Transcript Machinery Vibration Diagnostics

Machinery Vibration
Diagnostics
Machinery Vibration Diagnostics
Untuk keberhasilan diagnostic dan trouble shooting dari
rotating equipment, analisa vibrasi harus menjamin
keakuratan data collection dan mempunyai pengertian dari
desain permesinan dan operasi dinamisnya, untuk secara
akurat menterjemahkan dari tipe pola kegagalan.
Belt Drive Problems
Worn, Loose or Mismatched Belts
• Frekuensi belt berada dibawah salah satu rpm dari motor atau
driven machinenya. Ketika dia rusak, loose atau mismatch,
menyebabkan frekuensinya 3x sampai 4x belt frekuensinya. sering
kali pada 2x belt frekuensi adalah dominant peak. Amplitudo secara
normal tidak steady, kadang-kadang bergetar dengan rpm driver atau
rpm drivennya. Pada saat belt bergerak, amplitudo yang besar pada
saat wear atau pulley misalingment diindikasikan oleh amplitudo
besar pada saat timing belt frekuensinya.
Belt / Sheave Misalignment
• Misalignment dari sheaves menghasilkan vibrasi
tinggi pada 1x RPM dominant di arah aksial. Ratio
amplitudo dari rpm driver terhadap rpm driven
tergantung pada dimana data diambil pada massa
relatif dan kekakuan frame. Sering dengan sheave
misalignment, vibrasi aksial terbesar pada rpm fan.
Eccentric Sheaves
• Eccentric atau unbalanced sheaves menyebabkan vibrasi tinggi
pada 1x RPM sheave ini. amplitude secara normal paling besar di
line dengan belt, dan seharusnya menunjukkan terhadap kedua
bearing driver dan drivennya. Ini kadang-kadang mungkin untuk
membalance eccentric sheaves dengan memberikan washer
kepada taperlock bolts. Tetapi, meskipun sudah balance,
eccentricity akan masih menyebabkan vibrasi dan tegangan
fatigue pada belt.
Belt Resonance
• Resonansi Belt dapat menyebabkan amplitudo yang tinggi jika
natural frekuensi belt mendekati atau bertepatan dengan rpm
motor atau driven machinenya. Natural frekuensi dapat
berubah dengan merubah tegangan atau panjang belt. Dapat
dideteksi dengan memperkencang atau memperkendor belt
ketika mengukur response pada sheave atau bearing.
Electrical Problems
Stator Eccentricity, Shorted Laminations and Loose Iron
•
Stator problem menghasilkan
vibrasi tinggi pada 2x line
frequency (2FL). Stator
eccentricity menghasilkan air gap
yang tidak sama antara rotor dan
stator yang menghasilkan vibrasi
yang sangat terarah. Perbedaan
air gap seharusnya tidak melebihi
5% untuk motor induksi dan 10%
untuk synchronous motors. Soft
foot dan pondasi yang
melengkung dapat mengakibatkan
eccentric stator. Loose iron
disebabkan oleh lemahnya
support stator atau looseness.
Short lapisan stator menyebabkan
tidak merata ,panas yang makin
lama semakin berkembang
dengan berjalannya waktu.
Eccentric Air Gap (Variable air gap)
•
Eccentric Rotors menghasilkan
rotating variable air gap antara rotor
dan stator yang menghasilkan
pulsating vibration (normally antara
(2FL) dan running speed harmonic
terdekat). Sering membutuhkan
"zoom" spectrum untuk
memisahkan (2FL) dan running
speed harmonic. Eccentric rotors
menghasilkan (2FL) yang
disekitarnya terdapat Pole Pass
frequency sidebands (FP) seperti
FP sidebands disekitar running
speed FP kelihatan sendiri pada
frequency rendah (Pole Pass
Frequency = Slip Frequency x #
Poles). Nilai umum dari FP berkisar
antara kira-kira 20 sampai 120 CPM
(.30 - 2.0 Hz)
Rotor Problems
•
Rotor bar yang patah , crack atau
shorting rings, joints yang jelek antara
rotor bars dan shorting rings, atau
laminasi rotor yang short akan
menghasilkan amplitudo yang vibrasi
tinggi pada 1x running speed dengan
pole pass frequency sidebands (FP).
tambahan, bar rotor yang crack akan
sering menghasilkan FP sidebands
disekitar harmonic ke 3x, 4x, dan 5x
running speed. Loose rotor bars
diindikasikan oleh 2x line frequency
(2FL) sidebands disekitar rotor bar
pass frequency (RBPF) dan/atau
harmonicnya (RBPF = Number of rotor
bars x RPM). Sering akan
menyebabkan level yang tinggi pada 2x
RBPF dengan amplitude yang kecil
pada 1x RBPF.
