Ekipmanlarda Pratik Titreşim Analizi ve Kestirimci Bakım

Biraz bilmek tehlikelidir. Ya derinliklerden iç ya da bilgeliğin tadını tatmaya kalkma! Çünkü sığ sular beyni zehirler, derin sular insanı temizler.

Pompey the Triumvir

Öneri ve görüşleriniz için [email protected] adresine e-posta atabilirsiniz. Ataman KES, Mak. Yük. Müh.

İçindekiler

Önsöz

vii

1

Kestirimci Bakım ile İlgili Temel Bilgiler 1.2 Bakım Felsefesinin Gelişimi 1.3 Ekipmanın Sınıflandırılması ve Öneriler 1.4 Kestirimci Bakımın Prensipleri 1.5 Kestirimci Bakım Teknikleri 1.6 Titreşim Analizi

2

Titreşim ile İlgili Temel Bilgiler 2.1 Kütle-Yay Sistemi: Kütle, Katılık, Sönümleme 2.2 Sistemin Cevabı 2.3 Titreşimin Tanımı 2.4 Titreşimin Doğası 2.5 Harmonikler 2.6 Titreşimin Sınırları ve Standartları

11 11 12 13 14 18 23

3

Verilerin Toplanması 3.1 Giriş 3.2 Titreşim Sinyallerinin Toplanması – Titreşim Transdüktörleri, Karakteristikler ve Montaj 3.3 Titreşimlerin Elektriksel Sinyale Dönüştürülmesi 3.4 Sonuç

31 31

4

Sinyal İşleme, Uygulamaları ve Gösterimleri 4.1 Hızlı Fourier Dönüşüm ( FFT ) Analizi 4.2 Zaman Dalga Formu Analizi 4.3 Faz Sinyali Analizi 4.4 Özel Sinyal Süreçleri 4.5 Sonuç

59 59 69 73 74 93

5

Titreşim Analizi Kullanılarak Ekipmanda Hata Teşhisinin Yapılması 5.1 Giriş 5.2 Titreşim Analizi ile Sürekli Olarak Gözlenen Ekipmanın Arızalarının Teşhis Edilmesi

6

7

Titreşime Neden Olan Arızaların Giderilmesi 6.1 Giriş 6.2 Dengeleme 6.3 Ayar Yapma 6.4 Dinamik Sönümleyici ile Rezonans Kontrolü Yağ ve Partikül Analizi

1 4 5 7 7 8

31 42 58

95 95 95 143 143 143 155

Titreşiminin

177 183 v

7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 7.6 7.7 7.8 7.9 7.10 8

Ek A Ek B

vi

Giriş Yağ ile İlgili Temel Bilgiler Koşul Bazlı Bakım ve Yağ Analizi Bir Yağ Analiz Programının Oluşturulması Yağ Analizi – Örnekleme Yöntemleri Yağ Analizi – Yağlayıcının Özellikleri Yağ Analizi – Yağlayıcıdaki Kirleticiler Partikül Analiz Teknikleri Farklı Ekipmanlar için Alarm Sınırları Sonuç

Diğer Kestirimci Bakım Teknikleri 8.1 Giriş 8.2 Ultrason 8.3 Kızılötesi Termografi 8.4 Sonuç

183 185 188 191 196 205 213 218 237 238 239 239 239 246 251 253 263

ÖNSÖZ

Bu pratik kitap pistonlu ve döner ekipmanlarda arızaların tespit edilmesi, yerinin belirlenmesi ve teşhis edilmesi hakkında detaylı bilgi sağlamak amacıyla yazılmıştır. İlk önce titreşim sinyallerinin temelleri ve bunun altındaki fiziksel olaylar incelenmiştir. Bunun ardından sinyallerin nasıl elde edildiği ve işlendiği açıklanmış ve ardından titreşim analizi kullanılarak ekipmanlardaki hataların nasıl teşhis edileceği gösterilmiştir. Bu kitapta yağ ve partikül analizi, ultrason ve kızılötesi termografi gibi kestirimci bakım tekniklerine de kısmen yer verilmiş, titreşim analizinde kullanılan günümüzdeki yeni teknikler en son yaklaşımlar ve ekipmanlar ile anlatılmıştır. Bu kitapta yazar okuyucunun: • • • • • • • • • • • •

Titreşim ölçümünün nasıl yapıldığına dair temel bilgiler Sinyal analizinin temelleri Titreşim sinyallerinin ölçüm prosedürleri ve karakteristikleri Titreşim sinyalleri için veri yakalama ekipmanlarının kullanımı Titreşim analizinin farklı ekipman arızalarına nasıl uygulandığı Pompalar, kompresörler, motorlar, türbinler ve elektrik motorları için hangi tekniklerin kullanıldığı Titreşim bazlı hata tespitinin nasıl yapıldığı ve teşhis tekniklerinin nasıl uygulandığı Titreşim analizi teknikleri ile ekipmanla ilgili basit problemlerin nasıl çözümlendiği Titreşim analizi için ileri sinyal tekniklerinin ve araçlarının nasıl kullanıldığı Titreşim analizi teknikleri kullanılarak döner ve pistonlu ekipmanlarda arızaların tespit, konumlandırılması ve teşhisinin nasıl yapıldığı Rezonans koşullarının nasıl tanımlandığı ve bununla ilgili problemlerin nasıl düzeltildiği Yağ analizi, termografi, ultrason gibi kestirimci bakım tekniklerinin nasıl uygulandığı ve performansın nasıl değerlendirildiği

hakkında bilgi sahibi olmasını beklemektedir. Kitap her ne kadar yalın bir dil ile yazılmışsa da bu kitabı; • • • • • • • • •

Enstrüman ve Kontrol Mühendisleri Bakım Mühendisleri Kontrol Teknisyenleri Elektrik Mühendisleri Elektrik Teknisyenleri Bakım Teknisyenleri İşletme Mühendisleri Uzman Mühendisler Otomasyon Mühendisleri

daha kullanışlı bulabilir.

vii

viii

Kestirimci Bakım ile İlgili Temel Bilgiler

1

Kestirimci Bakım ile İlgili Temel Bilgiler 1.1 Bakım Felsefesi Farklı işletmelerde kullanılan bakım felsefelerine şöyle bir baktığımızda işletmelerin çalışma prensiplerinin birbirinden çok farklı olmasına rağmen biraz benzerlik göstermektedir. Bu bakım felsefeleri genellikle dört farklı kategoriye ayrılabilir: • • • •

Arızalanma veya arızi bakım için çalışma Önleyici veya zaman bazlı bakım Kestirimci veya koşul bazlı bakım Proaktif veya önleyici bakım

Bu kategorilere kısaca Şekil 1.1 ‘de yer verilmiştir. 1.1.1 Arızalanma veya Arızi Bakım Arızi Duruş bakımının arkasındaki temel felsefe ekipmanın arızalanana kadar çalışmasına izin vermek ve sadece ekipman tamamen duracak hale geldiğinde veya gelmeden hemen önce hasarlanan parçaların onarılması veya değiştirilmesidir. Bu yaklaşım eğer ekipmanın durması üretimi etkilemiyor, işçi ve malzeme maliyetleri bir sorun oluşturmuyorsa bir işe yaramaktadır. Bu dezavantaj, bakım biriminin daima plansız bir şekilde kriz modunda çalışmasına neden olur. Üretimde beklenmedik duraksamalar meydana geldiğinde anında bakımın yapılabilmesi için çok fazla yedek parçaya ihtiyaç duyulmaktadır. Şüphesiz bu, bir üretim fabrikasına bakım yapmanın en verimsiz yoludur. Maliyeti düşürmek için daha ucuz yedek parçaların satın alınması ve sıradan işçilerin kullanılması sorunu daha da kötü hale getirir. Genel olarak bu gibi durumlarda daha fazla çalışma gerekeceğinden, her gün bitmemiş iş listesi ile karşılaşmaktan ve gece boyunca yeni acil işler çıkacağından dolayı personelin morali düşüktür. Modern çağda birçok teknik ilerleme kaydedilmesine rağmen halen bu bakım felsefeleri ile çalışan işletmelerin sayısı çok azdır. 1.1.2 Önleyici veya Zaman Bazlı Bakım Kestirimci bakımın ardındaki felsefe daha önceden belirlenen zaman aralıklarında takvime ve ekipmanların çalışma saatlerine dayanarak bakım faaliyetlerinin programlanmasıdır. Burada hasarlı ekipmanının onarılması veya değiştirilmesi problem açık olarak kendini ortaya

1

Kestirimci Bakım ile İlgili Temel Bilgiler koymadan önce yapılmaktadır. Bu felsefe ekipman sürekli olarak çalışmıyorsa ve personel yeteri kadar kalifiye değil ise ve önleyici bakımın yapılması için yeterli zaman yok ise faydalıdır.

Şekil 1.1 Bakım felsefeleri

Bu felsefenin en kötü dezavantajı planlanan bakım faaliyetlerinin ya çok erken ya da çok geç yapılabilmesidir. Ekipman belirli bir çalışma saatinden sonra bakıma alınabilir. Burada herhangi bir işlevsel arızanın kanıtı olmadığında bileşenler halen çalışma ömürleri kalmasına rağmen yenisi ile değiştirilmektedir. Bu yüzden gereksiz bakım yapılmasından dolayı üretimde düşüş olasılığı ortaya çıkar. Birçok durumda yanlış onarım yöntemlerinden dolayı performansın azalması söz konusudur. Bazı durumlarda mükemmel derecede iyi olan ekipmanlar sökülür, bunların iyi sorunsuz parçaları çıkarılır ve atılır, yeni parçalar sonrasında soruna neden olacak şekilde yanlış olarak monte edilir. 1.1.3 Kestirimci veya Koşul Bazlı Bakım Bu felsefe sadece işlevsel programlanmasından ibarettir.

bir

arıza

tespit

edildiğinde

bakım

faaliyetlerinin

Mekanik veya çalışma koşulları periyodik olarak izlenmeli ve sağlıksız eğilimler tespit edildiğinde ekipmandaki sorunlu parçalar tanımlanmalı ve bakım için program dâhiline alınmalıdır. Ardından ekipman en uygun zamanda durdurulmalı ve hasarlı parçalar yenileri ile

2

Kestirimci Bakım ile İlgili Temel Bilgiler değiştirilmelidir. Eğer bu durum ihmal edilirse bu arızalar maliyeti yüksek olan ikincil hasarlara neden olunacaktır. Bu yaklaşımın avantajlarından birisi de bakım faaliyetlerinin düzenli olarak programlanabilmesidir. Bu yaklaşım gerekli onarım işleri için parçaların satın alınmasında biraz daha biraz daha tedarik süresi kazandırmaktadır. Bu sayede stokta daha az yedek parça tutulmasını sağlamaktadır. Bakım işi sadece gerekli olduğunda yapıldığı için ayrıca üretim kapasitesinde artış sağlanmaktadır. Arızalı ekipmanların yanlış olarak değerlendirilmesinden dolayı bakım işlerinin artması ise bu yöntemin olası bir dezavantajıdır. Titreşimdeki, sıcaklık veya yağlamadaki sağlıksız yönelimlerinin bulunması için bu parametrelerin özel cihazlar ve bu iş için yetiştirilmiş personel kullanılmalıdır veya buna alternatif olarak ekipmanların izlenmesi işi bu konuda tecrübeli bir müteahhit firmaya verilmelidir. Eğer bir organizasyon arızi veya önleyici bakım felsefesi ile çalışmış ise üretim ve bakım grubunun her ikisi de bu yeni felsefeye uymak zorundadır. Yönetimin bakım grubunu yeterli derecede eğitilmiş personel ve gerekli ekipman ile desteklemesi çok önemlidir. Personel verilen yeterli bir zaman aralığında gerekli olan veriyi toparlayabilmeli ve problemleri bulduğunda ekipmanı durdurmasına izin verilmelidir. 1.1.4 Proaktif veya Önleyici Bakım Bu felsefe tüm arızaların kendi kökeninin nedeninde yakalanmasına dayanmaktadır. Her bir arıza analiz edilmiştir ve proaktif ölçümler alınarak bu arızaların tekrarlanmayacağından emin olunmuştur. Yukarıda incelenen kestirimci/önleyici bakım tekniklerinin tümü köken nedenli arıza analizi ( RCFA ) nden yararlanmaktadır. RCFA tespit eder ve arızaya neden olan problemlerin tam yerini tespit eder. Bunun için uygun bir kurulum ve bakım teknikleri benimsenmesini ve uygulanmasını sağlar. Bunun yanında bu tip problemlerin tekrarlanmasını önlemek için ekipmanın yeniden tasarlanmasını veya modifikasyonunu gündeme getirir. Kestirimci bakımda olduğu gibi ekipmanların düzenli bir program ile bakımlarının yapılması mümkündür. Fakat tekrar tekrar meydana gelen potansiyel problemlerin azaltılması veya ortadan kaldırılması için yapılması gerekli olan iyileştirmeler ek güç harcanarak yapılabilmektedir. Tekrar, bakım faaliyetlerinin düzenli olarak programlanması gerekli onarımlar için parçaların satın alınmasından biraz daha zaman kazandırmaktadır. Bu sayede stokta daha az yedek parça tutulması sağlanmaktadır. Çünkü bakım işleri sadece gerekli olduğunda yapılmaktadır. Arızanın nedeninin araştırılmasında ve ekipmanının güvenirliliğinin arttırılması için yapılacakların belirlenmesinde ek güç sarf edilir. Bu konuların hepsi de üretim kapasitesinde önemli miktarda artış sağlar. Buradaki dezavantaj önleyici, kestirimci ve önleyici/proaktif bakım uygulamalarında son derece bilgili çalışanlara gerek duyulmasıdır. Bunun yanında RCFA fazında bakım personeliyle yakın olarak çalışabilecek bilgili müteahhit firmalara dış kaynak yapma olasılığı da bulunmaktadır. Ayrıca proaktif bakım gelişmiş ekipmanların satın alınmasını ve bu işlerin yapılması için konu hakkında eğitilmiş personel gerekmektedir.

3

Kestirimci Bakım ile İlgili Temel Bilgiler 1.2 Bakım Felsefelerinin Gelişimi Endüstride ekipman bakımı arızi bakımdan zaman bazlı önleyici bakıma kadar gelişim göstermiştir. Şu anda ise kestirimci ve proaktif bakım felsefeleri gündeme gelmiştir. Arızi bakım üretim teknolojinsin erken safhalarında uygulanmış ve doğası gereği reaktiftir. Bu taktirde belirli bir çalışma saatinden sonra ekipmanın bakımının yapılması için herhangi bir arıza belirtisi olmasa bile ekipman devreden çıkarılmaktaydı. Bu sistemin eksikliği ekipman bileşenlerinin daha çalışma ömürlerinin olmasına rağmen değiştirilmeleridir. Maalesef bu yaklaşım bakım maliyetlerini düşürmeye yardımcı olmamaktadır. Önleyici bakım kullanıldığında ortaya çıkan yüksek bakım maliyetlerinden dolayı ekipmanın ihtiyaç duyulan koşulu baz alınarak ekipmanın bakımı ve incelenmesi için program yapılabilen bir yaklaşım tercih edilmiştir. Bu sayede kestirimci bakımın ve temelindeki tekniklerin gelişmesine izin vermiştir. Kestirimci bakım, arızaların tespit ve teşhis edilmesi için ekipmanının sürekli olarak izlenmesini gerektirmektedir. Bir arıza algılandığında bakım işleri planlanır ve yerine getirilir. Günümüzde endüstride kestirimci bakım ilerleme kaydetmiştir. Oysa ki, 1980‘lerin başlarında, koşul bazlı bakım programlarını onaylatmak için teyit dokümanı kullanılmaktaydı. Günümüzde kestirimci bakımın avantajları endüstri tarafından kabul görmüştür. Çünkü ekipmandaki mekaniksel ve yapısal problemler ile ilgili arızaların erkenden yakalanabilmektedir. Bu yöntem şu anda bakım maliyetlerini, çalışma ve onarım sürelerini ve stok sayılarını aşağıya çekmede belirgin bir etkisi olan bir tespit ve teşhis aygıtı olarak görülmektedir. İşletmenin sürekli olarak çalıştığı yağ ve gaz, güç üretimi, çelik, kağıt, çimento, petro kimya, tekstil, alüminyum komplekslerinde ufak bir duruşun bile meydana gelmesi işletmeye mali açıdan büyük zarar vermektedir. Bu gibi durumlarda kestirimci bakımın yukarıdaki alanlara uyarlanması gerekmektedir. Yıllar geçtikçe kestirimci bakım üretim hacminin, ürün kalitesinin, karın ve tüm işletmelerin genel veriminin arttırılmasına yardımcı olmuştur. Genel olarak üreticilerin spesifik ekipman problemlerinden daha fazla sakınmak için ve sonrasında arızaların köken nedenlerinin tanımlamaya çalışılması için bu felsefeyi seçtikleri görülmüştür. Bu eğilim proaktif bakım olarak adlandırılan bakım türünün gelişmesine izin verilmiştir. Bu durumda bakım birimleri hassas dengeleme, daha doğru kaplin ayarı, boru salınımlarının kontrolü, yağ kontrolü/değişimi programlarına sıkı sıkıya bağlı kalmak gibi işler için ek zamana ihtiyaç duymaktadır. Bu sayede ise gelecekte ekipmanda meydana gelebilecek olan arızaların kökeni ortadan kaldırılır. Bakım felsefesindeki bu gelişme ekipman ömrünün uzamasına, güvenlik seviyesinin, ürün kalitesinin artmasına, ömür çevrim maliyetlerinin azalmasına, acil duruş ve ani kararların

4

Kestirimci Bakım ile İlgili Temel Bilgiler azalmasını sağlayarak büyük ve öngörülemeyen mekaniksel arızaların önüne geçilmesini sağlamıştır. Özet olarak, şu faydalar elde edilmiştir: • • • •

• •

• •

Ekipmanın üretkenliğinin artması: Kestirimci bakımın uygulanması ile beklenmeyen ekipman arızalarından kaynaklanan işletmenin duruş süresinin ortadan kaldırılmasının teorik olarak mümkün olmaktadır. İki bakım çalışması arasındaki sürenin uzatılması: Bu bakım felsefesi ihtiyaç duyulduğunda programlanmış bakım çalışmalarına izin veren bilgileri sağlamaktadır. Açma, inceleme ve onarım sayılarının en aza indirilmesi, gerekli ise bakım yapılması: Kestirimci bakım arızaların yerini tam olarak tespit eder ve bu sayede tüm olası arızaları araştırma yerine bakım işlerine daha fazla odaklanılır. Bakım süresinin iyileştirilmesi: Spesifik ekipman problemleri ileri seviyede bilindiğinden dolayı bakım işleri programlanabilir. Bu sayede bakım işleri daha hızlı ve daha kolay yapılabilir. Ekipmanlar arıza meydana gelmeden önce durdurulduğundan teorik olarak ikincil bir hasar meydana gelmediğinden onarım süresi düşmektedir. Ekipman ömrünün arttırılması: Bakımı iyi yapılmış bir ekipmanın genellikle daha uzun ömürlü olmaktadır. Uygun olarak planlanmış bakım için kaynaklar: Ekipman arızalarının tahmin edilmesi arızanın tespit edilme zamanını düşürmektedir. Bu yüzden ayrıca arıza raporu oluşturma süresi, işe personel ayrılması, doğru dokümanların bulunması, gerekli yedek parçaların ve araçların ve onarım için gerekli diğer kalemlerin hemen elde edilmesini sağlar. Ürünün kalitesinin iyileştirilmesi: Genellikle iyileştirilmiş bir bakım faaliyetinin genel verimi ürünün kalitesini iyileştirmektedir. Mesela kâğıt ekipmanlarındaki titreşimin kağıdın kalitesi üzerine doğrudan etkisi bulunmaktadır. Bakım maliyetlerinde azalma: Yapılan çalışmalar uygun bir bakım planının gerçekleştirilmesi ile bakım maliyetleri üzerinde doğrudan %20 ~ 25 tasarruf sağlanmasının yanında üretimin iki katına çıktığını göstermektedir.

1.3 Ekipmanın Sınıflandırılması ve Öneriler 1.3.1 Bakım Stratejisi Yukarıda bahsedilen bakım felsefelerinin kendilerine has avantajları ve dezavantajları bulunmaktadır ve ekipmanın kritiklik analizi yapıldıktan sonra uygulanmaktadır. Genellikle kritiklik analiziyle ekipman aşağıdaki kategorilerden birisinde yer alır: • • •

Kritik Zorunlu Genel amaç

Bir ekipmanın kritik olması için aşağıdaki maddeleri yerine getirmesi gerekmektedir: • • •

Arızalı olması işletmenin güvenliğini etkiliyor mu ? İşletmenin çalışması için zorunlu mu ve duruşu işletmenin üretkenliğini azaltıyor mu ? Yedek parçasının temin edilme süresi uzun mu ve büyük güce sahip mi ?

5

Kestirimci Bakım ile İlgili Temel Bilgiler • • •

Yatırım maliyetleri ve bakım maliyetleri ( yüksek devirli turbo makinalar gibi ) veya bakım süreleri uzun mu? Prosedürlere ve talimatlara uyulmaksızın yapılan bir çalışmada en ufak bir etkide işletme şartları kötüleşiyor mu veya ekipman arızalanıyor mu? Son olarak ekipmanının güç aktarma organları enerji tasarrufuna sahip mi veya üretkenliği arttırıyor mu?

Tüm olasılıklarda proaktif ve kestirimci bakım felsefesi kritik ekipmana uyarlanmıştır. Titreşimi izleyen enstrümanlar bu ekipmanlar için sürekli ve tam zamanlı izleme kapasitesine sahiptir. Bazı sistemler aynı anda izleme kanallarına sahiptir. Bu sayede ekipmanın tümünün hızlı olarak değerlendirilmesi mümkün olmaktadır. Zorunlu ekipmanlar genellikle aşağıdaki maddeleri yerine getirmektedir: • • • • • • • •

Arıza işletmenin güvenliğini etkileyebilir İşletmenin çalışması için ekipmanlar zorunludur ve herhangi bir nedenle durduklarında prosesin bir kısmı veya tümü kesintiye uğrar Kurulu yedek parçası olabilir veya olmayabilir Devreye alma mümkündür, fakat üretim prosesini etkileyebilir Yüksek devre veya yüksek güce sahiptir. Fakat sürekli olarak çalışmayabilirler, Pistonlu kompresörler gibi bazı ekipmanlar zaman bazlı bakıma gereksinim duyabilir Bu ekipmanlar onarım için orta seviyede masrafa, uzmanlığa ve zamana gereksinim duyarlar. Geçmişten bugüne planlı bakım programlarında yer alan ekipmanlar, sürekli kötü çalışma şartlarında bozulan ekipmanlardır. Mesela korozif ortamda çalışan santrifüj fanlar örnek olarak verilebilir.

Birçok durumda bu tip ekipmanlar için önleyici bakım felsefesi ve yeri geldiğinde daha az karmaşık olan kestirimci bakım programı uyarlanmıştır. Bu zorunlu ekipmanlar, kritik ekipmanlardakine benzer şekilde izleme enstrümanlarına gereksinim duymazlar. Zorunlu ekipmanların üzerindeki titreşim izleme sistemleri tarayıcı tipte olabilir. Bunlarda sistem bir sensörden diğerine çıkış seviyelerini birer birer göstererek açar. Genel amaçlı ekipman aşağıdaki maddelere göre belirlenir: • • • • •

Arızalanması halinde işletmenin güvenliği etkilenmez İşletmenin üretkenliği üzerinde bir önemli bir etkisi yoktur Ekipmanın stokta yedeği bulunur veya dışarıdan hemen temin edilebilir Bu ekipmanlar onarım için düşük ve orta masrafa, uzmanlığa ve zaman ihtiyaç duymaktadır İkincil hasarı yoktur veya çok azdır.

Genellikle genel amaçlı ekipman üzerinde arızi bakım felsefesi kullanılabilir. Ancak modern işletmelerde genel amaçlı ekipmanlar için bile şansa yer yoktur. Bu ekipmanlar bir sürekli izleme sistemine veya üzerlerinde sürekli olarak bulunan bir enstrümana sahip değildirler ve taşınabilir enstrümanlarla izlenirler.

6

Kestirimci Bakım ile İlgili Temel Bilgiler 1.4 Kestirimci Bakımın Prensipleri Kestirimci bakım temel olarak koşul tarafından tetiklenen bir önleyici bakımdır. Endüstriyel veya işletmedeki ortalama ömür istatistikleri bu durumda bakım faaliyetlerinin programlanması için kullanılmaz. Kestirimci bakım mekanik durumu, ekipmanın verimini ve diğer parametreleri izler ve yaklaşık olarak işlevsel arıza zamanını tahmin etmeye çalışır. Kapsamlı bir kestirimci bakım programı en etkili maliyet düşürme araçlarının kombinasyonundan yararlanarak ekipmanın ve işletmenin etkin çalışma koşullarının elde edilmesinden faydalanır. Toplanan bu veriler temel alınarak bakım programı seçilir. Kestirimci bakım titreşim analizi, yağ ve aşınmış parça analizi, ultrason, termografi, performansın ölçülmesi ve ekipmanın koşullarını değerlendiren diğer teknikleri kullanmaktadır. Kestirimci bakım teknikleri etkin olarak medikal teşhis tekniklerine çok benzerlik göstermektedir. İnsan vücudunda bir problem ile karşılaşıldığında bu bir semptom gösterir. Sorunlu sistem açık verir. Bu tespit etme kademesidir. Bundan başka eğer gerekli ise patalojik testler yapılarak problem teşhis edilir. Bu durum temel alınarak gerekli müdahale yapılır ( bkz. Şekil 1.2 ).

Şekil 1.2 Kestirimci bakım

1.5 Kestirimci Bakım Teknikleri Kullanılan birkaç tane kestirimci bakım tekniği bulunmaktadır. Bunlar: a) Titreşimin izlenmesi: Bu şüphesiz dönen bir ekipmandaki mekaniksel arızaların tespit edilmesi için en etkili tekniktir. b) Akustik emisyon: Yapılardaki ve boru hatlarındaki kırılmaların tespit edilmesi, konumunun belirlenmesi ve sürekli olarak izlenmesi için kullanılır. c) Yağ analizi: Burada, yağlama yağı analiz edilir ve rulmanlar ve dişlilerin koşulu ile ilgili olarak belirli mikroskobik partiküllerin varlığı araştırılır. d) Partikül analizi: Aşınan ekipman bileşenleri dönen ekipmanlarda, dişli kutularında veya hidrolik sistemlerde olup olmadığına bakılmaksızın parça bırakır. Bu parçaların toplanması ve analiz edilmesi bu bileşenlerin hasarı hakkında çok önemli bilgiler verir.

7

Kestirimci Bakım ile İlgili Temel Bilgiler e) Korozyonun izlenmesi: Boru hatları, açık deniz uygulamaları ve proses ekipmanlarında yapılan ultrasonik kalınlık ölçümleri korozyon aşınmasının belirlenmesi için kullanılır. f) Isı grafiği: Faal elektriksel ve mekaniksel ekipmanın analiz edilmesi için ısı grafiği kullanılır. Bu yöntem jeneratörler, aşırı ısınan hatların, boylerlerin, ayarsız kaplinlerin ve diğer birçok arızanın tespit edilmesi için kullanılabilir. Bu yöntem ayrıca uçaklardaki karbon iplikçiği yapılarındaki hücre hasarlarının tespit edilmesi için de kullanılabilir. g) Performansın izlenmesi: Ekipmanın çalışması ile ilgili sorunların tespit edilmesi için kullanılan çok etkili bir tekniktir. Ekipmanların verimi onların iç koşulları hakkında iyi bir fikir sahibi olunmasını sağlar. Tüm bu yöntemlere rağmen kestirimci bakım programlarının bir şirket için elle tutulur bir fayda sağlayamadığı durumlarda bulunmaktadır. Kestirimci bakımın işe yaramamasına yol açan birincil nedenler yönetim desteğinin yetersiz kalması, kötü planlama ve yetenekli ve eğitilmiş insan gücünün olmayışıdır. Kestirimci bakım programının uygulanması ile ekipmanın izlenmesi için uyarlanacak spesifik tekniklere karar verilmesi çok önemlidir. Ayrıca endüstri koluna, ekipmanın tipine bağlı olarak değişik yöntemler bulunmaktadır ve bunun yanında fazla sayıda eğitilmiş insan gücü gerekmektedir. Ayrıca kestirimci bakım teknikleri ekipmanın arızasının tespit ve teşhis edilmesi için ileri tekniğe sahip ekipmanların kullanılmasını da gerektirmektedir. Bu ekipmanlar genel olarak çok pahalıdır ve verdikleri bilgilerin analiz edilmesi için çok iyi tekniğe sahip çalışanlara ihtiyaç duyulmaktadır. İster akıllı enstrümantasyon isterse yetenekli insan gücü olsun genellikle kestirimci bakım felsefesinin işletmeye uyarlanması ile maliyetlerine dair soru işaretleri ortaya çıkmaktadır. Ancak yönetimin desteği ile insan gücüne ve ekipmana yeterli seviyede yatırım yapıldığında kestirimci bakım kısa bir süre içerisinde çok iyi sonuçlar vermektedir. 1.6 Titreşim Analizi – Kestirimci Bakım Tekniği için Bir Çözüm Yöntemi 1.6.1 Titreşim Analizi ( Tespit etme modu ) Titreşim analizi ekipmanın çalışma ve mekaniksel koşulunun belirlenmesi için kullanılır. Bunun en büyük avantajlarından birisi titreşim analiziyle problemler gelişirken çok ciddi bir hale gelmeden ve programsız bir duruşa neden olmadan önce tanımlanabilmesidir. Bu iş ekipmanın ya sürekli olarak ya da belirlenmiş zaman aralıkları ile titreşiminin düzenli olarak izlenmesiyle yapılabilir. Titreşimin düzenli olarak izlenmesiyle arızalar veya arızalı yataklar, mekaniksel boşluklar ve aşınmış veya kırılmış dişliler tespit edilebilir. Ayrıca titreşim analiziyle kaplin ayarsızlıkları ve dengesizlikler yatakta ve milde bir hasara neden olmadan önce tespit edilebilir. Titreşim seviyelerindeki eğilim rulmanın yanlış olarak monte edilmesi ve değiştirilmesi, mil ayarının hassas yapılmaması veya rotor balansının doğru yapılamaması gibi kötü bakım tekniklerini tanımlayabilir.

8

Kestirimci Bakım ile İlgili Temel Bilgiler Dönen tüm ekipmanlar dönen parçaların ayarlanması ve dengelenmesi gibi ekipman dinamiğinin bir fonksiyonu olan titreşimler meydana getirirler. Belirli frekanslarda titreşim genliğinin ölçülmesi milin ayarı ve balansın doğruluğu, rulmanların veya dişlilerin durumu ve yataklar, borulama ve diğer yapılardan kaynaklanan rezonanstan dolayı ekipman üzerindeki etkisi hakkında değerli bilgiler verebilir. Titreşim ölçümü, ekipmanın koşunun devreye alma, devreden çıkarma ve normal çalışma süresince izlenmesi için kullanılabilecek etkili ve kullanışlı bir yöntemdir. Titreşim analizi daha çok buhar ve gaz türbinleri, pompalar, motorlar, kompresörler, kağıt makinaları, hadde makinaları, takım tezgahları ve dişli kutuları gibi dönen ekipmanlar için yapılmaktadır. Son yıllarda teknolojideki gelişmeler ile büyük dizel motorlar ve pistonlu kompresörler gibi pistonlu ekipmanlarda sınırlı olarak titreşim analizi yapılabilmektedir. Ayrıca bu ekpimanlar çalışmalarının tamamen izlenmesi için diğer tekniklere de ihtiyaç duymaktadır. Titreşim analizi yapabilen bir sistem genellikle; 1. 2. 3. 4.

Sinyali alıcı birim ( transdüktör ) Sinyali analiz eden birim Analiz yazılımı Veri analizleri ve depolama için bir bilgisayar

olmak üzere dört bileşenden oluşmaktadır. Bu temel parçalar sürekli açık bir sistemin oluşturulması, taşınabilir ekipman kullanılarak sistemin periyodik olarak analizi veya bir önceden tayin edilmiş zaman aralıklarında bir dizi transdüktörün örnekleme yaptığı çoklu bir sistem olarak düzenlenebilir. Kablo ile bağlanan ve çoklu sistemler her ölçüm pozisyonu için çok pahalıdır. Hangi düzenlemenin daha pratik ve uygun olduğu ekipmanın kritik doğasına ve özel uygulamalar için sürekli veya yarı sürekli ölçüm verilerine de bağlıdır. 1.6.2 Titreşim Analizi ( Teşhis modu ) Operatörler ve teknisyenler genellikle günlük olarak çalıştıkları yerlerde alışılmadık gürültüler ve titreşimler tespit ederler. Gerçekten ciddi bir problem olup olmadığının anlaşılması için titreşim analizi istemektedirler. Eğer problem anlaşılmışsa problemin doğru olarak tanımlanması ve ekipmanın ciddi bir arıza göstermeden önce daha ne kadar çalışabileceğinin tahmin edilmesi için ek spektral analiz yapılabilir. Analiz (teşhis) modunda alınan titreşim ölçümleri daha az kritik olan ekipmanlarda daha az maliyetle yapılabilir. Bu durum özellikle bütçe ve insan gücü sınırlı ise artı puan oluşturmaktadır. Bunun verimliliği daha çok birisinin alışılmadık gürültüleri ve titreşim seviyelerini tespit etmesine dayanmaktadır. Bu yaklaşım maalesef büyük ve karmaşık ve işletmede gürültü seviyesinin yüksek olduğu yerlerde bulunan ekipmanlar için geçerli değildir. Bunun dışında problem belirli bir zaman sonra fark edildiğinde ise büyük miktarda arıza veya hasar meydana gelebilir. Titreşim analizi için bir diğer uygulama ise ekipmanın onarımının doğru olarak yapılıp yapılmadığının anlaşılması için yapılan kabul testidir. Bu analiz ekipman üzerinde doğru 9

Kestirimci Bakım ile İlgili Temel Bilgiler rulman ve dişlinin kullanılıp kullanılmadığını veya kaplin ayarı veya balansın gerekli toleranslar dâhilinde yapılıp yapılmadığının belirlenmesi için kullanılabilir. Ekipmanın haftada veya ayda bir gibi periyodik olarak ekipmanın izlenmesiyle ek bilgiler elde edilebilir. Periyodik analiz ve titreşim seviyelerinin eğilimi rulman veya dişli arızasının daha kolay belirlenmesini ve personelin yakın gelecekte ekipmanın koşulunun ne olacağı hakkında bilgi edinmesine izin verir. Bunun içeriğinde ekipman onarımlarının programsız duruşa neden olacak şekilde bir arızaya meydan vermeden, ekipmanın normal duruşları süresince planlı olarak başlanması bulunmaktadır. 1.6.3 Titreşim Analizinin Faydaları Titreşim analizi doğru yapılmayan bakımı veya onarım işlerini tanımlayabilir. Bunların içerisinde rulmanın yanlış olarak monte edilmesi ve değiştirilmesi, mil ayarının hassas yapılmaması veya rotor balansının yanlış olmasını da bulunmaktadır. Dönen ekipman problemlerinin yaklaşık olarak %80 ‘i kaplin ayarsızlığı ve balanssızlık ile ilgilidir. Bu sorunların ve tekrar eden ekipman problemlerinin azaltılması veya ortadan kaldırılması için titreşim analizi önemli bir araç olmaktadır. Eğilim gösteren titreşim seviyeleri ekipmanın tasarım özelliklerinin ötesinde ( daha yüksek sıcaklık, devir ve yükte çalıştırılması ) kullanılması gibi işletme hatalarının da ortaya çıkmasını sağlayabilir. Bu eğilimler farklı üreticilere ait benzer ekipmanların tasarımlarının karşılaştırılması veya arızaların performanslarını nasıl etkilediğinin belirlenmesi için de kullanılabilir. Son olarak titreşim analizi ekipman güvenirliliğinin büyük oranda arttırılması için tüm programın bir parçası olarak kullanılabilir. Bu analiz işletmedeki ekipmanın daha hassas kaplin ayarı ve balans, montaj ve onarımların daha kaliteli yapılması ve ortalama titreşim seviyelerinin sürekli olarak aşağıya çekilmesini sağlayabilir.

10

Titreşim ile İlgili Temel Bilgiler

2

Titreşim ile İlgili Temel Bilgiler 2.1 Kütle-Yay Sistemi: Kütle, Katılık, Sönümleme Bir ayrık kütle yay sisteminin harici bir kuvvete karşı nasıl cevap verdiğinin anlaşılmasıyla titreşimin ölçülmesi ve analizinin yapılmasıyla ilgili birçok problem tanımlanabilir ve çözülebilir. Şekil 2.1 ‘de bir kütle-yay sistemi görülmektedir. Burada bir M kütlesi, k rijitliğine sahip bir yaya bağlanmış haldedir. M kütlesinin ön tarafına ise ufak bir orifise sahip bir piston konulmuştur. Piston ise içerisi yağ ile dolu bir gövdenin içerisinde bulunmaktadır. Orifisli piston yağ ile dolu olan gövdenin içerisinde kayarken bir amortisör mekanizması olarak ele alınabilir ve otomobillerdeki amortisörlere benzer prensipte çalışır.

Şekil 2.1 Kütle-yay sistemi

F dış kuvveti M kütlesini ileri doğru hareket ettirdiğinde iki şey meydana gelir: 1. Yay gerilir 2. Pistonun ön tarafındaki yağ orifisten geriye doğru akar Burada F kuvvetinin üç şeyin üstesinden geldiğini görmekteyiz: 1. M kütlesinin ataleti 2. Yayın k rijitliğini 3. Yağın pistonun önünden arkasına doğru akmasıyla oluşan direnç veya diğer bir değişle damperleme mekanizmasının C sönümlemesi Tüm mekanizmalar kütle-yay sistemi gibi titreşime neden olan kuvvetlere karşı nasıl tepki vereceğini belirleyen üç tane temel özelliğe sahiptir. Bu üç temel özellik; •

Kütle ( M )

11

Titreşim ile İlgili Temel Bilgiler • •

Rijitlik ( k ) Sönüm ( C )

Bu özellikler bir makinenin veya yapının titreşime karşı nasıl direnç göstereceğiyle ilgili doğal karakteristiğidir. • • •

Kütle: Kütle, bir gövdenin hareketsiz veya hareketli konumundaki ataletini temsil etmektedir. Bir kuvvet kütlenin gösterdiği dirence karşılık cismin hareketli veya hareketsiz durumunu değiştirmeye çalışır ve büyüklüğü kg ile ifade edilir. Rijitlik: Bir yapının eğilmesi veya şeklinin değiştirilmesi için bir miktar kuvvet gerekmektedir. Bu şekil değişikliğinin meydana getirilmesi için gerekli olan kuvvetin ölçütü rijitlik olarak adlandırılmaktadır ve büyüklüğü N/m ile ifade edilmektedir. Sönüm: Kuvvet hareketin bir kısmını veya yapısını oluşturduğunda yapı hareketi yavaşlatacak şekilde ( hız ) doğal bir mekanizmaya sahiptir. Hareketin hızını düşüren bu karakteristiğe sönüm denilmektedir ve N/(m/sn) ile ifade edilmektedir.

Yukarıda bahsedildiği gibi kütle, rijitlik ve sönümden kaynaklanan kuvvetlerin bileşke etkisi verilen dış kuvvete bir sistemin nasıl cevap vereceğini belirleyecektir. Basitçe ifade edilirse, makinedeki bir arıza titreşimli bir hareket meydana getirecektir. Arızaların tetiklemesi sonucunda kütle, rijitlik ve sönüm titreşime direnç oluşturacaktır. Eğer arızalardan kaynaklanan titreşimler üç tane sınırlayıcı karakteristiğin net toplamından daha büyük ise bileşke titreşimlerin büyüklüğü daha da artabilir ve arıza algılanabilir. 2.2 Sistemin Cevabı Kütlesi M olan ve iki yatağın arasında mesnetlenmiş olan bir rotoru ele alalım ( Şekil 2.2 ). Rotorun kütlesi M in mesnet yataklarının arasında konsantre olduğunu kabul edelim. Bu durumda dengelenmemiş Mu kütlesi de yarıçapı r olan sabit bir yarıçap üzerinde ve ω açısal hızına sahip olsun. Burada; ω=2xπx

dır.

Şekil 2.2 Bir rotor sistemin cevabı

12

devir / dakika 60

Titreşim ile İlgili Temel Bilgiler

Dengelenmemiş kütlenin ( Mu ) oluşturduğu titreşim kuvveti; F ( dengelenmemiş ) = Mu . r . ω2 . sin ( ωt )

Burada t: süre

[sn]

dir. Üç sistem karakteristiği tarafından oluşturulan sınırlayıcı kuvvet; M x (a) + C x (ν) + k x (d)

dir. Burada; a ν d

:ivme :hız :yer değiştirme miktarı

[ m/sn2 ] [ m/sn ] [m]

dır. Eğer sistem dengede ise iki kuvvet birbirine eşit olacaktır ve bu durumda denklem; Mu . R. ω2 . sin (ωt ) = M x (a) + C x (ν)+ k x (d)

halinde yazılabilir. Ancak, gerçekte sınırlayıcı kuvvetleri tandem (eşgüdümlü) olarak çalışmazlar. Değişen koşullar ile bir faktör artarken diğer faktör azabilir. Bunun net sonucu bu kuvvetlerin toplamındaki değişimde görülebilir. Bu sırayla da tahrik kuvvetlerine (titreşimleri meydana getiren dengesizlikler gibi) sistemin cevabı olarak (titreşim seviyeleri) değişim gösterir. Bu yüzden dengesizlikten kaynaklanan titreşim eğer denklemin sağ tarafındaki faktörlerin toplamı daha yüksekse dengesiz kuvvetten daha az olacaktır. Benzer bir yolla eğer denklemin sağ tarafındaki faktörlerin net toplamı dengesiz kuvvetlerden daha büyük hale gelirse tüm sistemde herhangi bir titreşim meydana gelmeyebilir. 2.3 Titreşimin Tanımı

Titreşim basit olarak bir makinanın veya bu makinanın bir parçasının statik konumundan ileriye ve geriye doğru olan hareketidir. Buna çok klasik bir örnek olarak k rijitliğine sahip bir yaya bağlanmış M kütlesi verilebilir. M kütlesine bir kuvvet uygulanana ve hareket edene kadar ortada titreşim olmayacaktır. Şekil 2.3 ‘e baktığımızda kütleye kuvvetin uygulanmasıyla kütle sola doğru hareket eder ve yayı sıkıştırır. Kütle serbest bırakıldığında sıfır konumuna (denge konumuna) geri döner ve

13

Titreşim ile İlgili Temel Bilgiler

ardından yayın gerilimi kütleyi durdurana kadar kütle sağa doğru hareket etmeye devam eder. Bunun ardından kütle durur ve sol tarafa doğru hareket etmeye başlar. Kütle yine sıfır konumundan geçer ve sol tarafta sınıra ulaşır. Bu hareket teorik olarak sonsuza kadar devam eder. Fakat bunun için sistemde sönümleme ve herhangi bir harici kuvvetin (sürtünme gibi) olmaması gerekmektedir. Bu hareket titreşim olarak adlandırılmaktadır.

Şekil 2.3 Titreşimin doğası

2.4 Titreşimin Doğası

Bir makinanın koşulundan ve makinanın titreşim karakteristiklerine dikkat edilmesiyle olası mekanik problemleri ortaya çıkarılabilir. Şu anda burada bir titreşim sinyalini karakterize eden karakteristiklere değinmeye çalışacağız. Yine kütle-yay sistemini ele alalım ve kütlenin zamana göre hareketini çizerek titreşim karakteristiğini anlamaya çalışalım. Bu çizim Şekil 2.4 ‘te görülmektedir. Kütlenin sıfır konumundan deplasmanının sonuna kadar olan hareketi ve tekrar sıfır konumuna dönmesi ve alt deplasmanına ulaşması ve sıfır konumuna dönmesi bir çevrimi oluşturmaktadır. Bu bir çevrimlik hareket bu sistemin titreşiminin ölçülmesi için gerekli olan tüm bilgiyi içermektedir. Kütlenin sürekli hareketi basit olarak aynı çevrimi tekrarlayacaktır. Bu hareket periyodik veya harmonik olarak adlandırılmaktadır ve kütlenin deplasmanı ve geçen zaman arasındaki bağıntı bir sinüsodial denklemle ifade edilmektedir: X = X0. sinωt

14

Titreşim ile İlgili Temel Bilgiler

Burada; X X0 ω f t

: Verilen herhangi bir andaki deplasman : Maksimum deplasman = 2.π.f : Frekans : Zaman

[m] [m] [ rad/sn ] [ Hz ] [ sn ]

dır. FREKANS (w) FAZ ZAMAN

= 0,25 çevrim/sn = 15 çevrim/dakika (cpm) 0 90 1 2

270 4

450 6

derece saniye

Şekil 2.4 Basit harmonik dalga – Zamana göre kütle-yay hareketinin geometrik yeri

Kütle yukarı ve aşağı hareket ettikçe kütlenin seyir hızı sıfırdan maksimuma kadar değişim gösterir. Burada kütlenin hızı deplasman denkleminin zamana göre türevinin alınmasıyla elde edilebilir: hız =

dX = X0. ω.cos ωt dt

Benzer olarak kütlenin ivmesi de değişmektedir ve kütlenin ivmesi hız denkleminin zaman göre türevinin alınmasıyla elde edilebilir: ivme =

d(hız) = - X0. ω2.sin ωt dt

Şekil 2.5 ‘te deplasman bir sinüs eğrisi, kosinüs eğrisi olarak gösterilmektedir. İvme ise yine sinüs eğrisi ile ifade edilmektedir. 2.4.1 Dalga ile İlgili Temel Bilgiler

Çevrim, frekans, dalga uzunluğu, genlik ve faz gibi terimler genellikle dalga formlarının açıklanması sırasında kullanılmaktadır. Biz burada bu terimleri anlamaya çalışacağız ve diğerlerini titreşim dalgasının yayınımının tanımlanmasında kullanılmak üzere detaylı olarak ele alacağız. Bunun yanında dalga formları, harmonikleri, Fourier transformlarını ve tüm titreşim değerlerini titreşim analizini kullanarak makinanın arızasının teşhis edilmesini sağlayacak kavramlara bağlayacak şekilde inceleyeceğiz.

15

Titreşim ile İlgili Temel Bilgiler

Şekil 2.5 Kütlenin ivmesi, hızı ve deplasmanının basit harmonik hareketteki dalga formu

Şekil 2.6 ‘da 1 ve 2 numaralı dalgalar eş değer frekanslara ve dalga boylarına fakat farklı genlik değerlerine sahiptir. Referans çizgisi (sıfır deplasman çizgisi) olarak partikülün dalga hareketi ile tetiklenmediği konumunu ele alacağız.

Şekil 2.6 Farklı genliklerdeki dalgaların karşılaştırılması

2.4.2 Frekans ( Çevrim ) E noktasında dalga ikinci çevrimine başlar ve bu çevrim I noktasına kadar devam eder. M noktasında ise üçüncü çevrim başlamaktadır. Şekil 2.6 ‘da görüldüğü gibi yükselmenin en tepe büyük değeri (çizginin üzerindeki maksimum değer) bazen en üst veya tepe olarak adlandırılmaktadır ve en küçük tepe değeri (çizginin altındaki minimum değer) bazen en alt veya çukur olarak adlandırılmaktadır. Bu yüzden bir çevrim bir tane tepe ve bir tane çukur a sahiptir.

16

Titreşim ile İlgili Temel Bilgiler 2.4.3 Dalga Boyu

Bir dalga boyu verilen herhangi bir anda yanal bir dalganın bir çevriminde ortaya çıkan boşluktaki mesafedir. Eğer dalga dondurulabilir veya ölçülebilirse bir çevrimin ilk köşesi ile bir sonraki çevrimin ilk köşesi arasındaki mesafe dalga boyu olacaktır. Dalga boyları ortama bağlı olarak aşırı derecede yüksek frekanslarda bir milimetrenin yüzde birkaçı, aşırı derecede düşük frekanslarda birkaç mile kadar çıkabilir. Şekil 2.6 ‘da ( dalga 1 ) A ve E arasındaki mesafe veya B ve F arasındaki mesafe bir dalga boyudur. Dalga boyunu göstermek için genellikle λ kullanılmaktadır. 2.4.4 Genlik

İki dalga aynı dalga boyuna sahip olabilir. Fakat birisinin tepesi diğerinin tepesine göre referans çizgisinin üzerinde daha fazla artış gösterebilir (örn: Şekil 2.6 ‘daki 1 ve 2 dalgaları). Referans çizgisinin üzerindeki bir dalga tepesi dalganın genliği olarak adlandırılmaktadır. Bir dalganın genliği dalganın yaydığı enerjinin miktarını bağıl olarak verir. Aynı genliğe ve dalga boyuna sahip süreklilik gösteren bir dalga serisi ( A ‘dan Q ‘ya gibi ) dalga katarı veya eşit aralıklı dalgalar olarak adlandırılmaktadır. 2.4.5 Frekans ve Zaman

Bir dalga katarı bir ortamdan geçtiğinde belirli bir süre için verilen noktada belirli sayıda dalga geçiş yapabilir. Örneğin bir su dalgası üzerindeki bir mantar saniyede bir kere batıp çıkarsa dalga her saniyede yukarı ve aşağıya tam bir titreşim yapmış olur. Bir dalga katarındaki titreşimlerin veya çevrimlerin sayısı dalga katarının frekansı olarak adlandırılır ve büyüklüğü Hertz ( Hz ) ile ifade edilir. Eğer bir saniyede bir noktadan beş dalga geçiyorsa dalga katarının frekansı saniyede beş çevrimdir. Şekil 2.6 ‘da 1 ve 2 dalgalarının her ikisinin de frekansı saniyede dört çevrimdir ( saniyedeki çevrim sayısı cps ile gösterilmektedir ). 1967 ‘de Alman Fizikçi Heinrich Hertz, radyo dalgalarının frekansını göstermek için saniyedeki çevrim sayısı teriminin yerine hertz terimini kullanmıştır. Bu aslında biraz çelişkili gibi gözükmektedir. Çünkü çevrim terimi bir dalganın pozitif veya negatif yüksekliklerini göstermek için kullanılmıştır. Fakat diğer taraftan hertz terimi ne görülüyorsa aynısının kullanılması için ortaya atılmıştır. Buradaki anahtar kelime zaman faktörüdür. Çevrim bir olayın herhangi bir anına aittir. Mesela Herhangi bir dalganın bir çevrimine uyan pozitif veya negatif yükseklikler buna örnek olarak verilebilir. Hertz terimi saniyede bir değişen dalganın meydana gelme sayısını göstermektedir. 2.4.6 Faz Şekil 2.7 ‘deki gibi iki dalganın olduğu varsayalım. Bu dalgalar aynı genliklere sahip olsun. Fakat dalgaların frekans tepeleri arasında T/4 kadarlık bir mesafe bulunsun. Bu gecikme zamanı faz gecikmesi olarak adlandırılmaktadır ve faz açısıyla ölçülmektedir. T zaman gecikmesi, 3600 lik faz açısına sahiptir. Bu yüzden T/4 lük bir zaman gecikmesinde faz açısı 900 olacaktır. Bu durumda biz normal olarak iki dalganın birbirini 900 lik faz açısıyla takip edeceğini belirteceğiz.

17

Titreşim ile İlgili Temel Bilgiler

Şekil 2.7 İki benzer dalga arasındaki faz ilişkisi

2.4.7 Dalga Formları

Daha önceden gördüğümüz gibi titreşimlerin doğasının altında hareket halindeki kütle-yay sisteminin deplasmanı, hızı ve ivmesi sinüs ve kosinüs dalgaları ile ifade edilebilir. Dalga formu hareketin anlık değerinin zamana göre çizilmesi ile elde edilen bir grafiktir. 2.5 Harmonikler Şekil 2.8 ‘de bir dizi dalga formu görülmektedir. Burada deplasmanın Y ekseni üzerinde olduğunu kabul edelim. Burada zamana göre gösterim yapacağımızdan X ekseni üzerinde de 1 sn lik ölçeğe sahip zaman dilimini gösterelim.

Şekil 2.8 Bir dalga formu

• • •

18

Gözlemlediğimiz birinci dalga formu [1] dalgasıdır. Bu dalga bir çevrim ile gösterilmiştir. Zaman ölçeği 1 sn olduğundan bu dalganın frekansı 1 Hz dir. Bir sonraki dalga, [3] dalgası olsun. Burada birinci dalgayla olan aynı periyotta bu dalganın üç çevrim yaptığı görülmektedir. Bu yüzden bu dalganın frekansı 3 Hz dir. Üçüncü dalga [5] dalgası olsun. Burada beş verim bulunduğundan dalganın frekansı 5 Hz dir.

Titreşim ile İlgili Temel Bilgiler • •

Bir sonraki dalga ( [7] ) yedi çevrime sahiptir ve bu yüzden frekansı 7 Hz dir. [9] dalgası dokuz çevrime sahiptir ve bu yüzden frekansı 9 Hz dir.

Bu bağlamda şekilde tekil dalga serisi ( 1, 3, 5, 7, 9… ) görülmektedir. Bu tip seriler esas frekansın tekil harmonikleri olarak adlandırılmaktadır. Eğer 1, 2, 3, 4, 5, … Hz frekanslarıyla dalga formunu görüyorsak bunlar 1 Hz lik birinci dalganın harmonikleri dir. Serilerin birinci dalgası genellikle esas frekansıyla dalga olarak tanımlanır. Şekle geri döndüğümüzde tekil harmoniklere sahip esas dalga formlarını da ekleniyorsa şekilden bileşke dalganın kare formuna sahip olduğu görülmektedir. Eğer sinozodial dalga formları, daha karmaşık olan bir dalga formuna eklenebiliyorsa bunun tersi mümkün olabilir mi? Bu mümkündür ve Fourier dönüşümü olarak adlandırılan ve sık olarak kullanılan bir tekniktir. Bu dönüşüm matematiksel olarak zor bir operasyondur. Çünkü dalga formları zaman alanından frekans alanına ve tersine dönüştürülmektedir. 2.5.1 Fourier Analizi Fourier analizi, zaman dalga formunun genlik-frekans değerleri bandına dönüştürülmesi için bir diğer terimdir ( Şekil 2.9 ). Fourier analizi bazen band analizi olarak da adlandırılmaktadır ve bir hızlı Fourier dönüştürücü ( FFT ) analizörü ile yapılabilir.

Şekil 2.9 Kare dalga formuna ait bir Fourier dönüşümü

2.5.2 Toplam Genlik

Bir dalga formunun zaman alanında nasıl kare dalga formu olarak görüldüğünü gördük. Bu dalga formu deplasman, hız veya ivmenin zamana göre anlık genliğinin gösterilmesidir. Bir ekipmanın toplam titreşim seviyesi frekans aralıkları boyunca olan toplam titreşim genliğinin bir ölçüsüdür ( Şekil 2.10 ). Toplam titreşim seviyesi bir analog titreşim ölçer ile ölçülebilir veya belirli bir frekans aralığı boyunca banttan alınan tüm genlik değerlerinin eklenmesiyle titreşim bandından hesaplanabilir. Toplam titreşim seviyesi karşılaştırıldığında aynı frekans aralığı boyunca hesaplanmış olması önemlidir. 19

Titreşim ile İlgili Temel Bilgiler

2.5.3 Titreşim ile İlgili Terimler Titreşim Deplasmanı ( tepeden tepeye )

Titreşen bir parçanın deplasmanının bir sınır koşulundan deplasmanının diğer sınır koşuluna kadar kat ettiği toplam mesafe tepeden tepeye deplasman olarak adlandırılır. • •

SI birimlerinde genellikle mikron ile ölçülür ( bir milimetrenin 1/1000 ‘i ) İngiliz ölçü birimlerinde mils ile ölçülür ( mili inç – bir inçin 1/1000 ‘i )

Deplasman bazen sadece tepe ile ölçülür ( ISO 2372 ). Bu tepeden tepeye olan değerin yarısıdır.

Şekil 2.10 Hızın toplam titreşim çizimi

Titreşim Hızı ( tepe )

Titreşim yapan kütle hareket ettikçe hızı değişir. Hareketinin en alt ve en üst sınırlarında doğrultusunu değiştirmeden hemen önce kütlenin hızı sıfırdır. Kütle sıfır konumundan geçtiğinde ise en yüksek hıza sahip olmaktadır. Bu maksimum hız titreşimin tepe hızı olarak adlandırılmaktadır ve mm/sn-tepe veya inç/sn-tepe (ips-pk ) ile gösterilmektedir. Titreşim Hızı ( rms )

Ekipman titreşiminin ölçülmesi için uluslar arası kabul edilen birimleri oluşturan Uluslararası Standartlar Organizasyonu ( ISO ) ölçüt olarak karelerin ortalamasının karekökü ( rms ) hızını standart olmasını önermiştir ve bu hızın değişen fonksiyonu için etkili bir değerin belirlenmesinde bir ölçüt olarak ele alınmasına karar verilmiştir. rms hızı titreşim sinyalinde enerji içeriğini sağlama eğilimindedir. Halbuki tepe hızı titreşim şiddeti için daha iyi korelasyon sunmaktadır. rms hızının daha yüksek olması genel olarak benzer büyüklükteki tepe hızından daha fazla zarar vermektedir. 20

Titreşim ile İlgili Temel Bilgiler Tepe Faktörü: Bir dalga formunun tepe faktörü dalga formunun tepe değerinin dalga formunun rms değerine olan oranıdır. Bu bazen tepenin rms ‘e olan oranı olarak da adlandırılmaktadır. Bir sinüs dalgasının tepe faktörü 1.414 ‘tür. Buna göre tepe değeri rms değerinin 1.414 katıdır. Tepe faktörü ekipman koşullarının ne tarafa yöneldiğinin anlaşılması için kullanılabilecek en önemli özelliklerden birisidir. Titreşim İvmesi ( Tepe )

Titreşim hızının incelenmesinde kütlenin hızının seyir mesafesinin uç noktalarında sıfıra yaklaştığı belirtilmişti. Her bir zaman aralığında seyir mesafesinin uç noktalarında kütle durgun hale gelmekte ve sonrasında karşıdaki uca doğru kütle ivmelenmektedir. İvme ise fiziksel olarak seyir hızının zaman göre değişimi ile ifade edilmektedir. Yine kütle-yay sistemini ele aldığımızda kütlenin ivmelenmesi seyrin uç noktalarında maksimum olmaktadır. Bu noktalarda ise kütlenin hızı sıfırdır. Hız maksimum bir değere eriştiğinde ise ivme sıfıra düşmekte ve diğer taraftaki sınırda maksimum değerine erişecek şekilde tekrar artmaya devam etmektedir. Normal olarak ivme g ile gösterilmektedir. Bu yerçekimi kuvvetinin dünyanın yüzeyinde oluşturduğu ivmedir. Değeri ise 9,80665 m/sn2, 32,1739 ft/sn2 veya 386,087 inç/sn2 dir. Deplasman, Hız, İvme – Hangisi kullanılmalı ?

Titreşimin deplasman, hız ve ivme karakteristiği titreşimin şiddetinin belirlenmesi için kullanılmaktadır ve bunlar genellikle titreşimin genliği olarak ele alınmaktadır. Ekipmanın çalışması bazında titreşimin genliği ekipmanının iyi veya kötü koşulda olduğunu gösteren birincil işaretçidir. Genel olarak titreşim genliğinin artması ekipmandaki arızaların yüksek seviyelerde olduğunu göstermektedir. Titreşimin genliği ya deplasman, hız ya da ivme olabilir. Fakat ekipman koşulunun izlenmesi için hangi parametre kullanılmalıdır. Titreşimin genliği ve ekipmanın sağlığı açısından ivme, hız ve deplasman arasındaki bağıntı kullanılacak olan ölçüm ve veri analiz tekniklerinin yeniden gözden geçirilmesini sağlar. 10 Hz ( 600 cpm ) ‘in altındaki hareketler ivme bağlamında çok küçük titreşimlerdir. Fakat hız bağlamında orta seviyede titreşim, deplasman bağlamında görece büyük titreşimler anlamındadır ( bkz. Şekil 2.11 ). Bu yüzden bu aralıkta deplasman kullanılmıştır. Yüksek frekans aralığında ivme değerleri hız veya deplasman değerlerine göre daha önemli değerler almaktadır. Bu yüzden 1000 Hz ( 60 kcpm ) veya 1500 Hz ( 90 kcpm ) üzerindeki frekanslar için ivme değeri titreşimin ölçülmesi için tercih edilmektedir. Genel olarak 10 Hz ( 600 cpm ) ve 1000 Hz ( 60 kcpm ) arasındaki hızların titreşimin şiddetini iyi bir şekilde verdiği ve 1000 Hz ( 60 kcpm ) ‘nin üzerinde ise ivme değerinin sadece iyi bir indikatör olduğu kabul edilmektedir. Dönen ekipmanların büyük bir çoğunluğu ( ve bunların arızaları ) 10 – 1000 Hz aralığında çalıştığından titreşimin ölçülmesi ve analiz edilmesi için genellikle hız değeri kullanılmaktadır. 21

Titreşim ile İlgili Temel Bilgiler

Şekil 2.11 Sabit hızda deplasman, hız ve ivme arasındaki bağıntı ( Mühendislik birimleri olarak )

2.5.4 Ekipmandaki Arızanın Tespit Edilmesi için Titreşim Teorisinin Kullanılması Şekil 2.12 ‘de sıradan bir makine grubu görülmektedir. Bu grup, elektrik motoru gibi bir tahrik birimini içermektedir. Tahrik birimi olarak dizel, benzinli motorlar, buhar türbinleri ve gaz türbinleri de kullanılabilir. Tahrik edilen ekipman ise pompa, kompresör, karıştırıcı, çalkalayıcı, fan olabilir. Tahrik edilen ekipmana devir bir dişli kutusu veya bir kayış-kasnak mekanizması ile aktarılabilir.

Şekil 2.12 Ekipmanda arızanın tespit edilmesi

Bu dönen ekipmanlardan her birisi aşağıdaki bileşenlere sahiptir: • • •

22

Stator ( salyangoz, diyafram, difüzör, stator kutupları ) Rotor ( çark, rotor, lob, vida, kanat, fan ) Salmastra

Titreşim ile İlgili Temel Bilgiler • • • •

Rulman Kaplin Dişli Kayış

Bu bileşenler yüksek devirlerde sürekli olarak çalıştığında aşınma ve arıza olması kaçınılmazdır. Bu bileşenlerde arıza olasılığı arttığında ise daha yüksek titreşim seviyeleri vereceklerdir. Birkaç istisna dışında bir ekipmandaki mekanik arızalar yüksek titreşim seviyelerine neden olmaktadır. Ekipmanlarda yüksek titreşim seviyelerine neden olan sık görülen hatalar: • • • • • • • • • • • •

Dönen bileşenlerin dengelenmemiş olmaması Kaplin ve yatakların ayarsız oluşu Millerin eğilmiş olması Dişlilerin veya rulmanların aşınmış olması Tahrik kayışları ve zincirlerinin kötü durumda olması Tork değerinin dalgalanması Elektromanyetik kuvvetler Aerodinamik kuvvetler Hidrolik kuvvetler Gevşeklikler Ovalama Rezonans

tır. Yukarıdaki listeyi genelleştirirsek bir veya daha fazla parçanın dengesiz, ayarsız, gevşek, eksantrik, boyutsal olarak tolerans dışında olması, hasarlı veya bazı dış kuvvetlere tepki göstermesi sonucu yüksek titreşim seviyeleri oluşacaktır. Yaygın olarak görülen arızaların bazısı Şekil 2.12 ‘de görülmektedir. Bu arızalar belirli titreşim frekanslarında meydana gelmiştir ve bileşenin, operasyonun, ekipman grubunun ve aşınmanın karakteristiğini göstermektedir. Belirli frekanslardaki titreşim genlikleri arızaların şiddeti hakkında bilgi vermektedir. Ekipmanda, ekipmanın bileşenlerinde, aktarma organlarında veya mekanik yapıda dahi meydana gelen belirli arızalar ile sistemin titreşim cevabının korelasyonu yapılabilir. 2.6 Titreşimin Sınırları ve Standartları

Yukarıda bahsedildiği gibi titreşim genliği ( deplasman, hız veya ivme ) bir ekipmandaki arızanın şiddetinin bir ölçütüdür. Titreşim analizinde yaygın olarak bir ikilem ise ekipmanın güvenli olarak daha fazla çalışmasına izin verecek titreşim seviyesinin kabul edilip edilemeyeceğinin belirlenmesidir. Bu ikilemi çözmek için erken safhada arızaların tespit edilmesi için düzenli titreşim kontrolleri yapılmalıdır. Buradaki amaç bir ekipmanın arızalanmadan önce hangi titreşim seviyesine dayanacağının anlaşılması değildir. Amaç sorun çıkartacak titreşim karakteristiklerindeki eğilim elde edilerek arıza meydana gelmeden önce tepki verilebilmesidir. 23

Titreşim ile İlgili Temel Bilgiler

Verilen herhangi bir ekipman için mutlak titreşim toleransları veya sınırları bulunmamaktadır. Burada titreşimin bir sınırda sabitlenmesi mümkün değildir. Bu ise sınır aşıldığında ekipmanın hemen arızalanmasına neden olacaktır. Mekanik arızaların geliştirilmesi bu tip sınırların ortaya atılması için karmaşıklıktan çok uzaktadır. Ancak bazı kılavuzlar mümkün olmadıkça ekipman koşullarının göstergesi olarak titreşimlerden etkin olarak yararlanmak mümkün değildir ve ekipman titreşimlerinden elde edilen deneyimler bize burada rehberlik edecektir. Önceki sayfalarda hızın ekipmanların birçoğu için titreşim analizlerinde en yaygın olarak kullanılan bir parametre olduğunu ve ekipman arızalarının 10 Hz ( 600 cpm ) ile 1 kHz ( 60 kcpm ) arasındaki frekans aralığında titreşim meydana getirdiğini görmüştük. 2.6.1 ISO 2372

Titreşim şiddetinin gösterilmesinde en aygın olarak kullanılan standart ISO 2372 ‘dir ( BS 4675 ). Bu standart, farklı sınıflardaki ekipmanlar için kabul edilebilir titreşim seviyelerini belirtmektedir. Bu yüzden bu ISO standardının kullanılması için ilk önce ilgilenilen ekipmanın sınıflandırılması gerekmektedir. Tablodan ekipmanın koşulu ve titreşim seviyesi arasında bir korelasyon yapmamız mümkündür. Bu standart titreşim şiddetinin belirtilmesi için rms hızını parametre olarak kullanmaktadır. Şekil 2.13 ‘de görülen A, B, C ve D harfleri şiddet sınıflarıdır. Sınıf I: Motor ve ekipmanın her bir bileşeni ekipmanın normal çalışma koşullarında ekipmana bağlanır ( 15 kW ‘ye kadar olan üretim elektrik motorları bu kategorideki ekipmanlara verilebilecek en iyi örnektir ). Sınıf II: Özel kaidesi olmayan orta boyuttaki ekipmanlar ( 15 -75 kW güce sahip elektrik motorları ) ve özel kaideye sahip olan rijit olarak monte edilmiş motor ve ekipmanlar. Sınıf III: Büyük tahrik birimleri ve dönen kütleleri rijit ve ağır kaideler üzerine monte edilmiş diğer büyük ekipmanlar ( titreşim doğrultusunda görece daha katıdırlar ). Sınıf IV: Büyük tahrik birimleri ve dönen kütleleri kaideler üzerine monte edilmiş büyük ekipmanlar. Bunlar titreşim ölçümü doğrultusunda görece daha yumuşaktırlar ( örneğin – turbo jeneratör grupları, özellikle hafif alt yapıya sahip olanları ). Amerikan Petrol Enstitüsü ( API specification ) Amerikan Petrol Enstitüsü ( API ), petrol endüstrisinde kullanılan turbo makinalar ile ilgili bir dizi şartname yayınlamıştır. Bu şartnamelerin bazısı API 610, API 611, API 612, API 613, API 616 ve API 617 ‘yi içerecek şekilde hazırlanmıştır. Bu şartnameler esas olarak ekipmanın tasarımı, kurulumu, performansı ve destekleme sistemleri gibi konulara yer vermektedir. Ancak bunlar ayrıca rotorun dengelenmesi, rotor dinamiği ve titreşim toleransları için de kullanılabilir. API standartları gövde için olduğu gibi mil titreşimleri için sınırlar belirlemiştir( Şekil 2.14 ). Turbo makinalar için titreşim sınırlarında API şartnameleri genel olarak kabul görmüştür ve bunların takip edilmesiyle iyi sonuçlar elde edilmiştir. API standardı bir milin titreşim deplasmanı için en fazla tepeden tepeye 2.0 mils ‘e veya

24

Titreşim ile İlgili Temel Bilgiler (12000/N)½ ‘ye izin vermektedir ( N ekipmanın devri ). Bunlardan en az olanı sınır değerdir.

