate în contact şi cu mişcarea relativă;
  • în cazul utilizării la temperaturi ridicate rezultatele sunt influenţate sensibil.

Traductoarele de viteză nu se utilizează în ca­­zul monitorizării şi diagnosticării turbomaşinilor, dar au aplicaţii în cazul măsurărilor cu ajutorul unor aparate mobile, când aplicarea traductorului se face manual. (continuare în numărul următor)


Bibliografie

1.Brüel & Kjaer, Vibration Transducers and Signal Conditioning, BA 7675-12,1

2. Brüel & Kjaer, Introduction to Shock and Vibration, BA 7674-12,1

3. Brüel & Kjaer, Vibration Measurement and Analysis, BA 7676-12,1

4.Korka Z., Cercetări privind reducerea vibraţiilor în funcţionarea reductoarelor cu roţi dinţate cilindrice, Teză de doctorat, Universitatea „Eftimie Murgu” din Reşiţa, 2009


English summary

The signals obtained from various transducer types can be very useful for the monitoring and diagnosis of mechanical drive systems. It is possible to avoid the damaging of sealings (labyrinth type), the contact areas between axles and journal bearings, to detect defects which may lead to significant wear. There are three types of transducers – movement, speed and acceleration, and their scope and use methods. Selection criteria and transducer fastening methods are presented.


Zoltan Korka este dr. ing., Lector Universitatea ,,Eftimie Murgu'' din Reșița



Accept cookie

www.ttonline.ro utilizează fişiere de tip cookie pentru a personaliza și îmbunătăți experiența ta pe Website-ul nostru.

Te informăm că ne-am actualizat politicile pentru a integra în acestea și în activitatea curentă a www.ttonline.ro cele mai recente modificări propuse de Regulamentul (UE) 2016/679 privind protecția persoanelor fizice în ceea ce privește prelucrarea datelor cu caracter personal și privind libera
circulație a acestor date. Înainte de a continua navigarea pe Website-ul nostru, te rugăm să aloci timpul necesar pentru a citi și înțelege conținutul Politicii de Cookie.

Prin continuarea navigării pe Website-ul nostru confirmi acceptarea utilizării fişierelor de tip cookie conform Politicii de Cookie. Îți mulțumim pentru acest accept și nu uita totuși că poți modifica în orice moment setările acestor fişiere cookie urmând instrucțiunile din Politica de Cookie.

Da, sunt de acord