Phasing Problems
• Masalah phase yang
disebabkan loose atau
connectors yang patah dapat
menyebabkan vibrasi yang
berlebih pada 2x Line
frequency (2FL) yang akan
punya sidebands disekitarnya
pada ke-1/3 Line Frequency
(1/3 FL). Levels pada (2FL)
dapat lebih dari 25 mm/s
(1.0 in/s) jika sebelah kiri
uncorrected. Ini merupakan
sebagian masalah jika
conektor yang cacat secara
sporadic membuat contact
dan secara periodic tidak.
Synchronous Motors
• Loose stator coils pada
synchronous motors
akan menghasilkan
vibrasi tinggi yang baik
pada Coil Pass
Frequency (CPF) yang
sama dengan jumlah
stator coils x RPM (#
Stator Coils = Poles x #
Coils/Pole). The coil
pass frequency akan
dikelilingi oleh 1x RPM
sidebands.
DC Motor Problems
• Masalah DC motor dapat
dideteksi dengan amplitudo
yang lebih besar dari
amplitudo normal sebagai
SCR firing Frequency (6FL)
dan harmonicnya. Masalah
ini termasuk field windings
yang pecah, SCR's yang jelek
dan loose connections.
Maslah-maslah lain termasuk
loose atau blown fuses dan
shorted control cards dapat
menyebabkan peak
amplitudo yang tinggi pada
1x sampai pada 5x line
frequency (3,600 - 18,000
CPM).
Mechanical Looseness
Mechanical Looseness
•
Mechanical Looseness diindikasikan oleh type A, B or C spectra.
•
Type 'A' disebabkan oleh structural looseness/weakness dari kaki mesin, baseplate
atau foundation, juga oleh grouting yang memburuk, kekendoran baut pengikat
bawah pada base dan distortion dari frame atau base (i.e Soft Foot). Analisa
phase mungkin menyatakan perbedaan phase 180° antara pengukuran vertical
pada kaki mesin, baseplate dan basenya sendiri.
•
Type 'B' umumnya disebabkan oleh kekendoran baut blokbantalan, cracks pada
frame structure atau bearing pedestal. Type 'C' secara umum dihasilkan oleh
ketidak cocokan antara component part yang akan menyebabkan terjadinya
banyak harmonic yang dihasilkan oleh non linear response dari loose part
terhadap dynamic forces dari rotor. Menyebabkan pemotongan terhadap time
waveform.
•
Type 'C' sering disebabkan oleh a bearing liner loose pada tutupnya, clearance
yang berlebihan pada salah satu sleeve atau rolling element bearing atau loose
impeller pada poros. Type 'C' phase sering tidak stabil dan mungkin bervariasi
besar dari satu pengukuran ke pengukuran selanjutnya, sebagian jika posisi rotor
bergeser pada poros dari satu start up ke yang lain. Mechanical looseness sering
tinggi penunjukan arahnya dan mungkin menyebabkan perbedaan pembacaan
yang nyata jika kamu bandingkan level pada penambahan 30° dalam arah radial
semua disekitar rumah bearing. Juga sebagai catatan bahwa looseness akan
sering menyebabkan perkalian subharmonic di 1/2 or 1/3 x rpm (.5x, 1.5x, 2.5x
etc.)
Misalignment
Angular Misalignment
• Angular Misalignment ditandai dengan vibrasi aksial yang tinggi,
dengan phase lebih dari 180° pada coupling. Secara khusus
punya vibrasi aksial tinggi di masing-masing 1x dan 2x rpm.
Tetapi,tidak biasa pada salah satu 1x, 2x or 3x yang
mendominasi. Tanda ini mungkin juga mengindikasikan masalah
coupling.