Şekil 2.13 ISO 2372 – Ekipmanın titreşim seviyesinin belirlenmesi için ISO tablosu

25

Titreşim ile İlgili Temel Bilgiler

Şekil 2.14 Titreşim sınırları – API 610 rafinerilerdeki santrifüj pompalar için

Amerikan Dişli Üreticileri Birliği ( AGMA şartnamesi ) 1972 ‘de AGMA Yüksek Devirli Helisel ve Çavuş Dişli Sistemlerindeki Yanal Titreşimin Ölçülmesi için AGMA standardı adını verdiği bir şartname hazırlamıştır ( AGMA 426.01 – şu anda gözden geçirilmiş hali AGMA 6000-B96 ‘dır ).

Bu bir dişli birimindeki doğrusal titreşimlerin ölçülmesi için kullanılan yöntemi içermektedir. Bu standartta kabul testleri için enstrümantasyon, ölçüm yöntemleri, test prosedürleri ve ayrık frekans titreşim sınırları önermektedir. Dişli biriminin titreşimi ve sistemin cevap verebilmesi üzerinde sistem etkilerinin bir listesi çıkartılır. Ayrıca standartta dişli birimlerinin kabul testleri süresince mekanik titreşimlerinin belirlenmesine de değinilmiştir. 2.6.2 IRD Mekanik Analiz Titreşim Standartları Genel Ekipman Şiddeti Çizelgesi

Genel ekipman şiddeti çizelgesi ( Şekil 2.15 ) genlik değerleri metrik birimlerde alındığında

26

Titreşim ile İlgili Temel Bilgiler (mikron-tepe-tepe veya mm/sn-tepe ) alışıldık deplasman ölçümlerinin yanında titreşim hızının ölçülmesini de beraberinde getirir. Buradaki çizelge farklı ekipmanlar üzerinden alınan fazla sayıdaki veri ile oluşturulmuştur.

Deplasman ölçümleri kullanıldığında çizelgeye sadece filtrelenmiş ( belirli bir frekans değeri için) deplasman değerleri konulur. Toplam titreşim hızı, etkin sabit hız çizgilerinin oluşturduğu şiddet alanlarını bölen çizgilere uygulanabilir. Bu çizelge gövde titreşimleri için kullanılabilirken mil titreşimleri için bir anlam ifade etmez.

Şekil 2.15 Genel ekipman şiddeti çizelgesi

Bu çizelge rijit olarak rijit bir kaideye monte edilmiş veya civatalanmış ekipmanlara uygulanabilir. Sarımlı yaylar veya kauçuk takozlar gibi rezilyanslı titreşim yalıtıcıların üzerine monte edilmiş ekipmanlar, rijit olarak monte edilmiş ekipmanlar ile karşılaştırıldıklarında genel olarak daha yüksek titreşim genliklerine sahip oldukları görülmüştür. Genel bir kural olarak yalıtıcıların üzerine monte edilmiş bir ekipman için iki kat daha fazla titreşime izin verilir. Yüksek frekanslı titreşimler için bu kriter geçerli değildir.

27

Titreşim ile İlgili Temel Bilgiler Genel Titreşim İvmesinin Şiddet Çizelgesi

Ekipman titreşimi ivme biriminden ( g-tepe ) ölçüldüğü durumlarda genel titreşim ivmesinin şiddet çizelgesi kullanılır ( bkz. Şekil 2.16 ). Karşılaştırma yapılması için çizelge üzerine sabit titreşim hızı çizgileri konulmuştur ve bunlar 60000 cpm ( 1000 Hz ) ‘nin altındaki titreşimler için geçerlidir. Şiddet alanını kesen çizgiler görece sabit hızlardır. Ancak bu sınırın üzerinde şiddet alanları neredeyse sabit ivme değerleri ile tanımlanmaktadır. Titreşim ivmesinin şiddeti frekansa bağlı olduğundan dolayı sadece filtrelenmiş ivme değerleri çizelgeye konulabilir. ISO 2372 – Takım Tezgahlarının Titreşim Şiddeti için ISO Değerleri Titreşim Şiddeti Aralıkları Farklı sınıflardaki ekipmanlar için kalite örnekleri Hız – inç/sn Tepe Hız – mm/ Sınıf I Sınıf II Sınıf III Sınıf IV 0.015 0.28 0.025 0.45 0.039 0.71 0.062 1.12 0.099 1.8 0.154 2.8 0.248 4.5 0.392 7.1 0.617 11.2 0.993 18 1.54 28 2.48 45 3.94 71 A – İyi B – Kabul edilebilir C – Hala kabul edilebilir D – Kabul edilemez Şekil 2.16 Titreşim ivmesinin şiddet çizelgesi – IRD mekanik analizi

Takım Tezgâhları için Titreşim Sınırları

Takım tezgâhlarının titreşim genlikleri boyutsal toleransların sağlanması ve işlenmiş parçaların yüzey kalitesinin kabul edilebilir seviyede kalması için daha az öneme sahiptir. Aşağıda tablo halinde verilen titreşim sınırları üretici firmaların deneyimlerine dayanmaktadır ve ekipman araçları üzerinde amaçlanan değerlerin sağlanması için gerekli olan değerler seçilmiştir. Bu sınırlar sadece fikir edinilmesi amacıyla kullanılmalıdır. Daha dar toleranslara sahip modern ekipmanlarda bu sınırlar daha da düşük olabilir.

28

Titreşim ile İlgili Temel Bilgiler

Daha önce takım tezgahların iş parçası ve kesme ucu arasında meydana gelen titreşim için ilk önce titreşim sınırı olarak deplasman biriminin kullanıldığı belirtilmişti. Bu bağıl hareket deplasman birimleri ile de gösterilebilen belirlenmiş yüzey kalitesi ve boyutsal toleranslarda karşılaştırılır. Prosesin duruş süresini etkileyecek kritik ekipmanlarda büyük bir hata meydana geldiğinde titreşim koşulunun düzeltilmesine karar vermek genellikle çok zor olmaktadır. Bu yüzden ekipman koşullarında kabul edilebilir seviyelerin yakalanması için deneyim ve güvenlik, işçi maliyeti, duruş maliyeti ve ekipmanın kritikliği gibi faktörler göz önünde bulundurulmalıdır. Bunun nedeni yenilenen standartların sadece ekipman koşulunun belirleyicisi olması ve ekipmanının duruşu için bir bilgi vermeyişidir. Burada ekipman titreşiminin kaydedilmesi ve büyük bir önem taşımaktadır. Titreşim deplasmanlarının kesme doğrultusunda iş milinin rulman yatağından bir sensörle alınmış değerleri Ekipmanın Tipi Taşlama Dişli taşlama Profil veya kontur taşlama Silindirik taşlama Yüzey taşlama ( düşey okuma ) Merkezsiz Delik işleme tezgahı Torna

Tolerans Aralığı [ mils ] 0,01 – 0,06 0,03 – 0,08 0,03 – 0,10 0,03 – 0,20 0,04 – 0,10 0,06 – 0,10 0,20 – 0,10

Standartlara göre hız değerleri halen iyi aralığında ise artış gösteren bir eğilim büyük önem kazanır. Buna benzer olarak yıllarca çalışan bir ekipmanın hız değerleri kabul edilemez aralığında ve bir artış eğilimi görülmüyorsa bu bir sorun oluşturmaz. Takım tezgahları rijit bir zemin üzerinde uzun zamandan beri çalıştığından dolayı tek üretici firma tarafından benzer iki ekipman aynı anda monte edildiğinde birbirinden çok farklı titreşim seviyelerine sahip olabilir. Bu standartların koymuş olduğu sınırlar geniş bir aralıktaki karmaşık ekipmanlara uygulanamaz. Darbeli kırıcı veya kaya ve kömür ezici gibi bazı ekipmanlarda her halükarda doğal olarak daha yüksek titreşim seviyeleri olacaktır. Bu yüzden bu rehberlerin sağlamış olduğu değerler sadece deneyim için kullanılmalıdır. Bakım kayıtları ve geçmişten bu önermenin geçerli olduğu ispatlanmıştır.

29

Titreşim ile İlgili Temel Bilgiler Bu sayfa not alabilmeniz için boş bırakılmıştır

30

3

Verilerin Toplanması 3.1 Giriş Önceki bölümlerde anlatılan konular titreşim hakkındaki temel bilgiler ile ilgilidir. Verilerin toplanması ile pratik titreşim analizi alanında ilk adımı atmış oluyoruz. Verilerin toplanması; • • • •

Ekipman titreşiminin toplanması Titreşim sinyalinin bir elektriksel sinyale dönüştürülmesi Elektriksel sinyalin bileşenlerine ayrılması Titreşim verisi ile ilgili bilgi ve dokümanların oluşturulmasıyla

yapılmaktadır. Yukarıdaki görevler titreşim analizi yapan sisteme ait bir donanım veya yazılım ile yapılabilir. Bu sistem transdüktör, verilerin toplanması ve analiz edilmesi için elektronik enstrümanlar, titreşim analizinde yardımcı olan yazılım, kayıtların saklanması ve doküman oluşturulmasından oluşmaktadır. 3.2 Titreşim Sinyallerinin Toplanması – Titreşim Transdüktörleri, Karakteristikler ve Montaj Ekipman veya yapısal titreşimin ölçülmesi için bir transdüktör veya bir titreşim toplayıcı kullanılır. Bir transdüktör titreşim gibi bir enerji tipini farklı bir enerji tipine genellikle bir elektrik akıma veya voltaja dönüştüren olan bir aygıttır. Genellikle kullanılan transdüktörler hız toplayıcıları, ivmeölçerler ve Eddy akım veya proksimite problarıdır. Her bir transdüktör tipinin belirli uygulamalar için farklı avantajları ve sınırları bulunmaktadır. Tek bir transdüktörün tüm ölçüm ihtiyaçlarını karşılaması beklenemez. Herhangi bir uygulama için göz önünde bulundurulması gereken en önemli maddelerden birisi ise uygulama için en uygun olan transdüktörün seçilmesidir. Bundan dolayı aşağıdaki kısımlarda farklı titreşim transdüktörleri incelenmiştir. 3.2.1 Hızın Ölçülmesi Hızın ölçülmesi dönen ekipmanın titreşiminin izlenmesi için çok yaygın olarak kullanılan bir transdüktördür. Bu tipteki bir titreşim transdüktörü birçok analizöre kolaylıkla monte edilebilir ve diğer sensörlere göre daha az maliyete sahiptir. Bu faktörden dolayı hız transdüktörleri genel amaçlı ekipman izleme uygulamaları için çok uygun olmaktadır. Hızın ölçülmesi uzun bir süreden beri dönen ekipmanlarda titreşim transdüktörleri olarak kullanılmaktadır ve günümüzde değişik uygulamalar için bunlardan yararlanılmaktadır. Farklı fiziksel düzenlemeler ve çıkış duyarlılıkları için de hız ölçümü kullanılabilir. 31

3.2.2 Çalışma Prensibi Bir bobin manyetik alanın içerisinde hareket ettirildiğinde ( mıknatıs içinde bobin tipi ) bobinin uçları arasında bir gerilim meydana gelir ( Şekil 3.1 ). Bunun nedeni mıknatısın akım alanındaki enerjinin bobine transfer edilmesidir. Bobin titreşimli bir hareketle manyetik alanın içerisinde hareket etmeye zorlanırsa titreşimle orantılı olarak bir gerilim sinyali oluşturulur.

Şekil 3.1 Bobin içerisinde mıknatıs ve mıknatıs içerisinde bobin düzenlemesine göre hız ölçülmesi için kullanılan iki sensör tipi

Bobin içerisinde mıknatıs bulunan sensör tipi, sürekli bir mıknatıs, bobin ve mıknatısı tutan yay olmak üzere üç bileşenden oluşmaktadır. Yayın etkisinin sönümlenmesi için sensör yağ ile doldurulmuştur. Mıknatıs ve bobin arasında meydana gelen bağıl hareket sonucu oluşan titreşim hareketi bir gerilim sinyali oluşturmuştur. Hız toplayıcı kendi kendine üretim yapan bir sensördür ve bir gerilim sinyalinin oluşturulması için hiçbir harici cihaza gereksinim duymamaktadır. Toplayıcı tarafından oluşturulan gerilim bağıl hareketin hızıyla doğru orantılıdır. Yerçekimi ivmesinden dolayı hız transdüktörleri yatay ve düşey eksende monte edilmesine göre farklı üretilirler. Hız sensörü duyarlı bir eksene sahiptir ve dönen ekipmana uygulandığı zaman bu durum göz önünde bulundurulmak zorundadır. Hız sensörleri, çapraz eksen titreşimine karşı hassas olduğundan sensör zarar görebilir. Burada kullanılan bobin içi boş makaranın etrafına tel sarılmasıyla bobin elde edilebilir. Bazen bobin harici elektriksel alanlara tepki vermesi için ters yönde sarıma ( ilk önce bir doğrultuda ve sonrasında ters doğrultuda ) sahip olarak yapılmaktadır. Bobin ince, düz yaylarla desteklenerek sürekli mıknatısın alanı içerisinde konumu hassas olarak ayarlanır. Titreşim hareketi tarafından oluşturulan hız sinyali normal olarak sinozodial yapıdadır. Bu yüzden bir çevrimlik bir titreşimde sinyal maksimum değere iki kez ulaşır. İkinci maksimum değer birinci maksimum değerle aynı büyüklüktedir. Fakat ters doğrultudadır. Hareket hızın alt tarafına doğru ilerledikçe transdüktörün pozitif çıkış sinyali üreteceği göz önünde bulundurulmalıdır. Diğer bir değişle eğer transdüktör kendi algılama ekseninde tutulursa ve taban tapped ise çıkış sinyali başlangıçta tapped olduğunda pozitif olacaktır. 3.2.3 Sensör Sayısı Tüm titreşim sensörleri kendi eksenleri etrafındaki hareketi ölçer. Bu bilgi, kullanılacak sensör sayısı seçilirken göz önünde bulundurulmalıdır. Ekipmanların yapısal olarak asimetrik

32

olmalarından dolayı düşey, yatay ve eksenel doğrultudaki ( mile göre ) titreşim sinyalleri farklılık gösterebilir. Mümkün olan yerlerde düşey, yatay ve eksenel düzlemlerde üç doğrultuda titreşimin ölçülmesi için bir hız transdüktörü monte edilmelidir. Bu üç sensör ekipmanın titreşim sinyali ile ilgili tam bir fikir sağlayacaktır. Montaj En iyi sonucu elde etmek için düz, temiz ve hız toplayıcıdan biraz daha geniş bir konuma monte edilmelidir. Eğer mümkünse ayrı bir montaj kılıfı ile kelepçelenmelidir. Sensörün montaj vidalarının yerleştirilmesi için yüzey delinmeli ve yüzeye diş açılmalıdır. Hız toplayıcı yüksek sıcaklık, su veya manyetik alan gibi zararlı ortamlara maruz kalıyorsa özel koruma önlemleri alınmalıdır. Manyetik girişimler özellikle büyük AC motorların ve jeneratörlerin titreşimleri ölçüldüğü zaman hesaba katılmalıdır. Bu ekipmanların ürettiği değişken yönlü manyetik akım toplayıcı da gerilim meydana getirerek sarımlı kondüktörü etkiler. Bu durum ise etkin titreşim değerlerinde bozulmaya neden olur. Değişken yönlü manyetik akımın etkilerini azaltmak için manyetik kalkanlar kullanılabilir. Manyetik kalkanın gerekli olup olmadığının belirlenmesi için toplayıcı titreşimlerin alınacağı alana yakın asılmalıdır ( gerçek titreşimleri etkilemeyecek şekilde sabit tutularak ). Eğer önemli titreşimler gözlenmişse bir manyetik kalkan gerekiyor demektir. Hassasiyet Bazı hız toplayıcıları dönen ekipman uygulamalarında görülen tüm titreşim toplayıcıları içerisinde en yüksek çıkış hassasiyetine sahiptir. Çıkış hassasiyetinin daha yüksek olması tetiklenen elektriksel parazitin sorun oluşturduğu durumlarda kullanışlıdır. Verilen titreşim seviyeleri için sensör çıkışlarının daha büyük olması elektriksel parazitten az etkilenecektir. Hassasiyetler normalde mV/inç/sn veya mV/mm/sn ile ifade edilmektedir. 500 mV/inç/sn ile 750 mV/inç/sn ( 20 – 30 mV/mm/sn ) aralığı genel olarak okunan değerlerdir. Hız toplayıcının hassasiyeti belirlenmiş bir frekans aralığı boyunca sabittir. Bu aralık genellikle 10 Hz ve 1 kHz arasındadır. Düşük titreşimli frekanslarda toplayıcı bobininin mıknatısa göre daha uzun süre sabit kalamamasından dolayı hassasiyet düşmektedir. Toplayıcının hassasiyetindeki bu düşüş genellikle yaklaşık olarak 10 Hz frekansında başlamaktadır. Bu değer toplayıcı çıkışının üstel olarak düştüğü değerin altındadır. Bu bilginin önemi, hız toplayıcı tarafından 10 Hz ‘in altında alınan genlik değerlerinin doğru olmayacağını göstermesidir. Hassasiyet daha düşük frekanslara düşse bile bu aynı konumdaki tekrarlı titreşim ölçümleri için bu toplayıcının kullanımına engel olmayacaktır. Bu durum sadece eğilimi anlama ve dengeleme için geçerlidir. Frekans Cevabı Hız toplayıcıları üreticisine bağlı olarak farklı frekans cevaplarına sahiptir. Ancak, toplayıcıların birçoğunun 10 Hz – 1 kHz aralığında doğrusal bir frekans cevabı 33

bulunmaktadır. Bu bir döner ekipman uygulanmasında hız toplayıcı seçildiği zaman göz önüne alınması gereken önemli bir faktördür. Toplayıcının frekans cevabı ekipmanın beklenen frekans aralığının içerisinde olmalıdır. Kalibrasyon Hız toplayıcıları her yıl kalibre edilmelidir. Sensör kalibrasyonun geçerli olması için kullanımdan çıkarılmalıdır. Bu önemlidir. Çünkü hız toplayıcıları sadece dâhili hareketli parçaları yorulma arızasına maruz kalan sadece endüstriyel titreşim sensörleridir. Bu geçerlilik frekans testine karşılık hassasiyet cevabını da içermelidir. Bu test, dâhili yayların ve sönümleme sisteminin ısı ve titreşimden dolayı bozulup bozulmadığını da belirleyecektir. Bunun yanında test değişken genlikli bir çalkalayıcı ve frekans testi ile beraber yapılmalıdır. Avantajları • • •

Kurulumun kolay olması Orta frekans aralığında güçlü sinyallerin alınması Harici güç kaynağının gerekmemesidir.

Dezavantajları • • • • •

Bağıl olarak daha büyük ve ağır Giriş frekansına duyarlı Frekans cevabının dar Parçalarının hareketli Manyetik alanlara duyarlı olmasıdır.

İvme Transdüktörleri/Toplayıcıları İvme ölçerler dönen ekipman uygulamaları için yaygın olarak kullanılan transdüktörlerdir ( Şekil 3.2 ). Bunlar bakıma gereksinim duymayan, ufak, hafif transdüktörlerdir ve geniş bir aralıktaki frekansa cevap verirler. İvme ölçerler daha çok ekipman koşulunun izlendiği uygulamalarda kullanılır. Bilyalı rulman veya dişli grubu gibi bileşenler arızalı olduklarında yüksek titreşim frekansları üretirler. Bu bileşenlere sahip ekipmanlar ivmeölçerler ile izlenmelidir. Hassas ve güvenilir bir ölçüm yapılabilmesi için ivmeölçer dikkatlice monte edilmelidir. Bu, gövdenin ivme olarak mutlak hareketinin ( serbest uzaya göre titreşim ) sürekli ve periyodik olarak algılanmasını sağlar. Çalışma Prensibi İvmeölçerler mekaniksel hareketi gerilim sinyaline dönüştüren atalete dayalı ölçüm aygıtlarıdır. Bu sinyal piezoelektrik prensibi kullanılarak elde edilen titreşimin ivmesi ile doğru orantılıdır. Atalete dayalı ölçüm yapan aygıtlar bir kütleye göre hareketi ölçmektedir.

34

Bunu Newton ‘un III. Prensibi izlemektedir. Bu prensibe göre gövde üzerine bir kuvvet etki ettiği zaman bu kuvvete eşdeğer, fakat ters yönde bir tepki kuvveti oluşmaktadır.

Şekil 3.2 İvmeölçer

İvmeölçerler bir adet piezoelektrik kristal ( kurşun zirkonat titanat ve baryum titanat gibi ferroelektrik malzemelerde yapılmış ) ve koruyucu bir metal gövde içerisinde duran ufak bir kütleden oluşmaktadır. İvmeölçer titreşime maruz kaldığında kütle piezo elektrik kristal üzerinde titreşimi oluşturan ivme ile doğru orantılı olarak değişken bir kuvvet ortaya çıkarır. Piezoelektrik kristal tarafından oluşturulan şarj değişken titreşim kuvveti ile orantılıdır. Şarj çıkışı ( pC/g ), g başına Pico-coulomb ile ölçülür. Burada g yerçekimi ivmesidir. Sensörlerin bazısında dâhili şarj amplifikatörü bulunurken diğerlerinde harici şarj amplifikatörü bulunmaktadır. Şarj amplifikatörü kristalin şarj edilmiş çıkışını orantılı gerilim çıkışına ( mV/g ) dönüştürür. Akım veya Gerilim Modu Bu tip bir ivmeölçer dâhili, düşük çıkış empedanslı amplifikatöre sahiptir ve harici bir güç kaynağı gerektirmektedir. Harici güç kaynağı ya sabit bir akım kaynağı ya da ayarlanmış gerilim kaynağıdır. Bu tip bir ivmeölçer normal olarak iki telli bir transdüktöre sahiptir. Bu tellerden bir tanesi güç ve sinyal için diğeri müşterek kullanılmaktadır. Bunlar dâhili amplifikatör devresine sahip olduklarından dolayı daha düşük sıcaklık oranlarına sahiptirler. 150 metre uzunluğa kadar çıkış kablolarında sinyal kalitesinde önemli bir kayıp olmamaktadır. Daha uzun kablolarda ise etkin frekans cevap aralığı düşmektedir. Şarj Modu Şarj modu ivmeölçerleri akım veya gerilim modu tiplerinden biraz daha farklılık göstermektedir. Bu sensörlerde dâhili amplifikatör yoktur ve bu yüzden daha yüksek sıcaklık aralıklarında çalışabilirler. Bir harici şarj amplifikatörü ivmeölçerle eşleştirilmiş özel bir adaptör kablosu ile beslenmektedir. Besleme kabloları harici şarj amplifikatörüyle sonlandırılmıştır. Akım veya gerilim modu ivmeölçerlerinde olduğu gibi 150 metreye kadar 35

olan sinyal kablolarında çıkış sinyalinin kalitesinde önemli miktarda düşüş olmamaktadır. Daha uzun kablolarda ise etkin frekans cevap aralığı düşüş göstermektedir. Montaj Bu titreşim sensörü için mümkün olan montaj yöntemlerinin bilinmesi önemlidir. İzleme konumlarına sensörlerin tutturulması için kullanılabilecek dört temel yöntem bulunmaktadır. Bu yöntemler saplama montajlı, yapışkan montajlı, mıknatıs montajlı ( çift ayak veya düz ) ve monte edilmemiş ( seyyar ) yöntemlerdir. Her bir yöntem ivmeölçerin yüksek frekans cevabını etkilemektedir. Saplama montajı en geniş frekans cevabını kapsar ve en güvenli ve güvenilir ataşmandır. Diğer üç yöntem sensörün en üst frekans aralığını düşürmektedir. Bu durumda sensörün ölçüm noktasına doğrudan temas etmesi çok güvenli değildir. Yapışkan pabuç, mıknatıs veya prob uçları gibi montaj parçalarının konulması sonucu montaj rezonans ortaya çıkar. Büyük montaj parçaları daha düşük montaj rezonansına neden olur ve ayrıca transdüktörün kullanılabilir frekans aralığını düşürür. İzleme uygulamaları için kullanılan genel montaj yöntemleri aşağıda detaylı olarak anlatılmıştır. Civata/saplama montaj yöntemi sürekli montajın gerektiği uygulamalar için en iyi seçimdir. Bu yöntem civatanın veya işlenmiş bir bloğun içerisine sensörün konulmasıyla yapılır. Bu yöntem transdüktörün daha ideal olarak titreşimi ölçmesine izin verir ve mümkün olan her yerde kullanılmalıdır. İvmeölçerin montaj konumu temiz ve boyasız olmalıdır. Montaj yüzeyi düzgün bir yüzeyin elde edilmesi için pul yatağına sahip olmalıdır. Pul yatağının çapı ivmeölçerin çapından biraz daha geniş olmalıdır. Montaj yüzeyinin hazırlanmasındaki herhangi bir düzgünsüzlük ölçümlerin doğru olmamasına veya ivmeölçerin hasarlanmasına neden olabilir. Yapışkan montaj yöntemi makina ile işlemeye ihtiyaç duyulmaksızın güvenli bir ataşman sağlar. Ancak ivmeölçer yapıştırıldığında genel olarak çalışılan frekans cevap aralığını veya ölçümün hassasiyetini düşürür. Bu düşüşün nedeni yapışkanın sönümleme kalitesidir. Bunun yanında ivmeölçerin yerini değiştirme veya ivmeölçeri sökme diğer ataşman yöntemlerine göre çok daha zordur. Uygun bir yapışmanın sağlanabilmesi için yüzey temiz olması büyük önem kazanmaktadır. Manyetik montaj yöntemi genellikle taşınabilir veri toplayıcı veya bir analizör ile yapılan geçici ölçüm alma işleri için kullanılır. Sürekli izleme işleri için bu yöntem tavsiye edilmemektedir. Transdüktör yanlışlıkla hareket edebilir ve mıknatısın çoklu yüzeyleri veya malzemesi yüksek frekans sinyalleri ile girişim yapabilir. Tasarıma göre ivmeölçerlerin doğal rezonansı en yüksek frekans cevap hızından 3 ila 5 kat daha fazladır. Frekans cevap aralığı verilen aralık boyunca düz bir cevabın sağlanması için sınırlandırılmıştır. Bu hız aralığına sadece saplama montajı ile ulaşılabilmektedir. Daha önce bahsedildiği gibi diğer montaj yöntemlerinden herhangi birisi sensörün rezonansını etkiler ( güvenilir ve kullanılabilir frekans aralığı gibi ).

36

Hassasiyet Titreşimin izlenmesinde kullanılan ivmeölçerler genellikle 100 mV/g hassasiyeti ile tasarlanmışlardır. Yapısal analiz, jeofiziksel ölçüm çok yüksek frekans analizi veya çok düşük devirli ekipmanlar gibi özel uygulamalar için geniş aralıktaki hassasiyette kullanılan diğer ivmeölçer tipleri de bulunmaktadır. Frekans Aralığı İvmeölçerler verilen frekans aralığı boyunca titreşimi ölçmek için tasarlanmışlardır. İlgilenilen ekipmanın özel frekans aralığı bilindikten sonra ivmeölçerler arasından seçim yapılabilir. Tipik olarak ölçüm yapılan ekipmanda ivmeölçer 1 ~ 2 Hz ‘den 8 ~ 10 Hz ‘e kadar olan bir frekans aralığına sahip olacaktır. Bunun dışında daha yüksek frekans aralığında çalışan ivmeölçerler de bulunmaktadır. Kalibrasyon Piezoelektrik ivmeölçerler yeniden kalibre edilemez veya ayarları düzeltilemez. Hız toplayıcı transdüktörlerinde bulunan yorulmaya maruz hareketli parçalar bunlarda bulunmamaktadır. Bu yüzden çıkış hassasiyeti için periyodik ayarlamalar gerektirmez. Ancak yüksek sıcaklıklar ve şok bir ivmeölçerin içindeki parçalarına zarar verebilmektedir. İvmeölçerin güvenirliliğinden şüphe duyulduğunda transdüktörün direnç gerilimi kullanılarak basit bir test yapılabilir. Bu testin sonucunda ivmeölçerin sökülüp sökülmeyeceğine karar verilebilir. İvmeölçerin direnç gerilimi transdüktörün çıkış sinyalinin DC bileşenidir. Direnç gerilimi transdüktörün çıkışına karşılık bir DC voltmetre ile ölçülür. Aynı zamanda sensörün direnç gerilim seviyesini etkileyen güç geriliminin uygun olmama olasılığını ortadan kaldırmak için güç kaynağı da kontrol edilmelidir. 3.2.4 Deplasman Probları – Eddy Akım Transdüktörleri – Proksimite Probları Eddy akım transdüktörleri ( proksimite probları ) kaymalı yataklara sahip döner ekipmanlarda titreşimin izlenmesi için tercih edilmektedir. Daha çok yüksek devirli turbo ekipmanlarda kullanılmaktadırlar. Eddy akımlı transdüktörler sadece milin veya mile göre ( milin yatağa göre ) olan deplasmandan titreşim ölçümü yapmaktadır. Eddy akımlı transdüktörlerin montajı için genellikle birkaç tane yöntem bulunmaktadır. Bu yöntemler dâhili, dâhili/harici ve harici montajdır. Çalışma Prensibi Bir Eddy akım sistemi bir prob, uzatma kablosu ve osiloskop/demodülatör den oluşmaktadır ( Şekil 3.3 ).

37

Osiloskop/demodülatör tarafından 2 MHz ‘de yüksek frekanslı bir radyo frekansı ( RF ) oluşturulur. Bu frekans, uzatma kablosu vasıtasıyla gönderilir ve probun ucundan yayılır.

Şekil 3.3 Proksimite probunun çalışma prensibi

Milin yüzeyinde Eddy akımları oluşturulur. Osiloskop/demodülatör sinyali çözümler ve DC kısmının boşlukla doğru orantılı olduğu ve AC kısmının titreşimle doğru orantılı olduğu yerde DC geriliminin modülasyonunu sağlar. Bu bağlamda bir Eddy akım transdüktörü hem radyal titreşim hem de eksenel itme konumu ve milin konumu için kullanılabilir. Transdüktör Sayısı Tüm titreşim transdüktörleri monte edildikleri düzlemde hareketi ölçer. Diğer bir deyişle milin hareketi ya monte edilen Eddy akım probunda veya probdan uzaktır ve bu yüzden bu yolla radyal titreşim ölçülebilir. Daha ufak ve kritik olmayan ekipmanlarda her yatağa bir tane Eddy akım transdüktörü yeterli gelmektedir. Bir tane Eddy akım probu konulduğu düzlemde milin titreşimini ölçer. Bu yüzden Eddy akım probu en büyük titreşimin beklendiği düzleme monte edilmelidir. Daha büyük ve daha kritik ekipmanlarda normalde yatak başına iki adet Eddy akım transdüktörünün monte edilmesi önerilmektedir. Bu tip bir montaj için transdüktörler arasına 900 açı verilmektedir. Problar kendi düzlemlerinde titreşimi ölçtüklerinden dolayı milin toplam hareketi kaymalı yataktan ölçülür. Tüm Eddy akım transdüktörleri osilaskopa bağlandığında bir Orbit veya iki titreşim sinyalinin kartezyen çarpımı yapılabilir.

Montaj Yöntemleri Transdüktörlerin Yönelimi: Yatay olarak monte edilmiş problara sahip rulman yataklarının birçoğunda transdüktörler genellikle düşey düzlemin her iki tarafından 450 açıyla monte edilirler. Eğer mümkünse transdüktörlerin yönelimi teşhisin kolay olması açısından ekipman uzunluğu boyunca olmalıdır. Tüm durumlarda yönelimler iyi belirlenmelidir.

38

Milin Eksen Çizgisine Dik: Eddy akım problarının milin eksen çizgisine dik olarak monte edildiğinden emin olunmalıdır. 1-20 ‘den fazla sapma sistemin çıkış hassasiyetini etkileyecektir. Probun Yanal Boşlukları: Eddy akım transdüktör probunun ucundan yayılan radyo frekansı yaklaşık olarak 450 ‘lik açılara sahip konik şekildedir. Prob ucunun etrafındaki boşluk radyo frekans alanıyla girişimi önleyecek şekilde olmalıdır. Örneğin eğer probun monte edilmesi için yatağa delik açılmışsa yan boşlukta girişimi önlemek için karşı delik açılmalıdır. Milin üzerindeki tüm manşon veya faturaların milin ısıl genleşmesinden dolayı prob ucunun altında termal olarak genleşmemesini sağlamak önemlidir. Dahili Montaj: Dahili montaj süresince Eddy akım probları ekipmanın iç tarafına veya özel bir destek ile rulman yatağına monte edilir ( Şekil 3.4 ). Transdüktör sistemi yatak kapağı konulmadan önce konulmalı ve gap edilmelidir. Transdüktör kablosu için destek rulman yatağından yapılmalıdır. Bu bir plug veya bağlantı elemanı kullanılarak veya matkapla delerek ve tapping ile yağ hattının üzerinde delik açılarak gerçekleştirilebilir.

Şekil 3.4 Dâhili olarak monte edilmiş problar

Transdüktör kablosunun sürtünmeden dolayı arızalanmasını önlemek için transdüktör kablosu rulman yatağının içerisinde bağlanmalıdır. Fazladan güvenlik ve güvenirlilik sağlanması için rulman yatağının içerisindeki tüm bağlantı elemanları güvenli bir şekilde çekilmelidir. Dâhili montajın faydaları • • •

Kurulum için daha az işlem gerektirmesi Rulmana göre gerçekçi ölçümün yapılabilmesi Eddy probun mil yüzeyinde serbest görünüşte olmasıdır.

Dâhili montajın dezavantajları • • • •

Ekipman çalışırken proba erişilememesi Kablolar aşırı özen gösterilerek bağlanmasının gerekmesi ( Çünkü sürtünmeden dolayı kırılabilmektedirler ) Transdüktör kablo çıkışına gerek duyulması Yağ kaçaklarının önlenmesi için dikkat göstermenin gerekli olmasıdır. 39

Harici/Dâhili montaj: Eddy probları bir montaj adaptörü ile monte edildiğinde harici/dâhili montaj kullanılmalıdır ( Şekil 3.5 ). Bu adaptörler proba içeriden erişime izin vermektedir. Fakat probun ucu ekipmanın veya rulman yatağının içerisindedir. Rulman yatağını veya kapağını delerken Eddy problarının milin eksen çizgisine dik gelecek şekilde olmasına dikkat edilmelidir.

Şekil 3.5 Harici/dâhili olarak monte edilmiş problar

Bazı durumlarda yerin kısıtlı olmasından dolayı harici/dâhili montaj delme veya rulmanın yapısında mevcut olan ve genellikle yağın geri döndüğü kanala yapılır. Harici/dâhili montajın avantajları • • •

Ekipman çalışırken Eddy probu değiştirilebilmesi Milin üzerinde Eddy probunun serbest görünüşe sahip olması Ekipman çalışırken boşluğunun değiştirilebilmesidir

Harici/dâhili montajın avantajları • • •

Rulmana göre ölçümün doğru olarak yapılamaması Daha fazla işlem gerektirmesi Probun uzunluğundan dolayı rezonansın meydana gelebilmesi

Harici montaj: Eski nesil turbo ekipmanların birçoğunda radyal prob bulunmamaktadır. Bunun nedeni bu tür ekipmanların konstrüksiyonunun probların ideal olarak monte edilmesine izin vermemesidir. Bu ekipmanlara Eddy probları harici olarak monte edilebilir ( Şekil 3.6 ). Bu genellikle son karar montajdır. Bu yöntemi kullanmanın tek geçerli nedeni dâhili montajın yapılabilmesi için yeterli alanın olmayışıdır. Eddy probunun görme alanına itina ile yaklaşılmalı ve transdüktör ve kablosu için mekaniksel koruma yapılmalıdır. Harici montajın avantajları •

40

Maliyeti en düşük montaj tipi olmasıdır.

Şekil 3.6 Harici olarak monte edilmiş problar

Harici montajın dezavantajları • •

Milin elektriksel ve/veya mekaniksel salgı miktarının kaydedilebilmesi Mekaniksel korumaya gereksinim duyulmasıdır.

Hedef Malzeme/Hedef Alan Eddy akım transdüktörleri aksi belirtilmedikçe 4140 ( Karbon Çeliği ) çeliği için kalibre edilir. Çünkü Eddy akımları geçirgenliğe ve mil malzemesinin direncine duyarlıdır ve 4000 serisi dışındaki herhangi bir mil malzemesi kullanılmışsa belirtilmelidir. Bu durumda probun tedarikçisine mil malzemesinden örnek gönderilmelidir. Mekaniksel Salgı Miktarı Eddy akım transdüktörleri radyal titreşim için milin pürüzlülük değerine de duyarlıdır. Prob çapının yaklaşık olarak üç katı olan pürüzsüz ( parlak ) alan görüş alanı olarak ayrılmalıdır. Millerin birçoğunda seçilen yatak alanı rulmanın kendisinden daha geniştir. Bu sayede probun rulmana doğrudan bitişik olmasına izin verilir. Elektriksel Salgı Miktarı Eddy akım transdüktörleri geçirgenliği ve hedef malzemenin direncine duyarlı olduğundan dolayı transdüktör alanı mil yüzeyinin yaklaşık olarak 0,4 mm sine yayılır. Krom gibi malzemelerde homojen olmayan görüş alanına ise özen gösterilmelidir. Elektriksel salgı miktarı bir diğer formu uygun degaussing olmadığı manga-fluxing gibi ufak manyetik alanların neden olduğu formdur. Kalibrasyon Eddy akım sistemlerinin ( prob, kablo ve osilatör/demodülatör ) tümü devreye alınmadan önce kalibre edilmek zorundadır. Bu iş bir statik kalibrator, -24V ‘luk güç kaynağı ve bir dijital voltmetre kullanılarak yapılmaktadır. Prob, prob ucunun karşısındaki hedef setine sahip test cihazına monte edilir. Tutturulan hedef ile mikrometre proba göre 0,1 mm lik artışlarla

41

döndürülür. Okunan gerilim değeri kaydedilir ve her bir arttırma değeri eğri üzerinde işaretlenir. Belirli bir aralıkta elde edilen bu grafik doğrusal olmalıdır. Hedef Boşluğa Prob Kuruldukları zaman Eddy akım problarına uygun boşluk verilmelidir. Radyal titreşim uygulamalarının birçoğunda transdüktör boşluğunun doğrusal aralığın merkezine göre ayarlanması yeterlidir. Örneğin Şekil 3.7 ‘de görüldüğü gibi dijital bir voltmetre kullanılarak 12.0 V DC için uygun bir boşluk ayarı mekaniksel boşluk olarak yaklaşık 1,5 mm ‘ye denk gelmektedir.

Şekil 3.7 Tipik kalibrasyon eğrisi

Probun gapping’i ile gerilim yöntemi mekaniksel gapping’in üzerinde olması önerilmektedir. Tüm durumlarda son prob boşluk gerilimi belgelenmeli ve güvenli bir yerde saklanmalıdır. Proksimite probları tipik olarak yaklaşık olarak 2 – 2,5 mm doğrusal aralıkta 10 mV/μm hassasiyete sahip olurlar. Proksimite probları 1,0 – 1,3 mm boşluk meydana getiren -8 ila -9 V arasına ayarlanırlar. Bu gerilim ayarı probun doğrusal aralığının ortasında olacaktır. Bu sayede probun pozitif doğrultuda ve negatif doğrultuda hareketi hissetmesine izin verilecektir. Proksimite probları rulmana konulmalıdır ve milin eksen çizgisine doğru rulmandan eksenel olarak 25 mm ‘den daha uzak olmamalıdır. 3.3 Titreşimlerin Elektriksel Sinyale Dönüştürülmesi Titreşim transdüktörleri bir ekipmanın fiziksel titreşim hareketini elektriksel sinyale çevirir. Ancak bu sinyal ham formdadır ve ekipmanın koşulu ile ilgili anlamlı bilgilerin elde edilmesi için işlenmesi gerekmektedir. Bu yüzden elektriksel sinyali transdüktörden alabilecek ve bundan anlamlı sonuçların elde edilmesini sağlayacak bir izleme ekipmanına gereksinim bulunmaktadır. Daha önceki sayfalarda işletmelerde ekipmanın sınıflandırılmasına göre farklı bakım felsefelerinin uyarlanması incelenmişti. Farklı her bir ekipman için kullanılabilecek izleme

42

yöntemleri yukarıdaki mantığa dayanmaktadır. Ekipmanın izlenme yöntemi seçildikten sonraki adım bu gereksinimleri en iyi şekilde karşılayan izleme ekipmanının seçilmesidir. Burada ticari olarak; • • • •

Elde taşınan titreşim ölçerler ve analiz cihazları Taşınabilir veri toplayıcıları/analiz cihazları Titreşim analizi/veri tabanı yönetim yazılımı Sürekli olarak anında veriyi toplayan ve analiz yapan ekipman

olmak üzere dört tane seçenek bulunmaktadır. 3.3.1 Elde Taşınan Titreşim Ölçerler ve Analiz Cihazları Elde taşınan titreşim ölçer maliyeti düşük ve kullanımı kolay olan ve herhangi bir titreşim programının zorunlu parçası olan bir cihazdır. İşletmenin operatörleri ve titreşim teknisyenleri ölçüm ve analiz cihazlarını rutin turlarda yanlarında taşırlar. Bu cihazlar ekipmana temas ettirildiğinde titreşim seviyelerinin görülmesini ( analog veya dijital olarak ) sağlarlar. Okunan değerler tüm titreşim seviyelerinin normal olup olmadığının belirlenmesi için kullanılabilir. Elde taşınan titreşim ölçerler güçlerini bataryadan almaktadır ve algılama için ivmeölçer kullanmaktadırlar. Bunun yerine bazen hız toplayıcı kullanılmaktadır. Bunlar ufak, hafif ve günlük kullanım için uygundur ( Şekil 3.8 ). Elde taşınan ölçüm cihazı ile aşağıdaki bilgiler elde edilebilir ( modele bağlı olarak ): • • • •

İvme ( tepe ) [ g ] Hız ( tepe – rms ) [ mm/sn ] Deplasman ( tepe – tepe ) [ mikron ] Rulman koşulu ( daha sonra incelenecek ) [ gSE, dB ]

ile ilgili bilgiler elde edilebilir. Avantajları Kullanımı kolay ve esnektir. Kullanımı için çok eğitim gerekmektedir. Herhangi bir yeni durum izleme programı için maliyeti düşük bir başlangıç noktasıdır. Dezavantajları Yapılabilecek ölçümler sınırlıdır. Bunların ayrıca veri depolama kapasitesi yoktur ( Ancak, günümüzde kullanılan bazı ekipmanlarda sınırlı depolama kapasitesi bulunmaktadır ). Titreşim Verilerinin Toplanması ve Raporlanması – Portatif Ölçüm Cihazları Portatif titreşim ölçüm cihazlar daha yaygındır. Bu veri toplama yöntemi hızlıdır, kolaydır ve az bilgi istemektedir. Buradaki ilk adım ekipman üzerinde ölçümlerin alınacağı konumların tanımlanmasıdır.

43

Şekil 3.8 Elde taşınan titreşim ölçerler ( Vibrotip )

Mekanik titreşimlerin elektriksel akımla benzerliği bulunmaktadır. Elektrik akımının toprağa gitme eğilimi olduğu gibi döner ekipmanlarda arızalardan kaynaklanan titreşimlerde pabuçlar vasıtasıyla zemine iletilir. Titreşimlerin rotordan statora atladığı konumda rulmanların son derece uygun olduğu gösterilebilir. Bu yüzden durumun izlenmesi için en iyi sinyaller rulmanlarda ölçülür ve bundan dolayı bunlar genel olarak titreşim ölçümü için en uygun konumdur. Bir ekipman üzerinde ölçümler alınmadan önce ölçümün yapılacağı yataklar belirli bir sıraya göre etiketlenmelidir. Genellikle gücün verildiği taraftan etiketlenmeye başlanılır. Örneğin basit bir ekipman bir pompa ve motordan oluşmaktadır. Bu ekipmanın etiketlenmesi şu şekilde yapılmalıdır: • • • •

Motorun tahrik aktarmayan kısmındaki rulman yatağı – A Motor tahriğinin aktarıldığı kısımdaki rulman yatağı – B Pompanın kapline yakın tarafındaki rulman yatağı – C Pompanın kapline uzak tarafındaki rulman yatağı – D

Rulman yatakları etiketlendikten sonra titreşimlerin üç kartezyen koordinatta alınması önemlidir. Titreşim terminolojisinde bunlar düşey, yatay ve eksenel doğrultulardır. Ekipmanların konstrüksiyonundan dolayı bu gereklidir. Bunların arızaları herhangi üç doğrultuda gösterilebilir ve bu yüzden her birisinde ölçüm yapılmalıdır. Titreşim seviyeleri genel olarak aşağıdaki gibi raporlanır. Hız [ mm/sn – tepe ] ( 20/08/01 ) A B C D

44

Düşey

Yatay

Eksenel

2.4 2.1 4.3 3.7

1.7 1.9 5.6 4.1

1.0 1.2 2.7 2.1

Portatif ölçüm cihazları birçok hataya gebe kalmaktadır. Bu yüzden bu görevi yapacak personelin ölçüm alırken: • • • •

Ekipman üzerindeki ölçüm konumu Prob açısı Prob tipi Sensörün montaj yöntemi ( veya portatif cihaz tarafından uygulanan basınç )

ne dikkat edilmesi gerekmektedir.

Şekil 3.9 Rulman yataklarının isimlendirilmesi

Ekipman Üzerindeki Konum Veri gruplarının doğrudan karşılaştırılabilmesi için ölçümler kesinlikle aynı noktalardan alınmalıdır. Probun ekipman üzerinde çok az oynaması birbirinden çok farklı titreşim değerlerinin okunmasına neden olacaktır. Ölçümlerin aynı noktadan alınıp alınmadığından emin olunması için ölçüm noktası boyanmalı veya noktanın bulunduğu yere konik bir delik açılmalıdır. Prob Açısı Portatif cihazların bazısı prob ile donatılmıştır. Bunun yanında cihazda hız transdüktörlerinin ve ivmeölçerlerin vidalanması için mıknatısa da sahiptir. Manyetik ataşmanlarla titreşimin ölçülmesi portatif problarla ölçülebilecek titreşim frekanslarından daha yüksek titreşim frekanslarını toplayabilir. Yüksek frekans üreten portatif ölçüm cihazı ile ekipman üzerinden titreşim verisi toplandığında prob tipinin değiştirilmesi ile tüm titreşim seviyeleri önemli miktarda değişim gösterir. Basınç Portatif ölçüm cihazı ile karşılaştırılabilir değerlerin alınabilmesi için teknisyenin eliyle uyguladığı basınç sürekli ve sabit bir değerde olmalıdır. 3.3.2 Taşınabilir Veri Toplayıcıları/Analizörleri

45

Modern veri toplayıcıları/analizörler arzu edilen herhangi bir mühendislik ünitesinde herhangi bir titreşim karakteristiğinin elde edilmesi için kullanılabilir. Temelde iki tip veri toplayıcı ve analizör bulunmaktadır ( Şekil 3.10 ). • •

Tek kanallı Çift kanallı

Şekil 3.10 Ticari olarak bulunabilen aksesuarlı veri toplayıcıları/analizörleri

Avantajları • • • •

FFT spectra, genel eğilim çizimleri ve zamana göre dalga formları gibi titreşim verilerinin toplanabilmesi, kaydedilebilmesi ve gösterilebilmesi Verilerin sırayla toplanabilmesi Limit eşik değerleri değerlendirilmeden önce ölçümlerin otomatik olarak raporlanabilmesi Saha titreşim analizinin yapılabilmesidir.

Dezavantajları • • •

Bağıl olarak daha pahalı olması Eğitimli kullanıcı gerektirmesi Hafızasının sınırlı olması ve bu yüzden her turdan sonra toplanan verilerin bilgisayara aktarılmasının gerekli olmasıdır.

3.3.3 Titreşim Analizi – Veri Tabanı Yönetim Yazılımı Veri toplayıcı/analizörü sadece sınırlı miktarda veriyi toplayabilir ve depolayabilir. Bu yüzden toplanan veriler bilgisayara aktarılmalı ve karşılaştırma ve eğilimin belirlenmesi için ekipmana özel uzun süreli bir veri tabanı oluşturulmalıdır. Veri aktarma işinin yapılması ve kullanıcıya yardımcı olunması için ekipmanın veri analizini yapan ve yöneten veri tabanı yönetim yazılımları gerekmektedir. Ekipmanın bakımı için bu veri tabanı yönetim programları titreşim verilerini depolar ve o andaki, geçmişteki ölçümler ve önceden tanımlanmış ikaz sınırları ile karşılaştırma yapar. Alınan ölçümlerin titreşim analiz yazılımına aktarılmasıyla normal koşullardan olan sapmalar için hızlı bir araştırma yapılır. Genel titreşim seviyeleri, FFT ler, zaman dalga formları ve

46

diğer parametreler bu titreşim değişimlerinin analiz edilmesine yardımcı olunması için oluşturulmuştur. Hangi titreşim seviyelerinin ikaz eşik değerini geçtiğinin görülmesi için rapor oluşturulabilir. Analiz için o andaki veri, veri temeli ile karşılaştırılır ve ayrıca belirli bir zaman periyodu süresince titreşimin değişim eğilimi görülür. Eğilim çizimleri olası arızaları önceden haber verir ve onarım için en uygun zamanın programlanmasını sağlar ( Şekil 3.11 ). Buna ek olarak yazılım verilerin toplanması için bir rotanın belirlenmesine de yardımcı olur. Verilerin toplanacağı konumlar işin verimli bir şekilde yapılabilmesi için düzenlenmelidir. Bu sıra veya rota daha sonra veri toplayıcıya aktarılır ve sahada kullanıcıya yardımcı olması açısından bir sonraki ölçüm konumu ekranda gösterilir. Bu sayede gerekli tüm veriler mümkün olan en kısa zamanda ve her zaman aynı sırada toplanır. Tur verisinin yanında ekipman koşulunun teşhis edilmesi için veri toplayıcılar/analizörler ile tur dışı titreşim ölçümleri de alınabilir, bunlar programın geçmişine kaydedilebilir ve sonuçlar eğilimin belirlenmesi ve durumun analiz edilmesi için kullanılabilir. Avantajları • • • •

Ekipman verilerinin toplanmasında, yönetilmesinde ve analiz edilmesinde yardımcı olması Uzun süreli ekipman verilerinin şu anki durum ile geçmiş zamandaki durum izleme verilerinin karşılaştırılmasını sağlaması Titreşim analizine yardımcı olması Kullanıcının daha kolay rapor almasını sağlamasıdır.

Dezavantajları • • •

Yazılım programlarının pahalı olması ( kimi zaman veri toplama/analizör cihazı ile aynı maliyette olmaktadır ) Özel gereksinimler için yeniden düzenleme gerektirmesi ( Bunun için birçok giriş verisi gerekmektedir ) Üreticinin kendi cihazı için hazırladığı programın diğer firmaların cihazları ve programları ile uyumlu olmamasıdır ( Şu anda bu sorunu çözmek için çalışmalar yapılmaktadır. Fakat sorun halen devam etmektedir ).

3.3.4 Çevrim içi Veri Toplama ve Verilerin Analizinin Yapılması Daha önceki konularda adı geçen kritik ekipmanlar her zaman için sürekli çevrim izleme sistemine sahiptir. Burada sensörler ( örn: Turbo ekipmanlardaki Eddy akım probları ) uygun ölçüm konumlarında sabit olarak ekipmanın üzerine monte edilirler ve çevrimiçi veri alma ve analiz cihazına bağlanırlar. Titreşim verisi her bir konum için otomatik olarak alınır ve analiz yerel izleme cihazında görüntülenebilir veya veri tabanı yönetim yazılımının kurulu olduğu bir ana bilgisayara gönderilebilir. İzleme cihazı sensörlerle sürekli olarak bağlantılı olduğundan ölçümlerin alınma zamanı arasında az bir fark olabileceğinden yapılan ölçüm sürekli olarak kabul edilebilir. Bu yetenek arızaların erkenden tespit edilmesini ve kritik ekipmanlar üzerinde koruyucu bir etkinin olmasını sağlar. Çevrim içi veri almayla yapılan koruyucu faaliyet ve analiz cihazı sıra dışı 47

durumlarda operatörü ikaz etmektedir ( Şekil 3.12 ). Ciddi arızaların olduğu durumlarda bu koruyucu faaliyet daha kötü arızalara meydan verilmemesi için ekipmanın otomatik olarak durdurulmasını sağlar.

Şekil 3.11 Tipik bir veri tabanı yönetim yazılımı ( Kaynak: Entek EMONITOR Odessy Broşüründen )

Bilginin ana bilgisayara veri tabanı yönetim yazılımı ile beslenmesi kolay ve çevrim içi veri almayı güçlü kılmaktadır. Ayrıca farklı ekipmanlardan merkezi bir ana bilgisayara verileri gönderebilen çoklu yerel izleme birimlerine de bağlanılabilir. Bu yüzden farklı fiziksel konumlar tek bir noktadan izlenebilmektedir. Bunun yanında uzaktan kontrol amacıyla ana bilgisayardan yerel bilgisayara veri gönderilebilmektedir ( bkz. Şekil 3.13 ). Titreşim analizi/veritabanı yönetim yazılımı yerel ağ bağlantısı ( LAN ) veya geniş ağ bağlantısı ( WAN ) ile bir çok kullanıcının ekipmanların durumunu izlemesi sağlanabilir. Avantajları • • •

48

Kritik ekipmanların sürekli ve çevrimiçi izlenebilmesi Personele ihtiyaç duyulmadan ölçümlerin otomatik olarak alınabilmesi Arızaların neredeyse anında algılanabilmesidir.

Dezavantajları • • • •

Çevrimiçi sistemlerin güvenirliliği izledikleri ekipmanlarla aynı seviyede olmasının gerekmesi Arızası halinde maliyetinin çok yüksek olması Montaj ve analizin yapılması için özel eğitim gerektirmesi İlk maliyetlerinin yüksek olmasıdır.

Şekil 3.12 Veri alma yazılımının sonuç görüntüleri ( Kaynak: Bentley-Nevada Ekipman Değerlendirme Yönetim Yazılımı broşüründen )

3.3.5 Bilgi Tabanlı Bilgi Sistemleri Yukarıda bahsedilen temel yazılıma ek olarak bilgi bazlı bilgisayar programları yapay zekânın ( AI ) prensiplerinden yararlanarak ticari olarak kullanılmaktadır. Titreşim analizi yapan kişinin deneyimlerinden yararlanılarak ekipmanın tasarımından ve titreşim karakteristiklerinden bilgi alınmasıyla bu sistemler ekipmanın koşulunu otomatik olarak analiz edebilir. Bilginin değerlendirilmesinden sonra yazılım ekipmandaki olası problemin ve problemin şiddetinin teşhis edilmesini ve hatta tespit edilen problemin giderilmesi için yapılması gereken işlemleri kullanıcıya sunabilir. Genellikle uzman sistemleri olarak adlandırılan bu sistemler analiz edilen ekipman bilgisine ve ekipmanın matematiksel modelinin kurulması için ekipman karakteristiğine ihtiyaç duymaktadır. Bu model daha sonra depolanır ve o andaki verinin uzman sistem tarafından analiz edilmesi ve devam eden problemin tahmin edilmesi için kullanılır. Sistem ekipmanın semptomları ile çalışır ve problemin şiddetine göre emniyet faktörlerine göre öneriler yapar.

49

Şekil 3.13 Tipik bir çevrimiçi izleme sistemi ( Kaynak: Bentley Nevada – Ekipman Değerlendirme Yönetimi yazılım broşürü )

Uzman sistemler o andaki veriyi analiz eder ve herhangi bir değişim olup olmadığının anlaşılması için geçmişteki verilerle karşılaştırma yapar. Bunun ardından bu sistemler mutlak eşik değerleri, istatiksel sınırlar ve hesaplamalardaki değişim hızını kullanarak önem derecesini belirler. Şiddet derecesi belirlendikten sonra ispatlanmış bir dizi kural veriye uygulanır. Son olarak, teşhisi düzelten bir olasılığın ortaya çıkarılması için tüm kuralların çiğnenmesini bir araya getirilir.

50

3.3.6 Faz Ölçüm Sistemleri Daha önce incelenen veri alma teknikleri titreşim hareketinin ölçülmesi ve özellikle titreşimin genliği ile ilgilidir. Dalganın genliğine ve frekansına yakın faz ilişkileri titreşim dalgasının çok önemli bir konusudur. Titreşim analizinde iki farklı dalga formu arasındaki faz farkından ekipmanın arıza teşhisi yapılabilmektedir. Faz birçok yoldan ölçülebilir. Bunlardan bazısı aşağıda verilmiştir. Burada titreşim analizinde, faz ölçüm enstrümanlarının analizör ile beraber kullanıldığına dikkat edilmelidir. Analizör titreşim dalga formunu toplama ve bundan sonraki ekipmanlar faz ve devir ile ilgili bilgi vermektedir. Bunun için; • • • •

Stroboskop Çift kanallı analizörler Foto hücreler ( foto takometreleri ) Elektromanyetik ve temassız toplayıcı ( Keyfazör /mil kodlayıcı )

kullanılmaktadır. Stroboskoplar Stroboskoplar normal olarak titreşim analizörü ile beraber verilen aksesuar setinin bir parçasıdır. Fakat bunlar ayrı olarak da temin edilebilmektedir. Stroboskoplar, belirli frekansta parlayan, dâhili olarak veya titreşim analizörü ile tetiklenmiş olan yüksek hassasiyetli ışığa sahiptir. Bu faz farklılıklarının gözlenmesi için kullanılan görsel bir yöntemdir ( Şekil 3.14 ). Faz farkının okunması için rotor üzerine bir referans işareti konulur. Bir kama yuvası veya bir çentik bu amaç için uygundur. Açısal ölçüm yapmanın bir diğer yöntemi de mil üzerine 00 ile 3600 arasında işaretlerin konulmasıdır. Bu mümkün olan en düşük hata ile faz değerlerinin okunmasını sağlar. Stroboskop analizörden titreşim sinyalinin 1xdevir ile tetiklenmiştir ve referans işareti bazı açısal pozisyonlarda durgun olarak görünebilir. Bu açısal pozisyonlar daha sonra kaydedilir. Bunun ardından titreşim probu bir diğer konumda sabitlenir. Burada elektronik flaş bu konumda yine 1xdevir ile tetiklenmiştir. Şimdi referans işareti duruma bağlı olarak bazen veya bazı diğer açısal konumlarda durgun olarak görünür. Bu değerler de kaydedilir. Ekipman üzerinde titreşim problarının yerleştirildiği iki konum arasında faz farkı elektronik flaş tarafından gözlenen referans işaretlerinin açısal konumlarının farkı olarak verilir. Bazı durumlarda milin sadece bir kısmı görülebilir, örneğin kaplin korumasından sadece yan tarafının görülmesi gibi. Özellikle referans işareti görünmeyen tarafta ise sadece mil çevresinin yarısının görünür olduğu durumlarda tek bir referans yeterli değildir. Bu gibi durumlarda iki işaretleme yapılmalıdır. Örneğin 1800 ‘lik açılar için o ve x yapılabilir. Bu yöntemin sadece genel faz karşılaştırmaları için güvenilir olduğu akıldan çıkarılmamalıdır. Çünkü bu görsel bir yöntem olduğundan yaklaşık sonuç vermektedir. Fazların daha hassas olarak okunması için milin çevresine belirli açılarda işaretler konulmalıdır. Ancak milin çapı küçük olduğunda bu bile biraz külfetlidir.

51

Şekil 3.14 Stroboskop ( Kaynak: Monarch Stroboskopları )

Avantajları • • • •

Stroboskopların hafif olması, kullanımlarının ve taşınmalarının kolay olması Bir dâhili tetikleme kullanılarak milin durgun olarak görünmesiyle devrin ayrı olarak ölçülebilmesi ( Tetikleme frekansı milin devri ile aynıdır ) Kaplin civatalarının gevşemesi, hasarlı kaplin şimleri ve diğer arızaların elektronik flaş ile grubun dondurulmasıyla gözlenebilmesi Bazı elektronik flaşlar fotosel, lazer takometre veya keyfazörler gibi harici tetikleyiciler olarak davranabilmesidir.

Dezavantajları • •

• • •

Bir referans çentiği veya kama yuvası olmayan ekipmanlar bir tanesinin sağlanması için durdurulmalıdır. Bunun yapılması sürekliliğin olduğu işletmelerde kolay değildir. Sadece 1xdevir titreşimleri için faz farkını sağlamaktadır. Örneği eğer 2xdevir ile ilgileniliyorsa elektronik flaşın milin bir tur dönmesinde iki kere parlayacaktır ve referans işareti iki konumda gözükecektir. Bu alt harmonik ve daha yüksek harmonik titreşimlerde bile bir sorun oluşturmaktadır. Derecelerde faz açılarının doğru olarak okunmasının daha zor olması Tehlikeli alanlarda elektronik flaşların kullanılmasının aşırı derecede dikkat gerektirmesi Fazın okunması için birisinin ekipmana yaklaşması gerekmektedir.

Çift Kanallı Analizörler Tek kanallı bir analizör belirli bir zaman aralığında sadece bir ivmeölçerden giriş kabul etmektedir. Oysa ki çift kanallı enstrümanlar aynı anda ekipman üzerinde farklı konumlarda bulunan iki ivmeölçerden girişleri kabul edebilmektedir. Bu yüzden iki titreşim dalga formu bir ekipman üzerinde toplanabilir ve analiz edilebilir. Daha sonra göreceğimiz gibi bu kullanıcıya çok anlamlı titreşim verileri sağlayacaktır.

52

Avantajları • • •

En büyük avantajı milin üzerinde referans işaretlerine ihtiyaç duyulmamasıdır. Bunun bir sonucu olarak işaretler için ekipmanın kapatılmasına ihtiyaç kalmamaktadır. Elde edilen faz farklılıkları çok hassas olması Herhangi bir frekansta faz farklılıklarını sağlayabilmesidir.

Şekil 3.15 Çift kanallı analizör

Dezavantajları •

Çift kanallı analizör modeli tek kanallı analizörlere göre daha pahalı olmasıdır.

Fotosel Fazların doğru veya uzaktan okunmasının gerektiği yerlerde bir fotosel detektör, bir elektromanyetik veya temassız toplayıcı kullanılabilir. Bunlar genellikle mile yakın olarak monte edilmiştir ( Şekil 3.16 ). Stroboskoplarda olduğu gibi bu toplayıcıların tetiklemesi için milin üzerinde bir referans işareti konulmalıdır. Bir fotosel detektör hedefin yansıtması için kullanılır. Diğer yaygın yöntemlerden birisi de mili siyah izole bant ile kaplamak ve ardından ince yapışkan bir yansıtıcı bantla veya bant üzerine bir beyaz çizgi çekmektir. Burada amaç milin her bir turunda fotoselin hedef alanındaki yansıtıcılıkta keskin değişimler sağlamaktır. Elektronik devrelerinde manuel bileşenler yoktur. Aygıttan stroskobik ışık kaynağı yerine bir sabit ışık kaynağı yayılır. Bir foto detektör ( veya fotosel ) dönen mil üzerinden ışığın her yansımasında bir puls üretir. Faz ölçümlerinin tümü sıfır derece ile işlendiği yansıtıcı bir banta göre yapılır. Yansıyan ışın devir başına bir puls ürettiğinden milin devri kolaylıkla tespit edilebilir ( Şekil 3.17 ).

53

Şekil 3.16 Fotosel kiti

Şekil 3.17 Fotosel prensibi

Elektromanyetik ve Temassız Toplayıcılar ( Keyfazör ) Temassız prob veya elektromanyetik toplayıcı ile ölçüm için mil üzerinde bir çentik, girinti, kama veya kama yuvası olmalıdır. Kamayı milin etrafında tutmak için en çok yüksek mukavemetli bir bant kama etrafına sarılmaktadır. Fakat bu yöntem yüksek devre sahip miller için önerilmemektedir. Bir elektromıknatıslı toplayıcı sensöründe ( Şekil 3.18 ) çıkış gerilimi geçilen referans özelliği gösterecek şekilde değişir. Bu çıkış gerilimi daha sonra farklı konumlardaki faz farklılıklarının belirlenmesi için en büyük titreşim genliğinin meydana geldiği yer ile karşılaştırılır. Bu fotosel ve keyfazör kendi başlarına faz değerlerini gösteremezler. Kendi verilerini analiz edilmesi için bir analizöre veya osilaskopa beslemek zorundadırlar. Bunlarda stroboskoplardaki gibi 2xdevir ve daha düşük ve daha yüksek harmoniklerdeki fazların bu enstrümanlarla belirlenmesi mümkün değildir. Buna erişebilmek için arzu edilen frekanstaki referans sinyali gerekmektedir. Bu yüzden eğer 2xdevir deki faz arzu ediliyorsa milin üzerine iki tane referans işareti konulmalıdır. Bu yolla her bir dönüşte iki tetikleme oluşturulur ve analizör 2xdevirde tetiklenecektir ve sonuç olarak okunan faz değeri 2xdevir olacaktır. 54

Şekil 3.18 Keyfazör

Burada bir harmonik altı veya harmonik olmayanla ilgili titreşim frekansları karşılaştırılmasının zorunlu olduğu yerde bir referans titreşim toplayıcı ve ayarlanabilir filtreli bir referans titreşim analizörü kullanılarak arzu edilen titreşim frekansında bir referans sinyali elde edilir. 3.3.7 Burulma Titreşimleri Burulma titreşimleri daha önceki kısımlarda incelenen yanal titreşimlere benzerdir. Dönen ve güç ileten her mekanik sistem burulma davranışı sergiler. Burada burulma davranışı ile ilgili olan ve analiz için: 1. Devirdeki değişim 2. Burulma titreşimi 3. Besleme hataları kullanılmaktadır. Yukarıda bahsedilen olayı ölçen burulma titreşim ölçerleri aşağıda ayrıntılı olarak açıklanmıştır. Devirdeki Değişim Her tur için milin çevresi üzerindeki herhangi bir nokta bir turu tamamlamak için açısal olarak 3600 ‘lik mesafeyi kat etmek zorundadır. Dönme hızı ise açısal hız olarak adlandırılmaktadır. Birçoğumuz bunun neredeyse uniform olduğuna inanırız. Ancak, birçok durum için bu durum doğru değildir. Burada milin 1 d/d hıza sahip olduğunu kabul edelim. Ardından mil üzerinde birbiri arasında 900 ‘lik açı bulunan dört nokta tanımlayalım. Eğer açısal hız üniform ise her bir sektör kesin olarak 15 sn ‘de geçilmelidir. Bunun yerine birinci sektör 10 sn, bir sonraki 20 sn üçüncüsü 10 sn ve son sektör 20 sn ‘de geçilsin. Bu yüzden bir çevrimdeki açısal hız artıp azaldığında devir değiştikçe neler olduğunun bilinmesine izin verir. Devirdeki bu değişimin ölçülmesi için yüksek çözünürlüklü bir döner kodlayıcı kullanılmıştır. Kodlayıcının çıkış sinyali yüksek devirlerde puls frekanstan gerilime ( F-V ) dönüştürülerek her bir devirdeki değişim belirlenir ( Şekil 3.19 ).

55

Şekil 3.19 Açısal hıza karşılık devir

Burulma Titreşimleri Burulma titreşimleri dönen bir mil üzerindeki iki nokta arasındaki bağıl açısal deplasmandaki değişimi göstermektedir. Duran mil üzerinde aynı doğru üzerinde bulunan iki nokta seçilsin. Mil güç iletmeye başladığında burulmaya başlar ve sonrasında bu iki noktayı birbirine bağlayan düzgün bir çizgi ortada kalmaz. Bu çizgi daha sonra eğri veya şekil olarak spiral hale dönüşür ( Şekil 3.20 ). Normal olarak bir çift elektromanyetik devir sensörü bu ölçüm için kullanılabilir. Titreşim ölçer milin tahrik edilen ve yüklenen tarafı arasındaki burulma fazı farkının geliştirdiği burulmayı ölçer. Elde edilen faz farkı F-V ( frekanstan gerilime ) yüksek devirlerde dönüştürülür ve burulma titreşiminin belirlenmesi için frekans hesaplamaları kullanılarak yapılır. Besleme Hatası Ekipmanın birden fazla mile sahip olduğunu kabul edelim. Güç aktarma organının yukarı ve aşağı konumlarında dönel açıda bir hata veya gecikme meydana gelsin. Bunun miktarı güç aktarma organının yukarı ve aşağı konumları arasındaki faz farkı olarak daha önce incelenen burulma titreşiminin algılanmasına benzer olarak ölçülür. Her bir adımdaki besleme hatası faz farkından belirlenmiştir ve bunun ardından besleme hatasının belirlenmesi için frekans hesaplamaları ile işlenir ( Şekil 3.21 ). Bu tip bir sistemde dişliler, kayışlar ve zincirler birbirine bağlanmıştır. Besleme hatasından kaynaklanan titreşim ekipmanın imalat işçiliğinin kötü olmasından, güç aktarma organlarındaki deformasyondan veya dönen parçaların devrindeki değişimden kaynaklanmaktadır. Normal olarak devir değiştiğinde burulma titreşimi ve besleme hataları karmaşık olarak karışmıştır. Bu değişimlere maruz kalan sistemlerin geliştirdiği ters etkiler ise: 56

• • • •

Titreşim ve/veya gürültüde artış Konumlandırma hassasiyetinde bozulma Besleme hassasiyetinde bozulma Yorulmadan kaynaklanan arızalar

dır.

