Transcript Misalignment

Vibration of Pump
Pump vibration problem
Misalignment
Misalignment (การเยื ้องศูนย์)
 แกนหมุนของมอเตอร์ไฟฟ้าซึง่ ต่อเข้ากับเพลาของเครือ่ งจักรกลหมุนจะต้องเชือ่ มต่อกัน
เป็ นแนวตรง และได้ระดับต่อกัน เรียกว่า “Alignment”
 หากทัง้ 2 ส่วนเกิดการเยือ้ งศูนย์ หรือทีเ่ รียกว่า Misalignment ซึง่ อาจทาให้
เกิดความเสียหายต่อทัง้ ระบบได้
ประเภทของ Misalignment
 การเยือ้ งศูนย์เชิงมุม
(Angular Misalignment)
 การเยือ้ งศูนย์แนวขนาน
(Parallel Alignment)
• ปลายเพลาเคลื่อนในแนวแกน
(End float)
• การบิดตัวรอบแกนเพลา
(Torsional flex)
สาเหตุการเกิด
 การติดตัง้ ทีไ่ ม่ถูกต้อง หรือการสะสมของความคลาดเคลือ่ นในระหว่างการประกอบช
อ้นส่วนต่างๆเข้าด้วยกัน
 การสึกหรอของตลับลูกปืน
 การขยายตัวหรือหดตัว อันเนื่องมาจากการเปลีย่ นแปลงของอุณหภูม ิ
 การโก่งงอของเพลา
 แรงกระแทก
 ความสันสะเทื
่
อน
ลักษณะการสัน่
ผลกระทบ
 ทาให้อายุการใช้งานส้นั เกินควร
 เกิดการเสียกาลังโดยสูญเปล่า
 เครือ่ งจักรทางานหนักมากเกินไป
 เครือ่ งจักรมักชารุดง่าย
 กินไฟฟ้า
การป้องกัน
การเยือ้ งศูนย์ ยากต่อการสังเกต เพราะหน่วยวัดค่าเยือ้ งศูนย์อยู่ในระดับ10-1
ถึง10-3 มิลลิเมตร ไม่สามารถมองเห็นด้วยตาเปล่า
 ใช้โปรแกรม Preventive maintenance หรือ Condition
based maintenance ซึง่ ได้บรรจุรายการตรวจวัดการเยือ้ งศูนย์ไว้ดว้ ย
ทัง้ นี้ รายละเอียดและระยะห่างของการตรวจวัดแต่ละครัง้ ขึน้ อยูก่ บั ลักษณะของ
การงาน ประเภทเครือ่ งจักร และชัวโมงการท
่
างาน
 การเลือกใช้อุปกรณ์ทเ่ี หมาะสม และการติดตัง้ ทีถ่ กู ต้อง สามารถช่วยยืด
ระยะเวลาในการเกิดการเยือ้ งศูนย์ได้อกี ด้วย
Laser Alignment เครื่ องมือการหาระนาบเพลา
 Jack Lambley เห็นว่าการแก้ไข
Alignment แบบเดิมนัน้ ยุง่ ยากเขาจึง
ทดลอง Laser Alignment ซึง่ เขามองว่า
แม่นยากว่าถึง 10 เท่า
 คานวณหาค่าใช้จา่ ย แล้วพบว่าค่าลงทุนนัน้ คุม้
 ความต้องการโดยปกติ: 27 kW/pump*
8760 hrs/ปี *$0.1/kWh*1,000
pumps*0.01 = $236,520/ ปี
ด้วย1,000 pumps ทีใ่ ช้ Laser ประหยัด
เงิน = $.25ล้าน/ปี
Cavitation
 คือ ปรากฏการณ์ ก ารเกิดโพรง
ไอ เป็ นปรากฏการณ์ ใ นการ
เ ป ลี่ ย น ส ถ า น ะ ข อ ง น้ า จ า ก
ของเหลวเป็ นไอเนื่องมาจากเมื่อ
น้ าไหลผ่านส่วนต่างๆของปมั ้
ปั จจัยการเกิดคาวิเทชัน่
1. อุณหภูมขิ องของไหล
2. ความแตกต่างของแรงดันทางรับกับทางจ่าย
3. ค่า NPSHA > NPSHR
ค่าสมรรถภาพของเครื่ องสูบ
 ค่าทีแ่ สดงถึงการสูญเสียแรงดันทีเ่ กิดขึน้ ภายในเครื่องสูบ
ถ้าแรงดันที่นาเข้าไปมีค่าต่ า เกินกว่าแรงดันการระเหย
เป็ นไอ จะทาให้เกิดโพรงอากาศในของเหลวขึน้ ในเครื่อง
สูบ ทาให้มเี สียงดังซึง่ ก็คอื การเกิดคาวิเทชัน่ และทาให้
เครื่อ งหยุ ด ท างาน ในเครื่อ งสูบ ทุ ก เครื่อ งจะมี ก ารให้
ข้อมูลเกีย่ วกับสมรรถภาพการดูดของเครือ่ งสูบทีต่ อ้ งการ