Misalignment
Pararel Misalignment
•
Offset Misalignment punya gejala vibrasi yang sama dengan
angular,biarpun menunjukkan vibrasi radial tinggi yang mencapai
phase 180° pada coupling. 2x sering lebih besar dari 1x, tetapi
ketinggian relativenya terhadap 1x sering tergantung oleh tipe dan
konstruksi kopling. Ketika salah satu Angular atau Radial Misalignment
menjadikan putus, ini dapat menghasilkan puncak amplitudo yang
tinggi pada harmonics yang lebih tinggi (4x - 8x) atau bahkan semua
seri dari harmonic frekuensi tinggi sama penampakkannya dengan
mechanical looseness. Konstruksi kopling sering mempengaruhi secara
besar terhadap bentuk spectrum ketika misalignment parah.
Misalignment
Misaligned Bearing Cocked On Shaft
• Cocked Bearing akan menghasilkan vibrasi aksial yang parah.
Dan akan menyebabkan gerakan yang berkelok-kelok dengan
phase hampir 180° bergeser dari atas ke bawah dan/atau dari
sisi ke sisi seperti yang terukur pada arah aksial dari rumah
bearing yang sama. mencoba untuk mengalign kopling atau
membalance rotor tidak akan mengurangi masalah. Bearing
harus segera dibuang dan diganti.
Rolling Element Bearings
• Stage 1 :
Indikasi awal dari masalah
bearing tampil pada
ultrasonic frequencies
berkisar antara 20,000 60,000 Hz (1,200,000 3,600,000 CPM). Frekuensi
ini dievaluasi oleh spike
energy (gSE), HFD(g) dan
shock pulse (dB). Sebagai
contoh, spike energy
mungkin pertama keliatan
pada .25 gSE dalam stage 1
(nilai actual tergantung pada
lokasi pengukuran dan
kecepatan mesin.
Rolling Element Bearings
• Stage 2 : kerusakan bearing
mulai pada "ring" bearing
component natural
frequencies (fn) yang secara
dominan terjadi dalam 30K 120K CPM range. Sideband
frequencies muncul diatas
dan dibawah puncak natural
frequency pada tahap akhir
stage 2. Spike energy
berkembang (sebagai contoh
.25 ke .50 gSE).
Rolling Element Bearings
•
Stage 3 : frekuensi kerusakan
bearing dan harmonicnya muncul
ketika keausan berkembang. Lebih
dari Harmonic frekuensi kerusakan
bearing nampak dan sejumlah
sidebandnya berkembang,
keduanya disekitar tersebut dan
disekitar bearing natural
frequencies (lihat Vibration Case
History Number 3 untuk kasus
nyata). Spike energy kontinyu
bertambah (sebagai contoh,dari 0.5
sampai lebih 1 gSE). Keausan
sekarang biasanya nampak dan
bisa meluas sepanjang batas luar
dari bearing, sebagian ketika
terbentuk dengan baik sidebands
yang berada disekitar harmonicnya
frekuensi kerusakan bearing. Ganti
bearing secepatnya.
Rolling Element Bearings
•
Formulae to Calculate Specific
Bearing defect Types.
Stage 4 :lanjut ketingkat akhir,
amplitudo dari 1x RPM bahkan
terpengaruh. Hal ini tumbuh, dan
secara normal menyebabkan
pertumbuhan dari harmonicnya rpm
yang banyak. Kerusakan bearing
diskrit dan frekuensi natural
komponen aktualnya mulai hilang
dan diganti oleh random,
broadband high frequency "noise
floor”. Sebagai tambahan, amplitudo
dari masing-masing frekuensi tinggi
nose floor dan spike energy
mungkin dalam faktanya menurun,
tapi sebelum rusak, spike energy
biasanya berkembang menjadi
amplitudo yang berlebih.
Gear Related Problems
Normal Gear Spectrum
• Spectrum Normal
menunjukkan 1x dan 2x
RPM, sepanjang Gear Mesh
Frequency (GMF). GMF
umumnya akan punya side
band kecepatan jalannya
disekitarnya relative
terhadap kecepatan poros
dimana gear berada. Semua
peak adalah low amplitudo
dan tidak ada natural
frekuensi yang
terbangkitkan.