Şekil 3.20 Burulma titreşimi

Bu yüzden dönen parçaların ve güç aktarma organlarının içermiş olduğu herhangi bir dönel sistemde devirdeki değişimin, burulma titreşiminin ve besleme hatası parametrelerinin neden sonuç ilişkisi içerisinde ölçülmesi önemlidir.

Şekil 3.21 Besleme hatasının belirlenmesi

57

Burulma Titreşim Ölçeri Bir çift sensörlü sistemin kullanılmasıyla burulma titreşim ölçerleri ( Şekil 3.22 ) dönel pulsları, açısal deplasmandaki ölçüm değişimlerinin algılanması ve ilgilenilen milin üzerine çizgili bir bandın yapıştırılması ile burulma titreşimleri analiz edilebilir. Ana birime entegre olan FFT analizörü frekans ve iz bulma analizi yapılmasını mümkün kılar ve sahada analiz sonuçlarının basılmasına izin verir.

Şekil 3.22 Burulma titreşim ölçeri ( Kaynak: Ono Sokki, Japon Teknik Bülteni, İnternet )

Daha önce gösterilen burulma titreşim şematiğinde iki nokta arasındaki bağıl deplasmanın ölçülmesinin mümkün olmadığı kabul edilmişti. Ancak burulma titreşiminin bileşeni nesne üzerinde özel bir konuma çizgili bant yapıştırılmasıyla açısal deplasmandaki değişimler kolayca tespit edilebilir. 3.4 Sonuç Bu yüzden bu konu, ekipmanın titreşim hareketinin transdüktörler ile yakalanmasını ve elektriksel sinyallere dönüştürülmesini anlatır. Bu sinyaller daha sonra sinyallerin işlendiği bir veri toplayıcı/analizör ile toplanır. Elektriksel sinyalin bileşenlerine dönüştürülmesi analizör ile yapılır ve sinyal işlemenin bir parçası olan titreşim verisi ile ilgili bilgi ve dokümantasyon oluşturulur. Bu sinyallerin işlenmesi bir sonraki bölümün konusudur. Sinyaller işlendikten sonra analizörler daha anlamlı veri sağlarlar. Bu veriler ekipmandaki veya ekipmanın bileşenlerindeki ortaya çıkan arızalar arasında ilişki kurmayı sağlayabilir.

58

Sinyal İşleme, Uygulamaları ve Gösterimleri

4

Sinyal İşleme, Uygulamaları ve Gösterimleri 4.1 Hızlı Fourier Dönüşüm ( FFT ) Analizi Bir ekipmanın titreşimi fiziksel bir harekettir. Titreşim transdüktörleri bu hareketi bir elektriksel sinyale dönüştürürler. Bunun ardından elektriksel sinyal veri toplayıcılara veya analizörlere aktarılır. Buradan analizörler FFTlere ve diğer parametrelere verilecek şekilde bu sinyali işler. Biz burada sinyalin işlenmesine kısaca değineceğiz. Bu bize sonuç olarak ekipman koşulunun izlenmesi için gerekli olan bilgiyi verecektir. İlgili son çıkış değerlerine erişebilmek için sinyal aşağıdaki adımlarda işlenir: • • • • • • • •

Analog sinyal girişi Yumuşatma filtresi Analog/Dijital dönüştürücü Üst üste bindirme Pencereleme FFT Ortalama alma Görüntüleme/depolama

Yukarıda bahsedilen dijital sinyal işleme adımlarına geçmeden önce birkaç terimin ve kavramın açıklanması gerekmektedir. 4.1.1 Fourier Dönüşümü Bir titreşim veya sistem cevabı deplasman, hız ve ivme genlikleri ile hem zaman hem de frekans alanında temsil edilebilir ( Şekil 4.1 ). Zaman alanı zamanla değişen genlikten oluşmaktadır. Bu genellikle sızma veya tüm değerlerin okunması olarak ele alınır. Frekans alanı genlik değerlerinin sinüs ve kosinüs dalga serileri ile gösterildiği alandır. Bu dalgaların frekansla değişen bir büyüklüğü ve fazı bulunmaktadır. Ölçülen titreşimler her zaman analog biçimdedir ( zaman alanında ) ve frekans alanına dönüştürülmesi gerekmektedir. Hızlı Fourier Dönüşümü ( FFT ) bunun için kullanılmaktadır. Bu yüzden FFT örneklenmiş bir sinyal üzerindeki hesaplamadır. Eğer FFT örneklenmiş bir sinyal üzerindeki bir hesaplama ise burada akla gelen ilk soru örnekleme hızını nasıl belirleyeceğimizdir.

59

Sinyal İşleme, Uygulamaları ve Gösterimleri

Şekil 4.1 Fourier dönüşümü

Örnekleme Hızı Verilen anlarda bir dalga genliğinin kayıt edilmesine örnekleme denmektedir ve ardından kayıt yapılan noktalar ile bir eğri oluşturulmaktadır. Bu yüzden toplanan ayrık örnekleme veri noktaları ( dijital ) gerçekte analog biçimde olan dalganın yeniden oluşturulması için kullanılır. Eğer yeniden oluşturulan dijital dalga orjinal dalga ile benzerlik gösteriyorsa biz genlik değerini nasıl hızlı kayıt edebiliriz veya diğer bir değişle örnekleri öyle bir dijitalleştirilmiş dalga olarak alırsak orjinal analog dalganın kesin bir kopyası elde edilebilir mi ? Bu sorunun cevabı Nyquist örnekleme teoriminde yatmaktadır. Bu teoreme göre Eğer biz herhangi bir örnekleme sinyalindeki herhangi bir veriyi kaybetmiyorsak ilgilenilen yüksek frekans bileşeninin en az iki katındaki frekans hızında örnekleme yapmalıyız. Şekil 4.2 ‘de örnekleme hızının, dalga frekansının iki katından az olduğu örnekleme hızındaki durum görülmektedir. Burada 3 ms ‘de dört örnekleme aralığında toplanan verilerin yeniden oluşturulmasıyla elde edilmiş dalga ( noktalı ) görülmektedir. Bu dalga daha düşük frekanstadır ve etkin dalganın gerçek bir gösterimi değildir.

60

Sinyal İşleme, Uygulamaları ve Gösterimleri Daha düşük frekanstaki bu biçimlenme olayı yumuşatma olarak adlandırılan seyrek örneklemeden kaynaklanmaktadır. Tüm veri toplayıcıları/analizörleri örnekleme hızına sahip olarak otomatik seçilir. Bu sayede yumuşatma meydana gelmez. Bu teoride bu örnekleme hızının yarısından daha fazla olan frekanslarda titreşim meydana gelmez. Ancak bu pratikte hiçbir zaman mümkün değildir. Bu yüzden tüm analizörler yumuşatma filtreleri ile donatılmışlardır. Bunlar düşük geçişli ( düşük frekanstakilerin geçmesine izin veren yüksek frekanstakileri bloke eden ) elektronik filtrelerdir. Bu filtreler örnekleme hızının yarısındaki frekanstan daha büyük frekansa sahip olan analog sinyalden tüm titreşimleri çıkarırlar. Bu filtreler, örnekleme frekansının değiştirilmesiyle uygun değerlere otomatik olarak ayarlanırlar ( bu analizörün frekans aralığı kullanıcı tarafından değiştirildiğinde meydana gelir ). Burada filtrelemenin analog kısmın dijitalleştirilmesinden önce meydana geldiği unutulmamalıdır.

Şekil 4.2 Bir seyrek örnekleme

4.1.2 Analog – Dijital Dönüştürücüler Transdüktörler tarafından toplanan titreşim dalgaları analog sinyallerdir. Analog sinyaller daha sonra yapılacak işleme için dijital değerlere döndürülmek zorundadır. Bir analog sinyalin dijital sinyale dönüştürülmesi Analog-Dijital ( A/D ) Dönüştürücü ile yapılmaktadır. A/D dönüşümü aslında mikroişlemciler tarafından yapılmaktadır. Herhangi bir dijital işleyici gibi A/D dönüşümü 2 ‘nin üsleri şeklinde ( ikilik sayılar olarak adlandırılan ) çalışır. 12-bitlik bir A/D dönüştürücü 4096 aralık sağlarken 16-bitlik bir A/D dönüştürücü ayrık 65536 aralık sağlamaktadır ( Şekil 4.3 ). Aralık sayısının daha fazla olması sinyalin genlik çözünürlüğünün daha iyi olmasını sağlar. Bir 12-bitlik A/D dönüştürücü tam ölçeğin %0.025 çözünürlüğünde sonuç verecektir. Halbuki 16-bitlik bir A/D dönüştürücü %0.0015 ‘lik bir çözünürlükle sonuç verir. Bu yüzden eğer mümkünse sinyal büyük ve küçük genliklerde hassas olarak toplanmalıdır.

61

Sinyal İşleme, Uygulamaları ve Gösterimleri

Şekil 4.3 Analog-Dijital dönüştürme

4.1.3 Pencereleme Sinyal bir A/D dönüştürücü kullanılarak dijitalleştirildikten sonra süreçteki bir sonraki adım ( FFT algoritmasına maruz kalmadan önce ) pencereleme olarak adlandırılmaktadır. Sinyalin kaçak etkilerini en aza indirmek için veriye bir pencere uygulanmak zorundadır. Pencereleme sinyal örneğinin aynı uzunluktaki bir pencere fonksiyonu ile çarpılmasına eş değerdir. Bir analog sinyal yakalandığında sabit zaman aralıklarında örneklenir. Sabit zaman aralıklarında örnekleme yapılması örneklemenin başlangıcı ve sonu arasında etkin dalga formunun kesilmesine neden olur. Elde edilen sonuçlar dalga formunun periyoduna göre örneğin konumu ile değişim gösterir. Bu sonuç olarak sürekli dalga formunda süreksizliklere neden olur. Pencereleme verideki bu süreksizlikleri örneklenmiş veriyi örnekleme periyodunun başlangıcında ve sonunda sıfıra indirmeye zorlayarak doldurur. Şekil 4.4 ‘te pencereleme etkisi görülmektedir. Pencereler verideki süreksizlikleri örnekleme periyodunun ( veya zaman penceresinin ) başında ve sonunda sıfıra indirerek doldurduğu düşünülebilir. Dolayısıyla örneklenmiş periyot sürekli olarak gözükür. Sinyal pencerelenmediğinde ve süreksiz olduğunda FFT algoritması uygulanırsa bir kaçak hatası meydana gelir. FFT algoritması süreksizlikleri değişen frekanslar olarak görür ve bu frekansların hiçbirisi de o an için sinyalde bulunmadığında banttaki yan bantları gösterir. Ayrıca pencerelerin kullanılması genlik hassasiyeti sağlanmaya çalışılırken yakın olarak yerleştirilmiş frekansların çözülme kabiliyetini de etkiler. Ancak diğer taraftan bir tanesinin optimize edilmesi mümkündür. 62

Sinyal İşleme, Uygulamaları ve Gösterimleri

Şekil 4.4 Pencereleme prensibi

Birçok pencere fonksiyonu bulunmaktadır. Bunlardan; 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Dikdörtgen ( temel olarak pencere yok ) Flat top Hanning Hamming ( Şekil 4.5 ) Kaiser Bessel Blackman Barlett

titreşim sinyalinin işlenmesinde kullanılır. Genel olarak analizörlerin birçoğunda sadece yukarıda bahsedilen ilk üç pencere fonksiyonu kullanılmaktadır. Flat top pencere uygulanması ile hiç pencerenin uygulanmadığı ( dikdörtgen pencere veya üniform ) durum karşılaştırıldığında FFT ‘de daha geniş bir tepe görülür. Hanning penceresi de tepeyi genişletmektedir. Fakat flat top tan daha az geniştir. Birbirine çok yakın iki frekans arasında ayırım yapılması tepelerin genişliğinden dolayı çok zor hale gelmektedir. Belirli bir frekanstaki bir sinyal bileşeninin ( bir tepe ) varlığı tanımlanmaya çalışıldığında en iyi yöntem analize bir dikdörtgen pencere uygulamaktır. Fakat tepenin büyüklüğü önemli ise burada flat top pencere en iyi seçim olacaktır ( Şekil 4.6 ). 63

Sinyal İşleme, Uygulamaları ve Gösterimleri

Şekil 4.5 Pencere fonksiyonları

Açıkçası ne dikdörtgen ne de flat top en iyi çözümdür. En iyi çözüm analizin amacına göre değişmektedir. Uygulamaların birçoğu için en iyi çözüm verilerin bir dizi farklı yolla işlenmesidir. Birinci sonuç için Hanning penceresi uygundur ve genellikle varsayılan tercihtir. Bu şekilde bins arasındaki tepelerin genlik çözünürlüklerinin iyi olması sağlandığı gibi tepe en az genişliktedir. 4.1.4 Çözünürlük Hatları, F-maks, Bant Genişliği Dijital sinyal üzerinde FFT hesaplandıktan sonra sinyalin frekans alanında toplayıcı/analizör ekranı üzerinde görüntülenebilir. FFT, genlik spektrumunun frekansın fonksiyonu olarak ifade edilmesinden oluşmaktadır. Çözünürlük frekans spektrumunun görüntülenmesi için kullanılan çizgi ( veya bin ) sayısıdır. Çizgi sayısı 200, 400, 800, 1600, 3200, 6400 ve 12800 olabilir. F-maks verilerin toplandığı sırada kullanıcının analizör üzerinden seçtiği maksimum frekans sayısıdır. Bant genişliği, F-maks ‘ın çözünürlüğe bölünmesiyle elde edilir. Çözünürlük yüksek olduğunda frekans tepeleri arasında daha iyi bir ayrım bulunduğundan bu şimdi anlaşılabilir. F-maks ‘ın seçimi deneyim gereken verilerin toplanması üzerinedir. Eğer F-maks çok yüksek değere ayarlanırsa bant genişliği daha büyük olur ve çözünürlük etkilenir. Diğer taraftan eğer F-maks çok düşük değere ayarlanırsa değerli yüksek frekans titreşim verisi kaybedilebilir. Bundan başka F-maks ile ters olarak değişen verilerin toplanması için gerekli olan zamanın bilinmesi kimilerine daha ilgi çekici gelebilir. F-maks ‘ın daha yüksek olması FFT ‘nin daha hızlı görüntülenmesini sağlayacaktır. Bu örnekleme hızı ve FFT ‘deki çizgi sayısı arasındaki

64

Sinyal İşleme, Uygulamaları ve Gösterimleri sabit matematiksel ilişkiden kaynaklanmaktadır. Genel bir kural olarak F-maks değerinin seçilmesi için aşağıdaki tavsiyeden yararlanılabilir:

Şekil 4.6 FFT çıkışının karşılaştırılması

• • •

Pompa, fan, blovır ve motor gibi genel dönen ekipmanlar için F-maks devir sayısının 20 ila 40 katına ayarlanmalıdır. Redüktörlerde titreşim ölçüldüğü zaman F-maks dişlinin eşleşme frekansının en az üç katından daha yüksek olmalıdır. Dişlinin eşleşme frekansı pinyon dişli sayısı ile çalışma devrinin çarpımına eşittir. Ancak, bir ekipman üzerinde ilk kez analiz yapılacaksa birisi devrin 10 katında diğeri 100 katında olmak üzere iki değer üzerinden alınmaya başlanması tavsiye edilmektedir. Bu yüksek veya düşük frekans bölgesinde önemli frekansın olmamasını sağlar. Kötü frekans değer aralığı kaydedildikten sonra F-maks buna uygun olarak ayarlanmalıdır.

4.1.5 Ortalamasını Almak Analizör/veri toplayıcılarda sağlanan bir diğer özellikte ortalama almaktır. Buradaki amaç daha fazla tekrarlanabilir sonuç elde etmek ve ayrıca karmaşık ve parazitli sinyallerin sunumunun daha kolay yapılabilmesini sağlamaktır. Farklı ortalama alma yöntemleri bulunmaktadır. Bunlar: • • • •

Doğrusal ortalama alma Tepe değeri yakalama Eksponansiyel Eş zamanlı ortalama alma

dır. 65

Sinyal İşleme, Uygulamaları ve Gösterimleri Doğrusal Ortalama Alma Bir ölçüm süresince toplanan her bir FFT spektrumu bir diğerinin üzerine eklenir ve ardından ekleme sayısına bölünür. Bu tekrarlanabilir verilerin elde edilmesine yardımcı olur ve rasgele parazitlerin ortalamasının alınmasını sağlar. Ortalama alma tekniğinde bu çok yaygın olarak kullanılmaktadır. Spektrum tipik olarak 2, 4, 6, 8, 16 veya 32 katında ortalaması alınır. Fakat herhangi bir sayıda kullanılabilir. Tepe Değeri Yakalama Bu yöntemle her bir analiz hücresindeki tepe değeri kaydedilir ve ardından görüntülenir. Diğer bir deyişle herhangi bir ortalama için ölçülen en yüksek spektral çizgi genliğinin zarfı geliştirilir. Bu teknik kısa süreli değerlerin görüntülenmesi için kullanılır. Gerilim analizi çalışmaları süresince gerekli olabilecek kendi kendine durma veya gelişigüzel uyarımlar gibi. Eksponansiyel Bu yöntemde en yakın zamanda alınan spektra daha eski olanlara göre daha önemli olarak kabul edilir ve bu yüzden bunara eklerken ve ortalamaları alınırken daha fazla matematiksel ağırlık verilir. Bu örnekleme zamanına göre çok yavaş değişen gözetleme koşulları için kullanılır. Senkron Zamanlama Bu yöntem inceleme altında olan bir ekipmandan alınan senkronlama sinyalini kullanır ve zaman alanında ortalamanın alınması için kullanılmaktadır. Senkronlama sinyali genellikle şarftın çevresindeki bir referans konumunda bir fotosel veya bir elektromanyetik toplayıcı tarafından oluşturulan bir puls şeklindedir. Titreşim örnekleri bu yolla aynı anda ortalamanın alındığı sürede milin dönüşüne göre alınabilir. Bu sistemde senkron olmayan titreşimler bu yöntemle verimli olarak etkisiz bırakılabilir. Bu yöntem genellikle ekipman farklı hızlarda birçok dönen parçaya sahip ise kullanılmaktadır. Bu yüzden titreşimler diğer sinyallerin ortalaması alınırken senkronlama sinyali ile senkronize edilir. 4.1.6 Üst Üste Bindirme Şöyle bir örneği ele alalım: Eğer 1 kHz ‘deki frekansları toplamaya ve analiz etmeye ihtiyacımız var ise 1024 örneği toplamak için gerekli olan veri toplama zamanı ( zaman penceresi olarak da bilinen ) tam olarak 40 ms olacaktır. FFT işlemcisi ( Şekil 4.7 ) 10 ms ‘de hesaplayabilir ve görüntüleyebilir ( Bir sonraki bloğun alınması tamamlanana dek 30 ms ‘lik boş sürelerde tamamlanmasını sağladıktan sonra ). Birinci blok toplandıktan sonra bir sonraki bloğun tamamen toplanmasını beklemekten çok yeni bloktan ve eski bloktan alınan veri parçasının kullanılmasıyla yeni bir spektrumun hesaplanması ve işlemin yürütülmesi mümkündür. Eğer ilgilenilen süreç durgun ise ( zamanla değişmiyor ise ) iki bloktan alınan verinin ortalaması alınabilir. Yukarıda bahsedilen örnek göz önüne alındığında bir önceki bloğun %75 ‘i ve yeni bloğun %25 ‘inin kullanılmasıyla yeni bir FFT hesaplaması başlatılabilir. Bunun ardından %75 bindirme işlemi yapılabilir ve görünen işlem zamanı ( birinci bloktan sonra ) spektrum başına

66

Sinyal İşleme, Uygulamaları ve Gösterimleri 40 ms yerine 10 ms olacaktır. Bindirme yöntemi çok düşük frekanslarda olduğunda daha önemli olmaktadır veya birçok spektral ortalama hesaplanması istenebilir.

Şekil 4.7 FFT veri işlemcisi

Örneğin 100 Hz frekans aralığında verileri topladığımızı kabul edelim ve bunu 16 ortalamada hesaplayalım. Veri toplama süresi 4 sn olsun ve bindirme işlemi olmadan 64 sn ihtiyacımız olacaktı. %75 bindirme ile ilk blok için 4 sn ve her ardışığı için 1 sn veya 4 x 1 + 1 x 15 = 19 sn aynı işlemin yapılması için harcansın. Bindirmenin kullanılmasıyla veri toplama süresince önemli bir miktarda zaman kaydedilir. Bu yöntem toplanan verilerin daha verimli olarak kullanılmasını sağlar. 4.1.7 Gösterme/Depolama FFT analizörleri LCD ekranlara ve yerleşik depolama birimlerine sahiptir. Bu sayede işlenen sinyaller neredeyse anında dijitalleştirmeden hemen sonra görüntülenebilmektedir. Kullanıcı bu verileri sırasıyla bilgisayarına indirebilir. Modern analizörlerde; • •

Frekans bantları/alarmları Şelale

gibi özel görüntü modları da bulunmaktadır. Frekans Bantları/Alarmları Bu görüntüleme tipinde FFT spektrumu bant olarak adlandırılan altı alt bölgeye ayrılmıştır. Bunların her birisinin kendine ait alarm sınırı bulunmaktadır. Bu sayede kullanıcı bilgiyi alabilir ve bileşenin arızasına dayanarak alarm sınırlarını belirleyebilir. Örneğin bir FFT spektrumu bandı veya bölgesi rulmanın arızalanma frekanslarının izlenmesi için ayarlanabilir. Titreşim toleranslarının bazısının arasında frekans veya harmonikleri baz alan filtrelenmiş titreşim sınırlarına doğru bir eğilim bulunmaktadır. Genel bir kural olarak titreşim seviyeleri ekipmanın dönmesiyle frekans arttığında azalma eğilimindedir.

67

Sinyal İşleme, Uygulamaları ve Gösterimleri Normalde iki tip bant alarmı kullanılmaktadır. Bunlardan bir tanesi bant içerisindeki tepe genliğine dayanır ve diğeri bant içerisindeki toplam bozucu enerji içeriğine dayanır. Titreşim standartlarını belirleyen organizasyonların bazıları FFT spektrasının farklı bantları için ekipmanın tipine bağlı olarak çok iyi alarm kılavuzları geliştirmişlerdir. Bu alarm bantları genellikle analizör ile ilgili yazılımda ekipmanın verileri yüklendiğinde otomatik olarak bir araya getirilir. Bu veriler analizöre hangi ekipman verisinin toplanacağını belirten bir tur sırasıyla yüklenir. Şelale Şelale belirli bir zaman süresince ekipman üzerindeki aynı konumlardan toplanan FFT lerin özel bir gösterimidir. Her bir FFT bir diğerinden sonra çizilerek FFTlerin görünümü için bir izlenim verir. Bu tip bir gösterim tüm aralık boyunca herhangi bir frekansta genlikteki değişimlerin çok kolay bir şekilde görülmesini sağlamaktadır. Analizörde depolanan spektral veriler, hafızada çok fazla yer tutmaktadır ve bu yüzden en iyi yöntem FFTlerin bir ana bilgisayara gönderilmesi ve şelale çizimlerinin görüntülenmesi için bilgisayar yazılımının kullanılmasıdır. Şekil 4.8 ‘de şelale çizimlerine örnekler verilmektedir.

Şekil 4.8 Yüksek devirli buhar türbininin tahrik tarafındaki yatağına ait şelale çizimi

Birincisi bir motordan kayışla tahrik edilen bir blovır olsun. Bunun rotoru asılan tiptedir. şelale çizimleri o andaki FFT ile daha öncekiler arasında bir karşılaştırma yapılmasını sağlamaktadır. Bu durumda neredeyse iki yıl önce toplanan eski veri yeni veri ile karşılaştırılmaktadır. Bu eğriden rotorun balansa gönderilmesi gerektiği kolayca görülebilmektedir. İkinci çizim su ile soğutulan yüksek devirli bir buhar türbininden alınmıştır. Ayarsızlıktan dolayı oluşan tepeler açıkla görülmektedir. Şelale çizimi ile bu arızanın izi sürülebilir ve ilgilendiğimiz frekanslar normal dışı bir gelişim gösteriyorsa uyarı oluşturabiliriz. Görüldüğü gibi hızlı tanımlama için harmonikler çizim üzerinde işaretlenmiştir.

68

Sinyal İşleme, Uygulamaları ve Gösterimleri 4.2 Zaman Dalga Formu Analizi Bir zaman dalga formu analizi zaman alanı sinyalidir. Titreşim terimlerinde bu zamanda göre deplasman, hız veya ivme grafiğidir. Bu tip bir sinyalin zaman genişliği normal olarak mili saniye aralığındadır ( Şekil 4.9 ).

Şekil 4.9 Zaman dalga formları

Zaman dalga formları ham titreşimin kısa bir zaman aralığını göstermektedir. FFT gibi uygun olmadığı düşünüldüğünden özel uygulamalarda kullanılmaktadır ve bir ekipmanın frekans spektrumunda görülemeyen koşulu hakkında bilgi verebilmektedir. Zaman dalga formunun analizi yeni bir teknik değildir. Titreşim analizinin yapıldığı ilk zamanlarda zaman dalga formları osiloskoplar ile görülmekteydi ve frekans bileşenleri elle hesaplanmaktaydı. Frekans ve zaman arasındaki ilişki: f=

1 T

dir. Burada; f : Frekans T : Dalganın bir çevriminin tamamlanması için gereken zaman periyodu

[ Hz ] [ sn ]

dur. Bu yüzden bu ham veriyi bir osiloskop veya modern analizörler üzerinden okurken T zaman periyodu süresince olan çevrimler elde edilecek frekansın hesaplanması için kullanılabilir. Birçok durumda zaman dalga formu biraz karmaşıktır ve neredeyse frekansın belirlenmesi için çevrimlerin sayılması imkânsızdır. Ancak zaman dalga formu çalışması frekansın hesaplanması anlamına gelmemelidir ve birçok durumda bir FFT hesaplaması duruma daha uygun düşmektedir. Zaman dalga formu verisi en yaygın olarak bir ekipmanın dalga formu yapısının benzer arızaya sahip diğer ekipmandan alınan dalga formu ile karşılaştırılması için kullanılmaktadır. Eğer gerekli ise dalga formu yapısındaki önemli olayların frekans bileşenleri hesaplanabilir. Şekil 4.10 ‘da pompa devrinde yüksek frekanslı dalgalara ait dalga formlarının üst üste bindirilmiş hali görülmektedir.

69

Sinyal İşleme, Uygulamaları ve Gösterimleri

Şekil 4.10 Zaman dalga formu örneği

Şekil 4.11 ‘de bir boylerin çift emişli ID fanının NDE ‘sinden toplanan dalga formu görülmektedir. Bu form esas frekansın harmoniklerine sahiptir. Burada ortalama pozitif genliğin ortalamanın altındaki genlikten biraz daha az olduğuna dikkat edilmelidir. Burada ayrıca alt yarıda ( veya yedi çevrimde ) 400 ms süresince yapılan ölçümdeki sayılabilir yedi adet tepe bulunmaktadır. Bu dakikada 1050 çevrime denk gelmektedir ve fanın devrine uymaktadır.

Şekil 4.11 Zaman dalga formu örneği

Şekil 4.12 ‘de vuruş olarak adlandırılan olayı tanımlayan özel bir dalga formu görülmektedir. Frekansa sahip iki dalga formu sadece çok az ( 30 Hz ‘den daha az ) ve yaklaşık olarak aynı genlikte vuruş dalga formu üretmektedir. Bunlar tam pulslardır. Bunun nedeni genliklerin değişime zorlanması ve bozulmasıdır. Genlik değişimi modülasyon olarak adlandırılmaktadır

70

Sinyal İşleme, Uygulamaları ve Gösterimleri

ve iki dalga formunun frekansları arasındaki farka eşdeğer bir frekansa sahiptir. Eğer fark azalırsa vuruş frekansı da azalacaktır. Vuruş dalga formları farklı devirlerde marjinal olarak çanak veya helezona sahip santrifüjlerde yaygın olarak görülmektedir ve her birisinde biraz balanssızlık var ise vuruş frekansının elde edilmesi çok normaldir. Bazı durumlarda çanak ve helezon devirleri arasındaki farkı belirlemek için vuruşu zamanlamak mümkündür. Bu olay ayrıca elektriksel arızaya sahip motorlarda da görülmektedir. Bu arızalar, güç iletim hattı frekansının iki katına eşit bir titreşim frekansı oluşturmaya meyillidirler. Eğer hat frekansı 50 Hz ( 300 cpm ) ise arızanın frekansı muhtemelen 6000 cpm olmalıdır. Şimdi eğer motorun fiziksel devri 2980 d/d ise ikinci harmonik 5960 cpm olmalıdır. Bu yüzden 6000 ve 5960 cpm lik dalga formları genlik vuruşlarını ve modülasyonunu oluşturacaktır.

Şekil 4.12 Dalga formu – vuruş

Zaman dalga formunun olduğu alanlarda FFT lerden aşağıdaki ek bilgiler de sağlanabilir: • • • • •

Düşük devirli uygulamalar ( 100 d/d ‘den az ) Bilyalı rulmanlar ve dişli çarklardaki arızanın şiddetinin değerlendirilmesi gibi darbenin meydana geldiği yerlerdeki durumlarda gerçek genliğin bulunması Gevşeklik Ovalama Vuruş

Balanssızlık ve ayarsızlık gibi arızaların olduğu durumlarda zaman dalga formu çok karmaşık değildir. Bu, teşhis için zaman dalga formuna bir avantaj sağlamaz. FFT genliğinin ve fazının incelenmesi daha iyi bir tekniktir. Bir zaman dalga formu analizi bir analizör üzerinden yapılıyorsa ayarlanması gereken birçok parametre bulunmaktadır. Titreşim genliğinin anlık olarak yakalanması için doğru ayarlar yapılmalıdır. Bu parametreler: • •

Ölçüm birimi Örnekleme periyodunun süresi

71

Sinyal İşleme, Uygulamaları ve Gösterimleri • • •

Çözünürlük Ortalama alma Pencereleme

dir. 4.2.1 Ölçüm Birimi

Bu ilgilenilen titreşimin karakteristiğini, deplasmanı mikron ( düşük ve yüksek frekanslar için ayarlama yapılabilir. Bu durumda μH ve μL olarak tanımlanabilir ), hız ise mm/sn-tepe veya ivme g ile gösterilebilir. Ölçüm birimlerinin seçim kriteri Deplasman, Hız ve İvme – Hangisi kullanılmalı ? adlı konuda incelenmişti. Genel olarak transdüktörün varsayılan birimi zaman dalga formunun görüntülenmesi için kullanılabilir. Bu yüzden eğer deplasman çizimi gerekli ise bir deplasman transdüktörü kullanılmalıdır. Birçok durumda şu andaki ticari veri toplayıcılarında bu birim olarak ivme seçilebilir. Eğer veriler kovan yataklı ekipmanlarda temassız problardan alınıyorsa genellikle deplasman kullanılır. 4.2.2 Örnekleme Periyodunun Süresi

Analiz çalışmaları için kullanılabilir bir zaman dalga formunun elde edilmesi için enstrüman titreşim dalgasının 5-10 çevrimlik ölçümüne veya ölçülecek ekipmanın dönüşüne göre ayarlanmalıdır. Bu bilgi ayrıca bazı analizörlerin Bu bilgi ayrıca bazı analizörlerin Yardım kısmında da aşağıdakine benzer bir tablo halinde bulunmaktadır. Arzu edilen toplam örnekleme periyodu şu formülle hesaplanabilir: Toplam örnekleme zamanı ( ms ) = 60 000 x arzu edilen devir sayısı/devir Ekipmanın devri 2900 1480 985 3600 1800 1200

5 Devir için Periyot Süresi ( ms ) 103 203 305 83 167 250

10 Devir için Periyot Süresi ( ms ) 206 406 608 167 333 500

4.2.3 Çözünürlük

Zaman dalga formu analizi için 1600 çizginin ( 4096 örnek ) kullanılması önerilmektedir. Bu sayede toplanan veriler yeterli hassasiyette olacak ve önemli olaylar yakalanabilecektir. Diğer örnekleme hızları 256, 512, 1024, 2048, 4096 ve 8192 ‘dir. 4.2.4 Ortalama Alma

Veri toplayıcıların birçoğunda FFT hesaplama süreci boyunca ortalama alınır. Eğer senkronize zaman ortalama fonksiyonu kullanılmadıysa ekranda gösterilen zaman dalga formu analizörün kurulumunda çoklu ortalama seçilmiş olsa bile son bir tanesi ölçülecektir. Bu durumda bindirme ortalaması kapatılmış olmalıdır.

72

Sinyal İşleme, Uygulamaları ve Gösterimleri

Özel bir dönel bileşenden senkronize veri almak için senkronize zaman ortalaması kullanılabilir. Bu, redüktörler izlendiğinde kullanışlıdır. Örneğin bir referans işarete göre belirleyici bir konum olur. Bu ayrıca pistonlu ekipmanda özel bir krank açısı referans alındığı zamana bağlı olaylarda da faydalıdır. 4.2.5 Pencereler

Bir önceki kısımda açıklandığı gibi değişik pencereleme fonksiyonları FFT yapılırken kaçak hatalarının en aza indirilmesi için kullanılabilir. Bazı enstrümanlar bu pencereleri zaman dalga formu verisine de uygulayabilir. Bu örnekleme zamanının başında ve sonunda veriyi sıfıra getirmeye zorlar ve bu yüzden dalga formunda bazı bilgiler kaybolur. Bu etkinin önüne geçmek için bir üniform veya dikdörtgen pencere kullanılabilir. 4.3 Faz Sinyali Analizi

Faz sinyali analizi başlangıçta FFT tarafından sağlanan bilgi ile birlikte ekipman teşhisinin daha iyi yapılmasını sağlar. Örneğin balanssız ve bel vermiş bir milin FFT spektrumu birbirinden farklı görülebilir. Bu problemi daha iyi çözebilmek için faz analizi kullanılmaktadır. Faz analizi ayrıca orbital analizi, rotorun dengelenmesi, devrin ölçülmesi ve değişken devirli ekipmanların analizine yardımcı olunabilir. Analizörler faz analizini aşağıdaki yöntemler ile teşhiste yardımcı olurlar: • • • • •

Order analizi/takip modu Orbitler Rezonansın tanımlanması Modal analiz ( MA ) Operasyonel Şekil Değiştirme ( ODS ) analizi

Analizin yapılması için hem faz hem de genlik elde edilmiştir. Order analizi, zaman alanında sıfır anındaki tüm örnekleri ve 1x bileşeni her zaman birinci dereceden olan bileşen zamanını senkronize eden harici bir tetikleyiciye ihtiyaç duyar. Takip filtresi analizörün yazılımında yapılan düzeltmeler ile faz hatalarını önleyebilir. Her ne kadar faz analizlerinin birçoğu 1 x devirde yapılsa bile 1 x devirle sınırlandırılmamıştır. Devrin 2, 3 katında veya diğer herhangi bir frekansta da ölçüm yapılabilir. Bu yüzden faz analizinin verilen frekansta ekipmanın farklı parçalarının bağıl hareketine bakmaktan daha fazla bir sonuç vermeyecektir ve spesifik frekansla sınırlandırılmamıştır. Order analizinin amacı testi yapılan ekipmanın dönel hızının görüntüsüne kilitlenmektir. Bu sayede çalışma devri değiştikçe izlenen bileşenler aynı görüntülenme pozisyonunda kalır. Bu yüzden 1x bileşen devir değiştiği zaman kaymaz. Bir faz veya order görünümü tetikleyiciye göre faz ilişkilerini verir. Order takibi öncelikle değişken devre sahip ekipmanların titreşim analizinin yapılmasında kullanılmaktadır. Bu yöntem verileri zaman alanında vermenin yerine order alanında vermektedir. Bu yüzden tüm titreşimlerin X-ekseni genliğin zamana göre değeri yerine genliğin devir derecelerine göre değeridir ( örn: 10 order = 10x = 10xdevir ). Spektrumda milin dönüşüne göre periyodik olan sinyaller milin devri değişse bile milin sabit devrindeki harmonikleri ve tepeleri olarak gözükmektedir. Sonuç olarak değişken devirler için spektrum analizi sadece order takip yöntemi ile mümkün olmaktadır. Ancak bu yöntem sadece bir fotosel veya keyfazör gibi harici bir tetikleyici olduğunda mümkün olmaktadır.

73

Sinyal İşleme, Uygulamaları ve Gösterimleri

Takip modunda sadece sıfır zaman alanını senkronize etmekle kalmaz. Bunun yanında örnekleme saatini de kullanıcı tarafından seçilen maksimum orderın 2.56 gibi bir tipik faktörle ayarlar ( Nyquist teorimine göre, örnekleme hızı en azından maksimum frekansın iki katı olmalıdır ). Bazı analizörler 20xdevir ‘e kadar takibe izin vermektedir. Bu faz ölçümlerinin otomatik olarak bin merkezli olmasını sağlar ve doğruluğu takip filtresinin faz hatası için karşılama yapmasıyla daha fazla arttırılabilir. Tipik bir order takip analizinin görüntüsü aşağıdaki gibi olacaktır: Takip Filtresi Test Noktası

Birimler Devir Genel 1x Büyüklük = 1.2 mm/sn Faz = 390

Hız – Tepe 2900 cpm 3.9 mm/sn 2x Büyüklük = 0.6 mm/sn Faz = 810

Takip modu için olan uygulamalar genellikle etki katsayılarının hesaplanmasında dengeleme ile ilgilidir ( dengeleme süresince test çalışmasından kurtulunmasına yardımcı olması için ekipmana özel bilgiler ). Dengeleme programı, dengeleme düzlem/düzlemlerine bilinen deneme ağırlıklarının uygulanmasıyla ekipman katsayılarını hesaplar. Sistemin deneme ağırlığına cevabı referans çalışmadan alınan veri ile deneme çalışmadan alınan veri arasındaki vektör farkından elde edilir. Program etki katsayılarını hesapladıktan sonra daha fazla testl çalışmasına gerek duymadan ne kadar ek kütle konulacağını veya kütle çıkarılacağını hesaplamak mümkündür. Bir diğer uygulama ise ekipmanlarda ayarsızlıkların anlaşılmasıdır. Eksenel doğrultuda kavramanın her iki tarafına da iki ivmeölçer yerleştirilmiştir. Takip modu eğer ayarsızlık sonucu oluşan 1800 ‘lik faz kayması var ise belirleyebilir. Orbitler, rezonansın tanımlanması, modal analiz ve çalışmadan kaynaklanan şekil değişiklikleri gibi diğer uygulamalar ileriki sayfalarda detaylı olarak anlatılmıştır. 4.4 Özel Sinyal Süreçleri 4.4.1 Senkronize Zaman Ortalaması

Senkronize zaman ortalaması titreşimleri uyarmak için sorumlu olabilecek kaynakların yerinin belirlenmesinde kullanılabilecek bir analiz tekniğidir. Bu teknik 1x işaretçi pulsuna senkronize edilmiş zaman dalga formlarını toplar. Bu senkronize zaman dalga formlarının daha sonra zaman alanında ortalaması alınır ve bu ortalama dalga formunun bileşke frekans spektrumu görüntülenir. Senkronize zaman ortalaması özel bir bileşenin veya milin dönüş devri ile ilgili doğrudan ve harmonik olan titreşimleri ölçmek için kullanılmaktadır. Senkronize zaman ortalaması genellikle bir ekipman üzerinde birden fazla farklı devirlerde çalışan mil bulunduğunda veya her birisi birbirine yakın bulunan birkaç ekipman varsa kullanılmaktadır. Senkronize zaman ortalamasını, sinyalden senkronize olmayan bileşenlerin titreşimlerinin çıkarılması içinde kullanmak mümkündür. Bu sayede sadece referans alınan mildeki titreşim kaydedilir.

74

Sinyal İşleme, Uygulamaları ve Gösterimleri

Senkronize ortalama bir takometre veya 1xpuls sağlayan bir diğer aygıta gereksinim duymaktadır. Bu pulslar referans milin dönmesiyle senkronizasyonda verinin alınmasını başlatmak için kullanılır. Takometrenin referans mile takılır. Ekipmanın tüm titreşimi her veri alım penceresi süresince kaydedilir. Referans miin devri ile ilgili olarak senkronize olmayan frekanslar, ortalama alınarak sinyalden çıkarılır. Balanssızlık, ayarsızlık, rotorun gevşek olması ve ezilme gibi rotorla ilgili titreşim problemleri senkronize zaman ortalaması tarafından sağlanan spektrum görüntüsünde elde edilir. Rulman arızası, kavitasyon, elektriksel parazit ve rezonans gibi milin dönmesi ile senkronize olmayan arızalar spektrum dışında efektif olarak ortalama olan senkronizasyonsuz frekanslar üretir. Bu bağlamda senkronize zaman ortalaması belirli arızaların yalıtılması için verimli bir teşhis aracı olmaktadır. Senkronize zaman ortalaması referans mil ile ilgili tepeleri senkronize olarak göstermektedir. Senkronize zaman ortalaması bir ortalama alma tekniği olduğundan senkronize olmayan tepelerin çıkarılması için birkaç tane ortalama alınması gerekebilir. Senkronize zaman ortalamasının, senkronize olmayan tepelerin spektrumun dışına atılarak ortalamaya katılmaması birçok ortalamanın alınmasına izin verir. Arada bir, referans mil ile ilgili titreşim bileşenlerinin tanımlanması için 100 – 1000 ortalama alınması gerekmektedir. Senkronize zaman ortalaması referans rotor ile ilgili senkronize tepelerin görüntülenmesi bir analizör kullanılarak yapılabilir. Örnek olarak Şekil 4.13 ‘de görülen kayış kasnak mekanizmalı bir fan ele alınabilir. Şekilde görüldüğü gibi ekipman farklı devirlerde dönen milleri birbirine bağlayan iki tane paralel kayıştan oluşmaktadır. Hem motor hem de fan mili aynı ekipman gövdesine bağlanmıştır. • • • •

Kayış frekansı Motor, 1xdevir Fan mili, 1xdevir Motor,4xrpm veya elektriksel ?

685 cpm 1485 cpm 1000 cpm 5964 cpm

Şekil 4.13 Normal FFT spektrumu

75

Sinyal İşleme, Uygulamaları ve Gösterimleri

Senkronize zaman ortalaması her bir mildeki titreşim kaynağının tanımlanması için kullanılmaktadır. Şekil 4.14 ‘te motor mili üzerinde bir tetikleyici kullanılarak alınan senkronize zaman ortalama sinyali görülmektedir.

Şekil 4.14 Motor mili üzerinde tetikleyici bulunan senkronize edilmiş zaman ortalamalı spektrum – Motorla senkronize olmayan diğer frekansların genliğinin düştüğüne dikkat ediniz.

Şekil 4.15 ‘de fan mili üzerinde senkronize zaman ortalamasından alınan spektrum merkezlemesi görülmektedir. Tekrar, tüm titreşim bileşenleri fan milinden merkezlenenler hariç spektrum üzerinden ortalaması alınır. Burada enteresan olan tüm senkronize zaman ortalama spektrumundan iki spesifik frekansın alınmasıdır. Kayışın frekansı ortalama değerdir. Bunun nedeni mil ile senkronize olmamasıdır. 5964 cpm tepe ayrıca tüm spektrumun ortalamasıdır.

Şekil 4.15 Fan mili üzerinde tetikleyicili senkronize zaman ortalama spektrumu

76

Sinyal İşleme, Uygulamaları ve Gösterimleri

5964 cpm tepe motor devrinin 4 katıyla karışmıştır. Eğer bu olursa tepe senkronize zaman ortalaması spetrumunun ortalamasına sahip olamayacaktır. 5964 cpm tepesi ortalama olduğundan, senkronize olmamaya neden olan ve motorun stator sarımında elektriksel probleme neden olabileceğine karar verilebilir. 4.4.2 Orbitler Orbitler bir osiloskobun veya titreşim analizörünün X-Y koordinat düzleminde aynı anda çizilen zaman alanındaki sinyallerin Lissajous dizilimidir. BU görüntüleme biçiminde sonsuz bir çevrim olarak gözüktüğünden orbitlerin başlangıcının yakalanması çok zor olmaktadır. Dönüş yönünün tarafımızdan belirlenmesi için bir faz tetikleyici kullanılmıştır. Bu tetikleyici orbit üzerindeki noktaya bakış açısından 1xdevrin başlangıç noktası olarak ve boşluk alan son nokta olarak dönüş doğrultusu gösterilebilir. Orbit analizi bir X-Y çizimindeki herhangi bir rotor sisteminin titreşiminin ölçülmesidir ( Şekil 4.16 ). Uygulamaların birçoğunda ölçüm birimi olarak, proksimite probları kullanılarak doğrudan ölçülen deplasmandır. Bu tip ölçümler bağıl titreşim değerlerini vermektedir. Bağıl değerler milin rulman yatağına göre titreşim ölçümleri olarak ele alınmaktadır. Problar yatağa sımsıkı kelepçelendiğinden prob ve gövde arasında ihçbir bağıl hareket meydana gelmez. Bu yüzden orbit e erişilir. Bu düşünceyle orbit çizimleri rulman yatağı içerisindeki milin eksen çizgisinin etkin hareket miktarının görsel bir grafiğini verir.

İvmeölçerler ve hız toplayıcıları da orbitlerin oluşturulması için kullanılabilir. Bunlar harici transdüktörlerdir ve rulman yatağının dış tarafına monte edilmeleri gerekmektedir. Bu tip ölçümler case orbit olarak adlandırılmaktadır. Case orbitler mil ve gövde titreşimlerinin ayrılmasında kullanışlıdır. Bu bize boşluğa göre mutlak mil hareketini verir.

Şekil 4.16 Orbit analizi

Orbitleri anlamak için dalga formları ve bunların orbitler ile olan ilişkisi açıklığa kavuşturulmalıdır. Bunun için dalga formlarından başlayalım. Şekil 4.17 ‘de Y ve X etiketli iki adet sinüs dalgası verilmiştir. Bu eğrilerden üstteki Y alttaki ise X etiketli olsun. Bu dalga formunun yapısı durum ne olursa olsun soldan sağa doğrudur ve genliği negatiften pozitife doğru değişmektedir. Bu dalga formundaki değişim formda orbite neden olmaktadır. Bir orbit, X ve Y eksenlerinden oluşmaktadır ve merkezde sıfırdır. Merkezden başlayarak yukarı çıkılması pozitif aşağı inilmesi negatiftir. Sağ taraf pozitif ve sol taraf negatiftir. Şimdi dalga formunu ve orbit gösterimlerini biliyoruz. Bu sayede dalga formunu takip ederek bir orbit oluşturabiliriz.

77

Sinyal İşleme, Uygulamaları ve Gösterimleri

Şekil 4.17 Dalga formları ve bunların orbitler ile olan ilgisi

Eğer Y dalga formu takip edilecekse bunun genliğin 25 mikronda maksimum olduğu 1 noktasında başlayacağını ve 2 noktasına doğru sıfıra yaklaşacağını görebiliriz. 3 noktasında 25 mikrona ulaşır ve 4 noktasında yine sıfır olur ve son olarak 5 noktasında +25 mikron olur. Bu çevrim yukarı ve aşağı devam eder. Eğer bu iz tek başına var ise bu +25 mikrondan -25 mikrona düz bir çizgi ile gösterilebilir. X dalga formu Y ‘nin 900 arkasında 1 noktasından sıfır genlikte başlar. Burada X dalga formu 50 mikronluk maksimum genlikte 5 noktasına doğru bir anda hareket eder. X dalga formu tek başına +50 mikrondan -50 mikrona yatay bir çizgi oluşturur. Şimdi tüm dalga formlarının zamanla hareket ettiğini kabul edelim. Bu orbitte X ve Y noktalarını birleştirerek bir elips oluşturacaktır. Orbiti görselleştirmek için çizime bakalım ve X sıfır olduğunda Y nin maksimum genlikte olduğuna dikkat edelim. 1 noktasında Y dalga formu maksimum genliktedir ve X dalga formu sıfırdır. 900 sağ tarafa doğru 2 noktasına hareket ettiğimizde X orbiti Y sıfır olduğunda +50 mikron genliktedir. Yine 900 sağ tarafta 3 noktasında X dalga formu sıfırdır ve -25 mikronda Y dalga formudur. Bir 900 daha sonra 4 noktasında X dalga formu -50 mikrona ulaşır. Fakat şimdi Y dalga formu sıfırdır. 5 noktası 1 noktası ile aynıdır. Orbit, dalga formundaki genlik ve faz açısı değiştikçe değişecektir. Daha önce bahsedildiği gibi orbit üzerindeki nokta dalganın başlangıç noktasını göstermektedir ve boşluk alanı ise son tarafı temsil etmektedir. Bu örnekte, sol taraftan sağ tarafa hareket ettiğimizde orbit üzerindeki 1-5 noktaları sıralamayı takip ederek saat yönünün tersi doğrultuda hareket edecektir. Eğer milin dönme yönü de Y probundan X probuna olduğu gibi saat yönüne doğru ise orbit ileri salınımlı olarak kabul edilir. Aksi halde geri salınımlı dır. Bode Eğrisi

Bir Bode eğrisi iki grafiği bir araya getirmektedir: •

78

Genlik – ekipman devri

Sinyal İşleme, Uygulamaları ve Gösterimleri •

Faz – ekipman devri

Bode eğrisinin görüntülenmesi için bir faz tetikleyici, faz ölçümü ve ekipmanın devrinin ölçülmesi için bir milin referans alınması için kullanılır. Analizör genliği tetikler ve kullanıcı tarafından belirlenen devir aralıklarında faz anında olarak kaydedilir ve iki grafik üst üste görüntülenir. Rotor dinamiğinde Bode eğrisi esas olarak rotorun kritik devrinin belirlenmesi için kullanılmaktadır. Eğride maksimum titreşim genliğinin görüldüğü noktadaki devir ve faz grafiğinin onaylanması için eğer bu grafikler başlangıçtan itibaren 900 lik fark gösteriyorsa kontrol edilir ( Şekil 4.18 ).

Şekil 4.18 Yaklaşık olarak 4400 d/d ‘deki rotorun kritik devrini gösteren Bode eğrisi. Bu devirde genlik maksimum 35 mikrondur. Faz 2900 d/d ‘de 450 iken 4400 d/d ‘de 900 ‘lik farkla 1350 ‘dir.

Bode eğrisi ayrıca proksimite probu ile ilgili olan salgı miktarının, balans koşulunun, sistemin sönümlemesinin ve farklı ekipman devirlerinde çalışma faz açısındaki genliğinin belirlenmesi için de kullanılabilir. Kutupsal/Nyquist Eğrisi

Kutupsal veya Nyquist eğrisi ayrıca Bode eğrisinde kabul edilen üç değişkeni de göstermektedir. Bu değişkenler kartezyen eksen yerine tek bir dairesel grafikte gösterilmektedir ( Şekil 4.19 ).

79

Sinyal İşleme, Uygulamaları ve Gösterimleri

Şekil 4.19 Yaklaşık olarak 5000 d/d ‘deki bir rotorun kritik hızını gösteren bir Nyquist eğrisi

Bu eğrinin ekseni sıfır devri ve makinanın devri ile ilgili olarak faz açısı ölçümleri ve ardışık genlikle sıfır genliği temsil etmektedir. Bu sanki ekipmanın devrinin tam devre arttığı zamanki titreşim vektörünün ucunun bıraktığı izdir. Faz açısının ölçümleri eğrinin çevresi boyunca ekipmanın dönme doğrultusuna karşı çizilir. Polar eğriler her zaman ekipmanın çalışma devri veya bazı çoklu ekipman devrilerinde araştırılan hataya bağlı olarak filtrelenebilir. Kritik ekipman devrileri çevrimin başlangıcından 900 ‘de belirlenmiş kritik devir ile çevrimler olarak görüntülenir. Bu karakteristik rezonans ve kritik devrin kolayca belirlenmesini sağlar. Bode eğrisinden yararlanılarak elde edilen bilgi kutupsal çizim ile de elde edilebilir. Kaskat Eğrisi

Bir kaskat eğrisi ( Şekil 4.20 ) üç parametreyi temsil etmektedir: Genlik, frekans ve ekipman devri. Genlik-frekans a ait bir FFT çizimi kullanıcı tarafından belirlenen devir aralıklarında kaydedilir. Tüm FFT ler toplandıktan sonra bunlar şelale eğrisine benzer bir şekilde biri diğerinin üzerine bindirilmiştir. Bir şelale eğrisinin farklı zaman aralıklarında aynı konumda toplanan FFT ler olduğunu bilmek önemlidir. Şelale eğrileri ekipmanın aynı devirde çalışması ile elde edilir. Ancak bir kaskat çizimi ekipmanın farklı devirlerinde devreye alma veya devreden çıkma süresince toplanan FFT lerden oluşmaktadır. Kaskat eğrilerinde orderlar ( 1/2x, 1x veya daha fazla ) bir çizgi şeklinde görüntülenirler.

80

Sinyal İşleme, Uygulamaları ve Gösterimleri

Şekil 4.20 Kaskat eğrisi

Geçici rejim analizi için bir araç olarak kaskat eğrisi kritik ekipmanlarda zorunlu teşhis aracı olan formlarda belirgindir. Bode ve Nyquist eğrileri ayrıca bu geçici rejim araç grubuna da sahiptir. Tam Spektrum

Tam spektrum ilave bir teşhis aracıdır ve ayrıca bir orbitin spektrumu olarak da adlandırılır. Bir orbit ile aynı fakat farklı formattaki bilgileri gösterir. O andaki tüm frekans bileşenleri için salınım doğrultusunda boyunca olan farklı ekipman koşulları ile ilgili bu eliptiklik ( veya düzlük ) derecesini belirlemeye yardımcı olur. Tam spektrumun elde edilmesi için ortogonal X ve Y transdüktör sinyalleri doğrudan ve FFT girişinin dört katına beslenir. Her bir frekans için pozitif ve negatif titreşim bileşenleri elde edilir. Pozitif olarak ileri salınım ve negatif bileşen olarak geri salınım tanımlanabilir. Bu bileşenler herhangi bir özel frekansta ( 1x veya 2x …. ) verilen orbit için takip ve salınım bilgisi sağlar: • • •

Bu iki bileşenin toplamı, ileri ve geri, orbitin büyük ekseninin uzunluğudur. İki bileşen arasındaki fark orbitin küçük ekseninin uzunluğudur. Bu iki bileşenden daha büyük olanı, pozitif veya negatif, ileri veya geri olan salınımın doğrultusunu belirler.

Tam spektrum analizinin olası uygulamalarından birisi de mekanik, elektrik veya manyetik düzensizliklerden ötürü oluşan rotor salgısıdır. X-Y proksimite probları tarafından gözlenen bu tip düzensizliklerin periyoduna bağlı olarak ileri ve geri bileşenlerin farklı kombinasyonları gözlemlenmiştir. Bu yöntem birçok ekipmanın teşhisi için temel oluşturmaktadır.

81

Sinyal İşleme, Uygulamaları ve Gösterimleri

Tam spektrum ( normal FFT gibi ) sürekli rejim analizinde ( tekil bir FFT veya şelale ) ve hatta daha sonra tam spektrum kaskat olarak adlandırılacak geçici rejim analizinde elde edilebilir ( Şekil 4.21 ).

Şekil 4.21 Sürekli rejim tekil tam spektrum

4.4.3 Operasyonel Şekil Değiştirme Analizi

Operasyonel şekil değiştirme ( ODS ) analizi bir ekipmanın çalışma koşulları altındaki titreşim hareketlerinin görselleştirilmesi için kullanılan bir tekniktir ( Şekil 4.22 ). Bu yöntem gerçekten köken nedenine inilmesine veya ekipmanın davranışının titreşim analizi ile ilgisi olmayan insanlara gösterilmesi için yardımcı olmaktadır.

Şekil 4.22 ODS analizi

Bu yöntemde ekipmanın titreşim hareketine ait anlık bir resim titreşimin ve ekipman üzerinde farklı konumlardaki faz verilerinin ölçülmesiyle yapılmaktadır. Farklı pozisyonlardaki bağıl genlik ve faz bilgisi ölçülmüştür ve bu veriler ana bir bilgisayara verilerek özel bir yazılımla cevap verilerinin simülasyonu yapılmaktadır. Elde edilen sonuç gerçektir. Fakat ekipman üzerindeki farklı konumlardaki hareketin fazlaca abartılmış halidir. ODS analizi bu görselleştirme tekniği için kullanılan terimdir. Bu analiz bilginin alındığı sırada ekipmanın etkin titreşim hareketine dayanmaktadır. Bu nedenden ötürü bu bağıl olarak uygulanması için kolay bir tekniktir ve yükleme veya yapıların yaklaşım modelleri üzerine dayanmamaktadır. Bu veriler ekipmanın çalışırken toplanmalıdır.

82

Sinyal İşleme, Uygulamaları ve Gösterimleri

Her devirdeki senkronize bir referans pulsla tek kanallı bir analizör ile mümkün olabilmektedir. Ancak, ODS çift kanallı bir analizör ile en iyi şekilde yapılabilir. Bunun bir avantajı ODS analizinin yapılması için ekipmanın durdurulmasına gerek duyulmamasıdır. Ekipman hareketinin animasyonunun yapılması için ticari olarak satılan ODS görselleştirme yazılım paketleri bulunmaktadır ve bunlar genellikle bu görev için uygundur. Ancak var olan mevcut standart modal analiz yazılımı da kullanılabilir. Bu bir modal analizinin yapılmasını zorunlu kılmaz. Sadece ODS ‘nin animasyon için mod şeklinin hesaplanmasında yerine konulmuştur. Yazılım özellikle ekipman üzerinde birçok konumdan izlenme yapılıyorsa kullanışlı olmaktadır. ODS ve Modal Analizin Karşılaştırılması

ODS ‘nin modal analizinde ( MA ) farklı olduğu unutulmamalıdır. Bunların arasındaki en büyük fark aşağıda listelenmiştir: • •

Modal analiz yapısal tasarımların değerlendirilmesinde ve yapısal değişimler meydana gelmeden önce tasarım değişimlerinin incelenmesi için yaygın olarak kullanılmaktadır. Modal analiz özel bir kontrol gerektirmektedir ve ölçülen yükler ekipmanın yapısına uygulanmaktadır. Tercihen ekpiman çalışmadığı zaman ve ardından yapının dinamik davranışının hesaplanması için titreşim ölçümleri kullanılır. Bu bilgi kullanılarak MA, yapının kütlesi, katılığı ve sönümleme karakteristiğinin matematik modelini oluşturur ve doğal frekansları olarak mod şekillerini belirler. Bu özellikler yapının çalışma koşullarından bağımsızdır. Diğer taraftan ODS biraz daha basittir ve titreşimin uyarılması için ekipmanın etkin çalışma yükleri üzerine dayanır. Bunun ardından titreşim ölçümleri çalışma koşulları altında titreşim hareketinin görselleştirilmesini sağlar. Farklı yükleme ve çalışma koşulları ile farklı şekil değiştirmeler meydana gelecektir.

ODS için alınan ölçümler, ODS nin kullanılması edilmesi gereken frekanslardaki genliklerin belirlenmesinde titreşim spektrum analizi kullanılarak belirli frekanslarda ( 1x, 2x veya diğer frekanslarda ) toplanır. Referans konumu olarak bir ölçüm noktası tanımlanır ve seçilen frekanstaki bağıl titreşim seviyeleri ve fazları seyyar sensör kullanılarak diğer tüm konumlardan ölçülür. Bağıl genlik ve faz değerleri yeterlidir ve mutlak değerlerinin bir önemi yoktur. Eğer gerekli ise mutlak değerleri her zaman için sabitlenmiş bir konuma endekslenmelidir. Çoklu frekansların toplam etkisinin de eklenmesiyle, senkronize veya asenkronize, veya belki de belirli bir kesimin altındaki tüm frekanslar her ne kadar bundan sonrası daha az yaygın olsa da daha karmaşık titreşim şekillerini barındırabilir. Titreşim normal olarak tüm doğrultularda meydana gelir ve ODS analizi arzu edilen titreşimin 2 ve 3 doğrultuları ile bağlanabilir. Tek Kanal Analizörlü ODS

Yukarıda belirtildiği gibi analizörün veri almasını tetiklemek için senkronize bir referans pulsu sağlanmalıdır. Tek kanallı analizörlerin birçoğu ve bazı veri toplayıcılar şiddeti ve senkronize titreşimlerin fazını ölçebilir ( Şekil 4.23 ).

83

Sinyal İşleme, Uygulamaları ve Gösterimleri

Şekil 4.23 Tek kanal analizörlü ODS

Bağıl şiddet her bir konumda ölçülen şiddetin referans konumdaki titreşim şiddetine bölünmesiyle hesaplanabilir. Bu durumda ölçülen faz tetikleyiciye göre olan fazdır. Bağıl faz verilen konumdaki tetikleyiciye göre olan faz ile referans konumdaki tetikleyiciye göre olan faz arasındaki farktır. Çok Kanallı Analizörler ile ODS

Çok kanallı bir analizör kullanıldığında tetiklenen ölçümler için ihtiyaç bulunmamaktadır. Çünkü bağıl genlik ve faz doğrudan ve hassas olarak iki kanal arasındaki transfer fonksiyonunun kullanılmasıyla ölçülebilmektedir.

Şekil 4.24 Çok kanallı analizör ile ODS

84

Sinyal İşleme, Uygulamaları ve Gösterimleri

Turun her bir konumundaki titreşim ve referans noktadaki titreşim arasında çapraz kanal ölçümlerinin yapılması için basit bir yaklaşım kullanılır. Bir çapraz spektrum şiddet eğrisinden frekans bileşeni kullanılmak üzere seçilebilir. Bağıl şiddet ve faz, o andaki konumun referans noktasının transfer fonksiyonu çizimini takip eder. Burada bahsedilen yeni terimler ileriki konularda açıklanacaktır. Çapraz Spektrum

Çapraz spektrum basit olarak bir ekipman üzerinde ilgilenilen iki noktadaki sinyaller arasında yapılan karşılaştırmadır. Bu iki grafikten oluşmaktadır: • •

Genlik – frekans Faz – frekans

Genlik – frekans eğrisi iki sinyalin şiddeti arasındaki ilişkiyi göstermektedir. Örneğin eğer 1450 cpm ‘deki tüm sinyaller görülebilir tepeler ise 1450 cpm ‘de çapraz spektrum üzerinde de bunlar görülebilecektir. Eğer 1450 cpm-tepe ‘de sadece bir tane sinyal bulunuyorsa çapraz spektrumda bu görülmeyecektir. Faz – frekans eğrisi, frekansın bir fonksiyonu olarak iki sinyal arasındaki faz farkından oluşan bir eğridir. İki giriş kanalına sahip çapraz kanal spektrumu için kullanılan terimler ya A ya da B olarak etiketlenir: • •

A ‘dan B ‘ye çapraz spektrum B ‘den A ’ya çapraz spektrum

Bu, B kanalından A kanalına ilgilenip isteyip istemediğimiz faza veya A kanalından B kanalına olan faza bağlıdır. Her halükarda bunların şiddeti aynı olacaktır. Fakat faz farkı ters işaretlere sahip olacaktır. Çapraz spektrumun şiddeti anlık iki spektra değerinin çarpımına eşittir. Bu faz, B kanalından A kanalına olan faz arasındaki farktır. Bu yüzden eğer iki sinyal özel bir frekansta aynı genlik değerine ve faza sahip ise çapraz spektrum şiddeti işaretin üssel spektrumuna eşit olacaktır ( genlik spektrumunun karesinin ortalaması, rms değil ). Çapraz spektrumdaki bu özel frekanstaki faz sıfır olacaktır. Frekans Cevabı Fonksiyonu ( FRF )

Bir sistem için frekans cevabı fonksiyonu ( FRF ) sistemin giriş ve çıkışı arasındaki ilişkiyi girişin genellikle çıkış ivmesini zorladığı yerde frekansın bir fonksiyonu olarak tanımlamaktadır. FRF birim giriş başına çıkış şiddetini ve frekansın bir fonksiyonu olarak giriş ve çıkışı arasındaki bağıl fazı vermektedir. FRF neden ve sonuç arasındaki bağıntıyı vermektedir.

85

Sinyal İşleme, Uygulamaları ve Gösterimleri Transfer Cevabı Fonksiyonu ( TRF )

Transfer cevabı fonksiyonu ( TRF ) bir ortak giriş ile ilgili bir sistemin iki çıkışını karşılaştırır. Çıkışlar genellikle ivmedir. TRF iki çıkışın şiddetini ve bunların arasındaki bağıl fazı verir. Burada çıkışlar arasında neden – sonuç ilişkisi gerekli değildir. Bağdaşım

Bağdaşım fonksiyonu veya bağdaşım ( veya kimi zaman uygunluk ) frekansın bir fonksiyonu olarak iki sinyal arasındaki doğrusal ilişkinin derecesinin ölçütüdür. Diğer bir deyişle bağdaşım herhangi bir frekansta sistemin doğrusallığının bir göstergesidir. Bunun frekans alanı analizindeki rolü istatistiksel analizdeki korelasyon katsayısı ile benzerdir. Bağdaşım şiddeti sıfır ile bir aralığında bir değere sahiptir. Sıfır olması uygunluğun olmaması ve bir ise toplam uygunluk anlamındadır. Tek bir kanal için bağdaşım tüm kanallarda bir tanedir. Bunun nedeni fonksiyonun tanımlanmış olmasıdır. Bu yüzden yararlı olması açısından bağdaşım ölçümleri tercihen ortalama alma seçeneği açık olarak çapraz kanallı analiz ile birleştirilmelidir. Bu yüzden bağdaşım ölçümleri sadece çift kanallı bir analizör ile mümkündür ve birçok analizör için bu çok sıradan bir özelliktir. Şöyle bir örneği ele alalım: Bir blovır üzerine monte edilmiş olan transdüktör kaidesinden kaynaklanan titreşimlere maruz kalacaktır. Kaide üzerinde titreşimin en yüksek olduğu yere bir diğer transdüktör monte edilsin. Bu şekilde sensörün bir tanesi şüphelenilen neden ve diğeri etkiyi ölçecektir. Bağdaşım özel bir frekansta iki sinyalin birbirine bağımlı veya birbirinden bağımsız olduğunu gösterebilir. Bağdaşım eğrisi bir spektrum şeklindedir ( Şekil 4.25 ). Birbiriyle ilişkisi olan frekanslar yaklaşık olarak 1 değerine sahip iken birbiriyle ilgisi olmayan frekanslar daha düşük değerde ve genellikle 0 değerine sahip olacaktır.

Şekil 4.25 Tipik bir bağdaşım çıkışı

86

Sinyal İşleme, Uygulamaları ve Gösterimleri Bağdaşım Matematiği

İki tip spectra arasındaki farkın anlaşılması önemlidir ( Şekil 4.26 ): 1. Güç Spektrumu: Bir sinyalin ortalama spektrum şiddetinin karesidir. Faz bilgisi göz önüne alınmaz. 2. Çapraz Spektrum: İki sinyalin spectra sının vektörel çarpımının ortalamasıdır ( faz ve şiddet etkilerinin her ikisi de göz önüne alınır ). Bağdaşım γ2 sembölü ile gösterilmektedir. A ve B sinyalleri arasındaki bağdaşım aşağıdaki formül ile hesaplanabilir:

Şekil 4.26 Bağdaşımın hesaplanması için gerekli olan üç adet güç spektrası

87

Sinyal İşleme, Uygulamaları ve Gösterimleri Bağdaşım Uygulamaları

Bağdaşım uygulamaları ile ilgili birkaç tane pratik aşağıda verilmiştir. Uygulama 1: İncelenen ekipmanda hiç bir şeyle ilgisi yokmuş gibi gözüken bir titreşimin kaynağının tanımlanması için bağdaşım kullanılabilir. Sensörlerden bir tanesi sonuca sabitlenebilir ve diğer gezici sensörü olası kaynaklara tutturulmak üzere çevre boyunca hareket ettirilebilir ( uzun bir kabloyla ). Her bir konumdaki bağdaşım kontrol edilmelidir. Problemli frekanstaki maksimum bağdaşımın görüldüğü konum istenmeyen titreşimlerin kaynağı olacaktır.

Bu yaklaşım bir ekipmanın veya taşıma sisteminin yakınından fark edilebilir seviyede titreşimin iletilip iletilmediğinden emin olunması için hassas bir ekipman parçası konulduğunda da kullanılabilir. Uygulama 2: Bağdaşımın enterasan bir diğer uygulaması da optimum taşıma yolu için ya sürekli montaj konumu için uygun bir konumun tanımlanmasına çalışılmasında ya da rutin periyodik ölçümler için en iyi konumun aramasında sensörlerin konumunun seçilmesidir. Bu durumlarda bir sensör mümkün olan bir yere yerleştirilir. Ekipman veya yapı dinamik olarak yükleme konumuna mümkün olduğu kadar yakın olarak uyarılabilir ( örn: darbe çekici ile ) titreşim veya titreşim enerjisinin giriş kaynağı.