(NPSHR)
ค่าสมรรถภาพของเครื่ องสูบ
ลักษณะความเสียหาย
ลักษณะความเสียหาย
ลักษณะความเสียหาย
แนวทางการแก้ ไข
1. ค่า NPSHR น้อย
2. หลีกเลีย่ งสิง่ ทีข่ วางทางเดินของของไหลเข้าทางท่อดูด
3. ท่อทางดูดควรมีความยาวกว่า 6 เมตร
4. ตรวจสอบการรัวซึ
่ มทางท่อดูด
5. ตรวจสอบความหนืดของของไหล
Rotating unbalanced mass
เมือ่ มีความไม่สมมาตร (unbalance) ในระบบและมีการหมุนจะทาให้ระบบ
เกิดการสันได้
่ ซึง่ สามารถอธิบายได้จาก
จะเห็นว่าระบบมีการสันที
่ ่ ωd = ωn(1 - Ϛ2) 1/2
ประเภทของ unbalance
Static Unbalance – เกิดจากการที่ Inertia Axis เลื่อนออกไป
จาก Rotating Axis โดยทีย่ งั มีลกั ษณะขนานกันซึง่ อาจเกิดจากการทีจ่ ุด
C.G. เยือ้ งออกไปจากจุดศูนย์กลาง
การตรวจสอบ static unbalance สามารถทาได้โดยการนา shaft
ทีห่ มุนไปวางบน support จะพบว่าด้านทีห่ นักกว่าจะหมุนลงด้านล่าง
การแก้ ไข
ั่
สามารถทาได้โดยการเพิม่ มวลเข้าไปในฝงตรงข้
ามกับทีม่ ี unbalanced mass
โดยจะต้องมีขนาดเท่ากัน หรืออาจใช้วธิ นี าวัสดุบริเวณทีม่ ี unbalanced mass
ออกเพือ่ ให้เกิดความสมมาตร
Dynamic Unbalance – คือการทีร่ ะบบมีระนาบ ทีเ่ กิด unbalance มากกว่า 1
ระนาบ ซึง่ อาจมีขนาดและมุมเท่ากันหรือต่างกันก็ได้ ซึง่ จะทาให้ inertia axis ไม่อยูใ่ นแนว
rotating axis และมีแรงคูค่ วบไม่สมดุล
โดยจะเกิดขึน้ ได้เมือ่ ส่วนทีม่ กี ารหมุน (rotating part) มีความยาวในแนวแกนเมือ่ เทียบกับ
เส้นผ่านศูนย์กลาง
การแก้ไขปญั หา dynamic unbalance สามารถทาได้ดว้ ยการเพิม่ น้ าหนักให้
เกิดแรงคูค่ วบในขนาดเท่ากันและทิศทางตรงกันข้ามหรืออาจใช้วธิ ลี ดวัสดุ ลงเพื่อไม่ให้
เกิดแรงคูค่ วบ
หากต้ อ งการใช้ ง านเครื่ อ งมื อ ที่ ห มุ น ด้ ว ยความเร็ ว รอบต่ า การแก้ ไ ข static
unbalance อย่างเดียวก็สามารถทาให้ใช้งานได้ตามปกติ แต่หากต้องการใช้งาน
ที่ค วามเร็ ว รอบสู ง จะมีค วามจ าเป็ น อย่ า งยิ่ง ในการแก้ ไ ข
dynamic
unbalance ด้วยมิฉะนัน้ จะทาให้เกิดการสันอย่
่ างรุนแรงได้
Balancing Machine
Balancing
machine
เป็ นเครื่องที่ช่วยตรวจสอบสถานที่และขนาดของ
unbalanced mass บนชิน้ ส่วนหมุน เครื่องมือนี้จะหมุนชิน้ ส่วนหมุนบนชุดสปริง
และแบริ่ง unbalance
จะท าให้เ กิด การเคลื่อ นที่ข องชิ้น ส่ ว นหมุ น จากนั น้
Balancing machine จะวัดขนาดและมุมแล้วจึงคานวณตาแหน่ งและขนาดของ
unbalance ออกมา
Vibration Monitoring
Vibration Measurement
หน่ วยที่ใช้ ในการวัดการสั่นสะเทือนจะแบ่ งออกเป็ น 3 แบบ
• การวัดระยะทางของการสั่นสะเทือน (Displacement)
ส่วนมากจะใช้ กบั การเคลื่อนที่ที่มีความเร็วรอบต่า ๆ ที่ไม่เกิน 1200
รอบ/นาทีหรื อ 20Hz
• การวัดความเร็ว (Velocity)
ในการวัดความเร็วเรามักจะวัดแบบ RMS เป็ นการวัดการสัน่ สะเทือน
ที่มีความถี่ระหว่าง 20Hz -1,000Hz
• การวัดอัตราเร่ ง (Acceleration)