Gear Tooth Wear
• Indicator kunci dari keausan gigi
gear adalah munculnya frekuensi
natural gear. Dengan sidebands
disekitarnya pada running speed
dari gear yang jelek. Gear Mesh
Frequency (GMF) mungkin atau
bahkan tidak mungkin berubah
amplitudonya, meskipun sidebands
amplitudo tinggi disekitar GMF
biasanya terjadi ketika keausan
terlihat dengan jelas. Sidebands
bisa menjadi indicator keausan
yang baik daripada GMF sendiri.
Tooth Load
• Gear Mesh frequencies
sering sangat sensitive
terhadap beban.
Amplitudo GMF yang
tinggi tidak
mengindikasikan
masalah, khususnya jika
sideband frequencies
tetap rendah dan tidak
ada gear natural
frequencies yang muncul.
Setiap analisa seharusnya
ketika system pada
beban operasi maximum.
Gear Eccentricity and Backlash
• Sidebands amplitudo tinggi
disekitar GMF sering
menyarankan gear eccentricity,
backlash atau poros non-parallel
yang mengijinkan rotasi dari satu
gear untuk mem "modulate"
running speed yang lain. Masalah
gear diindikasikan oleh jarak dari
frekuensi sidebands. backlash
yang jelek normalnya muncul
GMF dan Gear Natural
Frequencies, keduanya akan
punya sidebanded pada 1x RPM.
Amplitudo GMF akan sering
menurun dengan bertambahnya
beban jika backlash merupakan
masalah.
Gear Misalignment
• Gear Misalignment sering
selalu muncul pada order
kedua atau harmonicnya
GMF yang lebih tinggi yang
punya sideband pada
running speed. Sering akan
menunjukkan amplitudo
rendah 1x GMF, tetapi lebih
tinggi pada 2x atau 3x
GMF. Penting untuk ngeset
Fmax cukup tinggi untuk
menangkap paling sedikit 2
GMF harmonics jika
transducer mampu.
Cracked or Broken Gear Tooth
• Gigi yang crack atau patah akan
menghasilkan amplitudo besar
pada 1x RPM dari gear tersebut,
dan juga akan muncul gear natural
frequency (fn) yang punya
sidebande pada running speednya.
Hal ini terdeteksi paling bagus
dalam Time Waveform yang akan
menunjukkan pernyataan spike
setiap waktu. Masalah gigi
mencoba menautkan dengan gigi
pada mating gear. Waktu antara
impacts () akan berhubungan
dengan 1/speed dari gear dengan
masalahnya. Amplitude dari impact
spike dalam Time Waveform akan
sering lebih besar daripada 1x
Gear RPM dalam FFT.
Hunting Tooth Problems
•
Hunting Tooth Frequency (fHT) secara
khusus effective untuk mendeteksi
kegagalan pada masing-masing gear dan
pinion yang mungkin telah terjadi selama
proses manufaktur atau disebabkan oleh
pemakaian yang salah. Hal tersebut dapat
menyebabkan vibrasi tinggi, tetapi ketika
terjadi pada frekuensi rendah,utamanya
kurang dari 600 CPM, ini sering terlewati.
gear set dengan tooth repeat problem
normalnya mengeluarkan suara kasar dari
drivenya. Efek paling besar terjadi ketika
gigi pinion dan gear yang rusak keduanya
masuk mesh pada waktu yang sama
(pada beberapa drives, hal ini mungkin
terjadi sekali setiap 10 atau 20 revolusi,
tergantung pada fHT formula). Catatan
TGear dan TPinion menunjukkan jumlah
gigi pada gear dan pinion. Na = jumlah
keseluruhan assembly phases untuk
kombinasi gigi yang diberikan yang sma
dengan hasil prime factors umum
terhadap jumlah gigi pada masing-masing
gear.
Resonance
•
Resonansi terjadi jika frekuensi gaya
luar sama dengan frekuensi natural
system, dan dapat menyebabkan
amplitudo yang besar yang
menghasilkan kegagalan awal atau
bahkan kegagalan yang parah. Ini
dapat dari frekuensi natural rotor
tapi juga sering dari frekuensi
natural frame, pondasi, gear box,
atau bahkan belt. Jika rotor di atau
mendekati resonansi, akan hampir
tidak mungkin untuk membalance
dikarenakan oleh perubahan phase
yang besar,pengalaman(90° pada
resonansi, dekat 180° ketika
melewatinya). Sering membutuhkan
perubahan lokasi frekuensi natural.