Alıcı sensördeki giriş yükü ve titreşim daha sonra ölçülebilir ve bağdaşım belirlenebilir. Uygun bir konum ilgilenilen frekansların birçoğunda 1 ‘e yakın bağdaşıma sahip olacaktır. Farklı konumların karşılaştırılmasıyla optimum seçim yapılabilir. Uygulama 3: Olası üçüncü uygulama, çevrim içi izleme için ekipman üzerinde gereken sensör sayısının azaltılmasının zorunlu olduğu durumdur. Ortogonal olarak yerleştirilmiş iki veya üç sensörün yerine o alanda ekipmanın gövdesi üzerinden gelen titreşimlerin iletiminin belirlenmesi için bağdaşım fonksiyonunun kullanılması mümkündür. Eğer bağdaşım yüksek ise üç sensör yerine oblik doğrultuda sadece bir sensör kullanılabilir. 4.4.4 Zarflama ve Demodülasyon

Bu titreşim analiz tekniği daha çok rulmanlarda ve redüktörlerdeki arızaların tespit edilmesi için kullanılmaktadır. Bu yöntem spektrumdaki yüksek frekans bölgesi üzerine odaklanmaktadır. Yüksek geçişli bir filtrenin ( yüksek frekansların geçmesine izin verir, düşük frekansların geçişini durdurur ) kullanılmasıyla analizör düşük seviyeli yüksek frekans verisi üzerine odaklanır. Aslında analizör dar bant spektrumunun gürültü zemininde ( veya bazen kilim olarak adlandırılan, spektrumun frekans aralığı boyunca son derece ufak genliklerde olan ) bazı tepe değerlerini toplamaya çalışır. Zarflama ve demodülasyon kavramını anlamak için rulmanın dış bileziğinin yuvarlanma yüzeyinde tek bir noktada metalin yüzeyden kopmuş olduğunu kabul edelim ( Şekil 4.27 ). Bilyanın bu bölge üzerinden her geçişinde tıklama olarak adlandırılan bir darbe meydana gelecektir. Örneğin her devirde bu çukur yüzey üzerinden 6,3 bilya geçtiğini kabul edelim. Dolayısıyla her devirde 6,3 tıklama meydana gelecektir. Eğer mil 1000 d/d ‘de dönmüş olsaydı FFT üzerinde 6300 cpm ‘de bir tepe görmüş olacaktık. Bu tepe düzenli FFT üzerinde görünür

88

Sinyal İşleme, Uygulamaları ve Gösterimleri

olabilir. Fakat genel olarak spektrumlarda düşük frekans alanı sıkışıktır ve ufak tepelerin farkına varıp bunları rulman veya redüktör arızası ile ilişkilendirmek çok zor olmaktadır. Bu nedenden ötürü zarflama tekniği geliştirilmiştir.

Şekil 4.27 Tek bir noktada metalin yüzeyden ayrılması

Tekrar bilyaların çukur üzerinden geçmesine geri dönersek 6300 cpm düşük frekans tepe değerinde farklı şeylerin olduğunu görebiliriz. Bilyanın her tıklamasını birisinin bir gongla çana vurmasına benzetebiliriz. Çana vurulduğu zaman iki tip ses duyarız. Bunlardan birisi gongun frekansı ve diğeri ise çanın çalma sesidir. Çalma sesi çanın rezonansıdır ve temelde yüksek frekanslı bir titreşimdir. Bu analojiyi bilyalı rulmanın arızasını tespit etmek için de kullanalım. Bilyanın çukur üzerinden geçtiğinde yaptığı her tıklama çana gongun vurmasıdır. Çan çınladıkça rulman benzer bir şekilde rezonansa girer ve yüksek frekanslı titreşimler oluşturur. Rulmanın yüksek frekansta çınlaması kütlesine ve rulmanın katılığına bağlıdır. Bu yüzden FFT de 6300 cpm nin frekansı gongun vurma frekansıyla aynıdır ve rulmanın bileşenlerinin rezonansı çanın çınlaması ile ilgilidir. Bu tekniği anlamak için rulmanın yüksek frekanslı çınlama titreşimlerine bakmalıyız. Bilyalar çukurun üzerinden geçtikçe rulman çınlama frekansını üretmeye devam eder. Çukura bilya darbe uyguladığında titreşim genliği maksimum değere ulaşır. Bunun ardından bir sonraki bilya darbe uygulayana kadar yok olmaya başlar ve genlik yeniden artar. Bu süreç sonsuza kadar devam eder ve Şekil 4.28 ‘deki gibi bir dalga formu ortaya çıkar. Bilyaların Arızalı Dış Bilezik Yüzeyinden Geçmeleri Sonucu Oluşan Genliğin Modülasyonu

Zamana bağlı olarak artan ve azalan genlik olayı dalga literatüründe genliğin modülasyonu olarak adlandırılmaktadır. Bundan sonraki adım demodülasyondur. Bu süreçte rulmanın çınlaması yok edilmiş ve süreç Şekil 4.29 ‘dakine benzer şekle gelmiştir. Dalgadan Yüksek Frekanslı Kısım Çıkarıldığında Geriye Kalan İz

Eğer bu zarflanmış dalga analiz edilecek olursa FFT eğrisinde 6300 cpm lik frekans ile tıklama frekansı olabilecek bir genlik tepesi görülecektir. Bu yüzden yüksek frekans bölgesinde dar band aralığına bakıldığında düşük frekanslı bir dalgayı takip edebiliriz. Bu düşük frekanslı titreşimin doğasında darbe yapıcı olan yüksek frekanslı bir dalgaya ait genliğin modülasyonuna neden olabileceği önemlidir. 89

Sinyal İşleme, Uygulamaları ve Gösterimleri

Bu kesin olarak arızalı rulman ve dişlilerden oluşan titreşim çeşididir. Bu yüzden zarflama/demodülasyon yöntemi rulmanların ve dişlilerin analiz edilmesi için kullanılabilir.

Şekil 4.28 Bilyaların çukurun üzerinden geçmesiyle oluşan titreşim

Şekil 4.29 Zarf

Ticari olarak zarflama/demodülasyon için CSI, Entek, SKF ve SPM ‘nin olmak üzere dört teknik bulunmaktadır. Bu teknikler yüksek frekans aralığındaki arızaların analiz edilmesi için kullanılmaktadır ve PeakVue, Spike Energy ( gSE ), Spectral Emission Energy ( SEE ) ve Shock Pulse Method ( SPM ) olarak bilinmektedir. Aşağıda bunların her birisi ayrıntılı olarak incelenmiştir. PeakVue ( Computional Systems Incorporated - CSI, ABD )

CSI tarafından önerilen PeakVue yöntemi şu şekilde tanımlanabilir: • • •

Bir yüksek geçişli filtre ivme sinyalindeki düşük frekans içeriğini çıkartır Sinyal analog-dijital dönüştürücüden geçer Her örnek detaylı bir şekilde incelenir ve sadece genlik seviyesi bir dijital sinyale atanmış belirlenmiş bir tetikleme seviyesini aşar.

Eğer analizör analog sinyalden 1024 örnek almaya ayarlanmış ise ve güçlü darbeler meydana gelmiş ise 1024 adet dijital tepe değeri olacaktır. Dijital örnekleme zamanı bir örneklemde sadece en yüksek değerlere sahip olacaktır. Eğer arıza yoksa yüksek pulslar da meydana gelmeyecektir ve sadece düşük genlikli gürültü ( sinyal veya enstrümandan ) görülebilecektir.

90

Sinyal İşleme, Uygulamaları ve Gösterimleri Arızalı bir rulman veya dişliden kaynaklanan darbe sonucu oluşan puls çok küçük zaman süresine sahip olacaktır ve periyodik olabilir. Bu yüzden pulsun meydana geldiği hücrelerde veya örneklerde sadece yüksek tepe değerleri olacaktır. •

Bunun ardından FFT algoritması bu sinyal bilgisini işleyecek ve elde edilen spektrum sadece esas bir tepe değerini ve pulsunkine eşit frekansa sahip harmoniği gösterecektir.

PeakVue ile sinyal yüksek frekans verisinden çıkarılır. Fakat bir düşük geçişli filtre tarafından düzeltilmez veya zarflama yapılmaz. gSE Spektrumu (Uluslararası Entek IRD Şirketi ) gSE spektrumu olarak da adlandırılan spike enerjisi aşağıdaki gibi yapılır: • •

Bir yüksek geçişli filtre ivme sinyalinden düşük frekanslı içeriği çıkarır ( uzun süreli periyot verisi ). Darbe olaylarını vurgulamak için RC zaman gözünmesine sahip bir çözünme geçirilir.

Filtrelenmiş sinyal ( adım 1 ) bir tepeden tepeye algılama yapan, sadece tepeden tepeye genliği tutmakla kalmayan aynı zamanda dikkatlice seçilmiş çözünme zaman sabitini de uygulayan cihazdan geçer. Çözünme zaman sabiti doğrudan spektrumun maksimum frekansı ile ilgilidir ( F-maks ). Tepeden tepeye algılama yapan bir spike enerjisi dedektörü testere dişli sinyaline sahiptir. • •

• •

Her ne kadar düzeltilmiş sinyal sadece pozitif değerlere sahip olsa da yüksek frekans değerinin birçok periyodundan oluşmuştur. Bu daha sonra zarflanmış veya elektronik olarak düzgünleştirilmiş ve analog-dijital dönüştürücüden geçirilmiştir. İvme sinyali analog-dijital dönüştürücüde dijitalleştirildikten sonra dijital değerler her örnekleme zamanındaki sadece tepeleri değil toplam enerjileri de gösterirler. Eğer herhangi bir arıza yoksa önemli puls olmayacaktır. Belki de her örnekte sadece düşük genlikteki ( enerji ) sinyal/enstrüman gürültüsü bulunacaktır. Yüksek frekans içeriğinin ortadan kaldırılması için dijitalleştirilmiş bilgi bir düşük geçişli filtreye gönderilir. Elde edilen dalga formu kabuk veya modülasyonun zarfıdır. Bunun ardından veri, pulsun hangi sıklıkla meydana geldiğini belirleyen bir tepeden tepeye algılama yapan detektöre gönderilir ve ayrıca pulsun süresi de belirlenir. Bu yüzden FFT algoritması kullanılarak dijital bilgi işlendiğinde elde edilen spektrum sadece esas bir tepeyi ve puls frekansına sahip harmonikleri gösterecektir.

Bu ikisi arasındaki fark şudur: • • •

Spike enerjisi düzelticisinin bazı biçimlerini kullanılır. Spike enerjisinde sinyal zarflanır. Genlikler gerçek tepe ivme değerleri değildir. Bunlar gSE ( Spike Energy ) değerleridir.

Spektral Emisyon Enerjisi – SEE ( SKF Durum İzleme )

Bir spektral emisyon enerjisi ( SEE ) aygıtı yüksek frekanslı akustik ölçümleri alır ve bunları rulmanın koşulunun teşhis edilmesi için zarflama teknikleri ile birleştirir. Zarflama süresince

91

Sinyal İşleme, Uygulamaları ve Gösterimleri

titreşim sinyali sadece yüksek frekanslar bırakılacak şekilde filtrelenir. Bu sayede yapısal titreşim, ayarsızlık ve diğer faktörlerden kaynaklanan titreşimlerin birçoğu çıkarılır. Geriye kalan sinyaller enerji içeriğinde düşürülür. Fakat halen aynı zaman aralıklarında meydana gelmektedirler. Arızalı rulman dönmeye devam ettikçe yüksek frekanslı titreşimler oluşur. SEE yağlama filmi rulman arızasından veya diğer benzeri faktörlerden dolayı kırıldığında metal metale temasın algılanmasını sağlar. Bu temas 250 – 350 kHz arasındaki bölgede yüksek frekanslar meydana getirir. SSE yöntemi bir geniş bantlı piezoelektrik ivmeölçerin kullanılmasıyla yüksek frekanslı akustik emisyonu algılayarak rulmanları izler. SEE yöntemi sadece 20 kHz ‘e kadar olan normal spektral analizden ve 5 – 60 kHz ‘deki zarflama tekniklerinden farklılık göstermektedir. Bu durumda bir akustik emisyon transdüktörü kullanılmıştır. Transdüktör ekipmanla temasında gres veya herhangi bir hava boşluğu bulunmamalıdır. Çünkü bu faktörler sinyal gücünün kaybolmasına neden olmaktadır. 250 – 350 kHz arasındaki bir sinyal filtrelenmiş ve zarflanmıştır. Bunun ardından düşük geçişli bir filtre sadece düşük frekans bileşenlerinin kalmasını sağlamaktadır. Bu zarflanmış sinyal normal analiz ekipmanı kullanılarak dijital olarak analiz edilmiştir. Şok Pulsu Yöntemi – SPM ( SPM Enstrümanları )

Şok pulsu yöntemi ekipmanların durumunun izlenmesi için dönen rulmanlardan titreşim sinyalinin ölçümünü kullanan patentli bir tekniktir. Bu teknik 1969 ‘da icat edilmiştir. Rulmanın yuvarlandığı yüzey üzerine bir darbe geldiğinde şok pulsu transdüktörü geniş genlikte salınım yaparak zayıf şok dalgalarına karşı tepki gösterir. Çünkü 32 kHz de doğal frekansında uyarılmıştır. Ekipmanın daha çok düşük frekansta olan titreşimi filtrelenmiştir. Bu analiz aşağıdaki adımlardan oluşmaktadır: • • • •

Ekipmandan gelen titreşim sinyali, şok pulslarının neden olduğu rezonans frekansında üst üste bindirilmiş kısa süreli veriler ile, bir elektronik filtreden geçirilir. Bu filtre 32 kHz ‘deki kısa süreli veri gruplarını geçirir. Bunların genlikleri şok pulslarının enerjisine bağlıdır. Kısa süreli veriler analog elektronik pulslarına dönüştürülür. Rulmandan alınıp dönüştürülen şok pulsu sinyali son olarak hızlı bir sırayla daha güçlü ve daha zayıf elektriksel pulslara dönüştürülür.

Filtrelenmiş transdüktör sinyali rulmanın yuvarlanma ara yüzeyi üzerindeki basınç değişimini yansıtır. Rulmandaki yağ filmi kalın olduğunda şok pulsunun seviyesi sıra dışı tepeler olmadan düşüktür. Fakat yağ filmi azaldıkça bu seviye artmaktadır ve halen hiç sıra dışı tepe meydana gelmemektedir. Düzensiz aralıklardaki güçlü pulslar hasar meydana getirmektedir. Şok pulsları iki seviyede, desibel olarak şok sinyalini ölçer. 4.4.5 Cepstrum Analizi

Daha çok sürtünmesiz rulmanlar ve dişlilerde görülen titreşim spektrasının bir karakteristiği de esas rulman tonlarının ve/veya açısal hızlarının ( arıza frekansı veya harmoniği, bu yüzden mil devrinin 1 katında eklenir/çıkarılır ) çoklu olasılıkları ile harmonik seri oluşturacak şekildedir.

92

Sinyal İşleme, Uygulamaları ve Gösterimleri

Bu sinyal gruplarında tepeleri ayıran yaygın bir frekans boşluğu olarak tanımlanabilir. Cepstrum analizi logaritmik bir spektrumun spektrumu olarak tanımlanabilecek fonksiyonları içeren bir tekniktir. Bu teknik spektrumu zaman alanına geri döndürür ve bu yüzden spektrumda frekans boşluklarının periyoduna uyan tepelere sahiptir. Bu tepeler orijinal spektrumda aşınma frekansının bulunması için kullanılabilir. Bir döner ekipmandaki spektrumlar biraz karmaşık olabilir. Çünkü döner parçalardan birçok harmonik setinden oluşmaktadır ve frekans modülasyonlarından dolayı ( daha çok burulma salınımlarından dolayı frekansında değişim olur ) bir dizi yan bantta olabilir. Cepstrum harmonik ve yan bant boşluklarına uyan tepelere sahiptir. Bunlar kolayca tanımlanabilmektedir. Cepstrumdaki önemli tepeler, önemli rulman frekanslarına uymaktadır. Bir dizi yerleşik kuralın uygulanmasıyla uzman bir sistem otomatik olarak bu frekansları herhangi bir ekipmandaki temel zorlayıcı frekanslarla ilgili olmayan spektrumdaki tepeler ile otomatik olarak karşılaştırabilir. Eğer bir karşılaşma bulunursa spektral tepe olası rulman tonu olarak göz önüne alınır ve bu kural bazlı karar verme için uzman sistemin bir diğer parçasına aktarılır. Cepstrum analizi ile uzman sistem ekipmanda ne tip bir rulman kullanıldığı kesin olarak bilinmeden rulmandaki yuvarlanma temasından kaynaklanan aşınmayı algılayabilme avantajına sahiptir. Ayrıca cepstrum gürültü veya kavitasyon akımından rulmandaki aşınma izlerini de tanımlayabilmektedir. Cepstrum, spektrum için kullanılan bir anagramdır. 4.4.6 Üçüncü Oktav Analizi

Üçüncü oktav spektral analizi akustik verilerin analiz edilmesi için kullanılmaktadır ( Şekil 4.31 ). Bu yöntemle sabit bant genişliğinin yerine oransal bir bant genişliği görüntülenmektedir. Bu bağlamda spektral değerler frekansla artan bant genişlikleri boyunca hesaplanmıştır. Bu farklı frekans aralıklarını kapsayan bir dizi bant geçiş filtresi kullanılarak yapılmaktadır. En yüksekten en düşüğe olan bant kenar frekansının oranı kesin olarak ikidir. Bu yüzden ardışık filtreler, frekans spektrumunun bir tam oktavını kapsamaktadır. Üçüncü oktav analizi sıradan spektrum analizlerine göre teşhiste biraz daha fazla avantaj sunmaktadır. Üçüncü oktav verilerinin görüntülenmesi önemlidir. Çünkü birçok ekipman üreticisi ve hükümet yönergeleri üçüncü oktavların kabul kriterlerini belirlemiştir. OSHA, FAA, ISO veya diğer parazit özelliklerine uyum için test yapmaya gereksinim duyan kullanıcılar üçüncü oktav veri görüntülemeye ihtiyaç duymaktadır. Bir ağırlaştırılmış üçüncü oktav verisi insan kulağının cevabını uyarlamak için kullanılmaktadır. 4.5 Sonuç

Temelde ekipmanlardan sadece iki tip ham veri alınmaktadır. Bunlar zaman dalga formu ve faz referansıdır. Bu sinyallerin orijinal durumunda dönüştürülmesi çok zordur ve bu yüzden daha fazla işlenmesi gerekmektedir. Hızlı Fourier dönüşümü ile zaman dalga formu işlenerek bir frekans alanı oluşturulur ve bu araç döner ekipmanlarda hata teşhisinin yapılması için şu anda en güçlü tek araçtır. Zaman 93

Sinyal İşleme, Uygulamaları ve Gösterimleri

zaman FFT sınırlarına ulaşmaktadır ve verilen arıza listesinde arızayı yakalayamamaktadır. Bu gibi durumlarda faz analizi kullanılarak bu arızaların çözümlenmesi sağlanır.

Şekil 4.30 Döner bir ekipmandan alınan spektrumlar

Şekil 4.31 Gerçek zamanlı oktav bant analizi ( Kaynak: Ono Sokki, Japonya )

Bunun yanında faz bilgisi, arızaların tespit ve teşhis edilmesinin kolay olacak şekilde sinyalleri gösterir. Bu gösterim orbit, ODS, çapraz kanallı analiz, FRF, TRF, bağdaşım, Bode ve Nyquist eğrilerinden oluşmaktadır. Ayrıca senkronize zaman ortalaması, zarflama ve cepstrum analizi ile sinyal çıkışı temizlenerek gerekli olan bilgi şekillendirilebilir. Kaskat eğrileri ve üçüncü oktav gibi özel gösterimler belirli uygulamalar için önem taşımaktadırlar. Sinyal işlemenin anlaşılması ile farklı sinyal gösterimlerinin oluşturulması için sinyallerin nasıl şekillendirilebileceği kavranabilir. Her bir gösterimin kendine ait yeri vardır ve bundan sonraki konuda bunlar ekipman arızalarının belirlenmesinde nasıl kullanıldığı gösterilecektir.

94

Titreşim Analizi Kullanılarak Ekipmanda Hata Teşhisinin Yapılması

5

Titreşim Analizi Kullanılarak Ekipmanda Hata Teşhisinin Yapılması 5.1 Giriş Döner ekipmanın güvenilirliğini arttırmak için günümüzdeki gereksinimler hiç olmadığı kadar daha fazla önem kazanmıştır. Beklentiler sürekli olarak artmaya devam etmekte ve bu alanda sürekli ilerleme kaydedilmektedir. Bu daha çok hidrokarbon, güç üretimi, proses ve taşıma endüstrilerinden gelen isteklerden kaynaklanmaktadır. Mühendislik ve malzeme bilimlerindeki ilerlemeden dolayı döner ekipmanlar daha hızlı ve hafif hale gelmiştir. Ayrıca bunların daha uzun süre çalışmaları da gerekmektedir. Bu faktörlerin tümü algılama, arızaların konumu ve arıza analizinin çalışmanın yüksek güvenilirlikte olması için önemli bir rol oynadığı anlamına gelmektedir. Titreşim analizinin kullanılmasıyla bir ekipmanın durumu sürekli olarak izlenebilir. Ekipmanın sağlığının belirlenmesi ve ortaya çıkacak veya var olan arızaların tanımlanması için detaylı analizler yapılabilir. Bu bölümde toplanan titreşim verileri ile döner ekipmanın arızaları arasında bir bağıntı kurmak ve farklı tipteki analizörler ile bunları görüntülemek için kullanılan yöntemlere yer verilmiştir. 5.2 Titreşim Analizi ile Sürekli Olarak Gözlenen Ekipmanın Arızalarının Teşhis Edilmesi Titreşim analizi kullanılarak tespit edilen bazı ekipman arızaları şu şekilde listelenebilir: • • • • • • • • • • • • •

Dengesizlik Milin bel vermesi Ekzantriklik Ayarsızlık Gevşeklik Kayış kasnak mekanizmasında sorunların olması Dişli arızaları Rulman arızaları Elektriksel arızalar Yağ köpürmesi/anaforu Kavitasyon Milde kırılmaların olması Rotorun ovalaması

95

Titreşim Analizi Kullanılarak Ekipmanda Hata Teşhisinin Yapılması • •

Rezonans Hidrolik ve aerodinamik kuvvetler

Yukarıda listelenen bu konulara aşağıda ayrıntılı olarak ver verilmiştir ve bunların titreşim analizi ile nasıl tespit edilebileceği açıklanmıştır. 5.2.1 Dengesizlik Bir rotorun dengesizliğinden dolayı titreşimin olması en yaygın olarak görülen ekipman arızasıdır. Fakat tespit edilmesi ve sorunun giderilmesi ise çok basittir. ISO, dengesizliği: Bir rotorda titreşim meydana geldiğinde oluşan santrifüj kuvvetlerin neticesinde kuvvet veya hareketin yataklara aktarıldığı koşul olarak tanımlamaktadır. Bunun dışında dengesizlik bir rotorun dönme ekseni etrafındaki kütlesinin düzensiz olarak dağılması olarak da tanımlanabilir. Burada iki yeni terim kullanılmıştır: Bunlardan birisi dönme ekseni ve diğeri de geometrik eksendir. Dönme ekseni eğer rotor yatakları tarafından mafsallanmamışsa ( esas atalet ekseni olarak da adlandırılır - PIA ) rotorun döneceği eksen olarak tanımlanmıştır. Geometrik eksen ( GCL ) rotorun fiziksel eksen çizgisidir. Bu iki eksen çizgisi çakıştığı zaman rotor dengede olacaktır. Çakışmadığında ise rotorda dengesizlik meydana gelecektir. Ekipmanlarda üç tip dengesizlik meydana gelebilir. Bunlar: 1. Statik dengesizlik ( PIA ve GCL paralel ) 2. Çift dengesizlik ( PIA ve GCL merkezde kesişiyor ) 3. Dinamik dengesizlik ( PIA ve GCL ne üst üste ne de kesişiyor ) Statik Dengesizlik Tüm dengesizlik tipleri için FFT spektrumu 1xdevir ‘de bir baskın titreşim frekansı gösterecektir. 1xdevir frekansındaki titreşim genliği açısal hızın karesi ile orantılı olarak değişecektir. Bu her zaman bulunmaktadır ve normal olarak titreşim spektrumunda baskındır ( Şekil 5.1 ). Statik dengesizlik aynı fazda ve sürekli ( 15 – 200 ) olacaktır. Eğer veri toplama, düşey doğrultudan ( şekilde V ) yatay doğrultuya ( şekilde H ) hareket ediyorsa faz 900 ( ± 300 ) kayacaktır. Bir diğer test ise veri toplamayı bir yataktan diğerine aynı düzlemde kaydırmaktır ( düşey veya yatayda ). Eğer hata statik dengesizlik ise faz aynı kalacaktır ( Şekil 5.2 ). Eğer ekipmanda dengesizliğin yanında başka büyük bir arıza bulunmuyor ise zaman dalga formu, çalışma devriyle aynı frekansta temiz bir SHM dalga formu olacaktır.

96

Titreşim Analizi Kullanılarak Ekipmanda Hata Teşhisinin Yapılması

Şekil 5.1 FFT analizi – dengesizlik arızası

Şekil 5.2 Faz bağıntısı – statik dengesizlik

Çift Dengesizlik Çift dengesizlikte ( Şekil 5.3 ) FFT spektrumu yine tek bir 1xdevir frekans tepe değeri gösterir. 1x ‘daki genlik devrin karesi ile orantılıdır. Bu arıza yüksek radyal ve eksenel titreşimlere neden olabilir. Çift dengesizlik aynı mil üzerinde 1800 ‘lik fazlara neden olabilir. Burada yatay düzlemde iki yatak arasında neredeyse 1800 ‘lik faz farkının var olduğuna dikkat edilmelidir. Bu durumun aynısı düşey düzlemde de gözlemlenebilir. Eğer sistemde çift dengesizlik var ise ODS analizi yapılarak bunun kontrol edilmesi gerekmektedir.

Şekil 5.3 Faz ilişkisi – çift dengesizlik

97

Titreşim Analizi Kullanılarak Ekipmanda Hata Teşhisinin Yapılması

Dengesizlik – Konsollu Rotorlar Bu durumda FFT spektrumu tek bir 1xdevir lik bir tepe değeri gösterir ve genlik yine mil devrinin karesiyle orantılı olarak değişir. Bu ise yüksek eksenel ve radyal titreşimlere neden olur. İki yatak üzerindeki eksenel faz, aynı fazda gözükecektir. Oysa ki radyal faz süreksiz olmaya eğilimlidir. Konsollu rotorlar hem statik hem de çift dengesizliğe sahip olabilir ve analizörler veya dengeleme tezgahı ile test edilmeli ve sabitlenmelidir ( Şekil 5.4 ).

Şekil 5.4 Kayışla tahrik edilen konsollu rotora sahip fan/blovır – faz eksenel doğrultuda ölçülmüştür

5.2.2 Ekzantrik Rotor Dönme merkezi kasnak, dişli, rulman, motor armatürü veya rotorun herhangi bir parçasından dönme merkezi kaçık olduğu zaman ekzantriklik meydana gelir. Ekzantrik bileşende 1xdevir de iki rotorun merkezleri doğrultusunda maksimum genlik meydana gelir. Burada genlik sabit devirlerde bile yük ile değişim göstermektedir ( Şekil 5.5 ).

Şekil 5.5 Kayışla tahrik edilen fan/blovır – titreşim grafiği

Normal bir dengesizlik arızasında veri toplama düşey doğrultudan yatay doğrultuya hareket ettiğinde fazın 900 kaydığı gözlemlenir. Ancak ekzantriklikte okunan faz değerleri yatay ve düşey doğrultularda ölçüldüğü zaman 0 ila 1800 arasında farklılık göstermektedir ( her birisi düz çizgi hareketini gösterir ). Ekzantrik bir rotoru dengelemek için yapılan çalışmalar

98

Titreşim Analizi Kullanılarak Ekipmanda Hata Teşhisinin Yapılması genellikle bir doğrultudaki titreşimin azaltılması şeklindedir. Fakat bu diğer radyal doğrultudaki titreşimi ekzantrikliğin şiddetine bağlı olarak arttırmaktadır ( Şekil 5.6 ).

Şekil 5.6 Ekzantrik rotor

5.2.3 Milin Bel Vermesi Bir mil bel verdiğinde radyal doğrultudaki titreşimler gibi eksenel doğrultudaki titreşimlerde yüksektir. Eksenel titreşimler radyal titreşimlerden daha yüksek olabilir. FFT normal olarak 1x ve 2x bileşenlere sahip olacaktır. Eğer: • 1x devir deki genlik değeri milin merkezinde bel vermeden daha baskın ise ( Şekil 5.7 ) • 2x devir deki genlik değeri milin uçlarında bel vermeden daha baskın ise eksenel ve radyal doğrultuda faz 1800 ‘de ayrılmış olacaktır. Bunun anlamı prob düşey düzlemden yatay düzleme hareket ettirilirken okunan faz değerinde hiçbir değişikliğin olmayacağıdır ( Şekil 5.8 ).

Şekil 5.7 Milin merkezine yakın bel verme ile milin eğilmesi sonucu alınan FFT

99

Titreşim Analizi Kullanılarak Ekipmanda Hata Teşhisinin Yapılması 5.2.4 Ayarsızlık Dengesizlik gibi ayarsızlık da ekipman titreşiminin en büyük nedenlerinden birisidir. Bazı ekipmanlar ayarsızlığın bir kısmını alabilen kendini ayarlayabilen rulmanlar ve esnek kavramalar ile donatılmışlardır. Ancak, buna rağmen ayarsızlıktan dolayı yüksek titreşimlerin üstesinden çok zor gelinebilmektedir. Temel olarak iki tip ayarsızlık bulunmaktadır: 1. Açısal ayarsızlık: İki milin eksen çizgileri birbirleriyle açı yapacak şekilde kesişirler. 2. Paralel ayarsızlık: İki ekipmanın mil eksenleri birbirine paraleldir ve bir kaçıklığa sahiptir.

Şekil 5.8 Eksenel doğrultudaki 1800 ‘lik faz farkına dikkat edilmelidir

Açısal Ayarsızlık Şekil 5.9 ‘da görüldüğü gibi açısal ayarsızlık esas olarak tahrik birimini ve tahrik edilen ekipman milini 1xdevir frekansta eksenel titreşimlere maruz bırakır. Buradaki şekil bir abartılıdır ve tek pim gösteriminin basitleştirilmişidir. Fakat burada ekipman üzerinde sadece açısal ayarsızlığın olması nadirdir. Bu yüzden ayarsızlık nadiren 1xdevir tepe değeri olarak görülür. Tipik olarak hem 1x hem de 2x devir de yüksek eksenel titreşimler olacaktır. Ancak, 1x, 2x veya 3x ‘den baskın olması alışıldık bir durum değildir. Bu semptomlar ayrıca kaplin problemlerinin olduğunu da ( örn: gevşeklik ) göstermektedir ( Şekil 5.10 ). 1800 ‘lik bir faz farkı kaplinle birbirine bağlanan iki ekipmanın yataklarında eksenel faz ölçüldüğünde gözlemlenebilir ( Şekil 5.11 ). Paralel Ayarsızlık Şekil 5.12 ‘de görüldüğü gibi paralel ayarsızlık her çevrimde 2 vuruş meydana getirir ve bu yüzden bir 2xdevir de radyal doğrultuda titreşim oluşur. Paralel ayarsızlık açısal ayarsızlık ile karşılaştırıldığında benzer titreşim semptomlarına sahiptir. Fakat kapline doğru 1800 ‘lik faz farkına yaklaşıldıkça yüksek radyal titreşimler görülür. Daha önce belirtildiği gibi sadece paralel ayarsızlığın olması nadirdir ve bu yaygın olarak açısal ayarsızlık ile birleşir. Bu yüzden burada 1x ve 2x tepe değerlerini görebiliriz. Paralel ayarsızlık daha baskın olduğunda 2x genellikle 1x ‘den daha büyüktür. Fakat bunun genliği daha çok 1x ‘e göre kavramanın tipi ve konstrüksiyonu tarafından belirlenebilir.

100

Titreşim Analizi Kullanılarak Ekipmanda Hata Teşhisinin Yapılması Açısal veya paralel ayarsızlık şiddetli hale geldiğinde daha yüksek harmoniklerde veya tüm yüksek frekanslı harmonik serisi olarak ( 3x ‘den 8x ‘e ) yüksek genlik tepe değerleri oluşturabilir ( Şekil 5.13 ). Eğer ayarsızlık şiddetli ise kaplin konstrüksiyonu genellikle önemli derecede spektrumun şeklini belirleyecektir ( Şekil 5.14 ).

Şekil 5.9 Açısal ayarsızlık

Şekil 5.10 Açısal ayarsızlığın FFT si

101

Titreşim Analizi Kullanılarak Ekipmanda Hata Teşhisinin Yapılması

Şekil 5.11 Faz analizi ile onaylanmış açısal ayarsızlık

Şekil 5.12 Paralel ayarsızlık

Şekil 5.13 Paralel ayarsızlığın FFT si

102

Titreşim Analizi Kullanılarak Ekipmanda Hata Teşhisinin Yapılması

Şekil 5.14 Kavramda gözlemlenen 1800 ‘lik faz kayması

Ayarsızlığa Karşılık Milin Bel Vermesi Genellikle bel vermiş bir mil ve baskın açısal ayarsızlık benzer FFT spektrumlarını verir. Hem eksenel hem de radyal titreşim ölçümlerinde titreşimler görünürdür. Bu sadece problemlerin daha fazla çözüme kavuşturulabileceği faz analizidir. Bel vermiş bir mile sahip ekipmanda aynı milin iki yatağı üzerinde faz farkı görülebilir. Ayarsızlık söz konusu olduğunda kavrama tarafındaki yataklarda faz farkı görülmektedir. Mil Üzerinde Ayarsız Rulmanın Kasıntılı Olması Ayarsızlık sadece kaplinlerde görülen bir durum değildir. Genellikle rulmanlar mile göre hizalanmamıştır. Bunun gibi kasıntılı yataklar fark edilebilir derecede eksenel titreşim oluşturabilirler. Aynı rulman yatağında, burulma hareketinin olması eksenel doğrultuda ölçüm yapıldığında bir taraftan diğer tarafa ve yukarıdan aşağıya yaklaşık olarak 1800 ‘lik faz farkına neden olur ( Şekil 5.15 ).

Şekil 5.15 Ayarsız rulmanlar

Grup dengelenmiş olsa bile yüksek eksenel titreşimler oluşabilir. Eksenel doğrultuda alınan FFT 1x, 2x ve 3x devirde titreşim frekansları gösterecektir. Kaplini ayarlamak veya rotoru dengelemek için yapılan çalışmalar problemi hafifletmeyecektir. Kasıntılı rulman yerinden çıkarılmalı ve doğru şekilde yeninden monte edilmelidir. 103

Titreşim Analizi Kullanılarak Ekipmanda Hata Teşhisinin Yapılması Radyal kovan yatağı söz konusu olduğunda kasıntılı gruptan dolayı hiç titreşim gözlenmeyecektir. Problem dengesizlikten dolayı devam etmek zorundadır. Dengesizlikten dolayı ayarsız rulmanın oluşturduğu tepki kuvvetinin sonucu olarak bir radyal veya eksenel titreşim gözlemlenebilir. Rotorun dengelenmesi ise tüm doğrultulardaki titreşim seviyesini düşürecektir. Eğer bir ayarsızlıktan şüphe ediliyorsa fakat kaplinler ve kasıntılı rulmanlar için kontrol yapıldıktan sonra bu durum onaylanamıyorsa yumuşak ayak olarak bilinen bir koşul için araştırma yapılması gerekmektedir. Bu olay bir sonraki bölümde ayrıntılı olarak incelenecektir. Bakış açısı: Ayarsızlıktan dolayı 2x devir ve daha yüksek harmoniklerin oluşturulması arasındaki bağlantıda uzmanlar arasında fikir farklılıkları bulunmaktadır. Bu bir önceki tartışmaya uymaktadır. Ancak bir diğer hipotez ayarsızlıktan dolayı oluşan dalga formu ayarsızlığın meydana getirdiği yükler ile modifiye edilebilir. Bunun gibi düzensiz dalga formlarının FFT algoritmasına maruz bırakıldığında 1xdevir lik esas frekansın 2x ve daha yüksek harmoniklerini göstermektedir. Ayarsızlık ve Diğer Radyal Ön Yükler ( Orbit Gösterimi ) Bir önceki bölümde bir orbit oluşturulmasına yardımcı olması için bir yatak kovanı e konulmuş olan ( tipik olarak bir turbo ekipman ) iki proksimite probundan sinyallerin nasıl geldiği gösterilmişti. Bir orbit tek bir dönüş için milin eksen çizgisinin yörüngesidir. Ancak belirli bir zaman periyodu süresince milin eksen çizgisinin ortalama konumunu alacaksak sonuç Şekil 5.16 ‘nın sol tarafındaki gibi görünmelidir. Eğer milin dönme doğrultusu ( DOR ) saat yönünde ise ( CW ) ve mil normal olarak yüklenmiş ise milin eksen çizgisinin ortalama ideal konumu saat 7 yönünden saat 8 yönüne olacaktır.

Şekil 5.16 Ayarsızlıktan dolayı oluşan orbit eğrisi

Ayarsızlık, yer çekimi ivmesi, akışkan kuvvetleri ve diğer nedenlerden ötürü radyal ön yüklemeler şiddeti arttırdığında orbit mecburen elipsoit halini alacaktır. Kasıntılı gruptan dolayı meydana gelen rulman ön yükü ayrıca orbitin elipsi daha önce tamamlayacak şekilde bir eksende elipsin daha düşük genlikte olmasına neden olur. Örneğin ortalama mil ekseni, normal konumdan üst sol çeyreğe kadar hareket edecektir. 104

Titreşim Analizi Kullanılarak Ekipmanda Hata Teşhisinin Yapılması Şekilde orbit üzerindeki tüm noktalar saat yönüne dönecektir ( dönüş doğrultusu ile aynı yönde olan ) ve bu yüzden orbit halen öne salınım halinde kalacaktır. Eğer ön yükleme daha fazla artış gösterirse orbitin şekli 8 sayısına benzeyecektir. Bu durumda artık sol çeyrekte yukarı doğru hareket eden ortalama eksen çizgisinin takip edilmesi ilginçtir. Eğer bu orbit üzerinde dikkatlice çalışılırsa orbit üzerindeki bir noktanın dot tan hareketine başlarsa başlangıçta saat yönünün tersine döner. Oysaki mil saat yönünde dönmektedir. Bu yüzden ayarsızlıktan dolayı meydana gelen ağır ön yükleme milin ters salınıma gitmesine neden olacaktır. Öne salınım önemlidir, ters ise önemli değildir. Eğer orbit üzerindeki bizim hayali noktamızın iz düşümü devam ediyorsa bu salınımların sürekli olarak değiştiği gösterilebilir ( Şekil 5.17 ).

Şekil 5.17 Ayarsızlığın artmasından dolayı ön yükleme olduğu zamanki orbit

Ağır ön yüklemeler, normalde tam bir 8 şeklini vermeyecektir. Fakat faklı boyutta çevrimlere neden olacaktır. Tipik olarak yüksek devirli bir turbo makinedeki bu tip bir yükleme biraz hasar verebilir ve yataklarda aşırı aşınmaya, milin yorulmasına ve muhtemelen milin kırılmasına neden olur. 5.2.5 Mekaniksel Gevşeklik Herhangi bir döner ekipmanı göz önüne aldığımızda üç konumda mekaniksel gevşeklik görülebilir: 1. Dâhili gruptaki gevşeklikler 2. Ekipmanın kaidesi ile gövdesi arasındaki gevşeklikler 3. Yapısal gevşeklikler Dâhili Gruptaki Gevşeklikler Bu gruptaki gevşeklikler, rulman kapağı ile rulman bileziği arasında, kovan veya rulmanda veya mil üzerindeki fanda olabilir. Bu normal olarak bileşen parçalarının birbirine uygun olarak oturmamasından kaynaklanmaktadır. Bu ise rotordan kuvvetleri uyararak gevşek parçaların doğrusal olmayan cevabından kaynaklanan FFT ‘de birçok harmonik meydana getirir. Meydana gelen zaman dalga formunun yuvarlatılmasıyla harmonikler meydana gelir. Bu faz genellikle kararsızdır ve özellikle eğer rotor konumu mil üzerinde bir devreden diğer devreye girmeye kadar değiştirirse bir ölçümden diğerine büyük oranda değişim gösterir.

105

Titreşim Analizi Kullanılarak Ekipmanda Hata Teşhisinin Yapılması Mekaniksel gevşeklikler genellikle yüksek oranda doğrusaldır ve rulman gövdesinin etrafında radyal doğrultuda 300 ‘lik artımlarla alındığında çok farklı değerlerin okunmasına neden olabilir. Bunun yanında bu gevşeklikler 1/2x veya 1/3x devirde ( örn: 1/2x, 2 1/2x ve daha fazlası ) genellikle alt harmonik çarpanlara neden olacaktır ( Şekil 5.18 ve 5.19 ).

Şekil 5.18 Gevşek dâhili montaj grubuna ait grafik

Şekil 5.19 Gevşek geçme

Ekipman ile Taban Plakası Arasındaki Gevşeklik Bu problem mil kovanı civatalarıyla, kaide yapısındaki çatlaklar veya yatak kaidesi ile ilgilidir. Şekil 5.20 ve 5.21 ‘de civataları gevşeyen mil kovanının sallama hareketinden dolayı daha yüksek harmoniklerin nasıl oluştuğu görülmektedir.

Şekil 5.20 Mekaniksel gevşeklik grafiği

106

Titreşim Analizi Kullanılarak Ekipmanda Hata Teşhisinin Yapılması

Şekil 5.21 Mekaniksel gevşeklikler

Yapısal Gevşeklikler Bu tip gevşeklik, ekipmanın ayağındaki, taban plakasındaki veya kaidesindeki yapısal gevşeklik veya zayıflıklardan kaynaklanmaktadır. Bunun nedeni zarar görmüş beton derzi, tabandaki ankraj civatalarının gevşemiş olması ve tabanın veya taban plakasının çarpılmasıdır ( yumuşak ayak olarak bilinen ) ( Şekil 5.22 ). Faz analizi ekipmanın ayağı, taban plakası ve tabanın kendisi üzerinde düşey ölçümler arasındaki yaklaşık olarak 1800 ‘lik faz kayması olarak kendisini gösterir ( Şekil 5.23 ). Yumuşak ayak koşulundan şüphelenildiği zaman sadece bir defaya mahsus olarak her bir saplamanın gevşetilmesi için kolay bir test yapılır ve titreşimde önemli bir değişimin meydana gelip gelmediği görülür. Bu durumda tabanın yeniden işlenmesi veya montaj civatalarının şekil bozukluğunu yok etmek için şimler konularak saplamalar yeniden sıkılır.

Şekil 5.22 Yapısal gevşeklik

5.2.6 Rezonans Herhangi bir nesne kütlesinin karakteristiği, katılığı ve sönümlemesi tarafından belirlenen doğal bir frekansa sahiptir. Eğer gong çana vuruyorsa çan doğal frekans olarak bilinen kendi 107

Titreşim Analizi Kullanılarak Ekipmanda Hata Teşhisinin Yapılması karakteristik frekansında çınlayacaktır. Gonga vurma olayı zorlanmış titreşim dir. Oysaki çanın çınlaması serbest titreşimdir. Doğal frekanstaki serbest bir titreşim rezonans olarak adlandırılmaktadır.

Şekil 5.23 Yapısal gevşeklik grafiği

Herhangi bir nesnenin veya sistemin doğal frekansının bulunması için vurma testi olarak bilinen basit bir yöntem kullanılmaktadır. Bu yöntemle doğal frekansının öğrenilmesi istenen gövdeye bir sensör sabitlenir. Bir darbe çekici kullanılarak gövde üzerine bir darbesi uygulanır ve zaman dalga formu veya FFT toplanır. İki grafikte toplanan gözlemlenmiş baskın frekanslar gövdenin doğal frekansıdır. Şekil 5.24 ve 5.25 ‘te zaman dalga formu görülmektedir. Zaman dalga formunda görüldüğü gibi darbe, veri toplanmaya başladıktan yaklaşık olarak 100 ms sonra meydana gelmektedir. Darbeden sonra doğrudan gövde doğal frekansında serbest titreşimler sergiler. Titreşimin genliği sönümleme etkisinden dolayı logaritmik olarak düşer. 500 ms ve 1 sn arasındaki periyot çevrim sayısını saymak için yeterlidir. Hesaplama doğal frekansın yaklaşık olarak 990 cpm olduğunu göstermektedir. FFT ‘yi elde etmek için veri toplayıcı sıfırlanır ve masa üzerine çekiçle bir başka darbe uygulanır. Toplanan spektrum 1046 cpm ‘de başka bir baskın tepe değerini göstermektedir. Bu değer zaman dalga formuyla hesaplanmadan önceki değere yakındır. Vurma testi basittir ve pratikte geniş bir kullanım alanı bulunmaktadır. Hızlıdır, yapıların ve gövdelerin rezonans frekanslarının bulunmasında doğru bir yöntemdir. Yedek bir pompada vurma testinin yapılması ve yataklar üzerine oturmamış rotorların kritik devirlerinin hesaplanmasında kullanılmaktadır. Fakat bunun hassas olmayacağı unutulmamalıdır. Örneğin üzerinde pompa çarkı bulunan rotorların kritik devirleri akışkan ortamında çalıştığında ve yataklarından destek aldığında rotorun çevrim dışı vurma testi kullanılarak alınan kritik devrinden çok büyük fark göstermektedir. Çok kademeli bir pompa rotorunun akışkan bastığı zaman doğal frekansının 2500 cpm olduğunu kabul edelim. Bu rotorda 1x devir deki titreşim genliklerinde göz ardı edilebilecek şekilde biraz dengesizlik de bulunsun. Özel bir anda dengesizlikten kaynaklanan titreşimin zorlanmış frekansı 2500 cpm olacaktır. Bu frekans ayrıca rotorun doğal frekansı da olacaktır. Zorlanmış titreşim frekansının sistemin doğal frekansı ile örtüştüğü yerde genlik dengesizlik etkisi ile karşılaştırıldığında beklenilenden daha yüksek olacak şekilde önemli derecede artış gösterecektir. Bu koşul kritik devir olarak adlandırılmaktadır.

108

Titreşim Analizi Kullanılarak Ekipmanda Hata Teşhisinin Yapılması

Şekil 5.24 Bir vurma testine ait zaman dalga formu

Şekil 5.25 Bir vurma testine ait FFT spektrumu

Rotorun kritik devirleri bir Bode eğrisi kullanılarak Şekil 5.26 ‘da görüldüğü gibi de belirlenebilir. Rotor kritik devrine yaklaştıkça genlik artış gösterecektir. Genlik maksimuma ulaşır ve ardından tekrar düşüş gösterir. Faz sürekli olarak değişir ve kritik devirde 900 ve rezonanstan geçmek üzereyken yaklaşık olarak 1800 ‘dir. Kritik devirlerdeki yüksek titreşim genliklerinin herhangi bir sistem için etkisi kötü olabilir. Bir rotorun doğal frekans örneğinin yanında yapısal rezonans destek kaidesi, dişli kutuları veya kayış kasnak mekanizmalarından bile meydana gelebilir. Bir sistemin doğal frekansı yok edilemez. Ancak farklı yöntemler ile diğer frekanslara doğru kaydırılabilir. Doğal frekansların bir diğer karakteristiği ise devre bağlı olmaksızın değerlerini korumaları ve bunun algılamayı yerine getirmede yardımcı olmasıdır. Bode eğrisinin şekli için kapsamlı olduğunda titreşim ile ilgili temel konulara geri dönmek zorundayız. Daha önce bir nesnenin veya mekanik sistemin dengesizlik gibi bir uyarı kuvvete nasıl cevap verdiği aşağıdaki denklemle gösterilmişti:

109

Titreşim Analizi Kullanılarak Ekipmanda Hata Teşhisinin Yapılması Mu.r.ω2.sin ( ω.t ) = M ( α ) + C ( ν ) + k ( d )

Şekil 5.26 Bode eğrisiyle gösterilen rotorun cevabı

Şekil 5.27 Basit bir rotor sistemi

Şekil 5.27 ‘deki; M Mr ru ΦU ω dır.

110

= Rotorun kütlesi = Dengelenmemiş kütle = Dengelenmemiş yarıçap = Dengesizliğin açısal konumu = Rotorun açısal hızı

Titreşim Analizi Kullanılarak Ekipmanda Hata Teşhisinin Yapılması Şekil 5.27 ‘de iki yatak arasına konulan basit bir rotor kütlesi görülmektedir. M kütlesinin ru yarıçapında ve ΦU açısında Mr dengelenmemiş kütlesine sahip olduğu düşey sensörle algılanmıştır. Eğer rotor dönmeye zorlanırsa görülebilecek olan senkronize cevap aşağıdaki denklemle tahmin edilebilir:

Vektörel biçimde olan yukarıdaki denklem Şekil 5.28 ‘de grafik olarak gösterilmektedir. Bu durumda uyarım kuvveti dengesiz kuvvettir. Kütle, sönümleme ve katılık sistem kuvveti olarak adlandırılan tek bir kuvvete eklenmiş mesnetleme kuvvetleridir. Bu hareket denklemini basitleştirmek için denklemde ivme yerine d.ω2 ve hız yerine d.ω yazalım. Şimdi bir önceki denklem şu hale gelmiş oldu: ( - Mr.ω2 + C.ω + K ).d = ( Mu.ru.ω2 ).cos(w.t- ΦU)

Şekil 5.28 Sistemin kuvvet grafiği

Şekil 5.29 ve 5.30 ‘dan yararlanılarak; senkronize dinamik katılık x yer değiştirme miktarı = dengelenmemiş kuvvet tir. Bu denklem yeniden düzenlendiğinde;

Şekil 5.29 SDS formülleri

111

Titreşim Analizi Kullanılarak Ekipmanda Hata Teşhisinin Yapılması

Şekil 5.30 SDS grafiği

Sonuç olarak senkronize cevap 1x genliğin ( yer değiştirme ) dengelenmemiş kuvvet arttıkça ( senkronize dinamik katılık azaldıkça ) arttığını göstermektedir. Şimdi 3 devir aralığında rotorun cevabını araştırabiliriz. Durum 1 – Kritik Devirden Çok Düşük Çalışma Devri ω Devir kritik devirden az olduğunda kütle ve sönümlemenin katılığa olan katkıları çok azdır. Bu baskın katılık genliği düşük tutan yayın katılığıdır. Düşük devirlerde dengelenmemiş kuvvet değişim gösterir ve yayın katılığının değişmediği kabul edilir. Rotorun cevabı devrin ikinci dereceden artış göstermektedir ( Şekil 5.31 ). Rotor referansının faz ilişkisi ve ağır nokta dengesizliğin arkasında ( ağır nokta ) ‘nın arkasında titreşimi geciktirir ( faz farkı = φ ) ve bu kademede gecikme 900 ‘den azdır.

Şekil 5.31 Devir artışının fonksiyonu olarak rotorun cevabı

Durum 2 – Çalışma Devri ω Kritik Devre Eşit ( Şekil 5.32 ) Rotorun çalışma devri kritik devre eşit olduğunda denklemde kütlenin katılığı ve yayın katılığı büyüklük olarak aynıdır. Fakat birbirine ters doğrultudadır. Bu yüzden bunlar birbirini götürür ve sönümleme için sadece mesnetleme kuvveti faktör olarak kalır. Senkronize rotor cevabının ( 1x ‘daki yer değiştirme miktarı ) kritik devirde maksimum olmasının nedeni budur.

112

Titreşim Analizi Kullanılarak Ekipmanda Hata Teşhisinin Yapılması

Şekil 5.32 Rotor devrinin kritik devre yaklaşması

Cevap ve ağır nokta arasındaki faz ilişkisi şimdi kesin olarak 900 ‘dir ( Şekil 5.33 ). Kritik devir süresince;

vektörleri gözetlenir. Bu yüzden kritik devir ω = k/Mr ‘dir.

Şekil 5.33 900 ‘deki faz ilişkisi

Durum 3 – Çalışma Devri ω Kritik Devirden Daha Yüksek Devir kritik devrin ötesine geçtikçe kütle katılığının katkısı çok hızlı bir şekilde artmaktadır ( ikinci dereceden ) ve neredeyse büyüklük olarak aynı kalan yay katılığının yaptığı etkiden daha büyük bir etkisi meydana getirmektedir. Sönümleme katılığı devirle doğru orantılı olarak çok fazla artış göstermektedir ( Şekil 5.34 ). Senkronize dinamik katılık ile rotor titreşimini genliği tekrar düşer. Faz farkı sürekli artmaya devam eder ve bu 1800 ‘ye yaklaşır. Bu genlik ve fazın çalışma devri ile olan ilişkisini gösteren Bode eğrisinin doğasını açıklamaktadır. Senkronize dinamik katılıklardaki değişimlerden dolayı genlikte artma ve azalmalar meydana gelir ( Şekil 5.35 ). 113

Titreşim Analizi Kullanılarak Ekipmanda Hata Teşhisinin Yapılması

Şekil 5.34 Kritik devirlerde kütlenin katılığı yay katılığının üzerinde artış gösterir

Şekil 5.35 Rotor titreşiminin genliğinin düşmesi

5.2.7 Rotorun Ovalanması Rotorun ovalanması mekanik gevşekliklere benzer olarak bir spektrum üretir. Bir ovalama ya kısmi ya da tüm çevrim boyunca olabilir ve genellikle bir dizi frekans oluşturur. Bunun yanında bir veya daha fazla doğal frekansın uyarılması eğilimini gösterir. Bazen kara tahtadaki bir tebeşirin çıkardığı sese benzer olarak rotor ovalanması süresince ses çıkarır ve bu yüksek frekans bölgesinde spektrum üzerinde beyaz bant paraziti meydana getirir. Normal olarak ovalama çalışma devrinin alt harmoniklerinde ( ½, 1/3, ¼ …. 1/n ) rotorun doğal frekansının konumuna bağlı olarak tam sayı kesirlerini uyarır. Aşağıdaki bağıntılar ovalamanın belirlenmesi için yardımcı olmaktadır. Eğer N milin devri ise ve Nc milin kritik devri ise ovalama şu frekansları üretecektir: 1x 1/2x veya 1x 1/3x, 1/2x veya 1x 1/4x, 1/3x, 1/2x veya 1x

N < Nc N > 2Nc N > 3Nc N > 4Nc

Bir ovalama kısa bir süreye sahiptir. Fakat mil yatağa dokunuyorsa çok ciddi sonuçlar doğurabilir ( Şekil 5.36 ). Bu milin salmastrayı ovalamasından, karıştırıcı bıçaklarının basınçlı

114

Titreşim Analizi Kullanılarak Ekipmanda Hata Teşhisinin Yapılması kabın cidarlarını ovalamasından veya mile karşı kaplin muhafazasının baskı yapmasından daha az önemli bir konudur.

Şekil 5.36 Rotorun ovalanması

Dalga formu ovalanmanın iyi bir işaretçisidir ve Şekil 5.37 ‘de görüldüğü gibi budanabilir.

Şekil 5.37 Budanmış dalga formu

Rotor Ovalamasının Orbit Gösterimi Orbit analizi ovalanan yerlerin tanımlanması için iyi bir araçtır. Daha önce bahsedildiği gibi kısmi veya komple ovalanan yerler mil dönerken salmastra gibi durgun parçalar ile temas ettiğinde veya anormal rulman koşullarında meydana gelebilir, ovalama orbitin farklı şekiller almasına neden olur. Bu orbit 8 şeklinden tam bir çember şekline kadar değişim gösterebilir ( Şekil 5.38 ).

Şekil 5.38 Ovalama orbiti

115

Titreşim Analizi Kullanılarak Ekipmanda Hata Teşhisinin Yapılması Kısmi bir ovalama komple veya tam çevresel bir ovalamaya göre daha sık karşılaşılan bir durumdur ve nadiren rotor durgun kısma değdiğinde meydana gelir. Bu normal olarak 1/2x ‘de titreşim meydana getirir. Orbit bundan sonra 8 ‘e benzer şekil alır ( şiddetli ön yükleme koşulu altında ayarsızlık konusu altında görüldüğü gibi ). Tam bir çember olan orbit salmastra veya rulman boşluğunu tamamen kaplayan rotordaki komple ovalamanın işaretçisi olabilir. Bu durumda titreşimin salınımı geriden gözlemlenir ve bu yüzden acilen rektifiye edilmelidir. 5.2.8 Kaymalı Yataklar Kaymalı Yataklarda Boşluğun Fazla Olması Normal olarak aşınan kaymalı yatağın son kademeleri 10x veya 20x e kadar çıkabilen çalışma devri harmoniklerinin tüm serilerini göstermektedir. FFT spektrumu daha çok mekanik gevşekliğe benzemektedir. Çok düşük bir dengesizlik veya ayarsızlık bile kaymalı yatak normal bir boşluğa sahip rulman ile karşılaştırıldığında daha yüksek titreşim genliklerine sahip olabilir. Bunun nedeni boşluğun arttıkça yağ filmi katılığının azalmasıdır ( Şekil 5.39 ).

Şekil 5.39 Kaymalı yataklardaki fazla boşluk

Yağ Anaforu Yağ anaforu yağ filmi tarafından uyarılmış bir titreşimdir. Kritik devrin ötesinde yüksek devirlerde çalışan cebri yağlamalı kaymalı yataklarda bu bilinen bir olaydır. Milin yatağın içerisinde N devri ile döndüğünü kabul edelim. Yatağın devri sıfırdır. Yağ filmi, mil ve yatak arasında bir kama oluşturur ve ideal olarak 0.5x devir hızda dönmelidir. Ancak bazı sürtünme kayıplarından dolayı mil yağ filminin 0,42 – 0,48x devirde dönmesine neden olur. Normal koşullar altında yağ filmi rotoru açılı olarak ( eğer mil saat yönünün tersine dönüyorsa saat 5 yönünde – bkz. Şekil 5.40 ) ittirir. Eğer kaldırılmış konumda rotoru tutmak için yeterli basınç varsa ekzantrik yarımay şekilli bir kama oluşur. Normal koşullar altında sistem dengededir ve titreşim oluşmaz. Bazı koşullarda milin kaldırılması için kamada gerekenden daha fazla yağ basıncının oluşturulması eğilimi bulunmaktadır. Bu koşullar daha az ekzantrikliğe ( milin merkezi yatağın merkezine daha yakın ) sahip milde katılıkta, yağ basıncı veya yağ sıcaklığında düşüşe neden olarak yataklarda aşınmanın artmasına neden olur. Bu süreç tekrar tekrar 116

Titreşim Analizi Kullanılarak Ekipmanda Hata Teşhisinin Yapılması meydana gelir ve mili yatağın çevresine basılı olarak tutar. Bu olay yağın anafor oluşturması olarak adlandırılmaktadır. Bu anafor yapısal olarak, anafor kuvvetleri artacak şekilde santrifüj kuvvetleri arttırdığından dolayı kararsızdır.

Şekil 5.40 Yağ anaforu

Yağın anafor oluşturması yağın hızı, yağlama basıncı ve harici ön yüklerin değiştirilmesi ile en aza indirilebilir veya yok edilebilir. Yağ anaforu kararsız olarak 0,42 – 0,48x devir de meydana gelmektedir ve genellikle biraz şiddetlidir. Yer değiştirme genliğinin büyüklüğü yatak boşluğunun %50 ‘sini aştığında bu aşırı olarak göz önüne alınmaktadır. Yağ anaforu basit olarak bir alt senkronize akışkan kararsızlığıdır. Orbit alanından bakıldığında karakteristik iki nokta ile görülmektedir. Osiloskop ile bakıldığı zaman iki nokta durgun olarak gözükmez. Bunun yerine dönüyor olarak gözükür. Bunun nedeni frekansın marjinal olarak 0,5x ‘den az olmasıdır. Bir yağ anaforu her zaman ileri doğru olan bir titreşim salınımı meydana getirir ( Şekil 5.41 ).

Şekil 5.41 Bir yağ anaforunun orbit gösterimi

117

Titreşim Analizi Kullanılarak Ekipmanda Hata Teşhisinin Yapılması Yağın Köpürmesi Mil yağ beslemesi yapmadığında yağ anaforu meydana gelir ve anafor frekansı kritik devir ile kesiştiğinde kararsız hale gelmektedir. Mil rezonansının bu özel kesişimi yağ anaforu frekansı ile çift oluşturur ve yağ anaforundan daha şiddetli olan yağ kırbacını meydana getirir. Anafor devri etkin olarak rotorun kritik devrine kilitlenir ve ekipman çok daha yüksek devirlere çıksa bile kaybolmayacaktır ( Şekil 5.42 ).

Şekil 5.42 Basamaklı tam spektrumda görülen yağ anaforu/köpürmesi – Rotorun devrinin artmasından sonra yağ ın köpürme frekansı A ‘nın kilitlenmesi

Yağ kırbacı olayı rotor kritik devrinden geçtiği zaman meydana gelir. Yağ kırbacının yatak üzerinde tahrip edici etkisi bulunmaktadır. Titreşimin salınımı bu durumda ileri doğrultudadır. Fakat bazen geri 1x ve alt senkronize bileşenler yatağın sabitleme katılığından dolayı ( çalışma koşullarındaki değişime cevap olarak ) kaynaklanmaktadır. Kendinden uyarımlı arızanın periyodu milin açısal hızı ile arasında harmonik bir bağıntı olabilir. Harmonik bir bağıntı söz konusu olmadığında noktalar Şekil 5.43 ‘te görüldüğü gibi gelişi güzel hareket ediyor gibi gözükür. Harmonik bir bağıntı söz konusu olduğunda ise durgun olarak gözükürler. Kuru Anafor Kimi zaman yetersiz veya uygun olmayan yağlama yatakta titreşimlere neden olmaktadır. Bunun nedeni yağlamanın olmayışından ötürü mil ve yatak arasında sürtünme meydana gelmesidir. Bu sürtünme kuvveti ekipmanın diğer parçalarını da uyarmaya meyillidir. Bu titreşim nemli bir parmağın cam bir panel üzerinde hareket etmesiyle benzerdir. Bundan olayı

118

Titreşim Analizi Kullanılarak Ekipmanda Hata Teşhisinin Yapılması oluşan titreşim kuru anafor olarak adlandırılmaktadır. Titreşim genellikle yüksek frekanslardadır ve harmonikleri bulunmayabilir. Faz herhangi bir anlamlı bilgi içermeyecektir.

Şekil 5.43 Bir yağ anaforunun orbit gösterimi

5.2.9 Bilyalı Rulmanlar Bilyalı bir rulmanın iç ve dış bileziği, bilyalarını tutan bir kafesi ve bilyaları bulunmaktadır. Arıza rulmanın herhangi bir parçasında meydana gelebilir ve bu yüksek frekanslı titreşimlere neden olacaktır. Gerçekte aşınmanın şiddeti titreşim izini değişken tutmaktadır. Birçok durumda uyarılan belirli titreşim frekanslarından dolayı meydana gelen arızaların rulmanın hangi parçasında olduğunun tanımlanması mümkün olmaktadır. İç ve dış bilezikteki yuvarlanma yolları kolaylıkla tespit edilebilir. Ancak aynı durum bilya kafesleri için geçerli değildir. Arızaların nerede meydana geldiğinin tespit edilmesi için birçok yöntem bulunmasına rağmen rulman arızasının işlevsel arızaya dönmeden önce tahmin edilmesi için bir teknik bulunmamaktadır. Zarflama/demodülasyon ile ilgili önceki konuda rulman arızalarının nasıl hem rulman arıza frekansı hem de rulman bileşenlerinin rezonans frekansı ile ilgili olan rasgele çınlama titreşimleri oluşturduğunu görmüştük. Rulman arıza frekansları çalışma devri ile bütün olarak harmonik değildir. Ancak aşağıdaki formüller rulman arıza frekanslarının belirlenmesi için kullanılabilir. Burada ayrıca girilen zorunlu rulman sayısına değerini sağlayan ticari yazılımlarda rulman veri tabanı da bulunmaktadır.

119

Titreşim Analizi Kullanılarak Ekipmanda Hata Teşhisinin Yapılması Nb Bd Pd θ BPFI BPFO FTF BSF

: Bilya sayısı : Bilya çapı : Bilya merkezinin rulman merkezine olan uzaklığının iki katı : Temas açısı : Bilyanın geçiş frekansı – İç taraf : Bilyanın geçiş frekansı – Dış taraf : Esas frekans – Kafes : Bilyanın kendi ekseni etrafında dönme frekansı

[ mm ] [ mm ] [derece ]

Bir FFT ‘de şunun bulunması çok enteresandır: Rulmanın hem iç hem de dış bileziğinin arıza frekanslarını bulabiliriz. Bu frekanslara eklemek ve ardından sonuç ekipman devrine bölünür [(BPFI + BPFO )/devir]. Buradaki cevap rulmandaki bilya sayısını vermelidir. Rulmanın hasar görmesi dört kademede gerçekleşmektedir. Başlangıç kademesinde sadece yüksek frekanslı titreşim bulunmaktadır. Bundan sonra ise rulmanın rezonans frekansı gözlemlenir. Üçüncü kademe süresince ayrık frekanslar görülebilir ve son kademede yüksek frekanslı rasgele parazit gözlemlenir. Bu artan hata şiddeti ile ortalama genlikte artma sağlar ve genişlemeyi korumaktadır. Kademe 1 Rulman arızası için FFT spektrumu rulmanda aşınmanın ilerlemesine göre dört bölgeye bölünebilir ( A, B, C ve D ). Bu bölgeler: A Bölgesi B Bölgesi C Bölgesi D Bölgesi

: Ekipmanın devri ve harmonik bölge : Rulmanın arıza frekansları ( 5 – 30 kcpm ) : Rulman bileşenin doğal frekans bölgesi ( 30 – 120 kcpm ) : Yüksek frekansın algılandığı ( HFD ) bölge ( 120 kcpm ‘nin ötesi )

olarak tanımlanmaktadır. Rulmanın aşınmasının ilk belirtisi yaklaşık olarak 20 – 60 kHz ( 120 – 360 kcpm ) arasında değişen ultrasonik frekans aralığında görülmektedir. Bu frekanslar gSE ( Spike Energy ), SEE, PeakVue, SPM ve diğer yüksek frekans algılama teknikleri ile yakalanabilir. Şekil 5.44 ‘de görüldüğü gibi rulman bileziklerinde veya bilyalarda ilk aşamada görülebilir herhangi bir hasar bulunmamaktadır. Rulman bileziği yeni bir rulmandaki gibi parıldamamaktadır ve donuk gri olarak görülmektedir. Kademe 2 Bir sonraki kademede ( Şekil 5.45 ) yorulmuş bileziklerde çukurcuklar oluşmaya başlar. Bilyalar bu çukurcukların üzerinden geçerek çınlama meydana getirir veya ağırlıklı olarak 30 – 120 kcpm aralığında olan rulman bileşeni doğal frekansı meydana getirir. Şiddete bağlı olarak yan bant frekanslarının ( rulmanın arıza frekansı ± devir ) ikinci kademenin sonunda doğal frekans tepesinin üzerinde veya altında görülebilir. Yüksek frekansı algılama ( HFD ) teknikleri birinci kademede okunan değerlerle karşılaştırıldığında iki katı genliğe sahip olabilir.

120

Titreşim Analizi Kullanılarak Ekipmanda Hata Teşhisinin Yapılması

Şekil 5.44 Rulman iç bileziğindeki ufak arızalar

Kademe 3 Üçüncü kademeye geldiğimizde ( Şekil 5.46 ) ayrık rulman frekansları ve harmonikleri FFT ‘de görülebilir. Bunlar bir dizi yan bantlar olarak görülebilir. Şimdi aşınma genellikle rulmanda görülebilir ve rulman bileziğinin köşesine doğru yayılabilir. Daha önceki kademedeki çukurcuklar şimdi büyük çukurlar haline gelmiştir ve bunların sayısı da artmıştır. İyi şekillenmiş yan bantlar herhangi bir rulman arıza frekansını veya harmoniğini beraberinde getirdiğinde HFD bileşenleri üçüncü kademe ile karşılaştırıldığında yine yaklaşık olarak iki katına çıkmıştır. Genellikle rulmanın bu kademede iken değiştirilmesi tavsiye edilmektedir. Yapılan çalışmalarda üçüncü kademeden sonra rulmanının 1 saat ile ortalama ömrünün %1 ‘i arasında bir ömrü kaldığını göstermektedir.

