Machinery Vibration Diagnostics

Presentasi berjudul: "Machinery Vibration Diagnostics"— Transcript presentasi:

1 Machinery Vibration Diagnostics

2 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.

3 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.

4 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.

5 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.

6 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.

7 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.

8 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 ( Hz)

9 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.

10 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.

11 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.

12 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, ,000 CPM).

13 Mechanical Looseness

14 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.)

15 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.

16 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.

17 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.

18 Rolling Element Bearings
Stage 1 : Indikasi awal dari masalah bearing tampil pada ultrasonic frequencies berkisar antara 20, ,000 Hz (1,200, ,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.

19 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).

20 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.

21 Rolling Element Bearings
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. Formulae to Calculate Specific Bearing defect Types.

22 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.

23 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.

24 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.

25 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.

26 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.

27 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.

28 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.

29 Resonance Typical Spectrum Phase Relationship
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. Phase Relationship

30 Rotor Rub Phase Relationship Typical Spectrum Type 'A'
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

31 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.

32 Oil Whirl Instability Typical Spectrum Shaft Diagram
Oil Whirl instability terjadi pada 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. Shaft Diagram

33 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.

34 Hydraulic & Aerodynamic Forces
Blade Pass & Vane Pass Typical Spectrum 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. Machine Diagram

35 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.

36 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.

37 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.

38 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.

39 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.

40 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).

41 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).