Frekuensi natural tidak berubah
dengan merubah kecepatan, ini
hanya akan membantu untuk
mengidentifikasikannya.
Typical Spectrum
Phase Relationship
Rotor Rub
•
Rotor Rub menghasilkan spectrum yang
sama dengan Mechanical Looseness
ketika bagian yang berputar contact
dengan bagian yang stasioner. Rub dapat
juga salah satu revolusi partial atau
revolusi keseluruhan. Biasanya
menghasilkan seri-seri frekuensi, sering
menimbulkan satu atau lebih resonance's.
sering menimbulkan fraksi integer sub
harmonic dari running speednya (1/2,
1/3, 1/4, 1/5, ....1/n), tergantung pada
lokasi dari frekuensi natural rotor. Rotor
rub dapat menimbulkan banyak frekuensi
tinggi (sama dengan wide-band noise
ketika kapur menulis dipapan). Hal ini
dapat menjadi sangat serius dan dalam
jangka pendek jika disebabkan oleh shaft
contacting bearing Babbitt; tapi agak
serius ketika poros menggerus seal, blade
agitator menggerus dinding vessel, atau
coupling guard yang menekan melawan
poros.
•
Typical Spectrum Type 'A'
Phase Relationship
Sleeve Bearings
Wear / Clearance Problems
• Tahapan terakhir dari keausan
sleeve bearing adalah
ditunjukkan dengan adanya
seri-seri dari harmoniknya
running speed (sampai pada
10 atau 20). Wiped sleeve
bearings sering memberikan
amplitudo tinggi pada
vertikalnya daripada
horisontalnya. Sleeve bearings
dengan clearence yang
berlebihan dapat memberikan
unbalance yang kecil dan/atau
misalignment yang
menyebabkan vibrasi tinggi
yang akan lebih rendah jika
clearence bearing
direncanakan.
Oil Whirl Instability
•
Oil Whirl instability terjadi pada 0.42 0.48 x RPM dan sering sangat
berlebihan. Excessive yang dimaksud
ketika amplitudo melebihi 50% dari
clearence bearing. Oil whirl adalah
vibrasi yang disebabkan oil film pada
kondisi operasi normal (attitude angle
dan eccentricity ratio) yang
menyebabkan oil mendesak untuk
menekan poros disekitar didalam
bearing. Ketidak stabilan gaya pada
arah rotasi menghasilkan in a whirl
(or precession). Whirl adalah sifat
yang tidak stabil ketika hal tersebut
menambah gaya sentrifugal yang
juga menambah gaya whirl. Yang
dapat menyebabkan oil tidak lama
menopang poros, atau dapat menjadi
tidak stabil ketika whirl frequency
sama dengan rotor natural frequency.
Merubah oil viscosity, tekanan lube
dan external pre-loads dapat
mempengaruhi oil whirl.
Typical Spectrum
Shaft Diagram
Oil Whip Instability
•
Peta spectrum menunjukkan Oil
Whirl menjadi Oil Whip Instability
sama seperti kecepatan poros
mencapai kritikal dua kali.
•
Oil Whip dapat terjadi jiaka mesin
dioperasikan pada atau diatas 2x
rotor critical frequency. Ketika rotor
dibawa ke duakali critical speed,
whirl akan sangat dekat dengan
rotor critical dan dapat
menyebabkan vibrasi yang
berlebihan dimana oil film mungkin
tidak lama mampu untuk
menyuport. Whirl speed secara
nyata akan di"lock onto" pada
rotor critical peaknya tidak akan
melewatinya bahkan jika mesin
dioperasikan pada kecepatan yang
tinggi dan lebih tinggi.