ในการวัดการสัน่ สะเทือนที่ความถี่สงู คือตังแต่
้ 10,000 Hz ขึ ้นไป
วิธีการและรายละเอียดในการวัดการสั่นสะเทือนของ
เครื่องจักร
(Vibration measurement Method)
การวัดการสั่นสะเทือนใน 3 แนววัด
1. จุดวัดในแนวแกน (Axial, A)
- ความไม่สมดุล
- การแกว่งของเพลา
2. จุดวัดในแนวรัศมี (Radius) ที่เป็ นแนวนอน
(Horizontal, H)
- การหลุดหลวมของอุปกรณ์จบั ยึดและการยึดฐาน
- การสึกหรอของแบริ่ ง และ บูซรองรับการหมุน
3. จุดวัดในแนวรัศมี (Radius) ที่เป็ นแนวตัง้
(Vertical, V)
- เพลาคดงอของเพลา
- การไม่ได้ ศนู ย์ระหว่างข้ อต่อหรื อคัปปริ ง้
เครื่องวัดการสั่นสะเทือน (Vibration monitoring)
การวัดแบบ Proximity monitoring
• อุปกรณ์ในการวัดเพือ่ ตรวจสอบค่า
สันสะเทื
่
อนรวม(Overall) ตลอดเวลา
• บ่งบอกถึงระดับความปลอดภัยของ
เครือ่ งจักรตามค่ามาตรฐาน ISO 2372
และ มาตรฐาน ISO10816
ค่ามาตรฐานและเกณฑ์ในการพิจารณาค่าการสันสะเทื
่
อน
(Standard and Judgment)
การวัดแบบ Seismic monitoring
อุปกรณ์วดั การสัน่ สะเทือนสามารถตรวจสอบ
ได้ 2 ลักษณะ
1. Overall วัดความสัน่ สะเทือนโดยรวม
ตามการเปลี่ยนแปลงเวลานันๆ
้
2. Spectrum แสดงการวัดระดับการ
สัน่ สะเทือนและความถี่ โดยความถี่ และ ระดับ
ที่เกิดขึ ้นสามารถนามาวิเคราะห์สาเหตุความ
ผิดปกติที่เกิดขึ ้น
การวิเคราะห์ Vibration Spectrum
Unbalance
Bent Shaft
Pump and Motor
Misalignment
(Angular)
การวิเคราะห์ Vibration Spectrum
Pump and Motor
Misalignment
(Parallel)
Blade pass
or
Vane pass
ไม่ เหมาะสม
Cavitation
Flow turbulence
ตัวอย่างการคานวณ
 A pipe carrying steam through a section of a factory vibrates violently when the driving pump hits a
speed of 232 rpm. In an attempt to design an absorber, a trial 1 kg absorber tuned to 232 rpm was
attached. By changing the pump speed, it was found that the pipe-absorber system has a resonance at
198 rpm. Redesign the absorber so that the natural frequencies are less than 160 rpm and more than
320 rpm.
เดิม
𝜔𝑝 = 232 𝑟𝑝𝑚 = 24.295
𝑟𝑎𝑑
𝑠
𝜔
Absorber 1 kg , 𝜔𝑎 = 𝜔𝑝 = 24.295 𝑟𝑎𝑑
→ 𝛽 = 𝑎=1
𝑠
𝜔
𝑝
1 kg 2 dof
𝜔𝑛1 =198 rpm
𝜔𝑛1
𝜔𝑎
แทนใน
𝜔
𝛽2( 𝑛
𝜔𝑎
2
2
2
2
=
1982
=
2322
0.7284
𝜔
)2 -[1+𝛽 2 (1-𝜇)] ( 𝑛
𝜔𝑎
2
2
)+1=0
12 (0.7284)2 -[1+12 (1-𝜇)] (0.7284)+1=0
𝜇 = 0.1 =
𝑚𝑎 1
=
𝑚 𝑚
→ 𝑚=
10 kg
…(1)
 ต้องการ 𝜔𝑛2 ≤160 rpm, 𝜔𝑛2 ≥ 320 rpm
𝜔𝑛 1
คิดที่ 160 rpm
𝜔𝑎
2
2
=
1602
2322
= 0.4756
3202
2322
= 1.9025
𝛽 =1
แทนค่าในสมการ (1) จะได้ 𝜇 = 0.4281 = 𝑚10𝑎
𝜔𝑛 1
คิดที่ 320 rpm
𝜔𝑎
2
2
=
𝛽 =1
แทนค่าในสมการ (1) จะได้ 𝜇 = 0.5782 = 𝑚10𝑎
เราต้องการช่วงการทางาน 𝜔𝑛2 ≤160 rpm, 𝜔𝑛2 ≥ 320 rpm
ดังนั้นเราจึงเลือก 𝑚𝑎 = 5.782 kg
𝜔𝑎 =
24.295 rad/s =
24.295 =
𝑘𝑎
5.782
𝑘𝑎
𝑚𝑎
→ 𝑘𝑎 =3412.9 N/m