Şekil 5.45 Daha açık olarak görülen çukurlar

121

Titreşim Analizi Kullanılarak Ekipmanda Hata Teşhisinin Yapılması

Şekil 5.46 Rulmanın genişliği boyunca aşınma şimdi daha açık olarak görülmektedir

Kademe 4 Son fazda ( Şekil 5.47 ) çukurlar birbirine yapışmaya başar. Bu şekilde kaba izler oluşur ve rulman bileziklerinin iç tarafı ve/veya bilyalar pul pul dökülmeye başlar. Rulman şimdi aşırı derecede şiddetli koşulda çalışmaktadır. 1x devir bileşeninin genliği bile artmaktadır. Bu arttıkça birçok çalışma devri harmoniğinin de artmasına neden olur. Bu rotorda daha fazla deplasmana izin veren rulmanda daha fazla boşluk olarak kendini gösterebilir. Ayrık rulman arıza frekansları ve rulman bileşenlerinin doğal frekansı etkin olarak gelişi güzel yüksek frekanslı geniş bant gürültü bandına karışmaya başlar. Başlangıçta geniş bantlı gürültünün ortalama genliği büyük olabilir. Ancak daha sonra düşecektir ve parazitin genliği artacaktır. Son kademede genlik tekrar artacak ve gürültü bandı aralığı da artacaktır.

Şekil 5.47 Aşınmanın son kademesinde aşırı derecede hasarlanmış rulman

Ancak yüksek frekanslı gürültü bandının genlikleri ve bazı HFD ler gerçekte düşüş gösterebilir ( çukurların düzleşmesi sonucu dökülmelerin meydana gelmesi ). Fakat arızi spike enerjisinden hemen önce genellikle aşırı derecede büyük genlikler meydana gelecektir.

122

Titreşim Analizi Kullanılarak Ekipmanda Hata Teşhisinin Yapılması Buraya kadar rulman aşırı derecede titreşmişti. Bunun sonucu olarak ısındı ve çok fazla gürültü oluştu. Eğer rulmanın daha fazla çalışmasına izin verilirse rulman kafesi kırılacak ve bilyalar yerlerinden çıkacaktır. Bunun ardından bilyalar birbirine çarpacak, kendi eksenleri etrafında dönecek ve başka bir bilyaya yapışacaklardır. Bu durum makinanın aşırı yükten durmasına kadar devam edecektir. Tüm olasılıklarda rulmanın geçtiği milin altında ciddi hasarlar meydana gelecektir. 5.2.10 Dişli Arızaları Bir dişli kutusu titreşim spektrumunda normal düşük frekans harmoniğine neden olabilecek dönen parçalardan oluşan bir ekipmandır. Fakat dişlilerin ve rulmanların darbe almasından dolayı yüksek frekans bölgesinde de etkinlik görülebilir. Herhangi bir dişli kutusunun spektrumu dişli eşleşme frekansı ( GMF ) boyunca 1x ve 2x devri gösterir. GMF pinyon veya ana dişlinin diş sayısı ile kendi devrinin çarpımına eşittir: GMF = piyon dişlideki diş sayısı x pinyon dişlinin devri GMF üzerinde dişli çarkın bulunduğu milin devrine göre çalışma devrinin yan bantları olacaktır. Dişli kutusu spektrumları farklı GMF ler ve bunların harmoniklerinden dolayı herhangi bir frekans aralığını içermektedir. Tüm tepe değerleri düşük genliklere sahiptir ve eğer dişli kutusu halen iyi bir durumda ise hiçbir doğal dişli frekansı uyarımı olmayacaktır. GMF etrafındaki yan bantlar ve bunların harmonikleri biraz daha yaygındır. Bunlar dişli kutusundaki arızalar ile ilgili bilgi içermektedir ( Şekil 5.48 ). Dişlinin aşınması ve boşluk dişlinin eşleşme frekansı ve bunların yan bantları boyunca dişlinin doğal frekanslarına uyarım yapabilir. Sinyal Güçlendirme Analizi bir dişli kutusunun içerisindeki tek bir milden titreşimlerin toplanabilmesini mümkün kılar. Cepstrum analizi her bir yan bant ailesindeki gücün analiz edilmesi için mükemmel bir araçtır. Cepstrum analizinin derece analizi ile birlikte kullanılması ve zaman alanında ortalama alınması ufak devir değişimlerinden kaynaklanan frekans bileşenlerinin birçoğunun karışması önlenebilir ( Şekil 5.49 ). Genel bir kural olarak ekzantriklik ve dişli ayarsızlığı gibi dağılmış arızalar yan bantlar ve dişlerin eşleşme frekansına yakın yüksek genlikte harmonikler üretecektir. Kırılmış dişliler gibi yan bantlar üreten yerelleşmiş arızalar spektrum boyunca yayılmaktadır. Dişli Çark Dişlerin Aşınması Bir dişli çarkın dişlerinin aşınmasında en önemli karakteristik dişlinin doğal frekansının etrafındaki yan bantlar tarafından uyarılmasıdır. Bunlar kötü dişlinin çalışma devrinde oluşurlar. Yan bantlar, GMF ‘nin kendisine göre aşınma ile ilgili daha iyi bir işaretçidir ( Şekil 5.50 ). Dişli Çarkta Diş Yükü Dişli kutusu üzerindeki yük arttıkça GMF genliği de artabilir. Özellikle yan bant frekansları düşük ve hiçbir dişli doğal frekansı uyarılmıyorsa Daha yüksek GMF genlikleri ille de bir

123

Titreşim Analizi Kullanılarak Ekipmanda Hata Teşhisinin Yapılması problem olduğunu göstermez. Dişli kutusu üzerindeki titreşim analizinin dişli kutusu maksimum gücünü iletirken yapılmalıdır ( Şekil 5.51 ).

Şekil 5.48 Bir dişli kutusu spektrumuna ait grafik

Şekil 5.49 Pinyon dişlisinde 28 diş bulunan gürültülü olarak 3300 d/d ‘de çalışan bir dişli kutusundan alınan FFT spektrumu

Dişlinin Ekzantrikliği ve Boşluğu Açıkçası GMF etrafındaki yüksek genlikli yan bantlar genellikle dişlinin ekzantrikliği, boşluk olması veya millerin olmamasından kaynaklanmaktadır. Bu durumlarda bir dişlinin dönmesi dişlinin titreşim genliğinin diğer dişlinin çalışma devrine uyum sağlatacaktır. Bu zaman alanındaki dalga formundan görülebilir. Yan bant frekansındaki boşluklar dişlide problem olduğunu göstermektedir. Uygun olmayan boşluklar normal olarak GMF ‘yi ve dişlinin doğal frekansını uyarır. Bunların her ikisi de 1x devir de yan bantlara sahiptir. GMF genlikleri genellikle boşluk varsa yükteki artışla azalacaktır ( Şekil 5.52 ). 124

Titreşim Analizi Kullanılarak Ekipmanda Hata Teşhisinin Yapılması

Şekil 5.50 Dişli çark dişindeki aşınma

Şekil 5.51 Dişli çark dişindeki yük

Dişlinin Ayarsız Olması Dişlinin ayarsız olması her zaman için çalışma devrinde yan bantları ayrılmış olan ikinci dereceden veya daha yüksek GMF harmoniklerini uyarır. Bu genellikle sadece 1x GMF ‘de ufak genlikler gösterir. Fakat 2x veya 3x GMF ‘de daha yüksek seviyelerdedir. FFT spektrumunun F-maks ‘ının 3x GMF ‘den daha büyük bir değere ayarlanması önemlidir ( Şekil 5.53 ).

125

Titreşim Analizi Kullanılarak Ekipmanda Hata Teşhisinin Yapılması

Şekil 5.52 Dişlinin ekzantrikliği ve boşluk olması

Şekil 5.53 Dişlinin ayarsızlığı

Dişliler – Kırılmış veya Dökülmüş Diş Dişli çarkın bir dişinin kırılmış veya dökülmüş olması bu dişlinin 1x devir de yüksek genlik oluşturmasına neden olacaktır. Bunun yanında çalışma devri ile ayrılmış olan yan bantlı dişli doğal frekanslarını uyaracaktır. En iyisi eşleşen dişlide diş ile eşleşmeye çalışan problemli dişin her defasında spike meydana getirdiği zaman alanında tespit edilir. Darbeler arasındaki zaman, dökülen dişin 1/devrine denk gelecektir. Zaman dalga formunda darbe spike ının genliği genellikle FFT spektrumunda 1x dişli devrinden daha yüksek olabilecektir ( Şekil 5.54 ). Dişliler – Avlanan Dişli Problemleri Dişlinin avlanan diş frekansı özellikle üretim sürecinde veya yanlış montajdan dolayı meydana gelen hem dişli hem de pinyon dişli üzerindeki hataların tespit edilmesi için çok

126

Titreşim Analizi Kullanılarak Ekipmanda Hata Teşhisinin Yapılması etkilidir. Bu yüksek titreşim seviyeleri meydana getirebilir. Fakat bu düşük frekanslarda, ağırlıklı olarak 600 cpm ‘nin altında meydana gelir. Bu genellikle titreşim analizi süresince es geçilir. Avlanan diş frekansı:

denklemi ile hesaplanabilir.

Şekil 5.54 Kırılmış dişliler

Yukarıdaki denklemde N, grubun faz faktörü olarak bilinmektedir. Ayrıca dişli ve piyon dişlinin diş sayısı arasındaki en küçük ortak tam sayı olarak ele alınabilir. Bu avlanan dişli frekansı genellikle çok düşüktür. Grubun faz faktörleri ( N>1 ) için dişli çarkın her bir dişi piyon dişlinin her dişi ile temas etmeyecektir. Eğer N=3 ise 1, 4, 7, … dişleri bir diğer dişli ile eşleşecektir ( ancak dişli çarkın 1 nolu dişi pinyon dişlinin 2 veya 3 nolu dişi ile eşleşmeyecektir. Bunun yerine 1, 4, 7, … nolu dişler ile eşleşecektir ). Örneğin 5528 d/d ‘de dönen 98 dişe sahip bir dişli çark 8334 d/d ‘de dönen 65 dişe sahip bir pinyon dişli ile bir mekanizma oluştursun. Bu grubun faz faktörü N = 1 ‘dir. Avlanan dişli frekansı ( Fht ):

olarak elde edilir. Bir diğer formül ise dişli çarkın devrinin piyon dişlinin diş sayısına bölünmesidir ( 5528/65 = 85 cpm ). Bu özel bir durumdur ve sadece N=1 için avlanan dişli kombinasyonuna uygulanabilir. Eğer dişin tekrarlama frekansı problem oluşturuyorsa ( Şekil 5.55 ) vuruş frekansı kulakla duyulabilir seviyede olabilir. Tekrarlayan dişli problemine sahip bir dişli kutusu normalde tahrik edilen taraftan ses yayar. Bunun tekrarlanma hızı bir kronometre kullanılarak sesin sayılması ile yapılır. Arızalı pinyon dişli ve dişli aynı zamanda eşleştiğinden maksimum etki meydana gelir ( bazı sürücülerde, bu Fht formülüne bağlı olarak her 10 veya 20 dönüşte bir meydana gelir ). Dişli kutuları olağan olmayan ve tanımlanamayan birçok frekans ile toplanmış ve karmaşık FFT spektrumları oluşturabilir. Dişli kutusunda rastlanan olağan olmayan bir diğer frekans dişlinin eşleşme frekansının tam bölenidir. Bu titreşim genellikle ekzantrik dişli milinin

127

Titreşim Analizi Kullanılarak Ekipmanda Hata Teşhisinin Yapılması ayarsızlığı veya muhtemelen eğilmiş bir milin sonucudur. Bu durumlardan herhangi birisi dişlinin her bir dönüşü için diş boşluklarında değişimlere neden olur. Bunun bir sonucu olarak dişlinin eşleşme frekansının genliği Şekil 5.56 ‘da görüldüğü gibi uyarlanmış olarak görülebilir.

Şekil 5.55 Avlanan diş problemi olan bir dişli

Şekil 5.56 92400 cpm ‘nin bir GMF li dişli kutusundan alınan uyarlanmış genlik

Dişli çarkın diş darbeleri dişlinin her bir devrinde kısımlar süresince aşırı derecede olabilir. Bu yüzden sonuçtaki titreşimin frekansı dişlinin eşleşme frekansından daha düşük bir frekansa sahip olacaktır. Ancak bu dişli devrinin bir çarpanında kalacaktır. 5.2.11 Kayış Arızaları Aşınmış, Gevşek, Oturmamış Harmonik Kayışlar Kayış arıza frekansı alt harmonik tiptedir. Kayış mekanizmaları analiz edildiğinde F-maks ‘ı bu tepe değerlerin farkına varılabilecek şekilde düşük tutulması gerekmektedir. Kayışlar

128

Titreşim Analizi Kullanılarak Ekipmanda Hata Teşhisinin Yapılması aşındıkları zaman gevşer veya yuvalarından çıkarlar. Bu durum kayış frekans harmoniklerini meydana getirir. Kayış frekansının 3x veya 4x ‘ini elde etmek mümkündür. Daha sık olarak 2x kayış frekansı baskındır. Kayış frekansı ( Şekil 5.57 );

Şekil 5.57 Alt harmonik kayış frekansları

formülü ile hesaplanabilir. Genlikler normal olarak süreksizdir, bazen ya tahrik ya da tahrik edilenin devri ile atış yapabilir. Zamanlama kayışı tahriği ile aşınmayı veya kasnaklardaki ayarsızlığı gösteren zamanlama kayışı frekansında yüksek genliklerin bilinmesi faydalıdır. Kayış/Kasnak Ayarsızlığı Kayış kasnak mekanizmalarında farklı ayarsızlık tipleri Şekil 5.58 ‘de görülmektedir. Bu koşullar bozucu titreşim meydana getirmesinin yanında kayış ve kasnağın her ikisinde de aşınmanın hızlanmasına neden olur. Kasnakların ayarsız olması 1x devir de daha çok eksenel doğrultuda yüksek titreşim meydana getirir. Tahrik birimi ile tahrik edilen birimin devir genliklerinin oranı ölçümün konumuna, bağıl kütleye ve şasisinin katılığına bağlıdır. Fanlarda kasnakların ayarsız olması fanın çalışma devrinde en yüksek titreşimleri meydana getirecektir. Kayış mekanizması dengelenmemiş koşulda olan konsollu bir rotora sahip olduğu zaman ayarsızlık faz analizi ile çözümlenebilir. Ekzantrik Kasnaklar Ekzantrik veya dengelenmemiş kasnaklar kasnağın 1x devrinde maksimum titreşime neden olur. Bu da kasnakların aynı doğrultuda çalışmasına engel olmaktadır. Bu sorunu çözmek için rondelaları taperlock civatalarına bağlayarak ekzantrik kasnakların dengelenmesi kimi zaman mümkün olmaktadır. Ancak dengelenmiş olsa bile ekzantriklik halen titreşimi tetikleyecektir ve bu da kayışta yorulma gerilimlerine neden olacaktır ( Şekil 5.60 ). 129

Titreşim Analizi Kullanılarak Ekipmanda Hata Teşhisinin Yapılması

Şekil 5.58 Ayarsızlık tipleri ( Güvercin ayağı ve açılı ayarsızlık açısal ayarsızlık olarak sınıflandırılmıştır )

Şekil 5.59 Kasnağın ayarsızlığından kaynaklanan titreşim

Şekil 5.60 Kayış tahriği – ekzantrik kasnak

Kayış Rezonansı Eğer kayışın doğal frekansı motorun ya da tahrik edilen milin devrine eşit ise kayış rezonansa girecektir ( Şekil 5.61 ). Ayrıca tahrik kayışları, doğal frekansları bağlandıkları ekipmanın ki ile kesiştiğinde düşey ve yanal eksende yüksek seviyede titreşimler meydana gelecektir.

130

Titreşim Analizi Kullanılarak Ekipmanda Hata Teşhisinin Yapılması Kasnak üzerinde veya yataklarda cevap ölçülürken kayışın gerilmesi veya serbest bırakılması bu durumun normal olarak tanımlanması ve giderilmesi için yardımcı olabilir. Düşey eksendeki titreşimi kontrol etmek için kullanılan yaygın bir yöntemde kayış aralığına dik olarak ve kayışa yakın olarak ( veya kayışa hafifçe temas eden ) yerleştirilen bir tahdit aygıtının ( metal kol veya avara kasnak ) kullanılmasıdır. Bu aygıt daha büyük olan kasnaktan kabaca açıklığının 1/3 ‘üne konumlandırılmalıdır.

Şekil 5.61 Kayış tahriği – rezonans

Titreşim genliğinin veya kayış tahriği frekansının düşürülmesi için alternatif olarak açıklık uzunluğu, kayış tipi, ayar, tahrik veya tahrik edilen ekipmanın ataleti, kasnağın çapı ve ağırlığı, devri ve kayış sayısı üzerinde oynama yapılabilir. 5.2.12 Elektriksel Problemler Motorlar, jeneratörler ve alternatörler gibi elektriksel ekipmanların titreşimleri yapısal olarak ya mekanik ya da elektrikten kaynaklanmaktadır. Biz burada daha çok mekanik ile ilgili sorunları inceleyeceğiz. Titreşim spektrumunda elektriksel sorunlarda görülmektedir ve bunlar arızanın doğası hakkında bilgi sağlayabilir. Elektriksel problemler rotor ve stator üzerindeki manyetik kuvvetlerin eşit olmamasından kaynaklanmaktadır. Bu eşit olmayan manyetik kuvvetlerin nedeni: • • • •

Rotor veya statorun açık veya sarımın kısa olması Rotor çubuğunun kırılmış olması Fazların dengelenmemiş olması Hava boşluklarının eşit olmaması

olabilir. Genel olarak titreşim dokusu yukarıda bahsedilen elektriksel problemlerden dolayı 1x devirde meydana gelen ve dengesizlik ile benzer olarak görülür. Bu koşulların tanımlanması için alışılagelmiş bir teknik kullanılarak canlı modda FFT spektrumunu analizör yakalayabilir ve ardından elektrik beslemesi kesilir. Eğer tepe değeri aniden kayboluyorsa titreşimin kaynağı elektrikseldir. Diğer taraftan 1x genlikte kademeli bir azalma var ise bu daha çok mekaniksel bir problemdir. Bu teknik dikkat gerektirmektedir.

131

Titreşim Analizi Kullanılarak Ekipmanda Hata Teşhisinin Yapılması Eğer analizörün kendisinde bir zaman gecikmesi var ise bu titreşimin genliğinde düşüşü geciktirebilir. Bunun yanında ayrıca devrin değişmesiyle rezonans frekansının hızlıca düşmesi de mümkündür. Elektriksel problemleri olan endüksiyon motorları çevrimsel açıdan bakıldığında avlanma veya salınımda titreşim genliğine neden olacaktır. Okunan faz değerleri de benzer çevrimleri gösterecektir. Bir stroboskop altında referans işareti ileri ve geri hareket edecektir. Endüksiyon motor uygulamalarındaki salınım genlikleri iki baskın frekanstan birinin diğerine daha yakın olmasından kaynaklanmaktadır. Bunlar sürekli olarak birinin diğerine eklenmesi ve çıkarılması şeklindedir. Bu olaya vuruş denilmektedir. Bu ayrıca genliği ayarlanabilen tek bir frekansta olabilir. Gerçekte avlanma genlikleri motordaki olası elektriksel arıza için ilk işaretçidir. Bu titreşimlerin doğasının anlaşılması elektriksel bir ekipmanda arızaların kesin olarak tespit edilmesine yardımcı olacaktır. Elektriksel problemlerden kaynaklanan titreşimlerin anlaşılması için aşağıdaki terimlerin bilinmesi gerekmektedir:

Rotor Problemleri Normal olarak rotorda; 1. 2. 3. 4.

Kırılmış rotor çubukları Açık veya kısa devre yapmış sargı Eğri rotor Ekzantrik rotor

olmak üzere dört tip problem meydana gelmektedir. Rotor Arızaları Rotor, temel olarak dönen manyetik alanı takip eden bir demir parçadan oluşan statorla aynı uzunlukta olan döner bir elemandır. Manyetik alan kondüktörü süpürdükçe rotor çubuğunun uzunluğu boyunca bir gerilim meydana getirir. Eğer çubuk açık devre oluşturmuş ise hiçbir akım meydana gelmez ve hiçbir kuvvet oluşmaz. Çubuk kısa devre olduğunda ise akım geçmeye başlar. Bu akım kondüktör tarafından kesilen alan ve alanın dayanımında devir ile orantılıdır. Alan rotor çubuğu üzerinde bir kuvvet oluşturacak şekilde stator alanı ile etkileşimde bulunur. Eğer bunun dışında her şey aynı kalırsa rotorun ters tarafında eş değer ve zıt bir kuvvet geliştirilecektir. Bu iki kuvvet yükü tahrik edecek olan torku oluşturmaktadır. Rotorun diğer tarafında akımı veya manyetik alanı yaran herhangi bir şey olduğunda iki

132

Titreşim Analizi Kullanılarak Ekipmanda Hata Teşhisinin Yapılması kuvvet arasındaki denge bozulacaktır. Bunun sonucunda ise titreşime neden olan radyal kuvvet ortaya çıkar. Kırılmış veya parçalanmış bir çubuk dengelenmemiş kuvvetlere neden olabilir. Kuvvetler rotorlar birlikte sabit yüke ek olarak 2x kayma ile değişen bir yük ile rotorla birlikte dönerler. Bu yüzden yataklar üzerine etki eden kuvvetlerin frekans bileşeni 1x devir ve 1x devir ± 2x kayma ya sahip olacaktır. Bu yüzden; • • •

Kırılmış veya parçalanmış rotor çubukları veya kısa devre bilezikleri Rotor çubukları ve kısa devre bilezikleri arasında kötü bağlama Kısa devre yapmış rotorun katmanlaşması

kutup geçiş frekansı yan bantları ile 1x çalışma devri titreşimi üretecektir. Buna ek olarak kırılmış rotor çubukları genellikle FP 3., 4. ve 5. çalışma devri harmonikleri etrafında yan bantlar oluşturacaktır. Gevşek rotor çubukları rotor çubuğu geçiş frekansı ( RBPF ) etrafında 2x hat frekansı ( 2.FL ) ve/veya harmonikleri ile gösterilebilir ( Şekil 5.64 ). RBPF = rotor çubuğu sayısı x devir 2x RBPF ‘de, 1x RBPF ‘deki sadece ufak bir genlik ile genellikle yüksek titreşimlere neden olabilir.

Şekil 5.62 FP yan bantları ile yüksek 1x

Şekil 5.63 FP yan bantları ile tüm harmonikler

133

Titreşim Analizi Kullanılarak Ekipmanda Hata Teşhisinin Yapılması

Şekil 5.64 Rotor çubuğunun geçiş frekansı

Ekzantrik Rotor Rotor, stator sarımlarına göre eş merkezli olarak kabul edilebilir. Eğer bu durum söz konusu değil ise dengesiz bir manyetik kuvvet oluşturulur. Bu kuvvetin büyüklüğü;

formülü ile bulunabilir. Burada; I g e

: Stator akımı : Stator ve rotor arasındaki ortalama boşluk : Ekzantriklik

tir. Bu denklemden akımdaki ve ekzantriklikte artma meydana geldiğinde yüksek seviyede dengelenmemiş manyetik kuvvetlerin oluşabileceği görülebilmektedir. Burada rotorun ekzantrikliğinin manyetik alanı hizalayacağı kabul edilmiştir. Rotorun daha yakın olan tarafı pozitif kutba ve negatif kutba göre daha çekicidir. Bu yüzden kuvvet bir akım çevrimi süresince iki kez değişim gösterecektir. Bu yatakları etkileyecektir ve bu yüzden sistemdeki herhangi bir diğer frekansı ayarlayabilecektir. Bu etkiler genellikle dengesizlikten kaynaklanan 1x devir frekansı etrafında ±2x kayma frekansının yan bantlarına neden olur. Ekzantrik rotorlar, rotor ve stator arasında döner değişken bir hava boşluğu oluşturur. Bu ise pals titreşimlerini azaltır ( bu birisi 2.FL ve çalışma devri harmoniğine en yakın olan iki titreşim arasındaki bir vuruş olayıdır ). Ekzantrik rotorlar kutup geçiş frekansı yan bantları tarafından çevrelenen 2.FL frekansını oluşturur ( 1x devir de FP gibi FP yan bantları da ). Kutup geçiş frekansı FP kendi kendine düşük frekansta görünür ( Şekil 5.65 ).

134

Titreşim Analizi Kullanılarak Ekipmanda Hata Teşhisinin Yapılması

Şekil 5.65 Ekzantrik rotor

Stator Arızaları Bir indüksiyon motoru bir dizi stator sarımından meydana gelmiştir. Manyetik alan statordaki kuvvetlerin değişmesine neden olur. Eğer statorda herhangi bir gevşeklik bulunuyorsa veya herhangi bir destek zayıflamışsa her bir kutup zorla geçer. Bu demir kaybı olarak da bilinen 2x hat frekansı ( 2.FL ) meydana getirir. Kısa devre olmuş rotor katmanları ısının düzensiz ve bir yerde yoğunlaşmasına neden olmaktadır. Bu olay zamanla gelişmektedir ( Şekil 5.66 ).

Şekil 5.66 Stator arızaları

Stator problemleri 2.FL ‘de yüksek titreşimler oluşturur. Ekzantriklik rotor ve stator arasında çok boyutlu titreşim meydana getiren düzensiz ve durgun hava cepleri oluşturur. Differansiyel hava cepleri endüksiyon motorları için %5 ‘i ve senkronize motorlar için %10 ‘u aşmamalıdır. Yumuşak ayak ve çarpık tabanlar statoru ekzantrik hale getirebilir. Faz Uyumu Problemi ( Gevşek Konektör ) Gevşek veya kopmuş konektörden kaynaklanan faz uyumu sorunu 2.FL ‘de hat frekansının ( 1/3 FL ) 1/3 ‘ünde aralık olan yan bantlara sahip aşırı titreşimlere neden olur. Eğer düzeltilmemiş olarak kalırsa 2.FL ‘deki seviyeler 25 mm/sn ‘yi aşmamalıdır. Bu özellikle eğer

135

Titreşim Analizi Kullanılarak Ekipmanda Hata Teşhisinin Yapılması arızalı konektör düzensiz bir şekilde temas sağlıyor ve periyodik değil ise bir sorun oluşturmaktadır ( Şekil 5.67 ).

Şekil 5.67 Faz uyumu problemi

Senkronize Motorlar ( Gevşek Stator Sarımları ) Senkronize motorlardaki gevşek stator sarımları sarım geçiş frekansında ( CPF ) açıkça yüksek titreşimler oluşturacaktır. CPF; CPF = statordaki sarım sayısı x devir ( statordaki sarım sayısı = kutuplar x sarım sayısı/kutup ) ile tanımlanmaktadır.

Şekil 5.68 Senkronize motorlar

DC Motor Problemleri DC motor arızaları SCR tetikleme frekansında ( 6.FL ) ve harmoniklerinde yüksek titreşim genlikleri ile algılanabilir. Bu arızalar kopmuş alan sarımları, kötü SCR ler ve gevşek bağlantılardan kaynaklanmaktadır ( Şekil 5.69 ).

136

Titreşim Analizi Kullanılarak Ekipmanda Hata Teşhisinin Yapılması

Şekil 5.69 DC Motor

5.2.13 Akımdan Kaynaklanan Titreşimler Bıçak geçiş ve kanat geçiş titreşimleri Bıçak geçiş veya kanat geçiş frekansları ( Şekil 5.70 ) pompaların ve fanların karakteristikleridir. Genellikle bu kendi başına bozucu değildir. Fakat rulman arızası ve ekipman bileşenlerinin aşınmasının kaynağı olabilecek bir sürü titreşim ve gürültü meydana getirebilir. Bıçak geçiş frekansı ( BPF ) = bıçak sayısı ( veya kanat ) x devir Bu frekans, esasen rotor ve stator arasındaki boşluk problemlerinden kaynaklanmaktadır. Eğer döner kanatlar ve durgun difüzörler arasındaki boşluk her tarafta eşit olarak tutulamıyorsa pompada geniş genlikte bir BPF ( ve harmoniği ) oluşturulabilir.

Şekil 5.70 Bıçak geçiş/kanat geçiş

Santrifüj pompalarda çarkın uç tarafı ve salyangozdaki girdap kırıcı ve difüzör girişi arasındaki boşluk pompanın devrine bağlı olarak belirli bir yüzdeye sahiptir ( çark çapının %4 – 6 arasındaki bölgede ). Eğer boşluk tavsiye edilen değerden daha düşük ise kavitasyonu andıran bir gürültü meydana getirebilir. Ancak, bir FFT eğrisi anında çarkın kanat geçiş frekansını gösterecektir. Bunun yanında BPF ( veya harmonikleri ) kimi zaman yüksek titreşimlere neden olan bir sistemin doğal frekansı ile kesişir.

137

Titreşim Analizi Kullanılarak Ekipmanda Hata Teşhisinin Yapılması Eğer mil üzerindeki aşınma bileziği tutukluk yapıyorsa veya difüzörde kullanılamayacak kadar kaynak meydana gelmişse yüksek BPF meydana gelir. Buna ek olarak akış yolunu kesecek olan engeller veya pompa/fan rotoru yatağına ekzantrik olarak konulmuş ise yüksek bir BPF linework te ( veya kanalda ) aniden eğilme ortaya çıkabilir. Kanat geçiş frekansına benzer olarak santrifüj pompalar spesifik olmayan alt senkronize veya hatta süpersenkronize ( 1x ‘dan büyük ) ayrık frekanslar oluşturduğu bilinmektedir. Bunlar nadiren meydana gelmektedir. Fakat tüm olasılıklarda ortadaki burçları ek bir katılık bileşeni olarak davranan bunlar iki kademeli pompalarda ( veya daha fazla kademede ) meydana gelmektedir. Bu burçlardaki boşluklarda artış meydana geldiğinde katılıkta düşüş meydana gelir ve bu titreşimlerin büyümesine neden olur. İki kademeli konsol çarklı pompalarda kademe arasındaki burç Lomakin etkisi olarak adlandırılan katılığın sağlanmasında önemli rol oynamaktadır. Boşluk değerleri fazla olduğunda bu etki azalabilir ve yüksek genlikli senkronize frekanslar meydana gelir. Boşluklar normal değerlerine geri döndürüldükten sonra pompanın çalışması kararlı hale gelir ve arıza frekansı kaybolur. Akım Türbülansı Akım türbülansı genellikle ( Şekil 5.71 ) fan veya linework bağlantısında hava geçerken hız veya basınçtaki değişimden dolayı blovırlarda meydana gelir. Fanlarda stack uzunluğu, ductwork dönüşleri, olağan olmayan fan giriş konfigürasyonu ve diğer faktörlerden kaynaklanan kanalın neden olduğu titreşim düşük frekanslı uyartımın kaynağı olabilir. Bu akım bozulması gelişigüzel, düşük frekanslı titreşimler oluşturan ve tipik olarak 20 – 2000 cpm aralığında türbülansa neden olur.

Şekil 5.71 Akım türbülansı

Dönel stall akımın meydana getirdiği titreşimlerden birisidir ve fanlarda ve kompresörlerde meydana gelir. Dönel stall, belirli düşük akım koşulları altında bıçaklardan akışkandaki akımın ayrılmasıdır. Dönel stall bazen kısmen kapalı giriş damperine sahip bir sistemde meydana gelir. Bu koşul genellikle düşük alt senkronize frekans bileşeni olarak ( frekans oranları tipik olarak %8 ila %40 arasındadır. Fakat dönüş hızının %80 ‘inene kadar çıkabilir ) rotorun titreşim spektrumunda görünmektedir.

138

Titreşim Analizi Kullanılarak Ekipmanda Hata Teşhisinin Yapılması Teşhis noktasından bakıldığında dönel stall diğer anafor kategorilerindeki kararsızlıklardan farklılık göstermektedir. Bunun nedeni çalışma koşullarına sıkı sıkıya bağlı olmasıdır. Normal olarak çalışma akımının düzeltilmesi bunu yok etmektedir. Bu surge den farklılık göstermektedir. Çünkü fanın veya kompresörün çalışma devri ile orantılıdır. Surging eksenel doğrultudadır. Bu yüzden dönel stall durumundan farklıdır. Dönel stall rotordaki titreşim spektrumunu, rotor devrini izleyen alt senkronize frekanslar ile açığa çıkarmaktadır. Buradaki orbit ileri salınımlı olacaktır. Pompalarda akımın türbülansı girdapları uyarır ve çarkın kanat uçları ve difüzör veya salyangoz dudakları arasındaki boş alanda meydana getirir. Bu yolla oluşan dinamik basınç dalgalanmaları veya vuruşlar çark üzerindeki basınç pulslarını etkilediğinden dolayı milde titreşimler meydana getirir. Akım boruda kısıtlanmış bir alandan geçerken türbülans veya akım tarafından tetiklenen titreşimler meydana getirir. Bu vuruş geniş bir frekans aralığı boyunca gürültü ve titreşim meydana getirir. Bu frekanslar akımın hızı ve engelleme geometrisi ile ilgilidir. Bunlar sonrasında diğer boru bileşenlerinde rezonant frekansları meydana getirir. Kesme etkisi borunun cidarında basınç dalgalarına dönüştürülen girdaplar meydana getirir. Bunlar boruda veya borunun bileşenlerinde yerelleşmiş titreşim uyarımlarına neden olabilmektedir. Bir sistemin akustik rezonansının titreşim kaynağı tarafından oluşturulan titreşim ile kesiştiğinde girdap debisinin daha yüksek olduğu gözlenmiştir. Girdaplar;

formülü ile belirlenen frekans civarında merkezlenen geniş bantlı türbülans enerjisi oluşturur. Burada; f : Girdap frekansı Sn : Strouhl sayısı ( boyutsuz, 0.2 ile 0.5 arasında ) D : Akım engelinin karakteristik boyutu

[ Hz ]

dur. Örneğin 35 m/sn hıza sahip bir sıvı 6 inç lik bir stub line ı geçerken 40 ila 100 Hz arasındaki frekansta geniş bantlı türbülans meydana getirir. Kavitasyon Kavitasyon kimi zaman bıçak geçiş frekansı harmoniği ile üst üste olan normalde gelişigüzel, yüksek frekanslı geniş bant enerjisi meydana getirir. Basınç altındaki gazlar sıvı içerisinde çözünebilir. Basınç kaldırıldığında ise sıvıdan baloncuklar halinde ayrılmaya başlarlar. Benzer bir yolla sıvı pompa içerisine emildiğinde sıvının basıncı düşer. Azalan basıncın sıvının buharlaşma basıncına yaklaştığı koşullar ortaya çıktığında ( düşük sıcaklıklarda bile ) sıvı buharlaşmaya başlar. Buhar baloncukları çarka ilerledikçe basıncın tekrar artması baloncukların bir araya gelmesine veya patlamasına neden olur.

139

Titreşim Analizi Kullanılarak Ekipmanda Hata Teşhisinin Yapılması Bu patlamanın pompanın performansını bozma potansiyeli bulunmaktadır ve pompanın dâhili bileşenlerine zarar verir. Bu olay kavitasyon olarak adlandırılmaktadır. Her bir baloncuğun patlaması yüksek frekanslı rasgele titreşim meydana getirmeye meyilli olan bir darbe meydana getirir ( Şekil 5.72 ). Kavitasyon eğer giderilmezse pompanın dâhili bileşenlerine çok fazla zarar verebilir. Bu genellikle çark kanatlarının erozyonu şeklinde olacaktır. Kavitasyon genellikle pompadan çakıl taşları geçiyormuş gibi bir ses meydana getirir. Kavitasyonu tespit etmek için yapılan ölçümler genellikle rulman yataklarının gövdesinin yerine emme borusu veya pompa gövdesinden alınmaktadır.

Şekil 5.72 Kavitasyon

Kavitasyon en iyi şekilde bir osiloskop veya basınç transdüktörü kullanılarak karmaşık dalga veya dinamik basıncın gözlemlenmesi ile tanımlanır. Basınç dalga formu sinozodial değildir ve maksimum genlikleri keskin spikelar olarak görülmektedir. Bu spikelar arasında düşük genlikli, düz ve yuvarlatılmış tepe değerleri bulunmaktadır. 5.2.14 Rotorun Kırılması Temel prensip kırılmanın gelişimi süresince kırılma doğrultusunda rotorun katılığının azalmasıdır. Şimdi düz çelik bir cetvel düşünelim. Bunun bir ucuna bir ip vasıtasıyla ağır bir cisim bağlayalım. Cetveli çevirdiğimizde cetvelin geniş olan tarafı üste geldiğinde büyük bir şekil değişimi olduğunu görürüz. Cetveli 900 daha çevirdiğimizde ince olan taraf yukarı gelir ve hiçbir şekil değişimi meydana gelmediğini görürüz. Bu yüzden cetvelin bir devrinde iki büyük şekil değişimi görürüz ve iki anda neredeyse hiç şekil değişikliği meydana gelmemektedir. Bir devirde iki büyük şekil değişiminin meydana gelmesi titreşim frekansının 2x devir olmasına neden olmaktadır. Aynı prensip yerçekimi ivmesine maruz bir türbin rotoru gibi bir tarafında ağır yük bulunan bir mile uygulanabilir. Eğer rotorun çevresinde kırılma gözleniyorsa mil eksenine yatay doğrultuda kırılma düzlemine dik olan düzlemdeki katılık azalır ve diğer dik düzlemde aynı kalır ( Şekil 5.73 ). Bir milin kırılmasında iki semptom bulunmaktadır. Bunlar 1. 1x bağıl mil genliği ve fazında açıklanamayan değişimlerin olması 2. 2x devir titreşim frekansının meydana gelmesidir. 140

Titreşim Analizi Kullanılarak Ekipmanda Hata Teşhisinin Yapılması

Şekil 5.73 Milin kırılması

Birinci hayati önem taşıyan semptom 1x senkronize genlik ve fazdaki değişimlerdir. Milin titreşimini ölçmek için proksimite problarının konulduğu bir turbo ekipmanda bir yavaş roll bow vektörü üzerinde arızanın olduğunu görmek mümkündür ( düşük açısal hızlarda ). Yanal kırılmadan dolayı milin bel vermesi senkronize 1x genlik ve fazda değişimlere neden olmaktadır. Genlik ve faz daha düşük veya daha yüksek olabilir. Bu yüzden 1x genlik ve fazdaki herhangi bir değişim bu arızanın ortaya çıkma olasılığından dolayı bir alarm oluşmasına neden olabilecektir. Bundan sonraki klasik semptom 2x devir bileşeninin ortaya çıkmasıdır. Bu bileşenin ortaya çıkma nedeni ( daha önce açıklandığı gibi ) radyal kuvvetlerin yerçekimi kuvveti gibi davrandığı zaman milin yatay katılığındaki asimetriden kaynaklanmaktadır. Basamak eğrisinden bakıldığında devreye alma veya kendi kendine durma süresince devir kritik devrin yarısına eşit olan bölgede bulunduğu zaman özellikle 2x frekansı baskındır. Devir arttıkça bu 2x tepe değeri azalma gösterir. Rotor kritik devri geçtiğinde ise ayrıca 2x genliği de o an bulunabilecek olan 3x ve 4x bileşenleri boyunca artış gösterir. Rotor tam devrine ulaştığında yüksek 1x bu 2x frekans ile beraber olabilir. Bu bir geçici rejim gözlemi de olsa 1x genliği ve fazı normal çalışma koşullarında gözlemlenebildiği gibi alarm ve olası bir mil kırılmasını haber verebilir. Kutupsal bir eğri 1x genliğindeki ve fazındaki değişimleri göstermek için iyi bir yöntemdir ( Şekil 5.74 ). Bir sektörün formundaki bir bölge 1x genliği ve fazını tanımlayan normal çalışma vektörünü gösterecek şekilde çizilebilir. Bunlar ayrıca kabul bölgeleri olarak da adlandırılmaktadır. Kabul bölgeleri ayrıca milde kırılma olup olmadığının anlaşılması için geçici rejim analizi süresince 2x bileşeni için de çizilebilir. Bu vektörün konumundaki herhangi bir değişim onun sektörün dışına hareket etmesine neden olacaktır. Bu sektörün etrafında herhangi bir sapma olup olmadığının anlaşılması için alarm pencereleri oluşturulabilir.

141

Titreşim Analizi Kullanılarak Ekipmanda Hata Teşhisinin Yapılması

Şekil 5.74 Kutupsal eğri

Yük, alan akımı, buhar koşulları veya diğer çalışma parametreleri gibi faktörlerin değişebileceği ve bunun 1x ve 2x genlik ve faz okuma değerlerinde değişime neden olabileceği hiçbir zaman unutulmamalıdır. Büyük bir buhar türbininde termal kaçak olması benzer yüksek 1x bileşenine neden olur. Ayarsızlık büyük 1x ve 2x bileşenlerine neden olabilir. Bazı durumlarda yüksek 1x genliği dengesizlikle ilgili olabilmektedir. Ancak mil düzgün olarak dengelenmemişse bir kırılma meydana gelebilir.

142

Titreşime Neden Olan Arızaların Giderilmesi

6

Titreşime Neden Olan Arızaların Giderilmesi 6.1 Giriş Kestirimci bakım programının tamamlanabilmesi için teşhis, analiz ve arazının giderilmesi basamakları tamamlanmak zorundadır. Önceki konularda titreşimin teşhis edilmesi ve ekipmanın analizi ayrıntılı olarak incelenmişti. İstatistikler ekipman titreşimlerinin büyük bir yüzdesinin sadece dengesizlik ve ayarsızlıktan olduğunu göstermektedir. Bu kısımda yaygın olarak görülen hataların düzeltilmesi incelenmiştir. Rotorların sahada dengelenmesi mümkündür. Fakat bunun için tasarlanan ekipmanlarla da bu iş yapılabilir. Bu kısımda bu teknikler incelenmektedir. Benzer olarak ayarsızlıkta istenmeyen titreşimlerin en büyük kaynağıdır. Ayarsızlığın giderilmesi özel teknikler gerektirmektedir. Bu bölümde prosedürleri kolaylaştıran en son tekniklere de yer verilmiştir. Bunun yanında rezonanstan kaynaklanan titreşimler aşırı seviyeye geldiğinde sorunu çözmek için basit bir yol bulmak genellikle zor olmaktadır. Bu bölümde rezonanstan kaynaklanan titreşimin kontrol edilmesi için kullanılabilecek olan dinamik emicilere de yer verilmiştir. 6.2 Dengeleme Bir ekipmana ait titreşim spektrumu boyunca 1x bileşenin artık balanssızlık göstermemesi çok nadirdir. Balanssızlık ekipmanın 1x devrinde yüksek titreşim genliklerine neden olmaktadır. Balanssızlık genellikle bir rotorun ekseni boyunca ağırlığının eşit olarak dağılmaması olarak tanımlanabilir. ISO bunu santrifüj kuvvetler sonucu yataklara aktarılan titreşim kuvveti veya hareketini söz konusu olduğunda rotorda mevcut olan koşullar olarak tanımlamaktadır. Rotorun ekseni etrafında ağırlığın dengesiz olarak dağılmasını düzeltmek için dengeleme işlemi yapılır. Yalnız dengeleme mükemmele yakın olarak üretilmiş parçalar için söz konusudur. Eğer ekipmanda balanssızlık var ise bunun olası nedenleri: • • • •

Malzemenin uniform yoğunluğa sahip olmaması Deliklerin merkez eksenine paralel olarak açılmaması Yuvarlak veya simetrik şekillerin işlenmesinde meydana gelen düzgünsüzlükler Montaj hataları

dır. Ekipmanların normal çalışması süresince dengesizlikte meydana gelebilir. Bunun olası nedenleri ise:

143

Titreşime Neden Olan Arızaların Giderilmesi • • •

Bir fan veya pompa çarkının etrafında ürünlerin düzensiz olarak birikmesi Hasarlanmış veya kırılmış bıçaklar veya kanatlar Prosesteki sıcaklık sapmalarından dolayı rotorun termal olarak çarpılması

olabilir. 6.2.1 Dengeleme Kavramları Dengelenmemiş bir rotoru iyileştirmek için ağır noktanın konumunun ve ağırlığının belirlenmesi gerekmektedir. Aşırı derecede radyal kütle dağılımının mevcut olduğu yer ağır noktanın radyal konumudur. Bu konumun karşısına eşdeğer bir kütlenin tutturulması bu aşırı dağılımın iyileştirilmesini sağlayabilir. Buradaki ikilem ağır noktaya ait konumun tanımlanmasının zor olmasıdır. Ancak, ağır noktanın tanımlanması da mümkündür. Ağır nokta rotorun dönmesi süresince milde maksimum radyal deplasmanın görüldüğü yerdedir. Ağır nokta ve yüksek nokta arasında belirli bir ilgi bulunmaktadır. Kritik devrin altında çalışan rotorlar için ağır nokta ve yüksek nokta aynı konumdadır. Ancak bir önceki kısımda rezonansta ağır nokta ve yüksek noktanın kritik devri geçtikten sonra 1800 ‘ye kadar çıkabileceğini görmüştük. Eğer rotorun devri sürekli artış gösterir ve bir diğer kritik hızdan geçerse yüksek nokta, ağır nokta ile tekrar karşılaşana dek diğer 1800 ‘yi de kat eder. Yüksek nokta ve ağır nokta arasındaki bu faz kayması, bir sonraki kritik devir geçilene dek devam eder. Dengesizliği belirlemek için ilk önce mükemmel olarak dengelenmiş bir rotorun dengesizliğe meyilli olan bir kütleye nasıl davrandığı öğrenilmelidir. Bu tip bir rotora dengesiz bir ağırlık eklendiği zaman: • • •

• •

Rotor 1x devir frekansında titreşim yapar Ölçülen faz kararlı olabilir ve hedef ışığı altındaki referans işareti herhangi bir açıda durgun olarak görülür Eğer dengesizliğe neden olan ağırlık iki katına çıkıyorsa titreşim genliği de iki katına çıkar. Bu ise dengesizlik kuvvetiyle orantılı olarak genliğe yansır. Örnek vermek gerekirse 30 g lık bir ağırlığı mükemmel bir rotora bağladığımızda ölçülen titreşim genliği 2 olsun. Bundan sonra 30 g lık ağırlığı çıkarıp aynı yere 60 g lık bir ağırlık bağladığımızda titreşim genliği 4 olacaktır. Buradan şu sonuç çıkarılabilir: Titreşim genliği dengesizliğin şiddetini belirten bir indikatördür. Eğer dengesizliğe yol açan ağırlığın konumu değiştirilirse okunan faz değeri de değişecektir. Stroboskop altında referans işareti farklı bir konumda gözükecektir. Bu durumda faz dengesizliğin konumunu belirten bir indikatördür. Eğer dengesizliğe neden olan ağırlık belirli derecelerde saat yönüne hareket ettirilirse hedef ışığı altında okunan faz değeri veya referans işareti eşit sayılarla fakat ters doğrultuda ilerleyecektir. Burada referans işaretinin hedef ışığı altında 900 ‘de 30 g ‘lık ağırlık ile göründüğünü kabul edelim. Bundan sonra 30 g ‘lık ağırlığı saat yönünde 500 hareket ettirelim. Şimdi referans işaretinin de 500 fakat ters yönde hareket ettiğini görmeliyiz. Bu da 400 ‘yi gösterir.

Bu yüzden dengelemede iki önemli temel bilgi bulunmaktadır: 1. Titreşim genliği dengesizliğin şiddeti ile orantılıdır

144

Titreşime Neden Olan Arızaların Giderilmesi 2. Referans işareti ağır noktanın ters yönündedir. Ancak ağır noktanın kayma açısı ve referans işareti aynı kalmaktadır. Deneme Ağırlığının Etkisi Gerçekçi düşündüğümüzde hiçbir rotor mükemmel olarak dengelenmiş değildir. Bununla birlikte dengesizliğin rotorun neresinde ve büyüklüğünün ne kadar olduğu ile ilgili henüz bir bilgimiz yoktur. Buradaki ilk adım rotorun titreşimini ve fazını ölçmektir. Deneme ölçümleri yaparak titreşim genliğinin 5 ve faz açısının 1200 olduğunu bulmuş olalım. Bu kısımda yukarıdaki veri, konum ve şiddet olarak dengesizliğin belirlenmesi için gerekli bilgiyi sağlayamaz. Gerçek dengesizliğin tamamen ortaya çıkarılması için rotora bozucu giriş yapılarak rotorun bu girişe olan cevabının belirlenmelidir. Bu ise bir deneme ağırlığı ile yapılmaktadır. Deneme ağırlığı kütlesi bilinen bir ağırlığın referans işaretine göre belirli bir konuma bağlanır. Deneme ağırlığı eklendiğinde gerçek dengesizliğe bozucu giriş yapılır. Bu şekilde dengesizlik daha iyi veya kötü olabilir veya hiçbir değişiklik meydana gelmeyebilir. Eğer gerçek dengesizlik hiçbir şekilde değişmiyorsa bu seçilen deneme ağırlığının veya rotor üzerindeki konumunun yetersiz olduğunu göstermektedir. Bunun için daha ağır bir deneme ağırlığı veya farklı bir eksenel konum seçilmelidir. Genel bir kural olarak deneme ağırlığı titreşim genliğinde ve fazda en azından %30 değişim meydana getirmelidir. Dengesizlikteki değişim bize bir dizi titreşim ve faz değerleri verir. Örneğimizde 10 g ‘lık bir kütleyi deneme ağırlığı olarak rotorun üzerine bağlayalım. Bunun sonucunda okunan titreşim ve faz değerleri 8 ve 300 olsun. Bu bilgiyi elde ettikten sonra vektör yöntemi kullanılarak ağır noktanın şiddeti ve büyüklüğü belirlenebilir. 6.2.3 Dengeleme Yöntemleri Tek Düzlemde Dengeleme – Vektör Yöntemi Tek düzlemde dengeleme yöntemi kritik devrin altında çalışan ve L/D onarı 0,5 ‘ten az olan ekipmanlar için kullanılmaktadır ( L, yatak uzunlukları hariç olmak üzere rotorun boyu ve D rotorun çapı ). Bunun yanında bu yöntem devri 1000 d/d ‘den fazla olan rotorlarda kullanılmamalıdır. L/D oranının 0,5 ‘ten büyük ve 2 ‘den küçük olduğu durumlar için bu yöntem 150 d/d ‘den daha düşük rotorlar için kullanılabilir. L/D oranı 2 ‘den büyük olduğunda sınır 100 d/d ‘dir. Bu dengeleme yöntemi için aşağıdaki adımlar yerine getirilmiş olunmalıdır: •

•

•

İlk çalıştırma süresince gerçek titreşim ve faz değerleri kaydedilmelidir. Örneğin okunan değerler 600 ‘lik faz açısında 0,15 mm ise kutupsal koordinat sisteminde 00 referans açısından 600 ‘ye 0,15 mm ile orantılı bir vektör çizilir. Bu vektör O olarak adlandırılır ( Şekil 6.1 ). Bir sonraki adımda 20 g ‘lık bir deneme ağırlığı herhangi bir konumda rotora bağlanır. Sıralı ölçümler süresince 1500 ‘de 0,10 mm titreşim ve faz değerleri elde edilir. Burada yeni değerlerin gerçek dengesizlik ve deneme ağırlığının kombine etkisinden kaynaklandığını belirtmek gerekir. Bu vektöre O+T vektörü diyelim ( Şekil 6.2 ). Bir sonraki adım O ve O+T vektörlerinin bileşkesini bulmaktır. Bileşke vektörü deneme ağırlığının sonucudur ve bu yüzden T vektörü olarak gösterilmektedir ( Şekil 6.3 ). 145

Titreşime Neden Olan Arızaların Giderilmesi •

T vektörü ölçülmüş ve ölçeklendirilmiştir ve şiddeti 0,18 mm olarak bulunmuştur. O vektörü ve T vektörü arasındaki θ olarak adlandırılan açı 33,70 ‘dir.

Şekil 6.1 O vektörü

Şekil 6.2 O+T vektörü

Şekil 6.3 T vektörü

146

Titreşime Neden Olan Arızaların Giderilmesi Yukarıdaki sonuçlar ile rotorun gerçek dengesizliğinin sıfırlanması için gerekli olan konum belirlenebilir. Buradaki sorun eğer T vektörü 0,18 mm mesafede 20 g ‘lık bir ağırlık ile oluşmuş ise gerçek O vektörüne neden olan ağırlık ne kadardır ?

Matematiksel olarak T vektörünü O vektörünü sıfırlayacak şekilde hareket ettirmeliyiz. Bu hareket şiddet olarak aynı fakat ters yönde olmalıdır. O vektörü ile T vektörü arasındaki açı 33,70 ‘dir. Burada T vektörü O vektörünün tersi olması için saat yönünde hareket ettirilmelidir. Yeni ağırlık 16,7 g olmalıdır. Bu ağırlık saat yönünün tersi doğrultuda orijinal konumundan 33,70 döndürülmelidir ( ilkinin dengeleme temeline dayanarak ). Açısal ölçümlerden kaynaklanan ufak hatalar, konumlandırma ve diğer faktörler ufak artık dengesizliklere neden olacaktır. Bu durumda artık dengesizlik belirlenmiş sınırlar içerisindedir ve dengeleme tamamlanmıştır. Aksi halde yukarıdaki prosedür tekrar edilmelidir. İki Düzlemde Dengeleme – Vektör Yöntemi Tek düzlemde dengelemenin çok sınırlı uygulaması bulunmaktadır. Genel olarak tüm ekipmanların L/D oranı 0,5 ‘ten büyük olduğundan iki düzlemde dengeleme kullanılarak dengelenmelidir. Ancak bir ekipman kritik devrinin üzerinde çalışıyorsa kural dengeleme için N+2 düzlemin kullanılmasıdır. Burada N çalışma devrinin altındaki kritik devirleri göstermektedir. Örneğin bir kompresör birinci kritik devrinin üstünde çalışıyor ise üç düzlemde dengeleme yöntemi kullanılmalıdır. İki düzlemde dengeleme tek düzlemde dengeleme yöntemine benzer şekilde yapılmaktadır. İki düzlemde dengeleme çapraz etkiler ve düzeltme düzlemlerinin kesişmesinden dolayı özel bir ilgi gerektirmektedir. Rotorun bir ucunda diğer ucundaki dengesizlikten dolayı dengesizlik belirtisi görüldüğünde çapraz etkiler meydana gelir. Bu rotorun her bir ucundaki dengesizlik belirtilerinin kendi dengeleme düzlemlerinde dengesizlik göstermemesinden kaynaklanmaktadır. Her bir belirti diğer düzlemin çapraz etkisi ile birlikte dengesizliğin bir sonucudur. Bu olay iki düzlem yöntemini düzlem yöntemine göre daha karmaşık yapmaktadır. Eğer çapraz etki için yapılmıyorsa tek düzlemde dengeleme her bir düzlemde yapılabilir. Maalesef bu bir işe yaramamaktadır. İki düzlemde vektör yöntemi aşağıda tanımlanmıştır. Tek düzlem yöntemi ile gerekli olan veriyi alabilmek için en azından iki deneme yapmamız gerekmektedir. İki düzlem yöntemi ile dengelemede gerekli bilginin alınabilmesi için üç deneme yapılmalıdır. Bu prosedür aşağıda kısaca tanımlanmıştır: •

Ekipman çalıştırılır ve her bir düzlem için gerçek genlik ve faz değerleri kaydedilir.

147

Titreşime Neden Olan Arızaların Giderilmesi •

Bir deneme ağırlığı seçilir ve birinci düzleme bağlanır. Bu ağırlık ve bunun faz açısı kaydedilir. Ekipman çalıştırılır ve her bir düzlem için genlik ve faz açısı ölçülür ve kaydedilir.

Ardından deneme ağırlığı çıkarılır ve diğer dengeleme düzlemi üzerine bağlanır. Ekipman çalıştırılır ve genlik ve faz açısı kaydedilir. Yukarıdaki üç deneme çalışmasının sonuçları kullanılarak etki katsayılarının 2x2 karmaşık matrisini çözmek mümkündür. Polar gösterim karmaşık sayıların ifade edilmesinde kullanışlıdır. Matris denklemi A . x = B ‘dir. Burada A 2x2 etki katsayıları matrisi, x 2x1 düzeltme kütlesi vektörü ve B 2x1 titreşim değeri vektörüdür ( A, x ve B karmaşık sayılar ile ifade edilmektedir ). Bu adımdan sonra B vektörü sıfırlanır ve x vektörü çözülür. Sonuç vektörü x, her bir düzeltme düzlemi için düzeltme kütlesini ve faz açısını verir. 6.2.4 Etki Katsayıları Ekipmanlar bir kere dengelendikten ve veriler kaydedildikten sonra bu değerler bir sonraki dengeleme için kullanılabilir. Bunun avantajı deneme ağırlığının etkisinin hesaplanması için yapılan deneme çalışmasına artık gerek kalmayışıdır. Rotor üzerindeki deneme ağırlığının etkisi kütledeki artış veya değişimden kaynaklanan titreşimdeki değişim hakkında bilgi vermesidir. Bu yüzden;

olacaktır. Eğer deneme ağırlığı 2 g ‘den 4 g ‘ye çıkarılırsa titreşimler 0,3 ‘den 0,6 mm ‘ye düşecektir. Bu durumda ağırlık sabiti:

olacaktır. Ağırlık sabiti bilinmeyen bir ekipman rotorunun dengelenmesi için bu gerekli hale gelecektir. Ardından hepsi dengesizlikten kaynaklanan titreşim genliği ile çarpılacak ve rotora bağlanması gereken düzeltme ağırlığı belirlenecektir. Buna dengeleme cevap katsayısı da denilmektedir. Her bir rotorun genlik başına ağırlık birimi olarak verilen farklı bir dengesizlik katsayısı bulunmaktadır. Tek düzlemde dengeleme prosedürü bir adet dengeleme cevap katsayısı üretecektir. Çift düzlem prosedürü ise dört adet dengeleme cevap katsayısı üretir. Çoklu düzlemde dengeleme yapıldığında katsayılar dengeleme düzlemlerinin sayısına bağlı olarak ortaya çıkar. Örneğin üç düzlemde dengeleme prosedürü dokuz adet dengeleme cevap katsayısı oluşturacaktır. Bu bağıntı her bir dengeleme düzleminin iki cevap katsayısı üretmesinden kaynaklanmaktadır.

148

Titreşime Neden Olan Arızaların Giderilmesi Bundan sonraki bilgi faz için gerekmektedir. Faz verisi flaş açısı olarak adlandırılan bir diğer katsayıya dönüştürülür. Bir rotorun flaş açısı titreşimin ölçüldüğü konuma göre ağır noktanın açısıdır. Bu açı milin dönme yönünde ölçülür. Dengelenmiş bir rotor üzerinde ağır nokta doğrudan düzeltme ağırlığının bağlandığı konumun karşısındadır ( Şekil 6.4 ).

Şekil 6.4 Etki katsayıları

Eğer bir dengelemeyi başarılı olarak tamamlayabilirsek flaş açısını belirlemek için aşağıdaki prosedürü takip edebiliriz: Adım 1: Adım 2: Adım 3: Adım 4:

Ekipman çalıştığında referans işaretin açısal konumunu kaydet Ekipmanı durdur ve mili referans işareti, mil döndüğü zaman görülen konumuna gelene dek çevir Dengeleme ağırlıkları konumunun tam tersi konumuna ağır noktayı koy Titreşimin ölçüldüğü nokta ile ağır nokta arasındaki açıyı milin dönme yönünün pozitif alacak şekilde ölç.

Şimdi ekipman rotorunun flaş açısını kaydedebiliriz. Bu aşağıdaki şekilde yapılamalıdır: • • • •

Ekipman çalıştırılır ve titreşim ve faz değerleri kaydedilir Ekipman durdurulur ve mil elle referans işareti mil döndüğü zaman görülen konumuna gelene dek döndürülür Flaş açısı, titreşim değerinin alındığı konumdan başlanarak milin dönüş yönünde ölçülür Bu konum ağır noktanın pozisyonunu gösterir. Bu konumun tam tersine bir düzeltme ağırlığı konulmalıdır.

Katsayıların sadece her defasında ölçüm noktası aynı olduğunda ve okunan değerler aynı devirde alındığında geçerli olduğu unutulmamalıdır. Bu yöntemler dengeleme yöntemlerinin klasik birinci prensibidir. Ancak analiz cihazlarının ve uzman dengeleme yazılımlarının olması yerinde dengelemenin yapılmasını daha kolay hale getirmektedir. Çünkü tüm hesaplamalar analiz cihazında yapılmaktadır. Bir fotoselli ivmeölçer yerinde dengeleme yapmak için yeterlidir. Veri yazılıma uygun çıkış değerlerini sağlayacak şekilde girilmelidir. Çift kanallı analiz cihazları etki katsayılarını kullanarak tek ve iki düzlemde dengelemeyi verimli olarak yapabilmektedir. Ayrıca çift kanallı bir analizör cihazı kullanarak etki katsayıları olmadan iki düzlemde dengeleme yapmak mümkündür. Bu deneme çalışmalarının es geçilmesini sağlar.

149

Titreşime Neden Olan Arızaların Giderilmesi 6.2.5 Çift Kanallı Analizör Kullanarak Tek Adımda Dengeleme Prensibi Dengeleme düzlemlerinin sayısı arttığı zaman klasik yaklaşım etki katsayılarının belirlenmesi için daha fazla deneme çalışması gerektirmektedir. Genel amaçlı uygulamalar için kullanılan daha ufak makinalar için bu o kadar önemli olmayabilir. Ancak kritik ekipmanlar söz konusu olduğunda tek bir deneme çalışmasının yapılması saatler almaktadır. Çok düzlemde dengeleme kritik ekipmanlarda da istenmektedir. Rotorları rijit olarak kabul edilebilen ekipmanlar için deneme çalışması yapmadan sadece bir adımda dengelemenin yapılabildiği bir teknik bulunmaktadır. Bu yöntem çift kanallı bir analizör, bir darbe çekici ( darbe kuvvetinin şiddetini ölçebilen bir çekiç ), bir veya birden çok ivmeölçer ve bir foto hızölçer ( veya her devirde bir sinyal oluşturabilecek herhangi bir cihaz ) gerekmektedir. Dengeleme işinin amacının bir düzlem üzerine etki eden dengesiz kuvvetlerin şiddetinin ve yönteminin belirlenmesi olduğunu görmüştük. Sıradan yöntem bilinen ağırlıklarla deneme çalışmalarının yapılması ve ardından dengesizliği gidermek için uygun konumlara düzeltme ağırlıklarının bağlanmasıdır. Etki katsayıları ince ayarlama ve sıralı dengeleme işleri için yapılacak olan deneme çalışmalarının sayısını düşürmede yardımcı olabilir. Tek adımda dengelemede deneme ağırlığı ile çalışma yerine transdüktör konumlarında ekipman yapısı kontrollü olarak yüklenebilir. Bu iş bir darbe çekici ile ekipmana vurularak yapılır. Analizör, çapraz kanallı analiz fonksiyonlarını kullanarak giriş yükünü ( kuvvet ) ve çıkış cevabını ( titreşim ) aynı anda ölçebilir ve karşılaştırabilir. Bu bir frekans aralığı boyunca kuvvet ve titreşim arasında şiddet ve faz ilişkilerini ekipmanın senkronize bileşenleri de dâhil olmak üzere verir. Bu bilgi çalışma süresince titreşim ölçümlerinde beklenebilecek olan dengesiz yüklerin hassas olarak hesaplanmasına izin verir. Bu darbe ekipman durdurulduğunda öyle bir şekilde yapılır ki düzeltme ağırlıkları kullanılabilir. Ekipman sadece bir defa durdurulur. Tek düzeltme düzlemi söz konusu olduğunda ölçümler ve hesaplamalar basit ve açıktır. Eğer daha fazla düzeltme düzlemi kullanılıyorsa prosedür hala basittir. Fakat hesaplamalar daha karmaşıktır. Ancak bu prosedür çoklu düzlem uygulamaları için dengeleme yönteminin etki katsayılarından daha basittir. 6.2.6 Dengeleme Tezgâhlarının Kullanılması veya Yerinde Dengeleme Önceki kısımlarda incelenen teknikler yerinde dengeleme ile ilgilidir. Yerinde dengeleme süresince yatakları üzerine monte edilmiş halde bulunan rotor normal çalışma devrinde dengelenmek zorundadır. Rotorlar ayrıca dengeleme tezgâhları kullanılarak da dengelenebilirler. Bu durumda rotor elektriksel tahrik birimine bir kaplin veya takozla bağlanarak tahrik edilir. Dengeleme tezgâhları ile bir rotorun dengelenmesi üretim süreci boyunca, üretimden sonra ve ekipmana monte edilmeden önce yapılır. Üretimden kaynaklanan hataların karşılanması için devreye aldıktan sonra yumuşak bir çalışma sağlanmalıdır. Rotorlar ayrıca onarım işlemlerinden sonra da dengeleme tezgâhlarında dengelenirler. Yerinde dengeleme süresince rotor ekipmanın gövdesinden çıkarılmamalıdır. Yerinden çıkarma duruş süresini uzatır. Bu dengeleme yöntemi genellikle daha düşük titreşim seviyeleri 150

Titreşime Neden Olan Arızaların Giderilmesi vermektedir. Çünkü dengeleme işlemi son çalışma devrinde ekipmanın kendi yatakları ve tahrik sistemi ile yapılmaktadır. Fakat aerodinamik, kaplin ayarsızlığı ve yapısal etkiler gibi saha faktörleri de bulunmaktadır. Buradaki zorluk dengelemeyi yapan kişi içindir. Çünkü dengeleme tezgâhı sahaya taşınmak zorundadır. Bundan başka yüksek devirli bir rotordan gevşek dengeleme ağırlıklarının fırlaması gibi riskler de bulunmaktadır. 6.2.7 Dengeleme Tezgâhları Dört tip dengeleme tezgâhı bulunmaktadır: 1. 2. 3. 4.

Statik dengeleme tezgâhları Sert yataklı ekipmanları Yumuşak yataklı ekipmanları Yüksek devirli ekipmanlar

Statik dengeleme stantları döndürme gerektirmemektedir. Fakat dengeleme sadece statik veya tek düzlemde yapılabilmektedir. Bunlar taşlama diskleri için yeterli hassasiyettedir. Buradaki avantaj maliyetin düşük olması ve güvenli çalışmadır. Sert yataklı dengeleme tezgâhlarının rijit çalışma kaideleri bulunmaktadır. Hassasiyetleri daha azdır ve elektronik sistemleri daha gelişmiştir. Bunlar sabitlenecekleri yerlerde rijit ve büyük bir kaideye ihtiyaç duymaktadır ve monte edildikten sonra kalibre edilirler. Etraflarındaki ekipmanlardan gelen titreşimler verecekleri sonuçları etkileyebilir. Bunlar daha çok hızlı bir çevrim zamanının gerekli olduğu üretim çalışmalarında kullanılırlar ( Şekil 6.5 ).

Şekil 6.5 Sert yataklı dengeleme tezgahı

Düşey dengeleme tezgahları ( Şekil 6.6 ) yüksek güvenilirlik gereksinimlerinin, yüksek hassasiyet gereksinimlerinin veya kavrama, volan, fan ve blovır gibi yatakları bulunmayan rotorların olduğu ekipmanlar için mükemmel bir çözümdür.

151

Titreşime Neden Olan Arızaların Giderilmesi

Şekil 6.6 Matkabı bulunan düşey dengeleme tezgahı ( Schmitt dengeleme tezgahları )

Yumuşak yataklı dengeleme tezgâhları esnek kaideye, yüksek hassasiyete ve basit elektronik devrelere sahiptir. Bunlar herhangi bir yere monte edilebilir ve kalibrasyon ayarları bozulmadan taşınabilirler. Bunların esnek yatak destekleri doğal yalıtım sağlar. Bu yüzden ekipman ince dengeleme ayarında iken bile yakınlarındaki tezgahlarda üretime devam edilebilir. Kayış tahrikli yumuşak yataklı bir dengeleme tezgâhı her zaman sert yataklı bir dengeleme tezgâhına göre daha iyi sonuç verebilir. Her bakım atölyesinde bir adet yumuşak yataklı dengeleme tezgahı ve belki de bir statik dengeleme tezgahı bulunmalıdır ( Şekil 6.7 ). Bıçaklı rotorların yüksek devirlerde dengelenmesi, yüksek türbülanstan kaynaklanan güç kayıplarının önlenmesi için genellikle bir vakum odasında yapılır. Çatlama koruması bulunan bir vakum odasıyla atölyede yüksek devirde dengeleme, ufak boyuttan orta boyuta kadar turbo rotorların dönme testinin yapılması mümkün olmaktadır ( Şekil 6.8 ). Yüksek devirde dengeleme, dengeleme süresince rotorun hasar görmesine neden olabilir. Burada rotorun çatlama riski söz konusu olduğunda ortaya çıkan enerjiyi emebilecek tasarıma sahip tezgâhlarda bulunmaktadır. Güvenli ezilme bölgeleri kullanılarak önemli bir çatlama anında kolayca onarılabilir. Dengeleme tezgâhları genellikle 8 ton ağırlığa ve 1,7m çapa kadar ve 60 000 d/d ‘ye kadar rotorları dengeleyebilmektedir.