Hydraulic & Aerodynamic Forces
Blade Pass & Vane Pass
•
Blade Pass Frequency (BPF) = jumlah
blades (atau vanes) x RPM. Frequency ini
merupakan sifat pada pompa, fan dan
compressors dan biasanya tidak
bermasalah. Bagaimanapun juga amplitudo
BPF yang besar dan harmonic dapat
menimbulkan masalah di dalam pompa jika
jarak (gap) antara vanes yang berputar dan
diffuser yang diam tidak jaga besarannya
gap di sekelilingnya. Begitu juga, BPF (atau
harmonics) kadang² bertepatan dengan
sebuah system frekwensi pribadi yang
menebabkan vibrasi besar. Besar BPF dapat
dihasilkan jika pemakaian ring menceng
pada shaft atau jika welds fastening
diffuesers gagal. Demikian pula, BPF yang
besar dapat disebabkan bengkok secara tiba
tiba di linework atau disaluran, halangan
yng mana menggangu aliran garis edar
(path), atau jika pompa atau rotor fan
posisinya miring (eccentrically) dalam
housing.
Typical Spectrum
Machine Diagram
Flow Turbulence
• Flow turbulence sering
terjadi di blowers yang
bervariasi tekanan atau
selesai velocity air passing
pada fan atau sambungan
linework. Gangguan flow
dapat menyebabkan
turbulence yang mana
akan menghasilkan
spectrum random,
frequency vibrasi rendah,
bentuknya bekerjadi range
20 to 2000 CPM.
Cavitation
• Cavitasi normalnya
menghasilkan random,
energi broadband frekuensi
yang lebih tinggi yang
kadang-kadang dilekatkan
dengan harmoniknya blade
pass frekuensi. Normalnya
mengindikasikan
ketidakcukupan pressure
suction (starvation). Cavitasi
dapat sangat merusak
terhadap internal pompa jika
tidak terkoreksi. Hal ini
dapat mengerosi impeller
vane. Saat ini, sering
terdengar seperti jika
"gravel" yang melewati
pompa.
Mass Unbalance
Force Unbalance
• Force Unbalance akan
berada pada phase dan
steady. Amplitude yang
disebabkan unbalance akan
bertambah oleh hasil kali
dari kecepatan (3x
pertambahan kecepatan= 9x
vibrasi yang lebih tinggi). 1x
RPM selalu terjadi dan
umumnya mendominasi
spectrum. Dapat dikoreksi
dengan penempatan hanya
satu berat pembalance pada
satu bidang pada centre of
gravity (CG) dari rotor.
Couple Unbalance
•
Couple Unbalance cenderung
mendekati 180° Out-of-phase
pada poros yang sama. 1x selalu
terjadi dan umumnya
mendominasi spectrum. Amplitude
bervariasi dengan hasil kali dari
bertambahnya kecepatan.
Mungkin dapat terjadi vibrasi
aksial yang tinggin seperti pada
radial. Koreksi membutuhkan
penempatan berat pembalance
pada paling sedikit 2 bidang.
Catatan bahwa mendekati
perbedaan phase 180°
seharusnya ada antara Outboard
dan Inboard horizontal seperti
Outboard dan Inboard verticals.
Overhung Rotor Unbalance
• Overhung Rotor
Unbalance menyebabkan
vibrasi tinggi pada kedua
aksial maupun radialnya.
Pembacaan aksial
mungkin tidak steady.
Overhung rotors sering
mempunyai kedua force
maupun couple
unbalance, masing-masing
dari hal tersebut
membutuhkan koreksi.
Eccentric Rotor
•
Eccentricity terjadi ketika pusat rotasi
adalah offset dari geometric
centreline dari sheave, gear, bearing,
motor armature, dll. Vibrasi terbesar
terjadi pada 1x RPM dari eccentric
component pada arah yang melelui
pusat dari dua rotor. Perbedaan
pembacaan phase horizontal dan
vertical umumnya berbeda pada
masing-masing dengan 0° atau
dengan 180° (masing-masing
mengindikasikan gerakan garis
lurus). Mencoba membalance
eccentric rotor sering menghasilkan
pengurangan dalam satu arah, tapi
menambah getaran pada arah radial
yang lain (tergantung dari jumlah
eccentricity).
Bent Shaft
• Poros yang bengkok
menyebabkan vibrasi yang
tinggi pada arah aksial
dengan perbedaan phase
aksial cenderung mendekati
180° pada komponen mesin
yang sama. Vibrasi
dominantnya pada 1x jika
kebengkokan dekat pusat
poros, tapi pada 2x jika
kebengkokan dekat kopling.
(hati-hati untuk menghitung
orientasi transducer untuk
masing-masing pengukuran
aksial jika kamu membalik
arah probe).