152

Titreşime Neden Olan Arızaların Giderilmesi Şekil 6.7 Yumuşak yataklı dengeleme tezgahı ( Schimadzu dengeleme tezgahları )

Şekil 6.8 Yüksek devirli dengeleme tezgahları ( Schenk Trebel )

6.2.8 Dengeleme Sınırları ISO 1940 en yaygın olarak kullanılan dengeleme standardıdır. Bu standart dengeleme kalite sınıfını ( G ); G = e. ω olarak tanımlamaktadır. Burada; e ω

: Ekzantriklik : Rotorun açısal hızı

[ mm ] [ rad/sn ]

dır. Bu standartta değişik uygulamalarda kullanılabilecek şekilde dokuz farklı dengeleme sınıfı belirlenmiştir. Bu sınıflar G 0.4, G 1, G 2.5, G 6.3, G 16, G 40, G 100, G 250 ve G 630 ‘dur. G 0.4 en katı sınıftır ve jiroskop rotorları, iş milleri ve hassas taşlama tezgahlarının armatürleri için kullanılmaktadır. En toleranslı sınıf ise G 630 ‘dur ve rijit olarak monte edilmiş büyük boyuttaki dizel motorlarının krank milleri için kullanılmaktadır. Normal uygulamalar için en çok kullanılan sınıf G 2.5 ve G 6.3 ‘tür. G 2.5 turbo ekipman rotorlarının birçoğu için kullanılırken G 6.3 fan, pompa, motor ve genel ekipmanlar için kullanılmaktadır. Amerikan Petrol Enstitüsü ( API ), ISO standartlarından daha katı olacak şekilde farklı bir dengeleme sınıfı belirlemiştir. Ekipmanlarında daha yüksek güvenilirlik sınırlarını takip edilen endüstrilerde günümüzde API standartları kullanılmaktadır. Şimdi API standardının ISO 1940 standardından nasıl farklılık gösterdiğine bir bakalım. 400 kg ağırlığındaki bir rotoru 10 000 d/d ‘de dengelemek isteyelim. Dengesizlik mesafesi 50 mm

153

Titreşime Neden Olan Arızaların Giderilmesi ve seviyesi 10 g ( 0,01 kg ) olsun. Yarım bir düzlem göz önüne aldığımızda ağırlık 200 kg olarak ele alınabilir. Ekzantriklik:

Açısal hız:

ISO dengeleme sınıfı: G = e. ω = 1047 x 0,0025 = 2,6 dır. ISO 1940 turbo ekipmanlar için G 2.5 ‘i kullanmaktadır ve bu yüzden bizim örneğimizde bu standarda göre olacaktır. API dengeleme kalitesini rotordaki artık dengesizlik olarak ele almaktadır. Bu ise aşağıdaki formül baz alınarak en yüksek sınırı belirler:

Burada; U-maks W N

: Her bir düzlem için izin verilen maksimum artık dengesizlik : Rotorun ağırlığı : Devir

[ g-mm ] [ kg ] [ d/d ]

dir. Bu yüzden; U-maks = = dir. Ekzantrikliği hesaplamak için artık dengesizliği her bir düzleme düşen rotor ağırlığına bölmeliyiz. Bu değer bizim örneğimiz için 200 kg ‘dı. API ekzantrikliği: e=

154

Titreşime Neden Olan Arızaların Giderilmesi

= = 0,63 mikron ( 6,3.10-4 mm ) dir. Bu yüzden örneğimizdeki rotor için API gereksinimi ISO standardında: G = e. ω = 6,3.10-4 x 1047 rad/sn = 0,66 olacaktır. Bu değer ISO G 0.66 ‘ya eş değerdir. Bu değer dikkat edilirse API standardının ISO standardına göre dört kat daha katı olduğunu göstermektedir. Bu dengeleme standartları düşük devirde dengeleme yapılan rotorların belirlenmesi için yeterlidir. Ancak turbo ekipman rotorlarının yüksek devirlerde dengelenmesi tavsiye edilmektedir. Bu çalışma devirlerinde ve hatta kritik devirlerden geçerken dengesizlik sınırları içerisinde kalınacağından rotorun cevabından emin olunmasına ( maksimum titreşim ) yardımcı olur. 6.3 Ayar Yapma Dengesizlikle beraber ayarsızlık istenmeyen titreşimlerin bir diğer önemli kaynağıdır. Ayarsızlık ekipmana göre dâhili veya harici olabilir. Dâhili ayarsızlık yatakların aynı eksende olmama durumudur. Bu yatak gövdeleri, ekipman gövdesi, destekler ve diğer bileşenler tarafından meydana getirilir ve ekipmanın konstrüksiyonuna bağlıdır. Buradaki en temel gereksinim milin mümkün olduğu kadar yatak merkezinde dönmesini sağlamaktır. Dâhili ayarlamanın iyi yapılması ile gerilimler ortadan kaldırılabilir ve bu sayede yumuşak ve titreşimsiz bir çalışma sağlanır. Çiftler halinde veya düzenek halinde monte edilen döner ekipmanlar ya tahrik edilen ya da tahrik eden makinalardır. Dâhili ayarlamanın öneminde olduğu gibi iki ekipmanın mil eksenleri kaplinle bağlandığı durumda normal çalışmaları süresince mümkün olduğu kadar aynı çizgi üzerinde bulunmalıdır. Genellikle mil eksenlerinin kaplinli veya kaplinsiz durumda aynı çizgi üzerinde olduğundan emin olunamaz. Bu özellikle büyük miktarda bel verme olduğunda önem kazanmaktadır. Bu koşullar altında mil eksenlerinin aynı çizgi üzerinde olması iyi bir ayar sağlamaz. Bu ise titreşim olarak kendini gösterir. Bunun yanında çalışan ve durgun olmayan koşullar için de ayarlama yapılması önemlidir. Mil uçlarının ayarı aşağıdaki nedenlerden dolayı normal çalışma süresince her zaman değişim etkisi alındadır: • • • •

Desteklerin termal genleşmesi Borulardan kaynaklanan gerilimler Yapıların deformasyonu Sıcaklıktaki artıştan dolayı rotorun bel vermesindeki değişimler

155

Titreşime Neden Olan Arızaların Giderilmesi Bu nedenlerden ötürü mil uçlarının hareketi bazı anlarda hesaplanabilir. Bu hesaplamalar bir araya getirilmelidir. Örneğin ekipmanların birçoğu soğuk koşullarda ayarsız olarak tutulur ki normal çalışma süresince ısınacaklarından ayarlı hale gelirler. Ayarsızlığın nedenleri kontrol edilemediğinde ekipmanların mükemmel olarak ayarlanması mümkün değildir. Bu yüzden ekipman gereken koşula, borularda ve kompresör, türbin, pompa gövdelerinde gereken basınç ve sıcaklık, mümkün olan en yakın noktada çalıştırılmalıdır. 6.3.1 Ayarsızlığın Sonuçları Bir ekipmanın ayarsız oluşu kaplinin içerisinde sürtünme ve kesme kuvvetlerinin oluşmasına neden olur. Bu ise anti sürtünme yataklarında anormal gerilimlere, hatta kaplinin aşınması ve ısınmasına neden olur. Ayrıca tasarlanan çevrimsel gerilimden daha yüksek yorulma gerilimi milin hasarlanmasına neden olacaktır. Yataklar üzerindeki çevrimsel gerilimler eksenel ve radyal titreşimler meydana getirir. Aşırı yüklere ek olarak titreşimler ekipmanın diğer parçalarına da aktarılır. Aşırı titreşimlere kaynaklanan arızalara karşı duyarlı olması için pompalar ve türbinlerde özel salmastralar bulunmaktadır. Titreşimler yakınlardaki ekipmanlara iletilebilir ve bunların yataklarına ve hatta salmastralarına hasar verebilir. Bu yüzden bunlar gerektiğinde bile yedek ekipmanlar olmayabilir. Ayarsızlıktan kaynaklanan tüm problemlerin üstesinden gelebilmek için bakım prosedürü kullanılmalıdır. Ancak tüm ekipmanların aynı hassasiyetteki ayara gereksinim duymayacaklarını unutulmamalıdır. Bu tipe, devre ve ekipmandan beklenilen güvenilirliğe bağlıdır. 6.3.2 Ayarlama Prosedürünü Etkileyen Faktörler Ekzantrikliğin Etkisi ( Salgı ) Millerin ayarlanması milin uçlarındaki, kaplin göbeklerindeki veya mile bağlanan herhangi bir diğer parça üzerindeki referans noktaları ile yapılır. İşlemeden kaynaklanan düzensizlikler milin uçlarının kam şeklinde veya ekzantrik olmasına neden olabilir. Bunu kontrol etmek için milin A ucuna bir komparatör bağlanır. Komparatörün iğnesi ise B ucuna temas ettirilir. A ucundaki komparatör tabanı döndürüldüğünde komparatörün göstergesi B ucunun ekzantrikliğini gösterecektir. Bu gibi ekzantriklikler hatalı okumalara neden olur ve bu yüzden yanlış ayarlama yapılır. Bunun çaresi her iki ucu birleştirmek ve uçlardaki ayarsızlığı elde etmek için birlikte döndürmektir. Bu prosedür salgı hatasını ve mil uçlarının veya kaplin öbeklerinin ekzantrikliğini içermemektedir. Ekipmanların Taban Plakasının Etkisi ( Yumuşak Taban ) Ekipmanların ayak desteklerinin gövdenin herhangi bir deformasyonunu ve herhangi bir ayağın kırılmasını önlemek için taban plakası ile monte edilmeleri zorunludur. Bunun gibi eğer dört destek aynı düzlemde değilse eksenlerin konumu sabitleme civatalarının sıkılma sırasına bağlı olacaktır. Taban plakası ve ayak arasındaki temas bir dizi şim ile veya filer çakısı ile kontrol edilebilir.

156

Titreşime Neden Olan Arızaların Giderilmesi Taban plakasının yeni montajı süresince veya modifikasyon veya gözde geçirilmesinden sonra ekipmanın tüm ayaklarının aynı düzlem üzerine oturduğundan emin olunması için doğru düz kenarlar ve seviyeler kullanılmalıdır. Ekipmanların destek düzlemleri mümkün olduğu kadar paralel olarak birleştirilmelidir. Bu plakalar için kabul edilebilir tolerans seviyesi genellikle 0,1 mm ‘dir. Bazı ağır ekipmanlarda ayaklar aynı düzlemde bulunsalar bile bir ayağın altındaki boşluğun tespit edilmesi mümkün olmayabilir. Yumuşak taban için biraz artık ekzantrikliğe ( bir önceki kısımda açıklandığı gibi ) sahip komparatörlerin ayarlanması ile basit bir test yapılır. Bu durumda ön ayaklardan birisinin altına bir şim konulmalı ve okunan değer not edilmelidir. Bunun ardından şim çıkarılmalı ve diğer ön ayağın altına konulmalıdır. Burada okunan değer bir önceki ayağın değeri ile aynı olmalıdır. Bu prosedür arka ayaklar içinde tekrarlanır. Bir diğer yöntem de eskisi gibi komparatör göstergelerini ayarlamaktır. Fakat komparatörün iğnesi düşey doğrultuda yerleştirilmelidir. Bunun ardından ekipman tabana sıkıca monte edilmelidir. Şimdi her bir saplama bir defa gevşetilmeli ve komparatör üzerinden alınan fark değeri kaydedilmelidir. Açık şekilde diğerlerinden daha yüksek olan herhangi bir değer o konumda yumuşak tabanın olduğunun göstergesidir. Yumuşak tabanın görüldüğü ayağın altına uygun kalınlıkta ( boşluktan daha fazla kalınlıkta ) şim konularak bu olay düzeltilebilir. Ekipmanların Eksenel Konumlarının Etkisi Mil uçlarının eksenel konumları mil uçları arasındaki eksenel mesafe ( DBSE ) olarak adlandırılmaktadır. Normalde kaplinlerin birçoğu eksenel konumda büyük toleransa izin verir ve bu yüzden kontrol edilmesi gereken önemli bir parametre değildir. Ancak disk kaplinler gibi kaplinler için eksenel konumdaki bir hata diskleri gerilim altında bırakır ve disklerin ömrünü kısaltır. Bunun yanında ayrıca ekipmanın eksenel yataklarına fazladan yük bindiren bir eksenel itme kuvveti de meydana gelir. Bunun için özellikle ekipmanlar yüksek sıcaklıkta çalıştıklarında bu konu göz ardı edilememelidir. Eğer kaplin için X tavsiye edilen DBSE ise, 100–200 C0 arasındaki sıcaklıkta ürün taşıyan ekipmanlar için X+0,5 mm kullanılmalıdır. Ürün sıcaklığı 200–250 C0 arasında ise DBSE X+1 mm olmalıdır. Motorlara monte edildiğinde bunun kayma merkezinde motor ile sıfır eksenel sapma yapmalıdır. Motorun rotoru uç noktalara kayar ve kayma merkezi kaplinsiz motorda milin üzerine işaretlenmelidir. İşaretlemeden sonra bunlar bir araya getirilir ve tüm doğrultularda eksenel itme uygulanır. Bunun sonucunda iç tarafta ve dış tarafta yatakların ovalanmadığı görülmelidir. Aparatın Etkisi Birçok durumda özellikle ara parçalı kaplinlerde ayarlama için kullanılacak olan indikatör aparatı üzerinde bir bel verme kontrolü yapılmalıdır. Bu kaplinlerde DBSE uzun olabilir ve ayar aparatları bir göbek üzerine kelepçelenip diğerine uzatıldığında bel verme eğilimi oluşur. Bu bel verme komparatörde okunan değerleri değiştirebilir ve hatalara neden olabilir. 25–30 cm ‘den uzun aparatlarda bel vermeyi minimuma indirmek için ek katılık sağlanmalıdır.

157

Titreşime Neden Olan Arızaların Giderilmesi Bu yüzden aparatın bel verme kontrolünün yapılması gerekmektedir. Bel verme kontrolü sadece yatay ekipmanların ayarlanması için zorunludur. Çünkü bel verme aparatın ağırlığından dolayı meydana gelmektedir. Düşey ekipmanlarda aparatın bel vermesi, aparatın tüm dönüşü için üniformdur ve bu yüzden kontrol edilmesine gerek yoktur. Kasnağın bel verme kontrolünün yapılması için aparat katı bir borunun üzerine monte edilir, üst konumda ortada gösterge sıfırlanır ve boru testere tezgâhının destekleri üzerine yukarıdan aşağıya çevrilir. Toplam bel verme aparatın bel vermesinin iki katıdır. Bel verme kontrolü için kullanılan borunun kendisinin de bel vermesi mümkündür. Bu problemi sınırlamak için farklı boyutlardaki SCH40 borular için aşağıdaki mesnet uzunlukları kullanılmalıdır: Boru ( inç ) 2 3 4 6

Destekler arasındaki mesafe 0,76 m 0,91 m 1,06 m 1,32 m

Alından montajlı aparat için torna merkezleri veya bir ucundan kapatılmış borunun içine monte edilerek aynı tipte kontrol yapılır. Bundan sonraki yöntem genellikle bir ters işaret gerektirmektedir. Fakat değerler doğru olacaktır. Komparatörün göstergesi en üstte sıfıra ayarlanır. Şimdi boru 1800 döndürülür ve komparatör göstergesi döndürülür. Şimdi yeni değerleri kaydedilir. Eğer okunan değer -0,4 mm ise aparat için etkin bel verme değeri 0,2 mm dir ve ekipmanlar üzerinden alınan değerler sabitlenmelidir. Bir sonraki kısımda bel verme miktarının nasıl hesaplandığını inceleyeceğiz. 6.3.3 Ayarlama Teknikleri Bir ekipmanı ayarlamak için bir dizi yöntem bulunmaktadır. En uygun yöntem ekipmanın tipine, devrine, ekipmanın prosesteki önemine, bakım politikasına ve ayarlama toleranslarına bağlı olarak seçilir. Devri 1500 d/d ‘den düşük ekipmanların ayarlanması için daha çok düz kenar kullanılırken konstrüksiyon olarak kırılgan olmayan daha düşük güç aralığındaki ekipmanlar için de bu yöntem kullanılabilir. Tüm etkiler göz önüne alındığında 0,3 – 0,8 mm aralığında doğruluk elde edilebilir. 3000 d/d ve daha yüksek devirde çalışan 20 kW – 1 MW arasındaki orta güç sınıfında bulunan ekipmanlar mekanik salmastra ve genleşme körükleri gibi kırılgan parçalara sahiptirler ve 0,1 mm ile ayarlanmalıdırlar. Bu gereksinim komparatör kullanılmasını ve en az artık hatayı veren yöntemlerin seçilmesini gerektirmektedir. Ekipmanların birçoğu bu kategoriye girdiğinden dolayı aşağıdaki yöntemler bu amaç için kullanılabilir. Bir Komparatör Kullanılarak Ayarlama Yapılması Komparatör ayarlama işinde en sık kullanılan ölçü aletidir. Çalışma prensibi kremayer piyon dişli prensibine dayanmaktadır. Bu kısımda kullanılacak olan kısaltmalar Şekil 6.9 ‘da gösterilmiştir.

158

Titreşime Neden Olan Arızaların Giderilmesi

Şekil 6.9 Komparatör

Yay sıkıştırıldığında komparatörün iğnesi içeri girer ve gösterge ibresi saat yönünde döner. Bu dönüş pozitif değeri göstermektedir. İğne dışarı çıktığında ibre saat yönünün tersine hareket eder. Bu ise negatif değeri gösterir. Komparatör normalde bir desteğe kelepçelenir ve komparatörün iğnesi milin veya kaplin göbeğinin üzerine konulur. İğne orta kademelerinde bir yere kadar bastırılır. Bu iğnenin deplasmanı bitmeden pozitif veya negatif değerlerin okunmasını sağlar. İğne bu konumunda iken komparatörün göstergesi ibre sıfırı gösterecek şekilde ayarlanmalıdır. Sıkışmadığından emin olmak için iğne aşağı yukarı hareket ettirilmelidir ve okunan değerler tekrar edilmelidir. Yatay düzlemde ayarlama değerleri için bir diğer okuma gösterimi Şekil 6.10 ‘da verilmiştir.

Şekil 6.10 Yatay düzlemde ayarlama yapma

Bu yüzden gösterim tahrik biriminin arkasından bakıldığında sol ve sağ olarak gösterilmektedir. Komparatörden alınan sol ve sağ okuma değerleri ayrı ayrı kaydedilir. Eğer bu gösterim kullanılmayacak ise bu değerlerin kaydedildiği yerler grafik üzerinde işaretlenmelidir. Ayarlama için Milin Kullanılması Mile yapılan bağlantı basit ve rijit olmalıdır. Şekil 6.11 ‘de görülen kelepçe buna iyi bir örnektir. Manyetik kelepçelerin kullanılmasından sakınılmalıdır. Bunun nedeni bu tür bir bağlantının güvenli olmayışıdır.

159

Titreşime Neden Olan Arızaların Giderilmesi

Şekil 6.11 Ayarlama için milin kullanılması

Piyasada ayarlama için kullanılabilecek birçok bağlantı aparatı bulunmaktadır ve Şekil 6.12 ‘de buna ait bir örnek verilmiştir. Aparat seçimi için temel prensip en az salgıda maksimum rijitliğin sağlanmasıdır.

Şekil 6.12 Ayarlama aparatı

Ayarsızlık Tipleri Ekipmanlardaki ayarsızlıklar açısal ve eksenel kaçıklıklardan kaynaklanmaktadır. Fakat birçok durumda bu iki ayarsızlık bir arada bulunmaktadır. Açısal kaçıklık, yarım bir tur için komparatör üzerinde okunan değerler arasındaki farktır. Bilinen bir açısal ayarsızlık için açısal ayarsızlık komparatör tarafından tanımlanan çaptan farklıdır. Bu d1 çapının d2 çapına arttığı zaman aynı oranda p1 ‘den p2 ‘ye artmasıyla görülebilir. Bu değer verilen toleranslar arasında sabitlenmelidir ( Şekil 6.13 ).

160

Titreşime Neden Olan Arızaların Giderilmesi

Şekil 6.13 Açısal ayarsızlık ( parallelism )

Ayarsızlık açısı:

dir. Burada; p1, p2 d1, d2

: Mil 1800 döndürüldüğünde komparatörde okunan değer : Komparatör tarafından tanımlanan çap değerleri

dir. Komparatör konsantriklik ölçtüğünde kaçıklık Şekil 6.14 ‘te görüldüğü gibi komparatör için dönüş yarıçapı haline gelir. Komparatörde okunan değerler çapı göstermektedir ve gerçek kaçıklık değerinin elde edilmesi için 0,5 ile çarpılmalıdır.

Şekil 6.14 Radyal ayarsızlık ( konsantriklik )

Ancak daha önce bahsedildiği gibi pratikte ekipmanların ayarsızlığı Şekil 6.15 ‘de görüldüğü gibi her iki faktörün birleşmesinden meydana gelmektedir.

161

Titreşime Neden Olan Arızaların Giderilmesi

Şekil 6.15 Miller arasında açısal ve eksenel kaçıklık olma durumu

İki Komparatör ile Ayarlama Yöntemi Bir ekipmanı ayarlamak için şu adamların yerine getirilmesi gerekmektedir: 1. Kaplin civatalarının mevcut ayarsızlığın açısallığının ölçülmesi süresince hiçbir kısıtlama meydana getirmeyecek şekilde gevşetilmesi. Bunun ardından bir filer çakısı ile kaplin göbeğinde ölçüm yapılarak göbeklerin birbirine temas etmediğinden emin olunmalıdır. 2. Komparatör Şekil 6.16 ‘da görüldüğü gibi bağlanır. İlk adım radyal kaçıklığın ölçülmesi için radyal test yapılmasıdır. Bu yatay ve düşey düzlemlerde yapılır. Her iki düzlemde kaçıklık değerlerinin elde edilmesi için dört okuma değeri gereklidir. Gösterim şu ikisinden birine göre yapılır: • Üst, alt, sol ve sağ ( sol/sağ gösterime daha önce değinilmişti ) • Saat konumları – Saat 12, 3, 6 ve 9 yönü Komparatör genellikle saat 12 yönüne yerleştirilir ve gösterge sıfıra getirilerek ibre ile kesişmesi sağlanır. İğnenin serbest olduğundan ve okunan değerlerin sağlıklı olduğundan emin olunması için iğne içeri dışarı bastırılmalıdır.

Şekil 6.16 Saat 12 yönünde komparatörün bağlanması. Okunan değerler düşey ve yatay düzlemlerdeki 1800 sonraki farktır

Bu konumda millerin her ikisi de bir devri tamamlayacak şekilde elle döndürülmelidir ve her 900 ‘de okunan değerler kaydedilmelidir. Dört konumda kaydedilen değerler aşağıdaki formatta yazılmalıdır. Şekil 6.17 ‘deki R radyal değerleri göstermektedir.

162

Titreşime Neden Olan Arızaların Giderilmesi

Şekil 6.17 Okunan değerler

3. Kelepçe komparatörün iğnesine göre yeniden ayarlanarak Şekil 6.18 ‘deki açısal kaçıklığın ölçülmesi için ayarlanmalıdır. İğne ( şekilde görüldüğü gibi ) şimdi millerin eksenlerine paraleldir. Yatay ve düşey düzlemlerin her ikisinde ölçülen radyal kaçıklıkta olduğu gibi açısal kaçıklık da her iki düzlemde ölçülmelidir. Komparatör bir tur daha döndürülür ve her 900 ‘de durdurularak değer alınır.

Şekil 6.18 Saat 12 yönünde komparatörün bağlanması. Okunan değerler düşey ve yatay düzlemlerde 1800 sonraki açısal kaçıklık farkını göstermektedir.

4. Radyal ve alın yüzeylerden alınan değerler kaydedildikten sonraki adım ayarsızlığı gidermek için alınan bu değerlerin ne kadar şim çıkarılması veya eklenmesine karşılık geldiğinin belirlenmesidir. Bundan sonraki adımı yapabilmek için komparatör iğnesinden ön ve arka ayağın konumu ile ilgili bilgi alınmalıdır ( Şekil 6.19 ).

Şekil 6.19 F alın yüzeyinden alınan değerleri göstermektedir ( burada çap komparatör tarafından tanımlanmaktadır )

Şekil 6.20 ‘de pompa sabit ekipmandır ( FM ) ve motor şimlenecek ekipmandır ( MTBS ). Bunun anlamı tüm düzeltmelerin motorun altına konulacak ve motorun altından çıkarılacak 163

Titreşime Neden Olan Arızaların Giderilmesi şimlerle yapılacağıdır. Pompanın ise konumu değiştirilmez. Komparatör iğnesinde motorun ön ayağına ( FF ) kadar olan mesafe A olarak tasarlanmıştır. Arka ayak ( RF ) ile komparatör iğnesi arasındaki mesafe B olarak tasarlanmıştır. Bu gerekli hesaplamaların yapılması için gereken veri grubunu tamamlamaktadır. Bir grup düşey düzlem için diğer grup yatay düzlem içindir.

Şekil 6.20 Şim hesaplaması

Düşey Düzlem için Yapılan Hesaplamalar Radyal kaçıklığın giderilmesi: Örneğin üst ve alt konumlardan alınan radyal kaçıklık değerlerinin 0 ve -5 mils olduğunu kabul edelim. Eğer komparatörün iğnesi motorun üzerinde ise ( MTBS ) negatif işaret motor milinin pompa milinden daha yukarıda olduğunu gösterir. Bu okunan son değerden ilk değer çıkarılıp bunun 0,5 ile çarpılmasına eşittir. Bu yüzden:

‘dir. Bu yüzden 2,5 mils lik şimler ön ve arka ayaktan çıkarılmalıdır. Açısal kaçıklığın giderilmesi: Üst ve alt taraftan alınan açısal kaçıklık değerlerinin 0 ve -2 mils olduğunu kabul edelim. Eğer komparatörün iğnesi motor kaplin göbeğinin arka yüzüne temas ediyorsa negatif işaret kaplinin altta üst tarafa göre daha dar olduğunu gösterir. Komparatör 5 inçlik bir daire çizer. Bu açı θ = arctan ( p1/d1 ) ‘dir. Bunun nedeni açının çok küçük olmasıdır. Bu yüzden arctan fonksiyonu ihmal edilebilir. p1 = 0 – ( - 0,002 ) inç ( Eğer komparatörün iğnesi kaplin göbeğinin ön yüzüne temas ediyorsa formül tersine çevrilebilir. Bu durum kaplinlerin arasında uzun bir mesafe olduğunda ortaya çıkar. ) d1 = 5inç Bu yüzden θ = 0.4 mili-radyan ( 0.0230 )

164

dır.

Titreşime Neden Olan Arızaların Giderilmesi θ açısı ayrıca motor ekseninin pompa eksenine göre olan eğim açısıdır. Kaplinin açı üçgeni motor eğiminin üçgenine benzerdir. AB çizgisi motorun mevcut eksen eğimidir ( Şekil 6.21 ). Bu FF ‘de x ve RF ‘de y miktarı kadar kaldırılmalıdır. Bu x ve y değerleri aşağıdaki hesaplanabilir. x ve y değerlerine aşağıdaki formül kullanılarak yay yaklaşımı yapılabilir: s=rxθ Burada; s r θ

: Yay uzunluğu : Yarıçap : Eğim açısı

dır. Bu yüzden; x = 8 x 0,4 = 3,2 mils y = 18 x 0,4 = 7,2 mils

( şim ekle ) ( şim ekle )

dir.

Şekil 6.21 X ve Y değerlerinin hesaplanması

Sonuçlar hem radyal hem de açısal kaçıklık düzeltmelerini içermektedir. A noktasında: Radyal kaçıklık sonuçları – 2,5 mils lik şim çıkar Açısal kaçıklık sonuçları – 3,2 mils lik şim ekle Bu yüzden motorun ön ayağının altına 0,7 mils lik şim konulmalıdır. B noktasında: Radyal kaçıklık sonuçları – 2,5 mils lik şim çıkar Açısal kaçıklık sonuçları – 7,2 mils lik şim ekle Bu yüzden motorun arka ayağının altına 4,7 mils lik şim konulmalıdır. Yatay Düzlem için Yapılan Hesaplamalar

165

Titreşime Neden Olan Arızaların Giderilmesi Bu prosedür için yatay düzlem için yapılan hesaplamalar tekrar edilmelidir. Buradaki sıra: Motorun arkasından bakıldığında sol taraftan değer alınmaya başlanır ve sonra sağ taraftan değer alınır. Radyal kaçıklık hesaplamaları: Soldan alınan değer: +1 mils Sağdan alınan değer: -6 mils Motorun mili üzerindeki komparatör iğnesi negatif değer gösterdiğinden dolayı motor mili ekseni pompa mili ekseninin solundadır.

Motorun A ve B noktaları 3,5 mils sağa kaydırılır. Açısal kaçıklık hesaplamaları: Komparatörün iğnesi motor kaplin göbeğinin arka yüzüne dokunduğunda milin ekseni Şekil 6.22 ‘deki görüldüğü gibidir. Bu durumda: p1 = +4 – ( -6 ) = +10 d1 = 5 inç dir. Bu yüzden: θ= = 2 mili-radyan ( 0.1140 ) dir. Burada: x = 2 x 8 = 16 mils – sola kaydır y = 2 x 18 = 36 mils – sola kaydır

166

Titreşime Neden Olan Arızaların Giderilmesi Şekil 6.22

A noktasında: Radyal kaçıklık sonuçları – sağa 3,5 mils kaydır Açısal kaçıklık sonuçları – sola 16 mils kaydır Bu yüzden 12,5 mils sola kaydırılmalıdır. B noktasında: Radyal kaçıklık sonuçları – sağa 3,5 mils kaydır Açısal kaçıklık sonuçları – sola 36 mils kaydır Bu yüzden 32,5 mils sola kaydırılmalıdır. Düşeydeki şim düzeltmeleri yataydaki düzeltmelere göre her zaman daha önceliklidir. Düşey şimler ayarlandıktan sonra saplamalar sıkılmalı ve düşey düzlemde hızlı bir okuma testi yapılarak yapılan işin doğruluğu kontrol edilmelidir. Eğer doğruluk tatmin edici bir seviyede ise saplamalar gevşetilmeli ve yatay ayarlama eğer var ise bu civatalar ile yapılmalıdır. Bu yöntemin sınırları şunlardır: • • • •

Hesaplamaların sahada yapılması zordur Komparatörden okunan değerler milin yönelimini görselleştirebilmelidir. Fakat bu pratik gerektirmektedir. Deneyimsiz teknisyenler bunu çelişkili bulabilir. Aparat salgı yaptığından ve komparatörden okunan değerler yanlış olabilir. Bu yüzden Hesaplamalarda hata yapma olasılığı yüksektir. Ekipmanların birisindeki veya tümündeki miller eksenel kaymaya müsaitse alınan açısal değerlerde hata olabilir.

Üç Komparatör ile Ayarlama Yöntemi İki komparatör yönteminde olduğu gibi burada da sadece bir komparatör kullanacağız. Fakat Radyal doğrultuda bir ölçüm ve mil eksenlerine paralel doğrultuda olmak üzere iki ölçüm yapacağız. Herhangi bir anda iki komparatörün kullanılabildiği ( hem radyal hem de açısal kaçıklığın ölçülebilmesi ) aparatlar bulunmaktadır. Bu değerlerin okunması için gereken zamanı azaltır. İki komparatör yönteminin sınırlarında yüksek eksenel gezintisi bulunan ekipmanların ayarlanmasında özel bir konuya geçeceğiz. Bunlar: • • •

Gezinen mil motorları ( eksenel gezinti 10 mm ) Kingsbury tip eksenel yatakları bulunan ekipmanlar ( eksenel gezintisi 0,2 – 0,3 mm ) Sürtünmesiz yatakların veya konik rulmanların aşındığı ekipmanlar ( 0,05 – 0,1 mm )

‘dan oluşmaktadır. Bu ekipmanlara ait miller elle döndürülürken alın yüzeylerinden değer alınıyorsa hatalı okumalar meydana gelebilir. Bu hatayı önlemek için ek bir komparatör kullanılmaktadır. Komparatör iğnesi diğer komparatör iğnesine göre 1800 döndürülür. Sonuç olarak üç komparatör kullanılmış olunur ( Şekil 6.23 ). Bunlardan birisi radyal kaçıklığı diğer ikisi alın yüzeyi ve açısal değerleri gösterir. Burada şu tanımlamaları yapalım: Fm – Açısal kaçıklığı ölçen komparatör Fr – Açısal kaçıklığın referans olarak alındığı komparatör 167

Titreşime Neden Olan Arızaların Giderilmesi Komparatörler sıfırlanır ve mil 1800 döndürülür. Komparatörde görülen tüm değerler kaydedilir. Açısal kaçıklık için alın yüzeyinden alınan değerin doğrusu:

şeklinde olacaktır. Örnek: Fm ve Fr sıfıra ayarlanır. Miller 1800 döndürülür ve yeni değerler kaydedilir. Eğer Fm=-4 ve Fr=-20 ise açısal kaçıklık:

olacaktır. Doğru açısal kaçıklık bulunduktan sonra prosedürün geri kalanı iki komparatör yöntemine benzerdir.

Şekil 6.23 Üç kompratörün kullanıldığı ayarlama yöntemi

Ters Komparatör Yöntemi Ters komparatör yöntemi için kullanılan düzenek Şekil 6.24 ‘te görülmektedir. Ters komparatör yöntemi genel olarak dual articulation couplinglerde kullanılmaktadır. Bu kaplinlerin arasında boşluk pulu bulunmaktadır. Bu yöntemin birçok avantajı bulunmaktadır. Bunlar: • • • • •

Sonuçların doğruluğu millerin eksenel hareketinden etkilenmez Tüm miller birlikte döndürüldüğünde kaplin göbeklerindeki salgılar ölçülmez. Geometrik hassasiyet iki komparatör yönteminden daha iyidir. Ayarsızlığın ölçülmesi içinin açılması zorunlu değildir. Salgı ve termal genleşme ayarlamaları birlikte yapılabilir.

Ters komparatör yöntemi ile şim düzeltmelerinin elde edilmesi için Şekil 6.25 ‘teki düzeneğin kullanıldığını kabul edelim. Burada aşağıdaki kısaltmalar kullanılmıştır: • • 168

Sabit ekipman üzerinde iğnesi bulunan B Komparatörü, B düzleminde Motor ( MTBS ) üzerinde iğnesi bulunan A Komparatörü, A düzleminde

Titreşime Neden Olan Arızaların Giderilmesi

Şekil 6.24 Ters komparatör yöntemi

Şekil 6.25 Ters komparatör yönteminin kullanıldığı bir ekipman grubu

• • • • •

A komparatörüne yakın olan motor ayağı iç taraftaki ayaktır ve IB ayağı olarak adlandırılmıştır Motorun dış taraftaki ayağı OB ayağı olarak adlandırılmıştır A düzlemi ve B düzlemi arasındaki mesafe 14 inç tir A düzlemi ve IB arasındaki mesafe 12 inç tir IB ve OB arasındaki mesafe 26 inç tir.

Aşağıdaki gözlemler salgı miktarının kontrol edilmesi için yapılmıştır. Kelepçeli komparatör Şekil 6.26 ‘da görüldüğü gibi üst konumda tutulmuştur. Bunun ardından kelepçeli boru 1800 döndürülmektedir. Kelepçenin salgısından dolayı komparatörün iğnesi dışarı çıkar. Bu da -6 mils lik bir değer okunduğunu gösterir. Bunun sonrasında A ve B komparatörleri şekilde görüldüğü gibi ekipmana bağlanır. A komparatörünün iğnesi motorun kaplin göbeğinin üzerindedir ve üst konumdadır. B komparatörünün iğnesi sabit ekipman üzerindedir ve alt konumdadır. Miller bir tur döndürülerek her 900 ‘de okunan değerler kaydedilir. Bu değerler Şekil 6.27 ‘de verilmiştir. Bu değerler salgıdan etkilenmiştir. Salgı kontrolü -6 mils lik bir değeri göstermektedir. Bu değer komparatörün üstten alta doğru ( TB ) döndürülmesiyle elde edilir. A komparatörü de TB konumundan hareket ettirilir. Bu ayarsızlıktan daha büyük bir değer olan 6 mils i gösterir. Bu değer bu yüzden elde edilen doğru okuma değerinden çıkarılır.

169

Titreşime Neden Olan Arızaların Giderilmesi A komparatöründen alınan değerler: Üst:0, alt: +20. Salgı düzeltilmesinden sonra okunan değerler şunlardır: Üst:0, alt: 14. Yatayda okunan değerler daha önce bahsedildiği gibi salgıyı etkilememektedir. A komparatörü motor ( MTBS ) mili üzerindedir. Altta okunan değer pozitiftir ve A komparatörünün iğnesi düşey düzlemde ( A düzlemi ) en yüksek konumunda gösterir.

Şekil 6.26 Kelepçeli komparatör 1800 döndürülüyor

Şekil 6.27 A komparatörü üzerinde okunan değerler

B komparatörünün TB değerleri ( Şekil 6.28 ) ayrıca salgı için de düzeltilmelidir. Bu durumda komparatör altta yolculuğuna başlar ve üstte yolculuğunu bitirir. Bu nedenden dolayı teknisyenler normal olarak alt konumda komparatörde sıfır değerini korur. Salgının düzeltilmesi prosedürü burada çelişmektedir. Bunun için yazar salgı kontrolünün çıkarılması ( burada 6 mils ) prosedürünün alttaki değerler için de tekrar edilmesini önermektedir.

170

Titreşime Neden Olan Arızaların Giderilmesi

Şekil 6.28 B komparatörü üzerinde okunan değerler

B komparatöründeki düzeltilmiş salgı değerleri şunlardır: Üst: +18, alt: -6. Şimdi hem üst hem de alt değerlere +6 mils eklenir. Bu durumda: Üst:+24, alt:0. B komparatörünün iğnesi sabit ekipman üzerindedir ( Şekil 6.29 ) ve üstten alta döndürülürken iğne içeri girer ve pozitif değer okunur. Bu B komparatörü iğnesinin düşey düzlemde ( B düzlemi ) olduğunu gösterir. Bu değer ayrıca daha yüksektir. Bu yüzden hesaplama için kullanılması gereken komparatör değerleri: Komparatör A: Üst:0, alt: 14 düzlemdeki konum: daha yüksek Komparatör B: Üst: 24, alt: 0 düzlemdeki konum: daha yüksek

Şekil 6.29

Gösterilen komparatör değerleri ayarsızlık değerlerinin iki katıdır. Bu yüzden: A düzlemindeki radyal kaçıklık 7 mils B düzlemindeki radyal kaçıklık 12 mils tir. A ve B düzlemleri arasındaki mesafe 14 inç olarak gösterilmiştir. Sonuç olarak açısal ayarsızlık:

171

Titreşime Neden Olan Arızaların Giderilmesi ile elde edilir ( Şekil 6.30 ).

Şekil 6.30

Açı bilindikten sonra çizgi Şekil 6.31 ‘de görüldüğü gibi OB ‘ye kadar uzatılır. IB ve OB ‘deki mesafe grafikten belirlenebilir ve bu değerler çıkarılması ve eklenmesi gereken şim kalınlığı değerlerini göstermektedir.

Şekil 6.31 Çizginin OB ‘ye uzatılmasını gösteren grafik

Yatay hareketler benzer yöntemde hesaplanır. A komparatöründe okunan değerler:

sol: +29

sağ: -8

Bunlar şu değerlere indirilebilir: B komparatöründe okunan değerler: Bunlar şu değerlere indirilebilir:

sol: +37 sol: +11 sol: 0

sağ: 0 sağ: +8 sağ: -3

Yatay düzlemdeki ( A komparatörü ) radyal kaçıklık ( Şekil 6.32 ) 18,5 mils. İğnenin düzlemdeki konumu sol. Düşey düzlemdeki ( B komparatörü ) radyal kaçıklık -1,5 mils. İğnenin düzlemdeki konumu sağ.

172

Titreşime Neden Olan Arızaların Giderilmesi Şekil 6.32 Yatay düzlemdeki ayarsızlık açısı

Bu yüzden IB ayağı sağa 35 mils hareket ettirilmelidir ( Şekil 6.33 ) ve OB ayağı da sağ tarafa 74 mils hareket ettirilmelidir.

Şekil 6.33 Ters komparatör yöntemi – Grafiksel çözüm – Yatay düzlem

Not – Termal Genleşmenin Karşılanması Buhar türbinleri, pompalar gibi sıcak sıvılarla çalışan ve ekipmanın genleşmesine neden olacak kadar yüksek sıcaklıkta çalışan doğrudan kaplinli yüksek devirli redüktörler için termal genleşme hesaba katılmalıdır. Ekipmanların termal genleşme durgun haldeki soğuk durumlarına göre çok farklılık gösterebilir. Bu uygun karşılama ölçümleri yapılmadığı sürece daha sonrasında ayarın bozulmasına neden olmaktadır. Kompanzasyon ekipmanların soğuk koşulda ayarsız olmasını, fakat çalışma koşulları altında uygun ayar koşullarına erişilmesini sağlar. Soğuk ayar için eldeki hedef değerler genel olarak ekipman üreticisinden alınabilir. Ancak üretici termal genleşme özelliklerini sağlamadığında aşağıdaki bilgiler kullanılabilir. Ekipman kaidesi eş doğrultulu termal genleşmeye maruz olduğu kabul edilir. Doğrusal genleşme için formül boyuttaki artışın hesaplanması için kullanılmaktadır. dL = ( L x α ). dT Burada; dL L α dT

: Termal genleşme : Ekipman tabanının yüksekliği ( ? ) : Malzemenin termal genleşme sayısı ( dökme demir için 0,0000118 SI birimlerinde ) : Ortam sıcaklığındaki değişim

dir. Örnek: 120 C0 ‘de sıvı basan bir pompa olduğunu kabul edelim. Tabandan merkeze olan yükseklik 500 mm, ortam sıcaklığı ise 20 C0 olsun. dL = ( L x α ). dT dL = 500 mm x 0,0000118 x ( 120 – 20 ).[ 19,7 x 0,0000059 x 212 ] = 0,59 mm 173

Titreşime Neden Olan Arızaların Giderilmesi

olarak bulunur. Ayrıca genel bir kural olarak termal genleşmenin hesaplanması için hızlı bir yöntem kullanılabilir. Bu kural şunlara dayanmaktadır: • •

Sıcaklıktaki 100 C0 ‘lik artış için 1 m uzunlukta 1 mm uzama meydana gelir. Toplam artış %20 ‘dir.

Yukarıdaki örnekte olduğu gibi sıcaklıktaki artış 100 C0 ‘dir. Kural takip edildiğinde 0,5 m uzunluk 0,5 mm uzayacaktır. %20 ‘lik artış için ise cevap 0,6 mm ‘dir. Bu değer yukarıdaki sonuca çok yakındır. Termal genleşme bilindikten sonra şimlerle bu karşılanabilir. Eğer ayarlama sonuçları ayağın 0,85 mm kaldırılması için şim eklenmesini gerektiriyorsa termal genleşme 0,6 mm olacaktır. Bunun için sadece 0,25 mm ‘lik bir şim eklenmelidir. Gerekenin gerisindeki artış genleşme yoluyla artacaktır. Eğer ayarlama sonuçları 0,4 mm şim kalınlığı gerektiriyorsa 0,2 mm ‘lik şim çıkarılmalıdır. Lazer ile Ayarlama Komparatörler ile ayarlama biraz daha hassas bir sonuç sağlamaktadır. Fakat bu yöntemler deneyim, eğitim ve yetenek gerektirmektedir. Sonuç olarak bu yöntemler hatalara açıktır ve çok fazla zaman almaktadır. Lazer kullanılarak yapılan ayarlama yöntemi ( Şekil 6.34 ) yukarıda listelenen avantajların üstesinden gelmektedir ve bu giderek birçok ekipman için tercih edilen bir ayarlama yöntemidir. Yakın zamanlarda teknikte görülen ilerlemeden dolayı ayarlama, veri toplama ve hesaplamalar hızlı ve doğru olmaktadır. Bazı lazer sistemler 900 ‘den daha az dönüş gerektirmektedir ve çok iyi şim düzeltme verileri sağlamaktadır. Bunlarda yerleşik ayarlama toleransları bulunmaktadır ve bu yüzden bir uzmanın artık ayarsızlık ile ilgili görüşüne ihtiyaç kalmamaktadır.

Şekil 6.34 Lazer ile ayarlama

Kritik ekipmanlar üzerindeki açık avantajına ek olarak soğutma kulesi redüktörlerinin ve motorlarının ayarlanması için lazerle ayarlama idealdir. Bunlar arasındaki mesafe genellikle 2-5 m ‘dir. Bu uygulamalar için komparatör yönteminin kullanılması hiç verimli değildir. Lazer ışınları uzak mesafeleri kat edebilir ve bu yüzden ekipmanların ayarlanması daha kolay ve doğru şekilde yapılabilir.

174

Titreşime Neden Olan Arızaların Giderilmesi Lazerle ayarlama sistemi bir analizör ( Şekil 6.35 ) ve iki lazer kafasından oluşmaktadır. Lazer kafaları iki mile bağlanmaktadır ve mutlaka bir kafa diğer kafa ile eşleşmelidir. Her kafanın bir lazer yayıcısı ve alıcısı bulunmaktadır. Miller döndürüldüklerinde alıcılar lazer ışınlarının hareketini algılar. Bu değerler analizöre iletilir. Ekipman verisi ve gerekli mesafeler başlangıçta analizöre girilmiş olmalıdır. Lazer kafalarından veri alınır ve girilen ekipman bilgisi ekipman için doğru şim düzeltmesinin yapılması için kullanılır. Lazer ışınları uzun mesafeler oyunca bükülmezler ve bu nedenden dolayı salgı etkisi tamamen yok edilir.

Şekil 6.35 Lazer kafası, yansıtıcı ve analizörden oluşan lazerli ayarlama sistemi ( Prueftechnik – Optalign Plus System )

Temel seviyedeki bazı lazerle ayarlama sistemlerinin sadece bir tane lazer yayıcısı ve diğer kafasında bir yansıtıcı prizması bulunmaktadır. Bu durumda analizörün sadece temel özelliklerinden yararlanılabilmektedir. Bu sistemler genel amaçlı ekipmanlar için idealdir. Bu sayede komparatör kullanılmamış olunur. Bu sistemlerdeki metotta aynıdır. Lazer kafası ve yansıtıcı bağlandıktan sonra miller döndürülür. Her 900 ‘de analizör verinin alınması için etkinleştirilmelidir. Bundan sonra analizör ayarlama ile bilgi verir. Bazı gelişmiş sistemlerde ekipmanların ayarlanmasını kolaylaştırmak için ek özellikler bulunmaktadır. Bu özelliklerden bazısı: • • • • • • • • •

Beş ekipmana kadar oluşan karmaşık sistemler ayarlanabilir. Radyo frekansı haberleşmesi ile lazer kafası ve analizör arasında kablo kullanımı ortadan kaldırılır. Yerleşik eğimölçer ile mil konumu anlık olarak bulunabilir. Diğer ekipmanların titreşiminin neden olduğu hatalar ortalama alma yöntemi ile yok edilebilir. Bağlanmamış ve dönmeyen ekipmanlarda ayarlanabilir. Ayarsızlık verisinin elde edilmesi için 900 ‘den az bir dönüş yeterlidir. Canlı yatay ayarlama yapmak mümkündür. Bunun anlamı değer almaya ve bunu hesaplama için analizöre göndermeye gerek olmayışıdır. Kafaların ve analizörün anlık haberleşmesi bunu otomatik olarak yerine getirir. Bir veya iki yumuşak ayak koşulu tanımlanabilir. Ekipman kaidesinin termal genleşmesi hesaplanabilir ve hesaplamalarda yer alabilir.

175

Titreşime Neden Olan Arızaların Giderilmesi • • •

Bilinen ekipman sistemlerine ait şablonlar analizöre programlanabilir ve bunlar daha iyi anlama ve raporlama için seçilebilir. Ekipman ayarlandıktan sonra geçmişi ve bilgiler depolanabilir. Bunlar yerleşik ayarsızlık toleransları sağlarlar.

6.3.4 Ayarlama Toleransları Pratikte radyal ve açısal kaçıklığın sıfıra indirilmesi imkânsızdır ve bu yüzden ekipmanlar belirli bir artık ayarsızlıkta bırakılırlar. Bu artık ayarsızlığın ekipmanın çalışması üzerine çok az veya hiçbir kötü etkisi bulunmaz. Aşağıdaki tablo ( Kaynak: CSI UltraSpec – Easy align Manual ) bize güvenilir sınırlar içerisindeki artık ayarsızlık miktarı vermektedir. Bu değerler ekipmanın çalışma devrini baz almaktadır. Mükemmel Radyal Açısal Kaçıklık Kaçıklık ( mils/in. ) ( mils ) Devir ( d/d ) <500 500–1250 1250–2000 2000–3500 3500–7000 >7000

5.0 4.0 3.0 2.0 1.0 0.5

1.5 1.0 0.5 0.3 0.25 0.2

Kabul Edilebilir Radyal Açısal Kaçıklık Kaçıklık ( mils/in. ) ( mils ) 6 5 4 3 2 1

2.0 1.5 1.0 0.5 0.3 0.25

Bu değerlerin sadece radyal kaçıklık veya sadece açısal kaçıklık olduğu kabul edilmiştir. Pratikte bu ikisinin bir kombinasyonun görülmesi daha yaygındır ve toleranslar bu kombinasyonu hesaba katmalıdır. Örneğin 3000 d/d ‘de çalışan bir ekipmanın ayarsızlık verisi: radyal kaçıklık: 2,6 mils açısal kaçıklık: 0,25 mil/in. ( mrad ) olsun. Bu değerler tekil olarak kabul edilebilir. Bununla birlikte bu ikisinin bir kombinasyonu olursa ne olur ona bir bakalım. Bunu yapabilmek için Şekil 6.36 ‘da görülen bir XY grafiği oluşturalım.

176

Titreşime Neden Olan Arızaların Giderilmesi

Şekil 6.36 Ayarlama toleransları

Eğer radyal kaçıklık 2,6 mils ve açısal kaçıklık 0,25 mils ise bu değerler grafik üzerine oturtulduğunda bunların kabul edilebilir sınırın ötesinde olduğu görülecektir. 6.4 Dinamik Sönümleyici ile Rezonans Titreşiminin Kontrolü Daha önceki bir bölümde rezonans olayı detaylı olarak incelenmişti. Sönümlenmeyen bir yaykütle sistemi üzerine sinozodial bir kuvvet etki ettiğinde ve zorlama frekansı kütlenin doğal frekansına eşit olduğunda cevap ( titreşimin genliği ) sonsuzdur. Buna rezonans denilmektedir. Bu problem sistemin cevabı veya çok büyük şiddete ulaşan titreşim genliği ile ilgili bir olaydır. Bu olay mekanik sisteme zarar verebilir. Mekanik sistemlerin normal çalışmaları süresince rezonansa girmemeleri için tasarımları sırasında sayısız analitik çalışma ve test yapılmaktadır. Rezonans hiçbir zaman yok edilemez, fakat kontrol edilebilir. Tüm mekanik sistemlerin bir doğal frekansı bulunmaktadır. Bunun bir sonucu olarak kesinlikle rezonansla karşılaşırlar. Eğer doğal frekans farklı faktörlerden dolayı değişiyorsa veya bazı nedenlerden ötürü çalışma frekansı ile kesişiyorsa rezonans meydana gelecektir. Bazı durumlarda bu sistemin kütlesi azaltılarak önlenebilirken bazı durumlarda ekipmanlarda ve/veya bileşenlerinde pahalı modifikasyonların yapılması zorunlu hale gelebilir. Bu gibi durumlar için bu dinamik sönümleyici olarak adlandırılan basit ve ucuz bir alet kullanılabilir. Bunun çalışma prensibi aşağıda açıklanmıştır. Bir yay-kütle sistemini göz önüne alalım. Şimdi bir diğer yay-kütle sistemini buna Şekil 6.37 ‘de görüldüğü gibi seri olarak bağlayalım.

177

Titreşime Neden Olan Arızaların Giderilmesi

Şekil 6.37 Rezonans titreşiminin kontrolü

Sönümleyici yay-kütle sisteminin ana kütleye bağlanmasından sonra sönümleyicinin rezonansı ana kütleninkiyle eşleşecek şekilde ayarlanır. Bu sağlandığı zaman ilginçtir ki ana kütlenin hareketi bir önceki rezonans frekansında sıfıra düşer. Bu yüzden ana kütlenin enerjisi görünürde dinamik sönümleyici tarafından ayarlanarak emilmiştir ( Şekil 6.38 ). Burada sönümleyicinin hareketi bu rezonans frekansında sonlu olduğuna dikkat edilmelidir ve hatta osiloskopların herhangi birisinde hiç sönümleme olmadığında da geçerlidir.

Şekil 6.38 Dinamik sönümleyici

Bunun meydana gelme nedeni sistemin tek serbestlik derecesinden iki serbestlik dereceli bir sisteme terfi etmesidir. Kombine kütle sistemi şimdi iki rezonans frekansına sahiptir. Ne rezonans frekansları ne de ana kütlenin gerçek rezonans frekansı tek başına birbirine eşittir ( ve hatta sönümleyicinin de ). Eğer sistemde sönümleme yok ise kombine edilmiş iki serbestlik dereceli sistemin cevabı bu yeni doğal frekanslarda sonsuzdur. Bu durum ekipman doğal frekansında çalışmadığı sürece sorun oluşturmaz. Fakat geniş bir sonlu cevap devreye alma ve devreden çıkma sırasında problem oluşturabilir. Tüm kütleler için sonsuz sönümleme miktarı ya kütlenin sonlu olmasından ya da sistemin yeni doğal frekanslarından kaynaklanan titreşim genliğini önleyecektir. Ancak, yay-kütle sisteminde sönümleme bulunuyorsa ana kütlenin cevabı hedef frekansta daha fazla sıfır 178

Titreşime Neden Olan Arızaların Giderilmesi olmayacaktır. İki serbestlik dereceli sistemin iki doğal frekansı bulunur. Bunlar sistemin titreşiminin iki doğal moduna denk gelmektedir. Daha düşük frekans modunda ( gerçek doğal frekanstan daha düşük frekansta ) kütleler birbirlerine göre belirli bir fazda hareket ederler. Gerçek kütle (M) ve sönümleyici kütle (m) her bir çevrim süresince aynı yönde hareket edecektir. Daha yüksek frekans modunda ( gerçek doğal frekanstan daha yüksek frekansta ) iki kütle birbirlerine göre 1800 fazda olacağından birbirlerine göre zıt yönde hareket edeceklerdir. Bu durumda gerçek kütle (M) yukarı hareket ettiğinde sönümleyici kütle (m) aşağı hareket edecektir. 6.4.1 Dinamik Sönümleyici Tasarımı Bir dinamik sönümleyici basit bir matematiksel formül kullanılarak tasarlanabilir. Rezonansı ortaya çıkaran dinamik kuvvetlerin seviyesi genellikle bilinmemektedir ve bu yüzden bazı ayarlamaların yapılması gerekmektedir. Malzeme Çelik Alüminyum Bakır Demir

Elastisite Modülü E [ ln/inç2 ] 29 000 000 10 000 000 16 000 000 18 000 000

Yoğunluk m [lb/inç3 ] 0,282 0,099 0,321 0,260

Dinamik sönümleyici tasarımı için Şekil 6.39 ‘da görülen taslak ve hesaplama gerekmektedir. w ağırlığının bxh dikdörtgen kesitli L uzunluğundaki bir çubuk üzerinde a konumuna yerleştirildiğini kabul edelim. Hesaplanması gereken ilk parametre serbest duruş uzunluğudur. Örneğin 3000 cpm doğal frekans için dinamik sönümleyici 12–18 inç aralığında olmalıdır. Bu malzemeye ve dikdörtgen kesit alanına bağlıdır.

Nf = Arzu edilen doğal frekans [ cpm ] m = M/L – İnç başına düşen çubuk [ lbs ] ağırlığı E = Elastisite modülü w = gereken ağırlık

[ lbs ]

179

Titreşime Neden Olan Arızaların Giderilmesi Şekil 6.39 Dinamik sönümleyici için tasarım hesaplamaları

Çelikten yapılmış iki sönümleyici için değerler aşağıda tablo halinde verilmiştir. b h L a M w

3000 cpm 0,75 inç 0,5 inç 14,0 inç 12,0 inç 1,48lbs 0,527 lbs

3600 cpm 0,75 inç 0,5 inç 13,0 inç 11,0 inç 1,375 lbs 0,422 lbs

b h L a M w

1475 cpm 0,75 inç 0,5 inç 20,0 inç 18,0 inç 2,115 lbs 0,685 lbs

1750 cpm 0,75 inç 0,5 inç 18,0 inç 16,0 inç 1,904 lbs 0,752 lbs

Yukarıdaki tablonun bir çalışma tasarımı olduğu unutulmamalıdır. Malzeme özelliklerinin, L, b, h ve a boyutlarının permütasyonu için bir dinamik sönümleyicinin seçilmesi sağlanabilir. Dinamik sönümleyicinin dikdörtgen kesitli olması önemlidir. Yapısal rezonans problemleri genellikle doğasında doğrultuya bağlıdır. Dinamik sönümleyicinin belirlenen doğrultuda bir doğal frekansa sahip olacak şekilde tasarlanması zorunludur. Eğer dairesel kesitli bir çubuk kullanılıyorsa çubuğun radyal katılığı tüm doğrultularda üniform olmalıdır ve çubuk bir doğrultudakine göre dairesel veya konik bir dokuda kamçılama yapacaktır. Bu rezonansın başlangıç doğrultusunda titreşimin genliğini düşürecektir. Fakat gerçek rezonansa dik doğrultuda bir rezonans problemi ortaya çıkaracaktır. Aynı şeyler kare çubuk için de geçerlidir. 6.4.2 Dinamik Sönümleyici Uygulamaları Dinamik sönümleyiciler, geniş devir aralığında çalışan ekipmanlardaki rezonansın kontrol edilmesinde fazlaca etkilidirler. Kütlenin veya katılığın arttırılması veya azaltılması istenmeyen titreşimi azaltabilir. Fakat yeni doğal frekansta daha büyük rezonans problemleri ortaya çıkabilir. Dinamik sönümleyiciler pompa, hava kompresörleri, soğutma ekipmanları, takım tezgâhları ve durdurulduğunda veya devreye alındığı her defasında yapısal rezonansından geçen diğer ekipmanlarda oluşabilecek hasarı en aza indirmek için kullanılır. Dinamik sönümleyiciler için bir diğer faydalı uygulama diğer analiz teknikleri mümkün olmadığında bir rezonans problemini ortaya çıkarmaktır. Örneğin Bode çizimi yapmak için veya bir darbe testi için ekipmanı durdurmak mümkün olmasın. Bunun tersi olarak ekipman çalışırken geçici olarak dinamik sönümleyici ekipmana bağlanabilsin. Eğer titreşim genliği sönümleyiciyi ayarladıktan sonra düşüyorsa gerçekten bir rezonans problemi var demektir. Eğer titreşim problemi rezonanstan dolayı değilse dinamik sönümleyicinin bağlanması bir rezonans problemini ortaya çıkaracaktır.

180

Titreşime Neden Olan Arızaların Giderilmesi Geçici dinamik sönümleyiciler bir C kelepçesi veya civatalar kullanılarak ekipmanlara bağlanabilir. Eğer titreşimler verimli olarak düşürülebiliyorsa bu sönümleyici sabit bir sönümleyici bağlama fırsatı oluşana dek aynı konumda bırakılabilir.

181

Titreşime Neden Olan Arızaların Giderilmesi Bu sayfa not alabilmeniz için boş bırakılmıştır

182

7

Yağ ve Partikül Analizi 7.1 Giriş Daha önceki konularda titreşim analizi detaylı olarak incelenmişti. Bu bölümde yağ ve partikül analizine yer verilmiştir. Yağ analizi senelerdir yapılan kestirimci bakım tekniğidir ve kestirimci ekipman bilgisi ile ilgili güvenilir bir kaynak olarak gelişmektedir. Yağ analizi sadece yağlayıcının koşulunu analiz etmek için kullanılan bir araç değildir. Modern teşhis araçları ile ekipmanın durumunu izlemek için de kullanılabilir. Bu ileri tekniklerden yararlanılarak ekipmanın güvenilirliği arttırılabilir ve beklenmedik arıza sayısı ve duruş süresi azaltılabilir. Ekipmanın bileşenlerine zarar veren birkaç tane aşınma mekanizması bulunmaktadır. Bu aşınma tipleri ile birkaç tane birincil aşınma kaynağı bulunmaktadır. Bir bileşenin aşınmasına katkıda bulunan mekanizmalar, ayarsızlık, dengesizlik ve ekipmanın uygun olmayan ( aşırı yük veya hızlanmış ısınma koşulları ) kullanımıdır. Aşınma için kaynaklardan bir tanesi de yağlayıcının kendisidir ( örn: yağlayıcının çözülmesi veya kirlenmesi ). Farklı tipte aşınma meydana gelebilir. Bunlar • • • • • • •

Kazıma aşınması Yapışma aşınması Kavitasyon Korozif aşınma Kesme aşınması Yorulma aşınması Kayma aşınması

dır. Çalışan bir ekipmanda aşınma birikintilerinin oluşmasından dolayı sürekli bir yıpranma bulunmaktadır. Yağlayıcılar normal olarak birikintileri yapıdan uzaklaştırırlar. Bu aşınma birikintilerinin tanımlanması ve analiz edilmesi aşınmanın tipini belirleyebilir ve ayrıca çalışma anında herhangi bir bileşenden olabilecek kaynağını tanımlayabilir. Bunun yanında yağ analizi olası bozulmaları önlemek için düzeltici bir faaliyetin yapılmasının gerekliliğini gösterebilir. Bu bağlamda bu önemli bir kestirimci bakım tekniği olmaktadır. Yağ analizinin döner ekipman arızalarını titreşim analiziyle algılamadan önce tanımlanmasına yardımcı olacağı durumlar olabilir. Bu özellikle dizel motorları gibi yüksek yüklü düşük devirli ekipmanlara uygulanabilir. 183

Durum izleme programı çerçevesinde yağ analizi yapıldığında yağdaki anormal aşınmış partiküllerin tanımlanması için uygun testlerin seçilmesi önemlidir. Bu program izlenecek ekipmanın tipine ve beklenilen arızalara göre özelleştirilebilir. Testlerin tipi, örnekleme konumu, analizler ve yağ analizinin yorumlanması daha çok uygulamanın bir kompresör, buhar türbini, dizel motoru, redüktör veya bir hidrolik sistem olup olmadığına bağlıdır. Daha önce bahsedildiği gibi aşınmış partiküller ekipmanın sağlığı ile ilgili önemli bir işaretçidir. Bu tip partiküllerin tipinin ve konsantrasyonunun belirlenmesi için birçok teknik bulunmaktadır. Bu teknikler: • • • •

Spektrometrik analiz Partikül sayısı Doğrudan okumalı ferrografi Analitik ferrografi

dir. Aşınmış partikül analizine ek olarak yağın kendi durumu ile ilgili eğiliminin de bilinmesi gerekmektedir. İyi yağ aşınmayı büyük bir ölçüde önlemektedir. Bu yüzden yağ durumunun analizi programın vazgeçilmez bir parçasıdır. Bu kesinlikle bir proaktif bakım programıdır. Yağ analizi tipleri: • • • • • •

Viskozite Katı içeriği Su içeriği Toplam asit sayısı Toplam baz sayısı Parlama noktası

nı belirler. Yağ analizinin olduğu bakım programında bir diğer konu yağın örneklenmesidir. Güvenilir bir yağ analizinin yapılması için ekipmanın gerçek koşulunu gösterebilecek örneklerin toplanması zorunludur. Ekipmandan kaynaklanmayan herhangi bir harici kirlenme hatalı sonuçlara neden olacaktır. Harici kirlenmenin önlenmesi için dikkat ve ilgi gerekmektedir. Harici kirlenmenin önlenmesinin yanında toplanan örneklerin iyi bir partikül konsantrasyonuna sahip olması gerekmektedir. Bu gerçek yağ örneğinin alınacağı yerlerin önemini vurgulamaktadır. Kapalı çevrim yağ sistemlerinde en iyi konum sistemin canlı bölgesidir. Bu bölgeler giriş ve aşınmış çöküntülerin yoğun olarak bulunduğu yerler olan filtrelerin gelen akım tarafıdır. Genellikle bu örneğin alındığı akışkanın hatlara geri dönmesi veya hatlardan boşaltılmasıdır. Çarpmalı, fırlatma halkalı ve taşkan yağlamalı bileşenler boşaltma ağızlarında kaydedeğer bir flaşlama yapıldıktan sonraki veya taşınabilir kapalı sistem çevrim dışı bir örnekleyici kullanılarak alınan en iyi örneklerdir. Bu faktörler bu bölümde ayrıntılı olarak incelenmiştir. Burada ilk önce yağ ile ilgili temel bilgilere yer verilmiştir.

184

7.2 Yağ ile İlgili Temel Bilgiler Bir yağlayıcı genellikle baz akışkandır. Bu baz akışkan genellikle petrol kökenli olup baz akışkanın arzu edilen özelliklere sahip olması için katkı kimyasalları ile karıştırılmaktadır. Baz akışkanlar iki ana kaynaktan elde edilirler. Bunlardan bir tanesi petrol kökenli ham yağın rafine edilmesi ve diğeri yağlayıcıya arzu edilen özellikleri veren bağıl olarak saf bileşenlerin sentezinden oluşmuştur. 7.2.1 Mineral Yağlar Yağlayıcı baz yağın üretimi ile ilgili genel prensipler arzu edilen yağlayıcı özelliklerinin sağlanması için bir adımdan oluşmaktadır. Bunlar: • • • •

Viskozite indeksi Oksitlenmeye karşı gösterdiği direnç Isıl direnci Düşük sıcaklıktaki akışkanlığı

dır. Petrol kökenli ham yağ ile başlarsak, yağlayıcı bir baz yağın yapılması için tipik proses şu şekilde olacaktır: • • • • •

Gaz, jet yakıtı, dizel gibi düşük kaynama noktalı malzemelerin ayrılması Aromatikleri ve polar bileşenleri içeren kirleticilerin yapıdan uzaklaştırılması Baz yağın arzu edilen viskozite sınıfının verilmesi için distile edilmesi Düşük sıcaklıkta akışkanlığın iyileştirilmesi için parafinden arıtma Oksidasyonun ve ısıl kararlılığın iyileştirilmesi için yapılan son işlemler

7.2.2 Sentetik Yağlar Yağlayıcı baz akışkanın bir diğer kaynağı sentetik kökenlidir. Sentetik bir malzeme için uygun bir tanımlama şudur: Belirli tahmin edilebilir özelliklerin sağlanmasında moleküler ağırlığı daha fazla olan bir akışkanın üretilmesi için daha düşük moleküler ağırlıktaki malzemeler ile kimyasal reaksiyon sonucu oluşan bir üründür. Bu rafine yöntemine ve ham stok kaynağına bağlı olarak farklı kimyasal kompozisyondaki birçok bileşenin karışımından meydana gelen rafine edilmiş petrol yağların tersidir. Yaygın olarak kullanılan üç sentetik baz yağ: • • •

Poli alfa olefinler Organik esterler Poli glikoller

dir. Diğer sentetik akışkanlar çok özel uygulamalarda kullanılmaktadır. Bunlar fosfat esterleri, silikonlar, silikat esterleri ve poli fenil eterleridir. Sentetik yağlayıcılar sıradan mineral yağlara göre birkaç tane avantaja sahiptir. Bunlar:

185

• • • • • • •

Düşük sıcaklıkta mükemmel akışkanlık Düşük akma noktası Yüksek doğal viskozite endeksi Mükemmel oksidasyon kararlılığı Yüksek parlama, alev alma ve otomatik ateşleme noktaları Düşük uçuculuk Korozif olmama ve zehirli olmama

dır. Düşük sıcaklık yağlayıcıları ve aleve dirençli hidrolik akışkanlar gibi sentetik yağlayıcılar uzunca bir süredir havacılık endüstrisinde kullanılmaktadır. Bunlar bu yağlayıcıların yüksek maliyetlerini ortalamaktadır. Aynı viskozite aralığında sentetik malzemeler genellikle petrol bazlı akışkanlara göre daha geniş sıcaklık aralığında kullanılabilmektedir. Uygun petrol bazlı yağ bulunamadığında belirli sentetik yağlayıcıların baz stokları petrol kökenli yağlarla karıştırılarak yüksek sıcaklıkta uçuculuk ve düşük sıcaklık viskozite karakteristikleri elde edilebilir. 7.2.3 Katkı Maddeleri Katkı maddeleri baz mineral yağa yeni özellikler katan malzemeler olarak tanımlanmaktadır. Katkı maddeleri yağlayıcının mevcut olan özelliğini arttırmaktadırlar. Yağlayıcının içine katılacak olan katkı maddelerinin miktarı ve tipi yağlayıcıdan beklenilen performans özelliklerine bağlıdır. Yaygın olarak kullanılan katkı maddeleri şunlardır: Deterjanlar ( metalik dispersanlar ): Bunlar sistemin içindeki kalıntı oluşumunu kontrol etmek için kullanılmaktadır. Bunlar makina parçalarının temiz tutarlar ve süspansiyon içerisinde kalıntı oluşmuşsa bunları tutarlar. Dispersanlar gibi deterjanlar, yağlayıcı ile karıştırılarak zararlı ürünlerin sistemden atılması ve nötrleştirilmesini sağlar. Buna ek olarak deterjanlar metal yüzeyleri üzerinde koruyucu bir tabaka oluşturarak çamur ve vernik kalıntılarının oluşmasını engeller. Motorlarda bu üretilen asidik malzemelerin miktarını düşürmektedir. Deterjanlar için metalik baz olarak baryum, kalsiyum, magnezyum ve sodyum kullanılmaktadır. Deterjan katkı maddeleri daha çok dizel ve benzinli motorlar için kullanılmaktadır. Külsüz dispersanlar: Bu katkı maddesinin amacı yağlayıcı içerisinde bulunan zararlı ürünlerin askıya alınması ve ayrılmasıdır. Bu yüzden katkı maddeleri bu ürünlerin etkilerini nötrlemektedir. Zararlı ürünler kir, su, yakıt, proses malzemesi gibi kirletici maddeleri içerdiği gibi çamur, vernik ve oksitlenme gibi ürünleri de içermektedir. Tipik uygulamaları dizel ve benzinli motorlar için kullanılan yağlar, transmisyon akışkanları, yardımcı güçle çalışan direksiyon akışkanları ve bazı durumlarda vites kutusu yağlarıdır. Oksitlenme ve Yatağın Korozyona Uğramasını Önleme: Pas ve korozyon oksijen ve asidik ürünlerin metal yüzeyi üzerine saldırı yapması sonucu oluşmaktadır. Süreç su ve kirleticilerin olması ile hızlandırılmaktadır. Pas ve korozyon önleyiciler asitleri nötrleştirir ve kayma yüzeyleri üzerinde koruyucu bir film tabakası oluşturur. Bu önleyiciler yağlayıcı da ve sıvı seviyesinin üzerindeki yüzeylerde olmak zorundadır. Anti oksidantlar: Bir anti oksidant yüksek sıcaklıklarda çalışan yağların oksitlenmesini sınırlandırır. Oksidasyon önleyici olarak da bilinirler ve oksidasyon ürünlerini iyi halli

186

ürünlere kimyasal olarak döndüren oksitlenme işlemi ile girişim yapar. Buna ek olarak bazı oksidasyon önleyiciler serbest katalitik metaller ( başlıca bakır ve demir ) ile etkileşime görerek bunları oksidasyon sürecinden uzaklaştırmaktadır. Yağlayıcıların tümü neredeyse ticari olarak farklı derecelerde anti oksidasyon katıklarını içermektedir. Viskozite İndeksi İyileştiriciler: Bu katkı maddeleri yağın viskozite sıcaklık ilişkisini iyileştirmektedir. Viskozite iyileştiriciler yağlayıcının yüksek sıcaklılarda tatminkâr seviyede yağlama yapması için yağlayıcıya eklenmektedir. Düşük sıcaklıklarda baz stoğun viskozite karakteristiği hüküm sürerken yüksek sıcaklıklarda doğru viskoziteyi viskozite iyileştiriciler sağlamaktadır. Akma noktasını düşürücüler: Akma noktası düşürücüler düşük sıcaklıklardaki yağlar için yerçekimi ivmesi ile akma özellikleri sağlar. Bunlar düşük sıcaklıklarda parafin oluşmasını önlemeye meyillidir. Yağ formüllerinin birçoğunda özellikle viskozite iyileştirici içerenlerde ilave akma noktası düşürücüler diğer katkı maddelerinin içerisinde bulunduğundan dolayı ek akma noktası düşürücü gerekli değildir. Aşırı Basınç, anti aşınma katıkları: Bunlar yağ için gerekli olan yük taşıma kapasitesi sağlarlar ve sınır yağlama koşulları altında hareket eden parçaların birbirini ezmesini ( scuffing ) önlerler. Köpük Önleyiciler: Köpük önleyiciler köpük oluşumunu kontrol ederler. Anti köpük ajanları yağlayıcının köpürme eğilimini düşürmek için kullanılır. Eğer bir köpürme problemi teşhis edilmişse ekipman çalışırken yağlayıcıya köpük önleyici katılır. Yağlayıcı ve ekipman üreticileri doğru miktarda köpük önleyicinin konulması son derece önemli olduğundan köpük önleyici eklenmeden önce bu firmalara danışılmalıdır. Aşırı miktarda köpük önleyici katılması daha fazla köpük oluşmasına neden olacaktır. Emülgatörler: Emülgatörler yağın yüzey gerilimini düşürmek için kullanılırlar. Demülsife ediciler: Bunlar çevre kirliliğinin bir kaynağı olan yağ buharının oluşmasını azaltır ve bu sayede yağ kaçakları önlenir. Yapışkanlık Ajanları: Bunlar metale tutunma ve yapışmayı iyileştirirler. Biyokıran: Bakteri ve mantar oluşumunu kontrol eder. Aşağıdaki liste katkı maddelerinde yaygın olarak kullanılan elementleri ve bunların yağlama yağındaki rolünü içermektedir: Baryum ( Ba ) Bor ( B ) Kalsiyum ( Ca ) Bakır ( Cu ) Kurşun ( Pb ) Magnezyum ( Mg ) Molibden ( Mo ) Fosfor ( P ) Silikon ( Si ) Sodyum ( Na )

Deterjan veya dispersan katığı Aşırı basınç katığı Deterjan veya dispersan katığı Anti aşınma katığı Anti aşınma katığı Deterjan veya dispersan katığı Sürtünme düzenleyici Korozyon önleyici, anti aşınma katığı anti köpük katığı deterjan veya dispersan katığı

187

Çinko ( Zn )

Anti aşınma veya anti oksidan katığı

Mineral bazlı yağlar belirli katkı maddleri ile karıştırılır ve bu sayede özel uygulamalarda kullanılabilir. Endüstride kullanılan farklı tipteki yağlayıcılar: • • • • • • • • • • • • • •

Otomotiv yağları ( benzin, dizel, özel uygumlalar ) Dişli ve transmisyon yağları Karter yağları Türbin yağları Isıl işlem yağları Isı transfer akışkanları Hidrolik yağlar Kesme yağları Demiryolu uygulamalarında kullanılan yağlar Soğutma yağları Paslanmayı önleyen yağlar Kauçuk işleme yağları Tekstil ekipmanı yağları Özel uygulama yağları

dır. 7.3 Koşul Bazlı Bakım ve Yağ Analizi Kullanılmış yağ analizinin ilk aşaması 1940 ların ilk dönemlerine rastlamaktadır. Bu tarihte yağ analizi Amerika Birleşik Devletleri ‘nin batısındaki demiryolu şirketleri tarafından yapılmıştır. Yeni lokomotiflerin satın alınmasıyla teknisyenler lokomotif motorunun yağının izlenmesi için basit spektrografik ekipman kullanmışlar ve fiziksel testler yapmışlardır. Buharlı lokomotiflerin yerine dizel lokomotifler kullanıldığı zaman yağ analiz tekniği demiryolu şirketleri tarafından kullanılan düzenli bir faaliyet olmuştur. 1980 lerde Kuzey Amerika daki birçok demiryolu şirketinin koşul bazlı bakım programlarının temelini oluşturmuştur. Amerikan Donanması 1950 lerin ortasında kendi uçaklarındaki jet motorlarının izlenmesi için spektrometrik teknikleri kendisine uyarlamıştır. Bu zamanlarda Rolls Royce da kendi jet türbinlerini izlemek için yağ analizi ile deneyler yapmıştır. Yağ analizi kavramı 1950 ler ve 1960 ların başlarında Amerikan Ordusu ve Hava Kuvvetleri tarafından yaygın olarak kullanılmaya başlanmıştır. Bu tekniğin işe yarar olduğunun kanıtı yağ analizi teknolojisinin yıllardır yapılıyor olmasıdır. Buna rağmen titreşim yaklaşımı da kullanılmalıdır. Titreşim analizi birçok endüstri kolunda koşul izlemenin temel teşhis tekniği olarak kalmıştır. Buradaki problem birçok koşul izleme takımının yağ analizinin gücünden bihaber olmasıdır. Ayrıca şirketler yağ analizini yapması için personel atamadığı durumlarda bu insanlar durum izleme takımlarında titreşim analizi ile ara yüz oluşturmamıştır. Neticede bu durum negatif eğilim olacak şekilde değişmiştir. Şirketlerin birçoğu yağ analizini titreşim izlemeye ekleyerek kendi durum izleme programlarını iyileştirmişlerdir. Bunun gibi 188

birkaç titreşim durum izleme firması yağ analizi cihazı, servisi ve veri yönetimini şirketlerin kullanımına sunmuştur. Bu birleşme ile durum izlemesi yapan kişi şimdi ekipmanın çalışma koşulları ile ilgili daha fazla fikir sahibi olabilmekte ve bu yüzden etkili kararlar ve tavsiyeler için daha iyi bir konum olmaktadır. Titreşim ve yağ analizi birbirini tamamlamaktadır. Bir arada kullanıldıklarında biri diğerine yardımcı olabilir. Örneğin titreşim analizi bir rezonansı teşhis edebilir. Fakat bu yağ analizinin yeteneğinin ötesindedir. Benzer olarak titreşim analizi yağ analizinin hem aşınmayı tespit etmede ve hem de özel arızaların şiddetinin belirlenmesinde tek çözümün olduğu yerlerde yağ ile yağlanan kaymalı yataklarda aşınmanın tam olarak algılanmasında başarılı değildir. Tüm analiz teknikleri aynı problemi gösterdikten sonra teşhis ve öneriler nadiren hatalı olmaktadır. Pale Verde Nükleer Üretim Fabrikası ‘nda Bryan Johnson ve Howard Maxwell tarafından sunulan Integration of Lubrication and Vibration Analysis Technologies adlı makalede iki analiz tekniğinin bir arada kullanımı incelenmiştir. Bu makalede iki tekniğin özellikleri ve bunların birlikte kullanılmasının önemi vurgulanmıştır. Her bir tekniğin verimi tablo halinde tanımlanmıştır ve bunların kombine etkisinin nasıl daha etkili olduğu açıklanmıştır. Bu tablo aşağıda verilmiştir. Koşul Yağ Programı Yağ ile yağlanmış Verimli sürtünmesiz yataklar

Titreşim Programı Verimli

Yağ ile yağlanmış Verimli kaymalı/eksenel yataklar

Vasat

Ekipmanın dengesiz Uygulanamaz olması

Verimli

Yağda su bulunması

Verimli

Uygulanamaz

Greslenmiş yataklar

Vasat

Verimli

Korelasyon Yağlama analizi arıza başlangıcını algılayabilmektedir. Titreşim ise arıza kademe bilgisini geç ve verimli olarak verebilmektedir. Yağ içerisinde ovalama veya gevşeklik koşulundan dolayı aşınma kalıntıları oluşacaktır. Titreşim programı dengesizliği algılayabilir. Sonuç olarak yağ analizi artan yatak yükünün etkisini gösterecektir. Su hızlı arızalanmaya neden olabilir. Bu aylık gelişigüzel yapılan titreşim taraması ile tespit edilebilir. Rutin greslenmiş yatak analizi için titreşim izlemeyi ekonomik hale 189

Greslenmiş motorlu Vasat valfler

Verimsiz

Mil kırılmaları

Uygun değil

Verimli

Dişli aşınması

Verimli

Verimli

Ayarlama

Uygun değil

Verimli

Yağlayıcı Verimli durumunun izlenmesi

Uygun değil

Rezonans

Uygun değil

Verimli

Köken nedenli analiz

Verimli

Verimli

190

getirmektedir. Yağ laboratuarlarının birçoğu greslenmiş yataklar ile ilgili bilgi vermek için yeterli deneyime sahip değildir. Nükleer enerji endüstrisinde aktüatörler önemli ekipmanlardır. Gres örnekleri hemen test edilebilmelidir. Fakat uygun bir örneği alınması zor olmaktadır. Ayrıca bu valfleri çalışır vaziyette bulmak zor olabildiğinden titreşim teknikleri ile izlenmesi zor hale gelmektedir. Titreşim analizi kırılmış bir milin izlenmesi için çok etkili olabilmektedir. Titreşim teknikleri ile herhangi bir dişlideki arıza tespit edilebilir. Yağ analizi ile arıza modunun tipi tahmin edilebilir. Titreşim programı ile ayarsızlık durumu tespit edilebilir. Yağ analizi artan/uygun olmayan yatak yükünün etkisini gösterebilir. Yağlayıcı arızanın önemli bir nedeni olabilmektedir. Titreşim programı ile herhangi bir rezonans durumu tespit edilebilir. Yağ analizi bunun etkisini gösterecektir. Her iki programın birlikte yürütülmesi

en iyisidir. Bu yüzden ekipmana ve beklenilen arızalı koşulun durumuna bağlı olarak yağ analizi sadece koşul izleme aracı olarak da kullanılabilir veya titreşim analiz programıyla birlikte kullanılabilir veya bazı uygulamalar için göz ardı edilmeyebilir. 7.4 Bir Yağ Analiz Programının Oluşturulması Bir işletmede yağ analiz programının oluşturulması için sistematik bir yaklaşım olması gerekmektedir. Bu yaklaşım temelde dört adımdan oluşmaktadır. Bunlar: 1. 2. 3. 4.

Ekipmanın denetlenmesi Yağlayıcının denetlenmesi İzleme Programın uygulanması

dır. 7.4.1 Ekipmanın Denetlenmesi Ekipmanın denetlenmesi yağ analizi ile izlenebilecek ekipmanın tanımlanması ile ilgili çalışmalar yapmaktır. Çalışma sırasında ekipmanın detaylı olarak mekanik ve çalışma koşulları incelenmektedir ve ardından uygun yağ analizi programını belirlenmektedir. Bu bakım programı için temel bir form olan sınırları ve hedefleri belirlenmesidir. Ekipmanın denetlenmesi aşağıdakilerden oluşmaktadır: Ekipmanın Kritikliği Güvenlik, çevresel konular, duruş maliyeti, bakım onarım maliyetleri ve ekipmanın geçmişi ekipmanın bu program için kritik ekipman olarak seçilip seçilmemesini belirlemektedir. Ekipman Bileşeninin ve Sistemin Tanımlanması Bu ekipmanla ilgili tüm bilgilerin alınmasını ve ekipmanın karmaşıklığının anlaşılmasını içermektedir. Çalışma Parametreleri Bu adım ekipmanın çalışma penceresini tanımlamaktadır. Bunun içerisinde debi, basınç ve sıcaklık sınırları bulunmaktadır. Çalışan Ekipmanın Değerlendirilmesi Bu ekipmanın görsel olarak incelenmesidir ve nefeslikler, soğutucular ve filtreler gibi bileşenlerin tanımlanmasına yardımcı olmaktadır. Çalışma sıcaklıkları ve basınçları, hizmet çevrim süreleri, dönme yönü, devir, filtre göstergeleri ve bunlarla ilgili faktörler kaydedilmelidir.

191

Çalışma Ortamı Kötü ortamlar veya çevresel kirlenme yağlayıcının bozulmasını etkileyebilir, sonunda ekipmanın hasarlanmasına neden olur. Ortalama sıcaklık, nem ve olası kirleticiler gibi çevresel koşullar kaydedilmek zorundadır. Bakım Tarihi Ekipmanın aşınma ve yağlama probleminden kaynaklanan önceki problemleri bilinmelidir. Bu yeni hedeflerin ve sınırların konulması için gereklidir. Bu sınırlar önceden ikazlı arızalar için yeterli derecede hassas olmalıdır. Yağ Örneğinin Konumu Yağ örneği kolay alınabilecek yerden alınmalıdır. Bu sayede normal çalışma koşulları altında örnekler güvenle ve kolaylıkla toplanabilir. Alınan örneğin ekipmanın koşulu hakkında doğru bilgiyi sağlayabilmesi için aşınmış partikül konsantrasyonu bulunmalıdır. Yağ Testleri Fiziksel yağ testi dört kategoriden oluşmaktadır. Bunlar: 1. 2. 3. 4.

Yağın fiziksel özellikleri Yağın kimyasal özellikleri Yağın kirliliği Aşınmış partiküllerin tespit edilmesi

dir. Yağlayıcının ve ekipmanın sağlık durumu ve durumunun verimli olarak izlenmesi için ekipmana özel test prosedürleri gerekmektedir. Muafiyet testleri ile yağlayıcıdaki değişim nedeninin kökenini belirlenebilir. Yeni Yağ ile İlgili Bilgiler Yağlayıcının fiziksel ve kimyasal özellikleri için bir başlangıç noktası olması açısından yeni yağlayıcıya ait örnek gerekmektedir. Yağın özellikleri çalışma koşulları ve zamana göre değişim gösterir. Bu değişimlerin hesaba katılması için yağlayıcı hedefleri ve alarm değerleri buna göre ayarlanmalıdır. Hedef Değerleri ve Alarm Değerleri Orijinal ekipman üreticileri ( OEM ) ne ait sınırlar ve standartlar hedef ve alarm değerlerinin ayarlanması için kullanılabilir. Çoğu kez sınır değerleri daha önceden kazanılan deneyimlerden belirlenir ve bu deneyim ekipmanın sağlığı ve yağlayıcının durumunda meydana gelen değişimleri belirlemenin en iyi yöntemidir. Veritabanının Geliştirilmesi Ekipman bilgisinin ve ekipmanın belirli bir parçası için hedef ve alarm değerleri arasında toplanan yağ analizi sonuçlarının organize edilmesi için bir veritabanı geliştirilmelidir. Bu

192

veritabanı kullanıcı dostu olmalı ve ekipmanın durumunu kolay anlaşılacak şekilde göstermelidir. 7.4.2 Yağlayıcının Denetlenmesi Ekipmanların birçoğunun güvenilir olarak çalışması uygulama için doğru fiziksel ve kimyasal özelliklere sahip bir yağlayıcı kullanılmasını gerektirmektedir. Sağlığının düzenli olarak izlenmesi gereken ekipmanlarda olduğu gibi yağlayıcılardan düzenli aralıklarla yağlayıcının ömrü boyunca kendisinden beklenilen gereksinimleri karşılayıp karşılamadığının görülmesi için örnek alınmalı ve bu örnek kontrol edilmelidir. Yağlayıcı Gereksinimleri Daha önce bahsedilen ekipmanın denetlenmesi ekipmanın üreticisi tarafından belirlenen gerekli tipteki yağlayıcıya göre bilgi sağlayacaktır. Bu adım yağlayıcının viskozitesinin çalışma sıcaklığı ile olan ilişkisi gibi özelliklerinin kontrol edilmesini içermektedir. Yağlayıcıyı Tedarik Eden Firma Yağlayıcılar bu alanda isim yapmış tedarikçilerden alınmalıdır ki beklenilen kalite elde edilsin. Örneği alınan ve test edilen yağlayıcılar kalitesi için kontrol edilmelidir. Yağın Depolanması Etiketleme gibi organize edilmiş depolama yöntemleri çok önemlidir. Yeni tedarikler için ilk giren ilk çıkar politikası yağlayıcının kullanımı ile gerçekleştirilebilir. Bu bir zaman aralığı boyunca yağlayıcı özelliklerinin bozulması olasılığını azaltır. Taşıma ve Karıştırma Taşıma ve karıştırma yöntemleri öyle bir şekilde yapılmalıdır ki yağlayıcıda hiç kirlenme, karışma veya atık meydana gelmemelidir. Boşaltma, tamamen doldurma ve yağlayıcının değiştirilme tarihleri kaydedilmelidir. Atık Yağ Bir yağlayıcı ömür çevriminin sonuna geldiğinde güvenli bir şekilde bertaraf edilmelidir. Yağlayıcının tipinin tanımlanması için uygun bir etiket yapıştırılmalı ve bu etiket bertaraf yönteminin nasıl olacağını belirtmelidir. Kullanılmış yağlar uzun süre depolanmamalıdır. Temel Özellikler Temel özellikler kısa bir zaman aralığında ekipmanın ve yağlayıcının sağlığı ile ilgili alınan parametrelerdir. Normalde ardışık aylarda alınan üç okuma değeri gelecekteki eğilimlerin karşılaştırılması için yeterlidir. Ekipmanın Değerlendirilmesi Bir yağlayıcının analiz edilmiş bir örneği, ilgili ekipmanın verisiyle birlikte kullanılmadığında sadece kısmi bilgi verir. Bu herhangi bir değişim için olası köken nedenlerini ve görülen sapmaların nedenlerini gösterebilir.

193

Örnek Alma Bir örnek alma prosedürü örneklerin toplanması için yöntemi ve aparatları belirler. Buradaki amaç ekipmandaki ve yağlayıcıda meydana gelen değişimlere göre duyarlı bir örneğin alınmasıdır. Test Etme Bu ekipmanın sağlığı ile ilgili sonuçları vermesi gereken testlerin tiplerini belirler. Muafiyet Testi Ölçülen parametrelerin herhangi birisinde yağ analizi ile bir anormallik tespit edilir edilmez bu bir muafiyet testi ile doğrulanmalıdır. Teşhis perspektifinden bakıldığında bu analiz ve tekrarlanabilirlik için bir ek test olmaktadır. Veri Girişi, Gözden Geçirme ve Raporlama Tüm örneklerin sonucu bir veri yönetim sistemine girilmelidir. Bunlar ortaya çıkma eğilimleri için periyodik olarak gözden geçirilmeli ve ayrıca daha önce toplanan temel veriler ile karşılaştırılmalıdır. Bir tavsiye listesi içeren düzenli raporlar tutulmalıdır. Bu raporda test frekansını ve yağlayıcının ve/veya çalışma koşullarının şu andaki durumunun kabul edilebilir sınırlar içerisinde nasıl iyileştirilebileceği belirtilmelidir. 7.4.3 İzleme İzleme veri toplama ve ekipmanın ve yağlayıcı koşullarının eğilimini öğrenme sürecidir. Bu bilgi bakım etkinlikleri için işletmedeki ekipmanların son derece güvenli, güvenilir ve düşük maliyetle çalışmasını sağlayacak bir kılavuz gibidir. Rutin İzleme Rutin izleme ekipmanın sağlığının takip edilmesinde belirli aralıklarla veri toplanmasını sağlayan sabit bir programdır. Turlar Tur, örnekleme konumu için ekipmanların belirli bir sırayla izlenmesidir. Tur sırası mümkün olan en kısa zaman aralığında güvenli ve engel olmadan veri toplanmasını sağlamalıdır. İzleme Frekansı İzleme frekansı ekipmanın ve yağlayıcının çeşidine bağlıdır. Ancak bu program geliştikçe veya gözlenen koşullarda kötüleşme görüldüğünde değiştirilebilir. Testler Testler herhangi bir yağ analiz programında ekipmanın o andaki durumunu belirleyen altyapıyı oluşturur. Testlerde bir anormallik görüldüğünde hemen doğası gereği teşhis edici olan muafiyet testleri yapılmalıdır. Ayrıca normal olmayan eğilimlerin doğrulanması için bir 194

diğer teşhis tekniği de uygulanmalıdır. Rutin testlerin sonuçları normal olarak 48 saat sonra alınabilir. Ancak acil durumlarda 24 saatte de sonuç almak mümkündür. Bakım Sonrası Yapılan Test Ekipmanın bakımından veya önemli parçaların değiştirilmesinden sonra problemin giderildiğinden emin olunması için belirli yağ testleri yapılmalıdır. Bundan başka başlangıç aşamasında olan hayati öneme sahip olası koşulların tespit edilmesi ve yeni temel değerlerinin alınması da önemlidir. Veri Analizi Belirli bir zaman aralığı boyunca yağ analizi ve bununla ilgili diğer teknikler ile toplanan veriler ekipmana özel bilgi kütüphanesinin oluşturulmasına yardımcı olur. Ekipmanın operatörleri ve atölye personelinin de ekipman ile ilgili deneyimlerine önem verilmelidir. Onların tecrübesi ekipmanın çalışma koşulları ile ilgili bilgileri doğabilecek olası problemlerin çözülmesi için bir zemin oluşturacaktır. Ara sıra nedeni bilinmiyor gibi gözüken tekrarlı problemler toplanan bilgilerle çözülebilir ve böylece köken nedenli analize ulaşılır. Raporlar Tamamlanan tüm turlar, muafiyet testi ve köken nedenli analiz raporlanmalıdır ve uzman kestirimci bakım personeli tarafından kaydedilmelidir. Bu uzman personel tanımlanan anormallik üzerinde düşünmeli ve gereken düzeltici faaliyetleri yapmalıdır. Bu raporlar gelecekte referans olarak kullanılmak üzere organize edilmiş şekilde dosyalanmalıdır. Bu raporlarda: • • • • • • • •

Ekipmanla ilgili özel tanımlamalar Örnekleme tarihi Raporlama tarihi Analizi yapan kişinin adı Ekipmanın ve yağlayıcının şu andaki durumu Öneriler Örnekleme testine ait sonuç verileri Özel açıklamalar

bulunmalıdır. Bilgisayarlaştırılmış bir sistemin kullanılması raporların gereken herhangi bir şekilde tasarlanmasına ve birçok durumda ekipmanın durumu ile ilgili ön izlenim raporunun oluşturulmasına olanak tanıyacaktır. Programın Uygulanması Durum izleme ve kestirimci bakım programlarının esas görevi güvenliği, üretim hedeflerini ve bakım bütçesini etkileyebilecek olan arızaların başlangıcını tespit etmektir. İyi yönetilen programlar bu fonksiyonu yerine getirebilir. Programın başarısı izlenen ekipman sayısı ve önlenebilen duruş sayısı ile ölçülebilir. Ancak bu programlardaki kazancın finansal terimlere dönüştürülmesi genellikle biraz zor olmaktadır.

195

Bu sadece finansal kazançların sürekli desteklenen programlar ile gösterildiğinde ve maliyeti kesen bir kıstas olarak azalma veya kesilme yapılmadığındadır. Bir yağ analiz programına başlamak uygun olarak yürürlüğe konulan programla ilgili tüm maliyet faydalarının belgelendirilmesini gerektirmektedir. 7.5 Yağ Analizi – Örnekleme Yöntemleri Herhangi bir yağ analiz programının en önemli elemanlarından birisi harici kirleticiler tarafından kirletilmemiş bir örneğin alınmasıdır ( gelen atık dışarı çıkar ). Bu mikroskobik aşınmış partiküller için kullanılan bir yağ analizini için anlaşılmak zorundadır ve harici kirleticiler mikroskop altında gözlemlenen sonuçları etkileyebilir. Bu yüzden örnekleme yöntemi, aparat, aksesuar, prosedür ve örnekleme frekansı örneğin bilgi içeriğini belirler ve bu sonrasında faydalı sonuçların nasıl olacağını belirler. Bir örnekleme programı tasarlanırken önemli faktörler ortaya konulmalıdır. Bunlar: • • •

En iyi konum – Birçok durumda bu ekipmana özgüdür En iyi araç – Vakum pompaları, örnekleme şişeleri, vanalar, kapanlar, vb. Kirliliği en aza indirme

dir. 7.5.1 Örnekleme Portunun Konumu Yağ analizini kullanarak bileşenlerin sağlığının teşhis edilmesi daha çok uygun konumlarda örnekleme portlarının açılmasıyla sağlanmaktadır. Bu portlar öyle bir konumda olmalıdır ki her bir bileşenden örnek alınabilsin. Bu arızaların meydana gelmeden önce analitik olarak algılanmasını sağlar ve arıza nedenlerinin kökenine inilmesini sağlar. Basit portlar genellikle primer ve sekonder olmak üzere iki kategoriye ayrılır ( Şekil 7.1 ). Primer Örnekleme Portları Bu porttan rutin yağ örnekleri toplanır. Aşınmış partiküllerin tespit edilmesindeki amaç yağ kirlenmesinin ve yağın fiziksel ve kimyasal özelliklerinin test edilmesidir. Daha önce bahsedildiği gibi bunlar genellikle ekipmanın tipine bağlıdır ve sistemden sisteme değişmektedir. Ancak primer portlar normalde karterin veya rezervuarın tekil geri dönüş hattının gelen akım tarafında bulunurlar. Sekonder Örnekleme Portları Bunlar her bir bileşenin giden akım tarafından örneklerin toplanması için konulmuşlardır. Bunlar yağlama sisteminde gelen akım bileşenlerinin izole edilmesi için kullanılırlar. Aşağıdaki örneği göz önüne alalım. Bir yağ pompası iki yatağa yağ beslesin. Yataklardan boşaltılan yağ kartere girmeden önce tek bir geri dönüş hattına gönderilsin. Ancak ikincil örnekleme portları yağ pompasının giden akım tarafında yataklardan alınan ayrı bir boşaltma hattı üzerinde olmalıdır. Primer porttan alınan örnek bir bozulma eğilimi göstermiyorsa ikincil porttan örnek almaya gerek kalmamaktadır. Fakat bir anormallik görüldüğünde ikincil porttan alınan örnekler

196

problemin kaynağının belirlenmesi için kullanılabilir. Problemli porttan alınan örnekleme frekansı tek başına bileşenin bozulma koşulunun izlenmesi için arttırılabilir.

Şekil 7.1 Örnekleme portlarının konumu

Primer port filtrelerde neler olabileceğini gösterir. Sekonder örnekleme portları ise filtrelerde ne olduğunu gösterir. Bu yüzden ikincil örnekleme portları filtrelerin performansının izlenmesi için kullanılabilir. Bu prosedür bir filtrenin koşulu baz alınarak basınç farkı göstergesinin filtrenin by-pas olduğunu göstermeden uzun bir süre önce değiştirilebilmesine imkan sağlamaktadır. 7.5.2 Örnekleme – En İyi Araçlar Damlama Tüpü – Örneklemesi Damlama tüpü yağ analizi için örneklerin toplanması için kullanılan vakum örneklemesi en basit ve maliyeti en düşük yöntemlerden birisidir. Ancak, bu örnekleme yöntemi kullanıldığı zaman dikkatli olunmalıdır ( Şekil 7.2 ve 7.3 ).

Şekil 7.2 Vakum pompalı örnekleme şisesi

197

Şekil 7.3 Damlama tüplü örnekleme yöntemi

Örnek toplandığı zaman ekipman açılmalıdır ve bu yüzden yağ ortama şartlarına maruz kalacaktır. Bir ekipmanın açılması potansiyel olarak yağa havadan önemli miktarda kirletici gelir ve hasara neden olur. Etkili bir yağ analiz programında en önemli faktör ekipman çalışırken ve normal yük altında iken belirli bir konumdan yağ örneğinin alınabilmesidir. Damlama tüpü yöntemi redüktör tipi elemanlarda kullanıldığında birkaç noktaya dikkat edilmelidir: • • • •

Plastik hortum redüktöre çekilmelidir. Bu örneği alacak kişinin güvenliğinin sağlanması içindir. Büyük bir flaş hacmi gerekmektedir. Aynı konumdan benzer örneğin alınmasının zor olmaktadır. Yüksek viskoziteli akışkanlarda örneklemenin problemli olmaktadır.

Boşaltma Portundan Örnek Alma Daha önce bahsedildiği gibi bir karter veya rezervuardan yağ örneğinin alınması için en iyi konum geri dönüş hattına, dişlilere ve yataklara en yakın olan konumdur. Devir daim yapan sistemler için geri dönüş hattı en ideal konumdur. Karterden toplama yapıldığında yağ karterin yarı derinliğinden toplanmalıdır. Bu kirletici maddelerin aşağıda toplanmasını sağlar ve bu yüzden en alttaki boşaltma tapası örneğin alınması için iyi bir yer değildir. Büyük hacimler flaş edilecekse bile hala güvenilir olmadığından dolayı biraz rahat olması düşünülebilir. Eğer boşaltma portu, redüktörden örneğin alınması için tek yol ise Şekil 7.4 ‘te görüldüğü gibi karterin hem alt hem de yan tarafına konulabilecek tüpler piyasadan emin edilebilir. Bu içeri giren pilot tüpleri, örneğin karterin veya rezervuarın içinden en uygun konumdan alınabileceği şekilde bir konuma yerleştirilebilir. Bu her defasında sistemin içerisinde aynı konumdan örneğin alınabilmesi açısından önemlidir. Bu yöntem damlama tüpü ile örnek alma yöntemine göre daha kararlı ve örneği alınan yağı en iyi şekilde gösterir.

198

Şekil 7.4 Bir redüktöre bağlanan ticari örnek alma tüpü

Örnekleme Valfleri Bunlar piyasada bulunan ve farklı özellikleri bulunan örnekleme valfleridir ( Şekil 7.5 ).

Şekil 7.5 Piyasadan bulunabilen örnek alma valfleri ( Minimess Valfleri – Hydrotechnik )

Bu özel örnek alma valfleri, çek valflere benzerdir. Bu valf normalde kapalıdır ta ki örnek alma portu adaptörü vidalanana veya ittirilene kadar. Yüksek kaliteli örnek alma portlarının ikinci kademede kaçak koruması için o-ring e sahip bir toz kepi bulunmaktadır. Bu adaptörün bir tarafında standart plastik boruların uyduğu bir hortum ucu bulunmaktadır. Adaptör örnek alma portuna vidalandığından dolayı valfteki çek bilyasını yerinden kaldırır ve akışkanın

199

bunun içinden akmasına izin verir. Bu valfler basınçlandırılmamış taşkan hatlarında kullanılabilir ve 35 MPa ‘ya kadar basınçlandırılabilir. 13 MPa ‘nın üzerinde basınçlandırılan sistemler için örnekleme ölçümün güvenli olduğu mesafeden yapılmalıdır. Bunun için basıncı 35 MPa ‘dan 0.35 MPa ‘ya düşüren örnekleme portları ve adaptörleri ile kullanılabilen, elde taşınabilen valflerin kullanılması önerilmektedir. Bu tip bir örnekleme yönteminin bir diğer avantajı da çok az bir statik yağ hacmine gerek duyulmasıdır. Bunun bir sonucu örnek alınmadan önce daha az yağ flaş edilir.

Şekil 7.6 Örnekleme valflerinden yağ örneğinin toplanma prosedürü ( Hydra-Check Vafleri )

Hat üzerinden örnek alınmasını sağlayan bir diğer valf tipi Şekil 7.6 ‘da görülmektedir. Şekil 7.6 ve 7.7 ‘de özel örnek alma vanaları kullanılarak yağdan örnek alınması gösterilmektedir. Burada örneğin alındığı nokta geri dönüş hattı filtresinin girişinde veya girişine yakındır. Aşağıda dört adımlı prosedür tanımlanmıştır: 1. Toz tutucu kapağın çıkarılması 2. Yayla gerilmiş kafanın un 900 döndürülmesi ve valfin flaş edilmesi. Kafa serbest bırakıldığında otomatik olarak kapanmalıdır. 3. Kafa bir daha döndürülür ve örnek alınır. 4. Kafa serbest bırakılır ve toz tutucu metal kapak yerine konulur

Şekil 7.7 Hat üzerinden yağ örneğinin alınmasını sağlayan Hydra-Check® valf

200

Kapan Boru Adaptörleri Bunlar düşey borulardan yağ örneği alınması gerektiğinde kullanılırlar ve temelde taşkan olmayan tipteki uygulamalar içindir. Bu tip borularda yağ genellikle borunun cidarı boyunca spiral çizer. Kapan boru geçici olarak bir baraj formunda ufak bir yağ hacmini tutar. Bu baraj vasıtasıyla borudan zengin veriye sahip bir örnek alınabilmektedir.

Şekil 7.8 Kapan boru adaptörleri

Yağ Örneği Şişeleri Yağ analizi laboratuarları yağ örneği için şişe vermektedir. Tekrarlı saflık konusu örnek şişesine de uygulanabilir. ISO 3722 standardı örnekleme yöntemlerinin saflığı için rehber olmaktadır. Bu standart örnek şişesinin saflık seviyesi için de kullanılabilir. Saflık seviyeleri aşağıdaki gibi sınıflandırılabilir: • • •

Temiz – 10 mikron/ml ‘den daha fazla 100 partikülden daha az Süper temiz – 10 mikron/ml ‘den daha fazla 10 partikülden daha az Ultra temiz – Cam şişeler yıkanır ve temiz bir ortamda kurutulur.

Genel olarak, temiz kategorisi altına düşen şişeler seçilmektedir. Ultra temiz in seçildiği hiçbir nokta yoktur. Bunun nedeni şişenin laboratuarın dışında açılır açılmaz ultra temiz özelliğini kaybetmesidir. Sterilize edilmiş şişelerin yağ analizi açısından hiçbir önemi bulunmamaktadır. Bunlar sadece bakteriden arınmış olduğunu gösterir ve yağ analizi ile bir ilgisi yoktur. Temiz bir şişe 100 partikül>10 mikron/ml ‘ye sahip olmalıdır. Örneğin gereken saflık kodu ISO 19/16 veya ISO 12/9 ise ISO kodu şunları tanımlayacaktır ( 10 mikron boyut aralığı için ): • ISO 19/16 – 1200 partikül > 10 mikron/ml • ISO 12/9 – 9 partikül > 10 mikron/ml Görünüşte temiz şişenin ISO 12/9 spesifikasyonlarını karşılamadığı görülmektedir. Burada ayrıca temiz bir şişenin ISO 19/16 saflık kodu için yeterli olup olmadığı ile ilgili bir şüphe bulunmaktadır. Bu problemi çözmek için sinyal parazit oranı ( SNR ) olarak bir parametre tanımlanmıştır. 201

ISO 19/16 spesifikasyonu için hedeflenen yağ saflık derecesi 1200 partikül>10 mikron/ml dir. Temiz bir şişe için şişenin izin verilen maksimum kirlenme miktarı 100 partikül>10 mikron/ml dir. Bu yüzden SNR bu durumda 12:1 olacaktır. ISO 12/9 spesifikasyonu için hedeflenen yağ saflık derecesi 9 partikül>10 mikron/ml dir. Temiz bir şişe için şişenin izin verilen maksimum kirlenme miktarı 100 partikül>10 mikron/ml dir. Bu yüzden SNR yaklaşık olarak bu durumda 1:10 olacaktır. Elde edilen pratik bilgiler SNR nin en azından 5:1 olmasının gerektiğini göstermiştir. Bu değerden daha düşük olan değerler örnek içerisindeki kirliliği arttıracağından dolayı hatalı okumalara neden olacaktır. SNR değerinin 5:1 olması parazitin ( şişedeki orijinal partiküller ) partikül sayı hassasiyetini kabaca %20 civarında etkileyeceğini göstermiştir. Bu yüzden temiz şişe ISO 19/16 ‘ya uyumludur. Fakat ISO 12/9 için kabul edilemez. SNR ‘nin daha yüksek değerlere sahip olmasıyla şişedeki kirlilik partikül sayısının eğilimine olan etkisi giderek azalmaktadır. Ancak daha saf bir hedef gerekirse yüksek SNR değerlerinin sağlanması daha zor hale gelmektedir. Örnek şişeleri genellikle poli etilen terphalate ( PET ), yüksek yoğunluklu poli etilen ( HDPE ) ve camdan imal edilmektedir. Bunların her birisi akışkanların birçoğu ile uyumludur. Önerilen hacim ise 100 ml dir. PET ve cam şişeler temizdir. Fakat HDPE opaktır ve örneğin anında görsel olarak incelenmesine izin verir. Cam şişeler yüksek oranda saflık sağlarlar. Fakat taşırken büyük bir özen gösterilmelidir. Gereksinime bağlı olarak uygun bir şişe seçilmek zorundadır. Örnek Portunun Tanımlanması Bir yağ analiz programı korozyona karşı dirençli yaftalara sahip örnekleme portlarının etiketlenmesini gerektirmektedir. Bu yaftalara uygun örneğin alınabilmesi için teknisyen tarafından üzerine bilgi yazılmalıdır. Bu bilgiler şunlardır: • • • •

Örnekleme portunun kimliği ( tanımlama ) Makinanın kimliği Yağlayıcının kimliği Hedeflenen saflık seviyesi

Portların etiketlenmesi için bar kodlu tanımlama etiketlerinin kullanılması daha iyi bir yoldur. Partikül sayısı için ISO 4406 Standardı şunu gerektirmektedir: ml Başına Partikül Sayısı Den daha fazla ‘e kadar ve dâhil 80 000 160 000 40 000 80 000 20 000 40 000 10 000 20 000 5 000 10 000 2 500 5 000 1 300 2 500 202

Skala Sayısı 24 23 22 21 20 19 18

640 320 160 80 40 20 10 5 2.5 1.3 0.64 0.32 0.16 0.08 0.04 0.02 0.01 0.005 0.0025

1 300 640 320 160 80 40 20 10 5 2.5 1.3 0.64 0.32 0.16 0.08 0.04 0.02 0.01 0.005

17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0

ISO 4406 kodu ya iki ya da üç boyut aralığını belirler. Skala sayısı her bir boyut aralığında 1 ml ‘deki partikül sayısını göstermektedir. Skala sayıları aralarında ters bölü çizgisi ile raporlanırlar. İlk sırada her zaman için >5 ( veya >2 mikron ) skala sayısı bulunur. 2 – kodlu partikül sayısı Boyut >5 >15

Sayı 3600 28

Skala 19 12

ISO Kod = 19/12 3 – kodlu partikül sayısı Boyut 2 >5 >15

Sayı 11893 3620 28

Skala 21 19 12

ISO kod = 21/19/12 ISO partikül kirlilik kodu partikül sayısının raporlanması için partikül sayısı sonuçlarının sınıflara veya kodlara dönüştürülmesini önermektedir. Bir kod sayısının bir sonrakine artış göstermesi partikül kirlilik seviyesini iki katına çıkarır. ISO kodu skala sayısı toplam partikül sayısını veya verilen boyut aralığından daha büyüğünü baz almaktadır.

203

Boyut aralıkları yakın zamanda 4, 6 ve 14 mikrona güncellenmişti. Şu anda eski aralıklar olan 2 ( resmi olmayan ), 5 ve 15 mikron da kullanılmaktadır. Laboratuarlar örneğin mili litre hacmi başına olan sayı veya 100 mili litredeki sayıya göre rapor oluşturmaktadır. Bunun yanında her bir aralıktaki sayılar kümülatif ( aralığa eşit veya aralıktan daha büyük toplam partikül ) veya fark ( sadece bir aralıkta ve sonrakinde ) olarak da raporlanabilir. Örneğin 5/15 kod sistemi ile, bir 2 aralığında, 100 mili litredeki kümülatif sayı ISO 14/12 ‘ye göre 5 mikron veya daha büyük boyutta 8000 ila 16000 partiküle sahip örneği temsil etmektedir. Bu örnekte 15 mikron veya daha büyük boyutta 2000 ila 4000 partikül bulunabilir. 7.5.3 Örneğin Kirlenmesini En Aza İndirmek Yağ örneği, toplama süresince veya toplamadan sonra atmosferdeki partiküllerin meydana getireceği kirlilikten korunmalıdır. Yağ örneğinde kirleticinin kirletilmesini önlemek için özel ilgi gerekmektedir. Eğer atmosferik elemanlar yağ örneğini kirletiyorsa kirleticilerin ayırt edilmesi son derece zor hale gelmektedir. Yağ analizi programı bu problemden dolayı büyük ölçekte aksayabilir. Kirliliğin azaltılması için birçok teknik bulunmaktadır. Bunlar: • • • •

Sertifikalı şişe saflığı Prob tüplü şişe ataşmanları ( şişe kapakları hiçbir zaman çıkarılmaz ) Yayvan örnekleme valfinin flaş edilmesi Taşınabilir aygıtların sık olarak temizlenmesi/flaş edilmesi ( örn: damlama tüpü vakum örnekleyicileri )

Yukarıda bahsedilen prosedürlerden herhangi birisinden olan hafif bir sapma yağ analiz programının bütünlüğünü bozabilir. Yağ örneği toplamanın ve harici kirlenmeyi önlemenin birçok özgün yolu bulunmaktadır. Bu yöntemlerden birisi Şekil 7.9a-c ‘de gösterilmektedir. Bu resimler harici çevrenin şişenin içeriği ile nasıl temasa geçmesine izin verilmediğini göstermektedir. 7.5.4 Yağ Örneklemesinin Özeti Yağ analiz programının en önemli parçası örnekleme sürecidir. Bu programın etkinliğinde önemli bir rol oynamaktadır. Fakat aşırı bir özen ve sistematik bir yaklaşım gerektirmektedir. Bu aşağıdaki yaklaşımları ve rehberleri içermektedir: • • • • • • •

Örnekleme frekansı Örneğin alınmadan önceki flaş edilmesi gereken miktarı Yağ örneğinin elde edilme yöntemi Örnekleme için kullanılacak araçlar Örneğin nasıl etiketleneceği Muafiyet testleri için rutin yöntemler ve gereksinimler Ekipmanın güvenilirliğinde ve örneğin bütünlüğünde artış sağlayan özel işaretler

Uzmanlar şişede yağ örneğinin kalitesinden emin olunması için harcanacak nakit ve zamanın günün sonunda yağ analizinin faydaları gözden geçirildiğinde kendisini amorti edeceğine inanmaktadır. Son olarak en iyisi yağ örneklemesi yapan kişilerin uygun olarak eğitilmesidir. Fakat örnekleri toplayan bir çift kirli el bu faydaları yok edip atmaya yetmektedir. 204

(a)

(b)

(c) Şekil 7.9 Harici kirliliğe meydan vermeden yağ örneklerinin toplanması

7.6 Yağ Analizi – Yağlayıcının Özellikleri Yağ analizi aslında iki tip analizin bir kombinasyonudur. Bunlardan birisi yağlayıcının kendisidir ve diğeri de yağlayıcının içerisindeki kirleticilerin analizidir. Yağlayıcının test edilmesi aslında yağda herhangi bir bozulmanın teşhis edilmesidir. Bazı kirleticiler dâhili 205

olarak oluşur ve bazıları da çevreden kaynaklanır. Testler çevreden kaynaklanan kirleticiler üzerine odaklanmaktadır. Bu kısımda yağlayıcı yapısının analiz edilmesine odaklanılmıştır. Yağ özünde bir kimyasal akışkandır, fiziksel ve kimyasal özelliklerini gösteren bir sayı ile tanımlanmaktadır. Bir sonraki kısımda yağlarla ilgili ve bunlardan türetilebilen olası bilgiler ile ilgili test listesi ve testlerin tanımları açıklanmıştır. Bu testlerden elde edilen sonuçlar yağın durumunun ekipmanın işleyişini nasıl etkilediğini göstermesi açısından kıymetli bir bilgi sağlamaktadır. 7.6.1 Görünüş, Renk ve Koku Bu en temel ve basit testtir ve fiziksel yöntemler ile yapılmaktadır: • • • • •

Yağ temiz ve puslu olmalıdır. Pusluluk veya bulanıklılık yapıda suyun bulunduğunu göstermektedir. Asılı kalmış kirleticiler aşınmanın göstergesidir. Köpüklenme çalkalanma veya anti köpük ajanlarının bittiğini gösterir. Yağlar genellikle ağır bir kokuya sahiptir. Yanmış veya sert koku oksitlenmenin habercisi olabilir. Normalde sarıya çalan renkte olan yağlar parlak temiz ise koyu kırmızı renkte görülürler. Bunun nedeni oksitlenme ve büyük çaptaki kirlenmedir.

7.6.2 İnorganik Asitlik Suda çözünen güçlü mineral asitlerinden arınmışlık için yapılan bir testtir. 7.6.3 Organik Asitlik Bu test yapıda organik asitlerin olup olmadığını tespit eder ( suda çözünemeyen fakat alkolde çözünebilen ). Yapıda bulunan asitler katık olarak eklenebilir veya oksidasyon süresince şekillendirilebilir. 7.6.4 Toplam Asitlik Bu inorganik ve organik asitlerin toplamıdır. Bu testin sonucu nötralizasyon değeri veya toplam asit sayısı ( TAN ) olarak referans alınır. TAN, yağın temel ayıraçla reaksiyona girme yeteneğidir. Bu test sistemin asitlik seviyesini ölçmektedir. Sistemin asitlik seviyesi zamanla artar ve bu artış bu testle tespit edilebilir. Buna ek olarak bazı kirlilik formları asitlik seviyesini arttırmaktadır. TAN ‘ı belirlemek için belirli bir miktardaki yağ, nötrlenmiş benzen ve fenol fitalin benzeri alkol içeren bir indikatör karışımı ile seyreltilir. Bu karışım ardından iyonik desi normal potasyum hidroksite karşı titre edilir. Sonuç 1 g yağın nötrlenmesi için gereken mili gram cinsinden KOH sayısı ile verilir. Bu yüzden TAN KOH/gm-yağ mili gram olarak tanımlanan bir sayıdır. TAN da daki artış genellikle başlangıçta yavaştır. Fakat bundan sonraki artış biraz daha hızlı olabilir.

206

7.6.5 Özgül Ağırlık Bir yağın özgül ağırlığı yoğunluğunun suyun yoğunluğuna göre olan oranıdır. Bu sadece yağın orjini hakkında şüpheye düşüldüğünde kullanılır. Bir yağ daha hafif veya daha ağır ürünler ile büyük oranda saflığı bozulduğunda bu test bitmiştir. Aksi halde bu özelliğin yağlayıcının performansına bağıl olarak çok az etkisi bulunur. 7.6.6 Kinematik Viskozite Kinematik viskozite muhtemelen yağlayıcı olarak kullanılan herhangi bir mineral yağın en önemli özelliğidir. Viskozite yağın akmaya karşı gösterdiği direncin ölçüsüdür. Normalde özel bir uygulama için kullanılan herhangi bir yağın viskozite aralığı uygulamanın özellikleri ile ayarlanır. Viskozite artabilir veya azalabilir. Yağın oksitlenmesi viskozitesini arttırır. Sürekli proseslerde yağın oksitlenmesi önlenememektedir. Fakat artış hızı şu şekilde belirlenebilir: • • •

Hava ile olan temas hızı Daha yüksek çalışma sıcaklığı Bakır, demir, kurşun, çinko gibi soy metallerin ve nemin katalitik etkisi

Oksidasyondan ötürü viskozitede artış meydana geldiğinde asitlikte de artış meydana gelir. Bunun nedeni yağın oksitlenmesinin asit oluşumunu meydana getirmesidir. Viskozitedeki artış normal değerinden %5 fazla ise muhtemelen oksidasyon meydana gelir. Ancak, anma değerinden yaklaşık olarak %10 ‘luk bir artış halen kullanılabilir. Viskozitenin azalmasının nedeni: • • •

Daha düşük viskozitedeki yağda büyük kirlilik olması Benzin gibi hafif bir hidrokarbonun seyretilmesi Viskozite indeksi iyileştiricilerinin eklenmesi

olabilir. Hidrokarbonun seyreltilmesi sonucu viskozitede azalma meydana geldiğinde yağın flaş noktasında da bir düşüş meydana gelir. Yağ için kinematik viskozite normalde 40 ve 100 C0 ‘de belirlenir. Kinematik viskozite için kullanılan birim cSt dir. 7.6.7 Viskozite İndeksi Viskozite indeksi ( VI ) bir akışkan için viskozite ve sıcaklık arasındaki bağıntıdır. Bu yağın sıcaklığındaki değişimden dolayı viskozitesindeki değişim oranı olarak tanımlanmaktadır. Yağlama yağının viskozitesi sıcaklıktaki değişim ile değişecektir. Değişim hızı yağın kompozisyonuna bağlıdır. Naftanik bazlı yağlar parafinik bazlı yağlara göre daha fazla değişim gösterir. Belirli sentetik yağlayıcılar parafinik yağlara göre daha az değişir. VI ‘nın düşük olması sıcaklıkla viskozitede büyük bir değişimin meydana geldiğini ve yüksek VI sıcaklıkla viskozitede daha az değişimi gösterir. Bu yüzden bir yağın viskozitesi yağlama yağının ekipmanın çalışma karakteristikleri veya devreye alınmasını etkileyen sıcaklıktaki fark edilir değişimin olduğu uygulamalar için önemlidir. Bir geminin güvertesindeki ekipman ve belirli acil durum ekipmanları bu gibi durumlar için örnektir.

207

7.6.8 Parlama Noktası Flaş noktası, akışkanın anlık yanmasının ( parlama ) koruyacak olan minimum sıcaklıktır. Fakat sürekli yanma önceliklidir ( alevlenme noktası ). Parlama noktası alevin ve petrol bazlı ürünler ile ilgili patlama zararlarının önemli bir işaretçisidir. Kullanılmış yağlarda bu seyreltme ile ilgilidir. Bunların parlama noktası daha düşüktür. Yüksek sıcaklıklarda bazen yağda kırılma meydana gelir ve bu parlama noktasını düşürebilir. 7.6.9 Akma Noktası Akma noktası bir yağın veya damıtılmış yakıtın düşük sıcaklıklarda serbest olarak akabilme yeteneğinin göstergesidir. Bu tavsiye edilen koşullar altında yağ soğutulduğunda akışkanın akacağı en düşük sıcaklıktır. Yağların birçoğunda bu akma noktası düşürücü katıkları kullanılarak akma noktasının mümkün olduğu kadar aşağı çekilmesidir. 7.6.10 Bakır Şeritle Korozyon Testi Bir petrol ürününün saf bakırı korozyona uğratma eğiliminin ölçülmesi için kullanılan bir testtir. Bakır sülfür bazlı korozif bileşenlere karşı çok hassastır. 7.6.11 Köpüklenme Zenginleştirilmiş, kirlenmiş veya oksitlenmiş yağlara hava üflendiğinde köpürme gözlenir. Bu test yağın köpüklenme sınırının içinde olup olmadığının kontrol edilmesi için yapılır. Köpüklü yağlar defolu yağlardır. Hava ve yağın karışımı bir sünger ile karşılaştırılabilir. Bu yataklarda yükü alma kapasitesine sahip değildir. Köpüğü önlemek için silikon anti köpük ajanı olarak eklenir. 7.6.12 Sabunlaşma Numarası Sabunlaşma sayısı yağın tamamen sabunlaşması için gerekli olan KOH miktarının ölçüsüdür. Sabunlaşma sayısı KOH/gm mg yağ ile ifade edilmektedir. Yapıda asitlerin, yağların ve oksitlenmiş ürünler varsa bu testle ortaya çıkmaktadır. Sülfür bileşenleri veya halojenler gibi malzemeler yapı içerisinde var ise dönüştürülmesinde dikkat edilmelidir. Bunlar ayrıca sabunlaşma sayısını arttırma eğiliminde olan KOH ile de reaksiyona girer. 7.6.13 Pas Önleme Karakteristiği Türbin veya hidrolik yağlar gibi yağların birçoğuna kullanıldıkları yerde su ile temasa geçtiklerinde çeliği paslandırmamaları için katkı maddeleri eklenir. Bu test pasın önlenmesi normal veya zararlı ise bunu belirlemek için kullanılır. 7.6.14 Demülsife Sayısı Bu suyun, yağdan ne kadar hızlı ayrıldığının bir ölçüsüdür. Demülsife sayısı yağın belirlenen koşullar altında dövüldükten sonra tekrar ayrışması için geçen saniye olarak zamandır. Bu türbin yağları için yaygın olarak kullanılan bir testtir. Fakat yaşlanmaya karşı duyarlıdır. 7.6.15 Oksidasyon Testleri Serviste kullanılan yağların kararlılık karakteristiklerinin belirlenmesi ve karar verilmesi için bir dizi oksidasyon testi yapılır. Bunlar ayrıca yağlarda kullanılan anti oksidantların veriminin 208

belirlenmesine de yardımcı olur. Bu indikatörler asitlik, viskozite, çamur değerindeki atık karbon miktarının artması veya azalması olarak ölçülür. Bunun yanında korozyon ürünleri ve toplam oksidasyon ürünleri de ölçülür. Aşağıda yaygın olarak kullanılan oksidasyon testleri verilmiştir. Döner Vizör ile Oksidasyon Kararlılığı ( D–2272 ) Türbin yağları veya diğer yağlarda oksidasyon test ömrünün ölçülmesi için kullanılır. Kullanılmış yağlarda kalan oksidasyon test ömrü vizör testi süresince basınç düşümü ile alınan oksijenin ölçülmesiyle belirlenebilir. Kullanılmayan Türbin Yağlarının Oksidasyon Testleri ( D–943 ) Türbin yağları veya diğer yağlarda oksidasyon test ömrünün ölçülmesi için kullanılır. Bunun yanında kullanılan yağların daha ne kadar kullanılabileceği de kontrol edilebilir. 7.6.16 Pompa Aşınma Testi ( D–2282 ) Bu test sabit bir süre için standartlaştırılmış basınç koşulları altında Vickers-Detroit ( veya benzeri ) kanatlı pompa kullanılarak hidrolik akışkanların anti aşınma özelliklerini belirlemek içindir. Pompadaki çalışan parçalardaki ağırlık kayıpları ve akışkanın debisindeki düşüş belirlenir. 7.6.17 Emulsiyon ve Demülsife Karakteristiği Bu test, belirlenen koşullar altında suyun yağdan ne kadar hızlı ayrılabildiğini ölçmektedir. Yağ standartlaştırılmış mekaniksel karışma koşulları altında suyla ayrışır, yağ ve suyun ayrılma zamanı kaydedilir. Bu test genelde türbin ve hidrolik yağlarına uygulanmaktadır. 7.6.18 Nefes Alma Değeri Bu yöntem yağın içerisindeki havanın çıkarılabilme yeteneğini ölçmektedir. Bu daha çok hidrolik ve türbin yağlarında kullanılmaktadır. Havanın çıkma değeri yağdaki hava için test koşulları altında hacimde %0.2 düşüş olduğu zamanki dakika sayısıdır. 7.6.19 Salmastra Uyumluluğu Bu yöntem hacimde ve shore sertliğinde değişim söz konusu olduğunda nitril kauçuk salmastra malzemelerinin petrol bazlı yağlarla olan uyumluluğunu belirler. Bu test süresince nitril kauçuk numunenin başlangıçtaki hacmi ve sertliği belirlenir. Numuneler bunda sonra 80 C0 ‘deki yağın içerisine daldırılarak 100 saat beklenir ve ardından oda sıcaklığına soğutulur. Hacim ve shore sertliği tekrar ölçülür ve aradaki fark kaydedilir. 7.6.20 FZG Testi ( FZG – Niemon EP Testi ) Bu yöntem bir EP dişli test çevriminden yararlanmaktadır. Bu testin amacı dişli yanarı üzerindeki yük sınırlarını, yüzeylerin birbirini ezmesini ve çizilme sınırlarını basamak adımı şeklinde artış gösteren yüklemeler ile dişli çarklardaki ağırlık değişimlerini standart koşullar altında belirlemektir.

209

7.6.21 pH Değeri pH değeri hidrojen iyon konsantrasyonunun bir ölçüsüdür ve akışkanın asidik, nötral veya bazik olup olmadığını belirtir. pH ölçümleri bazen kalite kontrolü içinde kullanılır. Fakat durum izleme açısından bakıldığında bu o kadar da önemli değildir. 7.6.22 Su İçeriği Yeni yağlayıcılarda su bulunmamaktadır. Servis süresince bunlar buhar türbinlerindeki soğutucular ve labirentlerden gelen suyla temasa geçebilir. Su ise yağı bulanık hale getirmektedir. Çatlama testi ( 120 C0 sıcaklıktaki bir sıcak plaka üzerine birkaç damla yağın bırakılması ) yağın yapısında suyun olup olmadığını belirler. Bu test su içeriği 100 ppm den fazla olduğunda hassastır. Eğer su içeriği yeteri kadar yüksekse yağın köpürmesine ve çamurlanmasına neden olacaktır. Sudaki çok küçük izler Karl Fischer veya Dean ve Stark yöntemi ile tespit edilebilir. Karl Fischer – ASTM D-1744 Bu test 50 ppm ‘den ( %0.005 ) az olan su içeriğinin belirlenmesini sağlar. Türbin sistemlerinin analizinde, servo sistemlerde ve düşük su toleransının olduğu diğer sistemler için kullanılır. Dean ve Stark Yağ, 100 ila 120 C0 arasındaki bir sıcaklıkta ksilen veya toluen gibi suda çözünmeyen çözücüler ile refluks altında ısıtılır. Bu çözücü suyla eş olarak damıtılır. Bu buhar ardından bir kapan içerisinde yoğunlaştırılır. İkisinin çözünmemesi yağdan çıkarılan suyun miktarının belirlenmesine yardımcı olur. 7.6.23 Ateşe Dayanım Hidrolik Karakteristikleri Ateşe karşı dirençli hidrolik yağlar su içinde yağ veya yağ içinde su emülsiyonlarıdır. Su glikoller veya iyonik olmayan sentetik akışkanlar hidrolik sistemlerde ateş alma riski olmayan her yerde kullanılabilir. Ateşe karşı direnç karakteristiği bu durumlarda önemli bir özelliktir. Bu özellikle üç test ile belirlenmektedir: 1. Kendinden ateşlenme sıcaklığı 2. Sprey ateşleme sıcaklığı 3. Alev yayılma testi Bu akışkanın ve kömür tozunun karışımında yapılır. Kendinden Ateşlenme Sıcaklığı Bu testin amacı atmosferik basınçtaki bir hidrolik akışkanın kendiliğin ateşlenmesi için gereken en düşük sıcaklığın belirlenmesidir. Sıcaklık-Basınç Sprey Ateşleme Testi Bu testin amacı bir hidrolik akışkanın, akışkan üç farklı ateşleme kaynağı üzerine püskürtüldüğü zaman alev alma yeteneğinin belirlenmesidir.

210

Akışkan ve Toz Kömürü Karışımında Alevin Yayılma Testi Alevin yayılması 75 g kömür ve 37.5ml akışkan karışımında ölçülür. Bu test suni havalandırma olmadan ortam sıcaklığında kapalı bir ortamda yapılır. 7.6.24 Sülfatlanmış Kül Bu test yağın içerisindeki kül miktarını belirler. Yağ ilk önce yakılır ardından kalanı sülfirik asit ile işlenir ve kuruması için buharlaştırılır. Kül içeriği kütlenin yüzdesi ile ifade edilmektedir. Bu değer organo metalik katıkların doğasını ve miktarını belirlemektedir. Bu daha çok yatak külü içeren yağlayıcıların kalite kontrolü veya kirleticilerin için test yapılmasında kullanılmaktadır. 7.6.25 Elektriksel Dayanım Elektriksel dayanım testi yağların elektriksel yalıtım özelliklerinin ölçülmesi için kullanılmaktadır. Bu test belirlenen koşullar altında elektriksel gerilimdeki düşüş ile belirlenir. Bu özellik kirlilikten ve su, nem, oksitlenmiş mineral ve lifli malzemelerden kolaylıkla etkilenmektedir. Birçok kez yağın sıcak vakum koşulları altında filtrelenmesiyle bunun önüne geçilebilir. 7.6.26 Özgül Direnç Özgül direnç tavsiye edilen koşullar altında verilen bir anda Amper/cm2 olarak akım yoğunluğunun numuneden paralel olarak geçen akımdaki Volt/cm olarak DC potansiyel oranıdır. Bu sayısal olarak sıvının 1 cm3 ‘ündeki zıt yüzeyleri arasındaki dirence eşittir. Bu ohm – cm olarak ifade edilmektedir. 7.6.27 Dielektrik Güç Kaybı Katsayısı Dielektrik güç kaybı katsayısı, kapasitörün dielektriği yalnızca yalıtım yağından ibaret olduğunda uygulanan gerilim ve sonuç olarak π/2 radyan olarak sapma gösteren akım arasındaki faz farkına eşit olan açının tanjantıdır. Bu özellikler yalıtım yağının yaşlanma karakteristikleri ile ilgilidir. 7.6.28 Ara Yüz Gerilimi Bu platin telden yapılan düz bir halkanın yüzey gerilimi yağ-su yüzeyinden daha yüksek olan bir sıvının içerisinde iken yüzeyden ayrılması için gereken kuvvettir. Bu Newton/metre olarak ölçülmektedir. Kullanılmış yağın ( örneğin kullanılmış transformatör yağı ) oksidasyon boyutunun belirlenmesi için bu test çok kullanışlıdır. Bu değer kullanım boyunca zamanla azalmaktadır. 7.6.29 Aşırı Basınç Özellikleri Aşırı basınç ( EP ) katıkları metal parçaları üzerinde kompozisyonu bozar ve yüzeye yapışma ile koruyucu bir tabaka oluşturur. Bu anti aşınma katıkları orta dereceli sıcaklıklarda ve basınç ortamlarında işlev görürken EP katıkları daha uç koşullarda etkili olmaktadır. Molibden di sülfit ve grafit katıkları anti tutucu ajanları olarak bilinen anti aşınma katıklarının özel bir formudur. Bunlar grafit veya molibden di sülfit birikimi ile metal parçaların üzerinde koruyucu bir tabaka oluştururlar. Anti tutucu ajanları sıcaklıktan ve basınçtan bağımsız olarak

211

çalışmaktadır. Genel olarak motorlarda, yardımcı güçlü direksiyon sistemlerinde transmisyon akışkanı olarak ve çekicilerde hidrolik akışkanı olarak kullanılmaktadır. EP katıkları daha çok dişli yağları, metal kesme sıvıları ve bazı hidrolik sıvılarında kullanılmaktadır. Timken OK Değeri Bu test yağlayıcıların EP karakteristiklerini belirler ve test bloğu üzerinde metalin çizilmesine izin vermez. Dört Küre Yöntemi ( Ortalama Hertz Yükü ) Bu test çevrimi ağır bir yük altında çelik küre yüzeylerinin skarlaşma ve tutukluğunu belirler. 7.6.30 Çözünmeyenler ( Pentan ve Hegzan ) Bu test kullanılmış yağlardaki kirleticiler için yapılmaktadır. Yağ ilk önce pentan ile seyreltilirek belirli oksidasyon reçineleri için yağın çözücülüğünün kaybolmasına ve bunun yanında kir, kurum ve aşınmış metal gibi yabancı maddelerin çökelmesine neden olur. Bunun ardından çözünmeyen pentan oksidasyon reçineleri ( önceden benzen kullanılırdı ) ile çözünen toluen işlenir. Kalan katılar çözünmeyen toluen olarak adlandırılır. Çözünmeyen pentan ve çözünmeyen reçineler olarak adlandırılan çözünmeyen toluen arasındaki fark ağırlıktadır. 7.6.31 Toplam Baz Sayısı ( TBN ) TBN genellikle motor yağları ile ilgili bir özelliktir. Bu yağın asidi nötrleştirmesi olarak da tanımlanmaktadır. TBN ne kadar yüksek olursa bununla daha fazla asit nötrleştirilebilir. Bu ayrıca alkali rezervi olarak da ele alınır ve yağ içerisindeki aktif deterjan miktarı ile doğru orantılıdır. Yeni motor yağları genellikle üreticisine ve kullanım amacına bağlı olarak 5.0 ila 15.0 arasında TBN değerine sahiptir. Yağ kullanılmış olduğunda asitlerle kirletilir ve TBN düşer. Genel olarak TBN seviyesi 3.0 altında olduğunda çok düşük kabul edilir ve yağın değiştirilmesi gerektiğini gösterir. TBN nin azalmasının bir nedeni düşük kaliteli yüksek sülfür içerikli yakıtla ilgilidir. Yanma prosesi süresince bu sülfür sülfirik asite döner ve daha sonrasında TBN azalmasını hızlandırır. Aşırı ısınma ve değiştirme aralıklarının uzaması yağın oksitlenmesine neden olmaktadır. Oksidasyon ürünleri asidiktir ve TBN nin düşmesine neden olacaktır. 7.6.32 TAN-TBN Oranı TAN kendi başına motor yağının koşullarını belirleyen bir sınır değerdir. Bunun nedeni farklı kimyasal karakteristiklerin kombinasyonuna sahip olmasıdır. Modern motor yağlarındaki anti aşınma katıklarının asidik doğası başlangıçta daha yüksek TAN değerine neden olur. TBN ile karşılaştırma yapıldığında TAN dan daha fazla yarar sağlanmaktadır. Yağın kullanımı süresince TBN azaldıkça TAN artmaktadır. Bu iki sayının karşılaştığı noktada belirli bir yük altında belirli bir motor için optimum yağ değişimi aralığı görülebilir. Çalışmalar TAN değerinin TBN değerini geçtiğinde motorun aşınma hızının anormal derecede arttığını göstermektedir.

212

7.7 Yağ Analizi – Yağlayıcılardaki Kirleticiler Bazı kirleticiler dâhili olarak oluşurken diğerleri çevresel kaynaklıdır. Çevreden veya yakıt, kir, su, yakıt kurumu ve oksidasyon ürünleri, azot oluşumu, sülfat oluşumu veya diğer kaynaklar dışından oluşmaktadır. Entegre olarak oluşan kirleticiler bileşenlerin aşınmasından meydana gelen partiküllerdir. Bu tip kirleticilerin analizi ekipmanın sağlığının bir göstergesidir ve bakımın programlanmasında temel oluşturabilir. 7.7.1 Harici Kaynaklardan Meydana Gelen Kirlenme Yakıt, kir, su, yakıt kurumu gibi kaynakları da içeren harici kaynaklardan dolayı yağlama yağında oluşan kirlenmedir. Yağın görevini doğru olarak yerine getirebilmesi için yağ analizinde önemli nedenlerden birisi budur. Kirlilik laboratuar analizi ile tespit edilebilir ve bakım prosedürleri ile kontrol edilmek zorundadır. Yağın harici kaynaklardan dolayı kirlenmesi yağın ömrü süresince herhangi bir anda meydana gelebilir. Bu problem için yeni yağ eş değer olarak uygundur. Drumlardaki taze yağ genellikle taze ve temiz olarak kabul edilir. Ancak, yeni yağın rezervuara transfer edilme prosedürü olası kirlilik kaynakları için denetlenmelidir. Bu bağlamda kirlilik için bakılacak benzer alanlar aşağıda tanımlanmıştır. Tedarikçi firmadan alınan yağ kirlidir. Yağ rafineriyi terk ettiğinde zaten kirlenmiş durumdadır. Kirlilik taşıma süresince de meydana gelir. Yüksek temizlikte yağların üretilmesi herhangi bir yağ üreticisi için çok zordur. Tesis içi depolama ve taşıma yağı kirleten bir diğer önemli kaynaktır. Yağ drumları genellikle kirliliğe neden olacak şekilde depolanmaktadır. Bazen sadece yağın bir kısmı drumdan pompalanmaktadır. Pompalar bunun ardından bu durumdan diğer druma gönderilir ve drumlar uygun olarak kapatılmazlar. Yapılan tüm etkinlikler kirliliğe neden olmaktadır. Sadece bir yağ tipinin diğer yağ tipi ile karıştırılması değil aynı zamanda atölye zemininden, sudan, hava kaynaklı tozlardan ve artık maddelere de maruz kalmaktadır. Ekipman kendi başına bir diğer olası kirlilik kaynağıdır. Bir vent, nefeslik, filtreler ve salmastralar olası tüm kirlilik kaynaklarıdır. Açık ventler hava kaynaklı partiküller veya su için bir kanal oluşturmaktadır. Nefeslikler ve filtreler dış ortamdaki kirleticileri sistemden uzak tutmak üzere tasarlanmışlardır. Benzer olarak hasarlanmış veya amacına uygun olarak çalışmayan salmastralar da kir veya su partiküllerinin sisteme girmesine izin vermektedir. Yağmur veya temizleme prosedürleri süresince su kolaylıkla yolunu bularak yağ sistemine girmektedir. Yağ yakıt, glikol veya soğutucu ile özellikle motorlarda temasa geçebilir. Uygun olmayan veya arızalı ekipman bu ürünlerin sisteme girmesine, kirliliğe ve çalışma koşullarının tersine dönmesine neden olabilir. Bundan başka fakir yanma yağda kurum seviyesinin yükselmesine neden olacaktır. Bu tip bir kirliliği önlemek için aşağıdaki adımlar takip edilmelidir. Yağın saflığı için spesifikasyonlar yağın tedarikçisi tarafından sağlanmalıdır. Tedarikçi bunun ardından yağı filtreleyebilir veya spesifikasyonları karşılaması için herhangi bir ön işlemeyi yapmak zorunda olabilir. Bu yüzden yeni yağın kaynağının temiz olduğundan emin olunur. Tüm yeni yağlar temiz ve kontrollü bir ortamda depolanmalıdır. Buna ek olarak depolama konteynırlarının tümü düzgün olarak işaretlenmelidir. Yağları taşımak için kullanılacak olan konteynırlar temiz olmalı ve sadece bir yağlayıcı için kullanılmalıdır. İlave yağlayıcıları için yağ tenekeleri, şişeleri ve pompaları için aynısı kullanılmalıdır. Ventler, nefeslikler, filtreler ve salmastralar ortamdaki kirleticilerden arınmış olduklarına dair kontrol edilmelidir. 213

Nefesliğe ve filtreye sahip olmayan ekipmanlar da hesaba katılmalıdır. Nefeslikler ventlerin yerine kullanılabilir ve filtrelerin kullanılması ek koruma sağlayabilir. 7.7.2 Farklı Harici Kirleticiler Sisteme bir kez girdi mi yağlama sürecini kötü olarak etkileyebilecek farklı harici kirleticiler bulunmaktadır. Buna ek olarak kirlilik ekipmanın hasarlanmasına da neden olabilir. Partiküller Yağlardaki esas harici kirleticiler partiküllerdir. Partikül artışı aşınma ve oksidasyon hızını arttırır. Bu yağın içerisindeki katkı maddelerinin verimini düşürmektedir. Yağlayıcı içerisinde geçen partiküller ekipman ve hidrolik sistemin tipine göre tektir. Örneğin motorlarda görülen partiküller şu şekildedir: Yakıt Kurumu ( Dizel Motorlar ) Kurum viskoziteyi arttırır ve çamur ve vernik oluşumuna neden olarak katkı maddelerinin işlevlerini yerine getirmesini önler. Bu yapısal olarak çizilme ve aşınma meydana getirebilecek şekilde kazıyıcı etkinliğe sahip olabilir. Yanma verimi motorlarda kurum oluşumunun kalitesini belirler. Yanma veriminin düşük olması daha fazla kurum oluşmasına neden olur. Kurum genellikle dizel motorlarda toplam katıların ana içeriğidir. Kurum seviyesinin yükselmesi hava-yakıt karışımının uygun olmaması, aşınmış veya yapışmış segmanlar, yüksek sıcaklıkta çalışma, çekme veya boşaltma aralıklarının uzatılmasından kaynaklanmaktadır. Toplam katı içeriğinde yakıt kurumunun miktarının belirlenmesi için kızılötesi ışın analizi kullanılmaktadır. Oksidasyon ve Azotlama Ürünleri Yağın kompozisyonu oksidasyon ve azotlama gibi kimyasal reaksiyonlardan dolayı değişebilir. Yağ bu tip reaksiyonlara karşı katkı maddeleri ile donatılmıştır. Ancak, aşırı ısınma, yağ boşaltma sürelerinin uzatılması ve yüksek sülfür içerikli yakıtlarda kaçağın fazla olması katkı maddelerini pasifleştirebilir ve bu reaksiyonlar meydana gelebilir. Bu yağın aşırı derecede kalınlaşmasına, metal korozyonuna ve vernik oluşumuna neden olur. Normal katıların test edilmesinde kötü bir koşul tespit edildiğinde oksidasyon ve azotlamanın derecesinin ölçülmesi için kızılötesi analiz yapılmalıdır. Kir ve Diğer Çevresel Atıklar • •

• •

214

Kir içeriği genellikle yağ içerisindeki toplam katıların ufak bir yüzdesini oluşturmaktadır ve silikon için bir spektro-kimyasal analiz ile miktarı belirlenebilir. Kir motor yağında aşınmış metal partiküllerinin ana kaynağıdır. Tespit edilen kir ile gözlenen aşınmış metal miktarı arasında doğrudan bir ilişki bulunmaktadır. Ancak kir ( veya diğer herhangi bir partikül ) parçaları birbirinden ayıran yağ filminden daha kalın olmadıkça aşınmaya neden olmaz. Partikül boyutunun ve kir miktarının mümkün olduğu kadar düşük tutulması çok önemlidir. Ufak boyutlu kir partiküllerinin daha yüksek konsantrasyonda bulunması yığılma ve kazıma aşınmasına neden olabilir. Silika ( quartz olarak da bilinir ) kir bileşeni kazıma aşınmasına neden olur. Silika, metal oksitlerle birleştiğinde silikat oluşur ki bu kumun temel maddesidir ve neredeyse tüm kayaların yapısında bulunmaktadır.

• •

•

Silika karbon ile birleştiğinde zımpara olarak bilinen bir aşındırıcı meydana getirir. Bunun sertliği elmasla karşılaştırılabilir seviyededir. Silika, silikon di oksit ( SiO2 ) olarak adlandırılan bir silikon oksittir. Yağ analiz laboratuarları kir için doğrudan analiz yapmamaktadır. Laboratuarlar tarafından tespit edilen silikon, silikon di oksittendir. Bu yüzden laboratuarın değerleri yağ içerisindeki silika miktarını göstermektedir. Basitleştirmek için silikon kir için kullanılan bir diğer terimdir. Yağlarda anti köpük özellikleri için kullanılan silikon katıkları ve yeni döküm proseslerindeki kum silikanın olası diğer kaynaklarıdır.

Nem Su ileride aşınmayı hızlandıracak olan oksidasyon ve pas oluşumuna neden olur. Nem ayrıca yağın yağlayıcı özelliklerini de etkiler. Nem yağlanmış yatak sistemlerine farklı yollardan girer ve çözünür askıda kalır veya suyun yağdan kolayca ayrılmasına neden olur. Çözünen ve asılı kalan su yağlayıcıdaki katkı maddelerinin ve baz yağın hızlı bir şekilde oksitlenmesine neden olur. Bunlar yağlayıcının performansını düşürür. Su rulmanın bilya yüzeylerine girdikçe hidrojen gevrekliğine neden olur. Bu rulmanın ömrünü önemli derecede azaltmaktadır. Nemden kaynaklanan diğer aşınmalar ve korozyon süreçleri tüm rulmanlarda ve kaymalı yataklarda yaygın olarak görülmektedir. Nem kirliliğine karşı en iyi koruma hedeflemekten, ayırma ve tespit etmekten ( TED ) oluşan üç adımlı, proaktif bakım stratejisidir. Hedef Genel bir kural olarak, yağlayıcının performansı ve rulmanın ömrü söz konusu olduğunda birçok uygulama için 100 ppm bir normal kirlilik sınırıdır. Ancak bazı uygulamalarda suyun girişi kaçınılmazdır ve bu durumlarda daha yüksek bir sınır değerin seçilmesi daha pratiktir. Ayırma Bu rulman yataklarındaki salmastralar ve nefesliklerin daha etkili olarak kullanılması ile yapılabilir. Kanatlı valf stili kurutucu nefeslikler nemli hava girişinin ve yoğunlaşma/yüzey emiliminin olabileceği yerlerdeki havalandırılmış sistemlerde etkilidir. Eğer yağlayıcı içerisinde nem süspansiyonuna izin verilirse suyu ayıklayan filtreler ve/veya santrifüj gibi ayırıcılar kullanılabilir. Tespit Etme Tespit etme yukarıda bahsedilen testlerle mümkündür ve bunun için piyasada taşınabilir cihazlar bulunmaktadır. Yağlayıcıların ve rulman gibi ekipman bileşenlerinin ömürleri daha çok yağ içerisindeki nem seviyesinin düşürülmesine bağlıdır. Yakıt Kirliliği Yakıt kirliliği yağın viskozitesinin aniden düşmesine neden olur ( yağlayıcıyı incelttiğinden ötürü ). Bu katkı maddelerini seyreltir, aşınmayı arttırır ve ayrıca alev riskini ortaya çıkarır. Motorlarda yağın fazla seyrelmesi tercih edilmez. Bunun nedeni viskoziteyi ve bunun yanında yağ filminin direncini düşürmesidir. Seyrelmenin esas nedenleri arızalı yakıt püskürtme sistemi, arızalı veya boğulmuş hava girişi, çok düşük çalışma sıcaklıklarından kaynaklanan kötü yanma, ayarsız supaplar veya yetersiz sıkıştırmadır. Kullanılmış motor yağının seyrelmesi gaz kromotografisi ( GC ) veya Fourier transform kızılötesi spektroskopi ( FTIR ) kullanılarak ölçülebilir. En yaygın teknik belirli bir

215

sıcaklıkta yağın parlama noktasının ölçülmesidir. Parlama noktası tespit edildiğinde seyrelme miktarı yüksektir ( %4 ‘den fazla ), eğer değilse seyrelme makul seviyedir ( %4 ‘den az ). Glikol Kirlenmesi Glikol kirlenmesi aşınmayı, korozyonu ve oksidasyonu arttırır. Glikol herhangi bir soğutucunun ve anti friz akışkanının önemli bir içeriğidir. Soğutucu kirlenmesi herhangi bir yağlayıcı sistemine ciddi bir tehlike oluşturur. Az miktardaki anti friz şiddetli korozyonlara neden olabilir. Bu özellikle kirliliğin motorun sızdırmasına neden olabileceği krank yatakları ve biyel yataklarında zararlı olabilir. Glikol bir sisteme farklı kaynaklardan giriş yapabilir. Teorik olarak diğer problemlerin tümü komple bir inceleme ile karşılaştırıldığında en düşük bakım faaliyeti ile düşürülebilir. Bir glikol kirliliği tespit edildiğinde aşağıdakiler kontrol edilmelidir: • • • • • •

Yağ soğutucularının kaçak yapması Arızalı segmanlar Silindir kapağı contalarının kaçırması veya silindir kapağının kırılmış olması Islak silindir gömleklerinde segmanların veya contaların kaçırması Motor bloğunun kırılması Yeni yağın kirli kaplar tarafından kirletilmesi

Su/glikol kaçaklarının tespit edilmesi testlerin bir kombinasyonunu gerektirmektedir. Bunlardan birincisi suyun çıtırdaması testidir. Bu çok yüzeysel bir testtir ve bir damla yağın sıcak bir yüzey üzerine damlatılması ile yapılır. Eğer yağ sıçrıyor veya balon yapıyorsa yapıda su bulunuyor demektir. Suyun içerisindeki yağ içeriği %0.1 ‘den fazla ise çıtırdama meydana gelir. Buradaki dezavantaj tespit edilen suyun soğutucunun kirliliğinden kaynaklanacağı gibi yoğuşma olayı sonucu da olabileceğidir. Burada bir olasılık daha bulunmaktadır. Yağın içerisinde soğutucu olsa bile yüksek motor sıcaklıklarında buharlaşmadan ötürü su tespit edilemeyebilir. Bu yüzden bu test dikkatlice yapılmalıdır. Su miktarı Karl Fisher test aygıtı kullanılarak hassas bir şekilde ölçülebilir. Glikolun tanımlanması için son test, bir kimyasal testtir. Bu test, bir kimyasal solüsyonu içerisinde bulunan yağ örneğinin sallanması ve renginin gözlenmesidir. Bu testte 300 ppm geçilmişse sonuç pozitiftir. Yani yağda glikol bulunmaktadır. Bu seviyedeki bir glikola karşı acil önlem alınmalıdır. Spektro-kimyasal analiz eser miktardaki glikolun tespit edilmesi için elverişlidir. Potasyum, sodyum ve bor çoğu soğutucunun formülasyonunda bulunan metalleridir. Bunlara motor yağında rastlanılması glikolun kendi başına tespitini sağlayabilir. Bu veri genellikle bakım personeline var olan bir problem için yeterli bilgiyi vermektedir. Glikol kirliliğinin izlenmesi için bu yöntem kullanıldığında bazı şeylere dikkat edilmesi gerekmektedir. Bazı yağlarda sodyum ve/veya bor yağın katkı maddelerinin içerisinde kullanılmaktadır. Eğer bu katkı maddeleri kullanılırsa motor yağındaki sodyum ve bor seviyeleri referans alınarak kontrol edilmelidir. Eğer yukarıdaki seviyelerden fazla miktarlar var ise bu glikol kirliliğine katkıda bulunur.

216

Dâhili Olarak Oluşan Kirleticiler Bir önceki bölümde harici kirleticiler incelenmişti. Fakat bunu yanında aşınmış, yıkanmış ve yağlayıcıdan uzaklaştırılmış sistemin içinde çevrim halinde olan partiküller de bulunmaktadır. Genellikle partikül kirliliği kendi kendine meydana gelen farklı tipteki aşınmaların nedenidir. Birincil tip aşınmaya, her birisinde görülen en yaygın neden ile aşağıda değinilmiştir. Bu aşınma mekanizmalarının her birisi bileşenin daha fazla hasar görmesine neden olacak partikül kirliliği meydana getirmektedir. • • • •

Kazıma aşınması Yapışma aşınması Erozif aşınma Yorulma aşınması

•

Korozif aşınma

Hareketli bitişik iki yüzey arasındaki partiküller Yüzey yüzeye temas ( yağ filminin kaybolması ) Partiküller ve yüksek akışkan hızı Partikülün zarar verdiği yüzeylerin tekrarlı gerilimlere maruz kalması Su veya kimyasallar

Kazıma Aşınması Bu tip bir aşınma bileşen yüzeyinde sert pürüz uçları veya yağın içerisine girmiş olan farklı tipteki partiküller ( pas, kir veya metaller ) tarafından oluk açılmasıyla meydana gelir. Bu partiküller çok ufak olduğunda bu olay abrazif erozyon ( özellikle hidrolik sistemlerde yaygın olan ) olarak bilinmektedir. Bir filtreleme işlemi kullanılarak kazıma aşınması azaltılabilir. Bu ayrıca havalandırma, nefeslik ve salmastraların düzgün olarak çalıştıklarından emin olunması açısından da önemlidir. Yapışma Aşınması Bu metalin metale temas etmesi sonucu oluşan aşırı ısınma veya yetersiz yağlama koşullarının bir sonucudur. Bunun sonrasında yumuşak metalin ağır metalin üzerinde birikmesiyle ( demir üzerinde alüminyum, çelik üzerinde kurşun ) mikro kaynak oluşumu meydana gelir. Sonuç olarak kesişimlerde bir kesilme ve metal partiküllerinin transferi meydana gelir. Kavitasyon Akışkan düşük basınçlı alana girdiğinde baloncuklar oluşur. Ancak akışkan tekrar yüksek basınç alanına girdiğinde sıkışan hava veya gaz baloncukları bir araya gelmeye başlar. Sistem bileşenlerinin iç yüzeyine çarptıklarında kırılmalar ve karıncalanma meydana gelir. Yağın köpüklenme karakteristiğinin bir anti köpük katkısı ile kontrol edilmesi kavitasyonun düşürülmesine yardımcı olmaktadır. Korozif Aşınma Bu kimyasal veya galvanik reaksiyon sonucu meydana gelmektedir. Bunun sonucunda malzeme bileşenin yüzeyinden ayrılmaktadır. Korozyon asidik oksidasyonun doğrudan bir sonucu olabilir. Gelişigüzel elektrik akımı da korozyona neden olabilir. Suyun veya yanma ürünlerinin bulunması korozif aşınmaya zemin hazırlar. Bu durumda korozyona karşı dirençli malzemelerin kullanılmasından sakınılmalıdır ve bunun yanında yağın içerisine nötrleştirici katkı maddeleri katılmalı ve yağ belirli aralıklarla değiştirilmelidir.

217

Korozyonun bir diğer şekli de yüzey temasındandır. Neredeyse statik temasta olan iki yüzey arasında malzemenin yüzeyden ayrılır. Fakat mekanik titreşime ve salınıma maruz kalmaktadır. Bu temas korozyonu veya aşındırma korozyonu olarak adlandırılmaktadır. Sonuç olarak belirli partiküllerin oksidasyonu bulunmaktadır. Bu yüzden demir malzemeler için bir kızıl güç birikmesi bulunmaktadır. Mekanik salmastralarda teflon kama gibi ikincil bir salmastra ve mil kovanı arasındaki aşınma, aşındırma korozyonuna bir örnektir. Kesme Aşınması Yumuşak bir yüzey üzerine aşındırıcı bir parça kendiliğinden gömüldüğünde kesme aşınması meydana gelir. Ekipmanın dengesiz veya ayarsız oluşu kesme aşınmasına katkı sağlayabilir. Uygun filtreleme ve bakım kesme aşınmasının düşürülmesi için kaçınılmazdır. Yorulma Aşınması Bileşenin yüzeyindeki kırıklar partikül oluşumuna neden olduğunda meydana gelir. Yetersiz yağlama, yağlayıcının kirlenmesi, titreşim, yüksek basınç, yüksek sıcaklık ve diğer agresif koşullar yorulma aşınmasını teşvik eder. Kayma Aşınması Bu tip aşınma ekipmanın gerilimi süresince meydana gelir. Ekipmanlar yüksek devirlerde veya yüklerde çalıştıklarında kayma aşınması meydana gelir. Aşırı yükleme durumunda oluşan fazla ısı yağ filmini kırar ve metalin metale temas etmesine neden olur. Kayma aşınması ayrıca durgun bir parçanın hareketli bir parça ile temas haline geçmesiyle de meydana gelmektedir. Elektriksel Aşınma Elektriksel arklardan kaynaklanan erozyon bu tip bir aşınmadır. Arklar motorlar ve alternatörlerde yetersiz elektrik yalıtımından meydana gelmektedir. 7.8 Partikül Analiz Teknikleri Kirleticiler sisteme girdikten sonra bileşenleri aşındırmaya ve arızaya sokmaya meyillidirler. Ancak bu kirleticiler yakalanır ve ardından analiz edilirse bunların kaynaklarını öğrenmek ve meydana getirebilecekleri hasarı tahmin etmek mümkün olabilmektedir. Bu kirleticileri analiz etmek için spektrometrik analiz, kızılötesi analiz, partikül sayma, aşınma partikül analizi gibi yöntemler kullanılabilir. Her bir tekniğin kullanılabileceği uygulamalar ve kendi sınırları bulunmaktadır. Bu sınırlar diğer tekniklerin kullanılması için kompanze edilebilir. Bu yağ analizini güçlü bir kestirimci bakım aygıtı haline getirmektedir. 7.8.1 Spektrometrik Analiz Spektrometrik analiz partikül analizinde kullanılan esas tekniklerden birisidir. Bu teknik daha çok ufak aşınmış metal partiküllerin ve katkı maddelerinin eğilimi, ana elemanlar ve olası kirleticilerin tanımlanması için kullanılmaktadır. Bir spektrometrik analizin sonuçları tipik

218

olarak ppm olarak raporlanmaktadır. Spektrometrik analiz yağ içerisinde bulunan daha ufak parçaları izlemektedir. Büyük aşınmış metal partikülleri ise tespit edilememektedir. Spektrometrede yağ ışık vereceği noktaya kadar elektriksel olarak uyarılır. Yanmış yağ içerisindeki her bir element karakteristik renk ve frekansta ışık yaymaktadır. Renklerin şiddeti dijitalleştirilmiş verilere çevrilmektedir. Bu testten alınan tipik bir raporun satırlarında endüstriyel dişli yağı ve hidrolik yağlar için dokuz büyük aşınmış metal listelenmelidir. Otomotiv yağları için on iki elemanlı bir test yapılmaktadır. Bilgisayar taze yağ örneği içerisindeki aşınmış metal parçası miktarlarını ve hatta benzer ekipmanlardaki örnekleri de karşılaştırmaktadır. Bunun yanında bilgisayar aynı ekipmandan aşınma eğiliminin öğrenilmesi için alınan önceki örnekleme sonuçlarını da karşılaştırmaktadır. Aşağıda spektrometrik analiz ile tespit edilebilen elementler ve bunların olası kökenleri listelenmiştir. Aşınmış Elementler Alüminyum

Olası Kökeni Pistonlar, yataklar, blovır/turbo kompresörler, pompa kanatları, eksenel kovanlar ve yataklar, bloklar, yağ pompası kovanları, yatak kavramaları, çarklar, rotorlar Krom Ringler, konik rulmanlar, gömlekler, egzos vanaları, soğutucu, kollar, makaralar, dişlilier, miller, anti sürtünme yatakları Bakır Rulmanlar, eksenel yataklar, kovanlar, yağ soğutucuları, yağ katıkları, pim kovanları, kam kovanları, supap düzeneği kovanları, governör, yağ pompası, yönlendirme diski, pompa itme plakları ve pistonlar, enjektör kalkanları, ıslak kavramalar Demir Silindirler, krank milleri, supap düzeneği, piston segmanları, kavrama, pistonlar, ringler, dişliler, yataklar, gömlekler, miller, plakalar, kam milleri, pompalar, silindir delikleri ve kollar, yağ devir daim sisteminin boruları ve bileşenleri Kurşun Yataklar, benzin katıkları, yağ katıkları Magnezyum Yağ deterjanı, yağ alkalin rezervi Molibden Yağ katığı, sürtünme düzenliyicileri Nikel Alaşım, dişli kaplama, supap kılavuzları ve ring bantları, miller, anti sürtünme yatakları Gümüş Pim kovanları, anti sürtünme yatakları, gümüş lehimi Kalay Yataklar, piston kaplama, bronz alaşımı ( bakır/kalay ), kovanlar Silika ( silisyum – Conta sızdırmazlığı, yağ anti köpük katığı, anti friz katığı silikon ) Çinko Anti aşınma yağ katığı ( çinko di alkil dio fosfat ), yağ devir daim sistemlerinde galvanizlenmiş parçalar Ancak her yağlayıcı katkı maddesi içermektedir. Katkı maddeleri spektrometrik yöntem ile tespit edilen elementlerin görüntülenmesini sağlar. Aşağıda katkı maddelerini içeren bazı elementler verilmiştir. Tespit edilen katkı elementleri yağlayıcının kıvamını izlemek için katkı maddesinin etkinliğine karşı olarak kullanılabilir. Baryum ( Ba ) Deterjan veya dispersan katığı Nor ( B ) Aşırı basınç katığı Kalsiyum ( Ca ) Deterjan veya dispersan katığı Bakır ( Cu ) Anti aşınma katığı Kurşun ( Pb ) Anti aşınma katığı

219

Magnezyum ( Mg ) Molibden ( Mo ) Fosfor ( P ) Silisyum ( Si ) Sodyum ( Na ) Çinko ( Zn )

Deterjan veya dispersan katığı Sürtünme düzenliyicisi Korozyon önleyici, anti aşınma katığı Anti köpük katığı Deterjan veya dispersan katığı Anti aşınma veya anti oksidant katığı

Spektrometrik analizde takip edilen en yaygın elementler demir, kurşun, kalay ve bakırdır. Soğutucu kirliliği sodyum ve bor konsantrasyonlarının izlenmesi ile tespit edilebilir. Kir silisyumun izlenmesi ile tespit edilebilir. Bu analizin esas odak noktası olası kirleticilerin tanımlanması olduğu kadar aşınmış ufak partiküllerin ve katkı maddelerinin ana içeriklerinin toplanma eğilimini anlamaktır. Spektrometrik analiz boyutu 5 mikrondan daha az olan partiküller için verimlidir. Spektroskopinin yağ örneğindeki büyük partiküllerin tespit edilmesinde duyarlı olmadığı unutulmamalıdır. Maalesef, büyük partiküller olağan dışı koşula veya açınma modunu daha iyi göstermektedir. Kabarma, aşırı kayma aşınması ve kesme aşınması gibi en şiddetli aşınma modları spektroskopi testleri ile fark edilemeyecek büyük partiküller oluşturmaktadır. Büyük kirletici partiküller ayrıca spektroskopi ile de takip edilmektedir. Spektrometrenin tespit edebilme kapasitesinin kaybolduğu partikül boyutu spektrometrenin tipi ve modeli gibi bir dizi faktöre bağlıdır. Ama yine de genellikle spektrometrenin 5–10 mikron aralığında bu yeteneğini kaybettiği görüşü hâkimdir. 5–10 mikrondan büyük partiküllerinde değerlendirilmesi için diğer yöntemlerde göz önünde bulundurulmalıdır. Daha büyük partiküller için: • • • •

Asit çürütme yöntemi Mikro dalga çürütme yöntemi Doğrudan okuma ( DR ) ferro grafisi Rotrode filtre spektrografisi ( RFS )

teknikleri kullanılabilir. İlk iki yöntemin kestirimci analiz aracı olarak birlikte kullanılması zordur. Bunun nedeni harcanan zamanın ve maliyetin yüksek olmasıdır. Bu yöntemler örneğin toplam konsantrasyonlarına ait bir liste vermektedir. Asit çürütme yöntemi orijinal örnekteki büyük ve ufak partikül oranlarını verir. Fakat mikro dalga çürütme yöntemi ile bu elde edilemez. DR ferro grafi olarak adlandırılan üçüncü yöntem yağlama yağındaki hem ufak hem de büyük demir partiküllerine karşı duyarlıdır ve döner ekipmanda anormal aşınma ile karakterize edilebilecek bir oran belirleyebilir. Ancak DR ferro grafi halen manyetik ayırmaya dayanmaktadır ve bu içerisinde demir bulunmayan tüm boyutlardaki partiküllerin veya kum ve kir gibi metalik olmayan büyük inorganik parçaların bulunduğu örnekte büyük bir dezavantajdır. Rotrode filtre spektroskopisi ( RFS ) ilk kez 1992 ‘de kullanılmıştır. Bu spektrometrik teknik kullanılmış yağ içerisindeki büyük ve kaba aşınmış metalleri ve kirleticileri tespit etmektedir. 25 mikron boyuta kadar olan tüm partiküller aşırı aşınma durumunun ilk habercileridir. RFS düşük maliyetli ve etkili bir ferro grafi yöntemidir ve demir, demir olmayan ve kirletici elementleri ( genellikle 12 element ) tespit edebildiğinden dolayı DR ferro grafiğe göre daha

220

iyidir. Büyük malzemelerin tespit edilme verimliliği partikül boyutu çapta 25 μm nin üzerine çıktığında gittikçe kötüleşmektedir. Bunun hassasiyet aralığı %15 ‘tir. Daha önce bahsedildiği gibi spektrometrik analiz tekniklerinden olan atomik emilim spektroskopisi ( AAS ) ve inductively coupled plasma ( ICP ) tekniği 5 mikronun üzerindeki partiküllere duyarlı değildir. Döner disk elektrotlu ( RDE ) spektrometrelerin çalışma aralığı biraz daha yüksektir. Fakat bunların en üst sınırı ise 10 mikrondur. RDE spektrometresinde bir karbon disk dönen milin uç tarafına bastırılmaktadır. Belirli bir hacimdeki yağ örnekleme şişesinden örnekleme şişesinin kapağına dökülür ve öyle bir şekilde konumlandırılır ki döner diskin alt tarafı yağdan geçer. Döner karbon diskin üstü ile karbon çubuk elektrodunun ucu arasında bir ark boşluğu meydana gelir. Bu boşluk üzerinden meydana gelen elektrik boşalması döner disk üzerinde yapışmış halde bulunan yağı buharlaştırır. Yayınan ışıkta yağ örneğindeki elementlerin dalga uzunluğu karakteristiklerini içermektedir. Spektrometrenin merceği ve elektronik devresi bu dalga boylarını belirleyebilir ve 30 veya 40 saniyede ppm olarak 20 elemente kadar rapor hazırlayabilmektedir. Bu karbon diskler rotrode olarak da bilinmektedir. Bundan sonraki yenilikler daha büyük aşınma partiküllerini tespit edebilen rotrode filtre spektroskopisi ( RFS ) olarak adlandırılan yeni bir tekniğin ortaya çıkmasını sağlamıştır. RFS, RDE ‘de kullanılan karbon disk elektrotlarının doğal olarak gözenekli olduğu gerçeğini kullanmaktadır. Diskleri tutmak için bir aparat kullanılmaktadır ( Şekil 7.10 ). Disklerin iç taraflarına vakum uygulandığında disk elektrotların dış çevresinden yağ örnekleri çekilir.

Şekil 7.10 RFS örneğinin hazırlanma aparatı

Bunun ardından yağ bir çözücü ile yıkanır, diskin kurumasına izin verilir ve partiküller dış çevrede bırakılır. Bu sayede RDE spektroskobuna ark verildiğinde bunlar buharlaşabilir ve tespit edilebilir. Pratikte bir yağ analizi ilk önce çözünür ve küçük aşınmış partiküllerin analiz edilmesini sağlayan RDE tekniğini kullanarak kontrol edilmelidir. RFS kullanılarak ikinci bir analiz yapılmalı ve ardından daha büyük boyuttaki partiküllerin miktarı belirlenmelidir. Bu iki test örneğin içerisinde aşınmış partiküllerin boyut dağılımı ile ilgili bir işaret sağlar. Bu yüzden daha büyük partiküllerdeki ani açılma RFS yöntemi kullanılarak hızlıca tespit edilebilir.

221

Yağ örneğindeki çözünmüş ve ince partiküllerin sıradan RDE testleri ile büyük partiküllerin sonuçları birleştirildiğinde incelenen ekipmanın aşınma analizi ile ilgili komple bir fikir elde edilebilir. Bu tekniğin ekipman arızalarının izlenmesi için kullanılmasında güçlü bir araç haline getirilmesini sağlayan birkaç tane avantajı bulunmaktadır. Anormal aşınma modlarının birçoğu konsantrasyonda ve aşınmış partiküllerin boyutlarında önemli bir artışa neden olmaktadır. Rotrode filtre spektroskopisi hızlı ve verimlidir. Laboratuara giren her yağ örneğinin standart ayırma testi için kullanılabilir. Bu veri kirlilik analizi içinde mükemmeldir. Bunun nedeni silisyum gibi büyük kirletici partiküllerin ana kompozisyonlarının sağlanmasıdır. Bu gerçeğin faydalı bir özelliği elementin katık paketinden ( köpük giderme için silikon polimeri ) veya kirleticiden ( kum/kir partikülleri ) gelip gelmediğinin belirlenebilmesinin mümkün olmasıdır. 7.8.2 Kızılötesi Analiz Kızılötesi ( IR ) analiz, spektrometrik analizin bir emilim biçimidir. Bu teknik belirli elementlerin tespit edilmesi için kullanılan bir atomik emilim tekniği değildir. Fakat buna rağmen belirli kombinasyonları veya fonksiyonel gruplar olarak adlandırılan atom gruplarını tespit eder. Farklı fonksiyonel gruplar malzeme özelliklerinin belirlenmesinde ve bunların davranışlarının tahmin edilmesinde yardımcı olmaktadır. Belirli kızıl ötesi dalga boyları her bir fonksiyonel grup tarafından emilmektedir. Bu yüzden uygun bir dalga boyu analizi yapılacak örnek üzerine yönlendirilir ve örnek tarafından emilen enerji miktarı ölçülür. Emilen enerjinin miktarı örneğin içerisinde bulunan özel fonksiyonel gruplar için varlığının belirlenmesini sağlar. Bu yüzden sonuçların değerlendirilmesi mümkün olabilmektedir. Ölçüm birimi genellikle emilim biri ( AU ) ile ifade edilmektedir. Yağ örneğindeki fonksiyonel grupların varlığı ( veya yokluğu ) ve bunların miktarları yeni veya kullanılmış yağ hakkında yararlı bilgiler sağlamaktadır. Yağın fiziksel kompozisyonunun, yağlayıcı içerisindeki katkı maddelerinin tanımlanması ve hatta kirletici olup olmadığı ve yağın yaşlanmasını tanımlamak mümkün olmaktadır. Fiziksel Kompozisyon Yağlayıcıların birçoğu baz stok ve özel katkı maddelerinden oluşmaktadır. Farklı baz stoklar IR analizi kullanılarak anlaşılabilir. Bu kalitenin sağlanması süresince gerekebilir. Ayrıca bu mineral yağlı sentetik yağların kirlenmesinin algılanmasında da yararlıdır. Katık Kimyası Herhangi özel bir katkı maddesinin olması ve miktarı bu tekniğin kullanılması ile kolaylıkla belirlenebilir. Ancak karşılaştırma için yağdan orijinal örneğin alınması gerekmektedir. Özel katkı maddelerinin bittiğinin belirlenmesi bu tekniğin kullanılması ile doğrulanabilir. Not: Katık veya katık tükenme miktarı yağ içerisinde bulunan katkı metallerinin miktarı ile ölçülmektedir. Bu metallerin belirlenmesi için kullanılan testlerin yanıltıcı olması mümkündür. Katkı metalleri normal şartlar altında +%20 ve -%20 arasında kolaylıkla dalgalanabilir. Katkı maddelerinde bulunan bakır gibi elementlerin birçoğu ekipman bileşenlerinde de bulunmaktadır. Bunun bir sonucu olarak bir katkı metalinin kaybolması ve dâhili bileşenden ikincil bir kazancın sağlanması söz konusudur. Sonuçta katık metalinin gerçek kaybını tespit etmek mümkün olmayabilir. Bunun yanında yağın belirli özellikleri karşılayabilmesi için farklı türde ve miktarda katkı maddesi kullanılabilir. Bu yüzden katkı

222

maddesinin belirlenmesi için metal seviyesinin tespit edilmesi yağın içerisindeki katkı maddesinin faydasını yansıtmak zorunda değildir. Kirlenme Oksitlenmiş yağlar IR analizi kullanılarak teşhis edilebilir. Bu teknik ayrıca yakıt, glikol veya su ile yağın kirliliğinin tespit edilmesi için de kullanılabilir. Kimi zaman bir fabrika tarafından üretilen özel kimyasallar yağlayıcı içerisinde kendi yollarını bulabilmektedir. Bu tip bir kirlilik de meydana gelebilir. Yağlama Yağının Bozulması Oksidasyon ve bunun sonucunda oluşan ürünler yağın bozulmasına neden olmaktadır. Oksidasyon aşırı seviyede olduğunda ekipman bileşenlerinin yüzeylerini korozyona uğratma eğilimindedir. Ayrıca yağın azotlanması da mümkündür ve azot katılaşmasının meydana geldiği doğal gaz yakıtlı motorlarda bu yaygındır. Vernik oluşumu, çamur oluşumu, yapışkan segmanlar, cila oluşumu ve filtre tıkanması gibi problemler oksidasyon ve/veya azotlanma problemlerinin olduğu sistemlerde meydana gelmektedir. Sülfitlenme yağın içerisindeki ürünlerin yanma sonucu kaçak yapmasının bir sonucudur. Bu yanma ürünleri ( ve yakıt kendi başına ) sülfür içermektedir. Sülfür aşırı derecede korozyona neden olabilecek asidik ürünlerin oluşmasına neden olmaktadır. Bu ürünlerin oluşumu sülfitlenme olarak adlandırılmaktadır. Bu ayrıca yağın bozulmasına da neden olur. Fourier Transform – Kızılötesi Analiz IR analizi ilk kez 1979 yılında kullanılmıştır. Bu başlangıçtaki yöntem birkaç sene sonra daha verimli, hassas ve kullanımı daha kolay olan Fourier Transform Kızılötesi analizi ( FT-IR ) olarak adlandırılan bir enstrümanla değiştirilmiştir. Bu teknik ile kullanılmış yağ filminin üzerine bir ışık demeti düşürülür ve ardından dalga boyları örnek tipinin yeni yağı vasıtsıyla yansıtılan ışık ile karşılaştırılır. TEmel bilgilerinin elde edilmesi için yeni yağdan örnek alınmalıdır. Sonuçta kullanılmış yağlar her zaman temel değerleri için referans olabilir. Alınan değerler arasındaki farklılıklar kullanılmış yağın bozulma seviyesine göre bilgi sağlayacaktır. FT-IR ‘de ilgilenilen değişimler veya farklılıklar kurum, oksidasyon, sülfür ürünleri ve azotlanmadır. FT-IR enstrümanı ayrıca su, glikol ( anti friz ) ve yakıtın yapıda olup olmadığının tespit edilmesi için de kullanılabilir. Su, glikol veya yakıtın yapıda bulunma ihtimali varsa kirletici için ayrı fiziksel testlerin yapılması gerekmektedir. Ayrıca bu teknik nadiren de olsa yağlayıcının optimum ömrünün tespit edilmesi içinde kullanılmaktadır. Başlangıçta yağ 50 saat gibi kısa aralıklarla sürekli olarak test edilir. Yağlayıcının ömrü tahmin edildikten sonra yağın test edilmesi veya değiştirilmesi için yeni bir frekans belirlenir. IR analizi günümüzde yağlayıcı koşullarının belirlenmesi için endüstride kabul görmüş en iyi yöntemdir. Bu yöntem yağ içerisindeki katkı maddelerini ve yağın kendi başına etkin koşullarını inceler. Bu teknik diğer testler ile elde edilemeyecek şekilde yağlayıcının gerçek ve tam analizinin yapılmasını sağlar. Partikül Sayma Partikül sayma aşınmış metal analizi ile birlikte kullanılan bir tekniktir. Aşınmış metal analizi tüm partikülleri ölçememektedir. Bu yüzden aşırı partikül kirlenmesi, eğer partikül sayma yağ analiz programının rutin bir parçası değil ise göz ardı edilebilir. Elde edilen bilgi eğer aşırı aşınma veya kir girişi meydana gelmişse bunların belirlenmesi için önemlidir. Partikül boyut

223

dağılımının analiz edilmesi için birçok yöntem bulunmaktadır. Bunlar farklı prensiplere dayanmaktadır ve aşağıda tablo halinde listelenmiştir. Partikül sayma, bir örneğin içerisindeki 5 ila 100 mikron arasında ( nadiren de 200 mikron ) boyuta sahip tüm partikülleri takip eder. Ancak partikül sayma bulunan malzemelerin kompozisyon farkını vermez. Tüm partiküller bir partikül boyut aralığında sayılır ve raporlanır. Ölçme Tipi Optik

Elektrik Geometrik Yer çekimi Siklonik Manyetik

Karakteristik Özellik Ölçme Tekniği Resimleme ışığı düşürme, HIAC Mikroskobu ışığın kırılarak dağıtılması ROYCO ROYCO ( gaz ) Lazer Direnç Coulter Ekran Elekten geçirme Sedimentasyon Andreason Atalet Donaldson Alpine Aşınmış partikül Ferro grafi

ve

Partikül sayma tekniklerinden birisinde bir katı faz lazerinden alınan ışık akışkanın üzerindeki algılama alanının aydınlatılması için kullanılmaktadır Yoğun demetten geçen partiküller tarafından dağıtılan ışık, demete göre doğru açılarda toplanır ve foto algılayıcı üzerine odaklanır. Önceden seçilen ayrım seviyelerindeki tüm pulslar sayısal bir forma dönüştürülür. Sayısal formatta pulslar partikül boyutlarının belirlenmesini sağlayacak şekilde sayılabilir. Diğer bir teknikte partikül sayıcı yağ üzerinden bir lazer demetinin geçirilmesiyle çalışmaktadır. Partiküller lazeri bloke eder ve özel detektörler tarafından tespit edilmeleri önlenir. Bu aygıtın birkaç tane sınırlaması bulunmaktadır. Bu aygıt koyu yağlarda ( örn: kurum içeren motor yağı ), aşırı derecede kirlenmiş yağlarda veya su içeren örneklerde ölçüm yapamamaktadır. Bazen bu testten yağın temizliğinin test edilmesinde yararlanılmaktadır ve motorla ilgisi olmayan tüm örneklerde kullanılmaktadır. 7.8.3 Aşınmış Partikül Analizi/Ferro Grafi Aşınmış partikül analizi ( WPA ) veya ferro grafi, malzemenin kompozisyonunun belirlenmesi için mikroskobik analizden yararlanan bir tekniktir. Bu test yöntemi partikül tipi, şekli, boyutu ve partiküllerin miktarını belirleyebilmektedir. Ferro grafi ekipmanın yağla ıslatılan bileşenlerinin bozulmadan incelenmesidir. Partikülün boyutu, şekli ve kompozisyonu belirli bileşenlerde tanımlanabilecek anormal aşınmanın yok edilmesine izin vermektedir. Ferro grafik teknikler kullanılarak erken safhalarda aşınma ile ilgili arızaların büyük hasarlar veya arızalar meydana gelmeden önce tanımlanması mümkün olmaktadır. Aşınmış partikül analizini kullanmak için iki yol bulunmaktadır. Birinci yöntemde, hazırlanan yağlayıcı örneğindeki katı içerik eğiliminin anlaşılması ve rutin bir izlemeden oluşmaktadır. Partikül boyutu, şekli ve miktarı ekipmanın koşulunu göstermektedir. Sağlıklı bir ekipman nadiren 10 mikrondan büyük boyuttaki partikülleri ret etmektedir. Ancak hasar yerine oturdukça partiküllerin boyutu ve sayısı artmaktadır. İkinci yöntem partikülün şeklinden aşınma tipinin gözlenmesi ve analiz edilmesidir ( Kısım 7.6.3 ‘de tanımlandığı gibi ). Bu teknikle partikül analizinin yapılması aşağıdaki yöntemle

224

bunların yağlayıcıdan ayrılmasını içermektedir. Bir yağlayıcı örneği çözücü gibi tetra kloro etilen ( TCE ) ile seyreltilir edilir ve bipolar manyetik alandan geçerken özel olarak hazırlanmış düşük gradyanlı eğimli slayttan dan aşağı akmasına izin verilir. Bu kuvvet, partikülleri hacimlerine oranla çeker. Hâlbuki partiküllerin hareket etmeye karşı gösterdikleri viskoz direnç yüzey alanları ile orantılıdır. Prosesin debisi öyle bir şekildedir ki demir olmayan partiküller ve kirleticiler slayt katmanın uzunluğu boyunca yerçekiminden dolayı rasgele birikirler. Bu prosesten sonra slayt üzerinde kalan yağlayıcının kaldırılması için bir çözücü kullanılır. Slayt üzerindeki bu partikül birikintisi ferrogram olarak adlandırılmaktadır ( Şekil 7.11 ). Ferrogram kurutulduğunda aşınmış partiküller ve katı kirleticiler slayt yüzeyine yapışır ve bir mikroskop altında incelenebilir hale gelir. Slayt üzerinde kalan partiküllerin tanımlanması ve incelenmesi için 3x büyültme özelliğine sahip bir biokromatik mikroskop kullanılmaktadır. Bilinen aşınma modları sonucu oluşan partiküller ortaya çıkan aşınma mekanizması ile ilgili ayırt edici karakteristiğe sahiptir. Analizi yapan uzman boyut, şekil, konsantrasyon ve metalürjik özelliklerine göre aşınmış partikülleri sınıflandırılabilir. Partiküllerin sınıflandırılması ve tanımlanması ekipmanın aşınma koşulunun tahmin edilmesine yardımcı olur. Her bir partikülün tanımlanması için ferrogram yapıldıktan sonra ısıl işlem ve asit/baz çözeltisi kullanılan iki yöntem bulunmaktadır. Isıl işlem, cam slaytın belirlenen bir süre boyunca kontrollü ısı kaynağına maruz bırakıldığı bir süreçtir. Cam slaytın kademe kademe ısıtılmasıyla ısı kaynağından kaynaklanan oksidasyonun etkileri gözlemlenir. Partiküllerin yüzey tanımlamasındaki değişim bunların kompozisyonu ile ilgili bir işaretçi olabilmektedir. Partiküllerin morfolojisinde bir diğer önemli konu ise renktir.

Şekil 7.11 Ferrogram

Asit/baz çözeltisinin kullanılması özellikle demir olmayan metallerle çalışıldığında kullanışlı bir yöntemdir. Bunların demir partiküllerine göre farklı erime sıcaklıkları bulunmaktadır ve slayt üzerine asit/baz çözeltisinin eklenmesiyle meydana gelen reaksiyonlar gözlenerek partiküllerin tanımlanması yapılabilmektedir. Analitik ferrografinin bir diğer boyutu ise aşınma mekanizmasının tanımlanması veya partiküller tarafından oluşturulan bağıl hareketin tipidir. Partiküller sadece temas halinde bulunulan bileşen yüzeylerinden oluşmaz. Yağlayıcı akışkanlardaki kirleticiler de bileşen yüzeyleri ile temasa geçerek kendilerine has aşınma dokuları meydana getirmektedir. 225

Aşağıda sık olarak karşılaşılan aşınma tipleri ile ilgili kısa bilgi verilmiştir. Bunlar neredeyse pratik olarak karşılaşılan tüm olası aşınma dokularının %95 ‘ini oluşturmaktadır. Şekil 7.12 – 7.29 ve bunların tanımlamaları Predict DLI, Cleveland, Ohio, ABD tarafından hazırlanan bir ferrogram analiz tablosundan alınmıştır.

Şekil 7.12 Normal ovalama aşınması

Normal Ovalama Aşınması Bunlar büyük boyutlarda 15 mikrondan daha ufak olan düz yapraklardır ve normal ekipman aşınması olarak değerlendirilirler ( Şekil 7.12 ). Aşırı Kayma Aşınması Düz, 20 mikrondan daha büyük striyasyonlu uzun partiküllerdir. Bunlar kayma yüzeyi üzerinde aşırı yük/devir in işaretçisidir ( Şekil 7.13 ).

Şekil 7.13 Aşırı kayma aşınması

226

Kesme Aşınması Uzun, kıvrık metal şeritleri oluştururlar. Bunlar ayarsızlık veya yağlayıcı içerisinde aşırı kirleticilerin olduğunu gösterirler ( Şekil 7.14 ).

Şekil 7.14 Kesme aşınması

Dişli Aşınması 1000x büyültme faktörü ile gözlemlenebilen düz damarlı partiküllerdir. Bunlar dişli çark dişinin yorulma, yüzeylerin birbirini ezmesi veya çizilme sonucu oluşmaktadırlar ( Şekil 7.15 ).

Şekil 7.15

227

Rulman Aşınması 1000x büyültme faktörü ile görülebilen katmanlı çubuk halinde parçacıklar meydana gelir ( Şekil 7.16 ). Bunlar yuvarlanma temasında arıza olduğunu göstermektedir.

Şekil 7.16 Rulman aşınması

Küreler 1000x büyültme faktörü ile görülebilen 5 mikrondan daha ufak boyuttaki küresel parçacıklardır. Bunlar bilyalı rulman arızasının erken safhasında meydana gelirler ( Şekil 7.17 ).

Şekil 7.17 Küreler

228

Siyah Oksitler 1000x büyültme faktörü ile görülebilen bir manyetik alan içerisinde hizalanan siyah partiküllerdir. Bu yetersiz yağlamanın bir göstergesidir ( Şekil 7.18 ).

Şekil 7.18 Siyah oksitler

Kırmızı Oksitler 1000x büyültme faktörü ile görülebilen, manyetik alan içerisinde hizalanan kırımızı-portakal rengindeki partiküllerdir ( Şekil 7.19 ).

Şekil 7.19 Kırmızı oksitler

229

Korozif Aşınma 100x büyültme faktörü ile ince partiküllerin ağır konsantrasyonu ferrogramın çıkışında tespit edilir. Bu yağdaki katkı maddelerinin bittiğini göstermektedir ( Şekil 7.20 ).

Şekil 7.20 Korozif aşınma

Alüminyum Aşınması 500x büyültme faktörü ile manyetik alana göre belirli bir dokuya sahip olmayan bir beyaz metal partikülüdür. Bu aşınmanın alüminyum bir bileşenden kaynaklandığını gösterir ( Şekil 7.21 ).

Şekil 7.21 Alüminyum aşınması

230

Bakır Alaşımının Aşınması Manyetik alan içerisinde belirli bir dokuya sahip olmayan altın sarısı rengindeki partiküllerdir. Bunlar pirinç veya bronz bileşenlerden kaynaklanmaktadır. Büyültme faktörü 100x ‘dir ( Şekil 7.22 ).

Şekil 7.22 Bakır alaşımının aşınması

Toz/Kir Malzemenin yabancı partikülleri ekipmanın veya yağın karakteristiği değildir. Bunlar genellikle kum veya kirdir ( Şekil 7.23 ).

Şekil 7.23 Toz/kir

231

Fiberler 100x büyültme faktörü ile fiberler görünür, belirli bir dokuya sahip değildirler ve üzerlerine düşürülen ışığı geçirmektedirler. Bu durumda filtrenin arızasını gösterirler ( Şekil 7.24 ).

Şekil 7.24 Fiberler

Sürtünme Polimeri Şekil 7.25 ‘de görülen şekil 500x büyültme faktörü ile bir kırmızı filtreden alınmıştır. Amorf malzemeler üzerlerine düşürülen ışığı geçiren görünür malzemelerdir. Bu yağlayıcının aşırı yük veya gerilim altında olduğunu gösterir.

Şekil 7.25 Sürtünme polimeri

232

Alışma Aşınması 1000x büyültme faktörü altında uzun ve ince çubuk şeklindeki görünür partiküllerdir. Bunlar genellikle yeni ekipmanlarda görülürler ve bu yüzden alışma aşınması olarak adlandırılırlar ( Şekil 7.26 ).

Şekil 7.26 Alışma aşınması

Sertleştirilmiş Doku ve Düşük Alaşımlı Çelik Partikülleri Şekil 7.27 ‘de görülen resim 400x büyültme faktörü ile alınmıştır. Bu ısıl işlemli ( 330 C0 ) bir ferrogramın sonucudur. Burada görülen mor renk sertleştirilmiş dokuyu ve mavi renk düşük alaşımlı çelikleri göstermektedir. Bu genellikle dişlilerdeki anormal aşınma koşullarından kaynaklanmaktadır.

Şekil 7.27 Sertleştirilmiş doku ve düşük alaşımlı çelik partikülleri

233

Kurşun/Kalay Babbitt Şekil 7.28 ‘de demir olmayan bir partikülün ısıl işlemden önce ve sonraki görüntüsü 500x büyültme faktörü ile verilmektedir. Babbitt kaymalı yataktaki aşınmanın işaretçisidir.

Şekil 7.28 Kurşun/kalay babbitt

Molibden Di Sülfit Gri renkte birçok kesme düzleminden oluşmuş demir olmayan partiküldür. Bu sistemde katı yağlayıcı olarak görev almaktadır. Büyültme faktörü 400x dir ( Şekil 7.29 ).

Şekil 7.29 Molibden di sülfit

234

DR Ferro Grafi Bir önceki bölümde manyetik aşınmış partiküllerin yağdan ayrıldığını ve cam slayt üzerinde biriktiğini görmüştük. Slayt üzerinde elde edilen partikül dokusu ferrogram olarak bilinmektedir. Mikroskobik incelemeler aşınma modunun karakteristiğinin ve ekipmandaki aşınmanın olası kaynağının belirlenmesine izin verir. Bu teknik aşınmış partikül analizidir ve analitik ferrografi olarak da bilinmektedir. Bu manyetik ayırma tekniğinin otomatikleştirilmiş biçimi doğrudan okuma ( DR ) ferrografisidir. DR ferrografisi örneğin içerisindeki büyük ve ufak partikül oranlarını ölçer ve veriler aşınmış partikül konsantrasyonunun ve şiddet indeksinin hesaplanmasında kullanılır. Bu iki parametre anormal, demir aşınmasının mükemmel işaretçileridir ve eğilim için kullanılabilir. Fakat demir olmayan aşınmalar için uygun değildir. Bu test bir aşınma eğilimi yakalandığında çok değerlidir. Herhangi bir ekipmanda temasta olan iki yüzeyden en az bir tanesi demirdir. Pirinç konik dişlilerin aşınmış çelik dişleri bulunmaktadır. Kaymalı yataklar her zaman demir bir mil ile temas halindedir. Her ne kadar demir olmayan yüzeyler ilk önce aşınsa da buna uyan demir aşınması DR ferrografisi yöntemi ile tespit edilebilir ve izlenebilir. DR ferrografisinin bir yöntemi ışık kaynaklarının optik emisyonu vasıtasıyla ayıklamak ve demir partikülleri saymaktır. Laboratuar ekipmanı tipik olarak iki ayrı ışık kaynağına ev sahipliği yapar. Hazırlanan örnek büyük bir mıknatısın içerisinde bulunan cam, ayırıcı tüpten geçer. Sonrasında mıknatıs demir partikülleri yakalar ve ışığın bloke edilme yüzdesine göre sayısal bir değer üretilir. Bu yoğunluk değeri DL veya büyük partiküllerin yoğunluğu ( 5 mikrondan daha büyük ) ve DS veya ufak partiküllerin yoğunluğu ( 5 mikrondan daha küçük ) olarak raporlanır. Bu iki değer ile aşınmış partikül konsantrasyonu ( WPC ) aşağıdaki gibi hesaplanabilir: WPC = DL + DS WPC belirli bir zaman aralığında aşınma oranını gösteren eğilimdir. WPC değerinin artması veya azalması değişim meydana getirir. WPC ‘ye ek olarak bir yüzde partikül değeri ( PLP ) veya bir şiddet indeksi yoğunluk değerlerinin kullanılmasıyla hesaplanabilir:

PLP aşınma şiddetinin bir işaretçisidir. 5 mikrodan daha büyük partiküllerin oluşmasında anormal aşınmanın meydana gelmesiyle sonuçlanır. Bu yüzden aşınmış partiküllerde büyük partiküllerin yüzdesinin belirlenmesiyle analitik ferrografiye gereksinim duyulup duyulmadığı belirlenebilir. Aşınmış partikül sayısı ve büyük partiküllerin yüzdesi olarak adlandırılan bu iki değer ekipman koşulunun göstergesidir. Köken nedeninin araştırılması için analitik ferrografi tersine çevrilmelidir. 7.8.4 XRF ( X-Işını florosan ) Spektroskopisi Yağ analizi aşınma süreci boyunca oluşan aşınmış partiküllerin analiz edilmesinden oluşur. Ancak modern kritik ekipmanlarda neredeyse tüm büyük aşınmış partikülleri yakalayan yüksek verimli filtreler kullanılmaktadır. Bu yüzden analiz uzmanına sadece çok az iş kalmaktadır. Bu durumda aşınma verisini yakalamak için ilgimizi filtreye kaydırmalıyız. Filtrede biriken çökeltiler ekipmanın sağlığı ile ilgili bilgi verebilir. Bu bilgi normalde filtre çıkarıldığında kaybolur. Bu yöntem devir daim eden yağdan asılı kalan partiküllerin 235

çıkarılmasını ve bunların içerdiği kimyasal elementlerin X-ışını florosan spektroskopisinde ( XRF ) analiz edilmesini gerektirir. Filtrelerde biriken çökeltiler ekipmanın sağlık durumunu ortaya koyduğu gibi iki filtre değişimi arasında oluşan aşınmış partikül miktarını da belirtir. Diğer spektrometrik teknikler gibi XRF spektroskopisi elektronların yörüngelerinden çıkarılmasını gerektirir ( Şekil 7.30 ). Bu UV ışınlarının analiz edilebilecek şekilde karakteristik frekansları ile emisyon yapmasını sağlar. Rotrode atomik emisyon spektroskopisi süresince meydana gelen elektriksel boşalma plazma meydana getirir. Bu ise termal emisyona neden olur ( argon plazma şalümosundaki aşırı sıcaklıklara benzer olarak ). Atomlar normal durumlarına döndüklerinde aşırı enerji ışık olarak yayılır. Her bir element elektromanyetik spektrumda farklı frekanslarda ışık yayar. Verilen frekansta yayılan ışığın miktarı örnekteki elementin konsantrasyonuna uyar. XRF benzer şekilde çalışır. Buradaki fark XRF ‘nin, X ışını bombardımanı ile atomları uyarmasıdır. Bundan sonra atomlar örnekteki kimyasal elementin kütlesi ile orantılı olacak şekilde kimyasal elementin karakteristiğine göre X-ışını yayarlar. XRF spektrometreleri ppm mertebesinde yapıdaki önemli elementlerin konsantrasyonunu raporlayacak şekilde kalibre edilir.

Şekil 7.30 XRF spektrometreleri

XRF atomların çekirdeğe yakın iç kabuklarında elektronları uyarır. AES dış kabuktaki elektronları uyarır. Bunun sonucunda görünür ışık yayılır. Rotrode AES spektrometresinde partiküller plazma ile uyarılırlar. Bu plazma 10 mikron veya daha küçük boyuttaki partiküllerin ölçülmesi ile sınırlandırılmış bir süreçteki elektrik arkı yoluyla oluşturulur. XRF spektrometresinde içteki kabuğun uyarılması yüksek enerjili X-ışını emisyonları ile yapılır. Bu yüzden XRF ince partikülleri ölçebildiği gibi büyük metal örneklerini de ( örn: metal plakalar ) ölçebilmektedir. Ancak bu yöntem X-ışınının gireceği ve çıkacağı örnek malzemenin derinliği ile sınırlandırılmıştır. Metal plaka durumunda ince bir örnek daha kalın örnekteki gibi aynı sonuçları verecektir. Bu bir partikülün X-ışınının dalma derinliğine bağlı olarak boyut etkisini belirler. Buna rağmen XRF halen büyük partiküller için büyük sinyaller ve ufak partiküller için ufak sinyaller üretir.

236

7.9 Farklı Ekipmanlar için Alarm Sınırları ( Kaynak: Ulusal Triboloji Servisleri ) Kompresörler Yağ Analizi Testi İzin Verilen Normal Değer Spektroskopi - demir 15 ppm Spektroskopi – bakır 500 ppm Spektroskopi – kurşun 15 ppm Spektroskopi – alüminyum 15 ppm Spektroskopi – krom 15 ppm Spektroskopi – kalay 15 ppm Spektroskopi – çinko minimum 500* ppm Spektroskopi – nikel 15 ppm Klor 20 ppm Viskozite nominal ISO sınıfının +%20 ‘si ila -%10 ‘u Su maksimum 500 ppm TAN maksimum 1.0 mg KOH/g * Bu yağlayıcıda katkı maddesini uygular ve bir minimumdur. Türbinler Yağ Analizi Testi Spektroskopi – demir Spektroskopi – bakır Spektroskopi – kurşun Spektroskopi – alüminyum Spektroskopi – krom Spektroskopi – kalay Spektroskopi – çinko Spektroskopi – nikel Klor Viskozite Su TAN

İzin Verilen Normal Değer 15 ppm 500 ppm 15 ppm 15 ppm 15 ppm 15 ppm minimum 500 ppm 15 ppm 20 ppm nominal ISO sınıfının +%20 ‘si ila -%10 ‘u maksimum 500 ppm maksimum 1.0 mg KOH/g

Hidrolik Sistemler Yağ Analiz Testi

Alarm Sınırları

Spektrokimyasal silisyum Spektrokimyasal bakır Spektrokimyasal demir RFS ( çifte kontrol )

15 ppm 12 ppm 26 ppm 2:1 oranı veya daha büyük veya ince nominal ISO sınıfının +%20 ‘si ve -%10 ‘u Son örnek üzerinden 0.4 Abs/0.1 mm 17/14 ISO Kodu maksimum %0.1

Viskozite Oksidasyon Partikül sayısı* Su

Lab. Tarafından Yapılan Diğer Faaliyetler

Ferro grafi

TAN ( maksimum 1.5 mg KOH/g ) Karl Fisher

237

* Hidrolik sistemlerin birçoğu için partikül sayısı daha düşüktür Gaz Ateşlemeli Motorlar Yağ Analizi Testi

Alarm Sınırları

Spektrokimyasal analiz

Son örnek üzerinden %10 artış 2:1 oranında veya daha büyükten inceye nominal ISO sınıfının +%20 ‘si veya -%10 ‘u Son örnek üzerinden 0.2 Abs/0.1 mm, maksimum 1.00 Son örnek üzerinden 0.2 Abs/0.1 mm, maksimum 1.00 Yeni yağ değerinin yarısı veya TAN 1.0 mg KOH/g minimum değerine eşdeğer

RFS ( çifte kontrol ) Viskozite Oksidasyon Azotlama TBN

Lab. Tarafından Yapılan Diğer Faaliyetler Eğilim ferro karşılaştırma

grafisi

ile

TAN TAN

7.10 Sonuç Göz önüne alınan şirketlerde geçmişte titreşim analizi programı kestirimci bakım felsefesinin dayandığı nokta idi. Ancak teknik alandaki gelişmeler, gelişmiş laboratuarlar ve taşınabilir ekipmanlar, yağ ve aşınmış partikül analizinin kazançları gelmeye ve finansal olarak geri dönmeye başlamıştır. Şimdi bu yöntem titreşim analizini tamamlayacak şekilde arzu edilen kestirimci bakım tekniği olarak hızlı olarak gelişme göstermektedir. Bir yağ analiz programının uygulanması bir işletmede bakım maliyetlerini önemli ölçüde düşürebilir ve işletmenin güvenirliliği ve güvenliğini de arttırabilir. Durum izleme için kullanılan yağ analizi bir temele sahip olmalıdır. Önemli geçmiş veriler ile birleştirildiğinde ekipmanın sağlığı ile ilgili çok önemli bilgiler sağlamaktadır. Uygun olarak yerine getirilen bir programın maliyeti yağlayıcının değişim aralıkları boyunca geri dönüyor olabilmelidir. Arttırılmış güvenirlilik, kullanılabilirlik, beklenmeyen arızaların önlenmesi ve daha az duruş süresi arttırılmış faydalarıdır.

238

Diğer Kestirimci Bakım Teknikleri

8

Diğer Kestirimci Bakım Teknikleri 8.1 Giriş Bir düzine kestirimci bakım tekniği bulunmaktadır ve bunlardan bazıları endüstrinin farklı dallarında standart haline gelmiştir. Standart teknolojiler titreşim analizi, ultrason, yağ analizi, aşınmış partikül analizi ve termografidir. Daha önceki konularda titreşim analizi, yağ ve aşınmış partikül analizi detaylı olarak incelenmişti. Bu bölümde ultrason ve termografi gibi diğer kestirimci bakım teknikleri incelenecektir. Bu teknikler bazı uygulamalar için daha kullanışlıdır. Durum izleme tekniklerinin birçoğu aynı hata koşulunun izlenmesi için kullanılabilir. Örneğin yağ örneği ile tanımlanan bir problem titreşim analizi veya termografi gibi tekniklerle de tanımlanabilir. Ultrason ile tanımlanan elektriki bir problem termografi kullanılarak da bulunabilir. Bu yüzden farklı kestirimci bakım teknikleri ile teşhisin doğrulanması mümkündür. Bu gerçek kestirimci bakımı özellikle kritik ekipmanlar konusunda daha çekici hale getirir. 8.2 Ultrason Ekipmanların birçoğu normal çalışma koşulları altında kararlı bir ses dokusu yaymaktadır. Bu ses dokuları ( sonik imzalar ) tanımlanabilir ve tanınabilir. Bu yüzden bu imzalardaki değişim bileşende aşınma veya hasar olarak kendini gösterebilir. Belirli bir bağlamda bu farklı bir mekanik titreşim formudur. Ses bir maddenin moleküler seviyesindeki mikroskobik bir salınımdır. Titreşimde yapıların, diğer bir deyişle hareket eden fiziksel yapıların, mikroskobik salınımıdır. Ultrason frekansı 20 kHz ‘nin üzerindeki ses dalgaları olarak tanımlanmaktadır. Bu değer insanların işitebileceği frekans aralığından çok yüksektir. 20–100 kHz arasındaki daha düşük ultrasonik spektrumda hava kaynaklı ultrason bulunmaktadır ve aşağıdaki özelliklere sahiptir: • • • •

Ufak nesneler tarafından kolaylıkla engellenebilir Katı yüzeylerin içine giremez ( kırılma noktalarından geçer ) Düz bir hat boyunca yayılır Uzak mesafeleri kat edemez

Yukarıda ultrason özellikleri: • • • •

Basınçlı ve vakumlu sistemlerde kaçağın tespit edilmesi ( örn: boyler, ısı eşanjörleri, yoğuşturucular, çiller, distilasyon kolonları, vakum fırınları, özel gaz sistemleri ) Yatakların incelenmesi Buhar kapanlarının incelenmesi Vanaların kaçırması

239

Diğer Kestirimci Bakım Teknikleri • • • •

Tanklarda, boru sistemlerinde contaların ve salmastraların entegrasyonu Pompa kavitasyonları Şalter panosunda elektrik deşarjının tespit edilmesi Kompresör valflerinin analizi

durumları söz konusu olduğunda arızaları daha erken safhalarda iken tespit edilebilmesini sağlamaktadır. 8.2.1 Ultrasonik Dönüştürücü Ultrasonik dönüştürücü ( Şekil 8.1 ) genel olarak hafif, elde kolaylıkla taşınabilen bir cihazdır.

Şekil 8.1 Bir ultrasonik detektör

Hava kaynaklı ultrasonik dönüştürücülerin kullanımı daha basittir. Bunlar kulaklığa, bir metreye, hassas ayarlamaya ve genellikle tarama modu veya temas modu olarak kullanılabilecek değiştirilebilir modüllere sahiptir. Bazı enstrüman cihazları frekans cevabını 20 ve 100 kHz aralığına ayarlayabilme yeteneğine sahiptir. Ton jeneratörü olarak adlandırılan bir ultrasonik transmitter de eklenir. Ultrason modifiye edilebilir ve heterodyning olarak adlandırılan bir süreçten geçirildikten sonra duyulabilir aralığa gelebilir. Heterodyning iki dalganın karışımından meydana gelmektedir. İki dalganın karışması yüksek frekanslı sesin duyulabilir aralığa kaymasına da izin veren orijinal dalganın toplamı ve farkını meydana getirir. Bu süreç için:

240

Diğer Kestirimci Bakım Teknikleri matematiksel ifadesi kullanılabilir. Burada; A B ω1 ω2

: Birinci dalganın genliği : İkinci dalganın genliği : Birinci dalganın frekansı : İkinci dalganın frekansı

dır. Bir rulmanın 31–33 kHz ‘de bir ses sinyali ürettiğini kabul edelim. İnsanlar sadece 16–20 kHz ‘ye kadar olan sesleri duyabilmektedir. Bundan sonrasını duyamazlar. Bir 30 kHz ‘lik sabit frekans dalgasını bu sinyal ile karıştırdığımızda 1–3 kHz ‘lik bir fark elde ederiz ve 61–63 kHz ‘lik toplam eklendiğinde. 1–3 kHz ‘lik bilgi duyulabilir ve dönüştürülebilir. Toplamı daha büyük olduğundan duyulabilir aralığın dışındadır ve dikkate alınmaz. Şekil 8.2 ‘de görüldüğü gibi osilatörden alınan frekans giriş sinyaline mümkün olduğu kadar yakın ayarlanmalıdır. Ancak, daha geniş bir ultrason spektrumunda analiz yapabilecek ve otomatik olarak sinyale uygun frekans bandını seçebilecek enstrümanlarda bulunmaktadır. Bunların çalışması bir AM radyo gibi olduğundan elle ayarlanmış bir heterodyne ultrasonik detektör uygun olarak ayarlanmaz ise önemli sinyalleri kaçırabilir. Bazı enstrümanlardaki otomatik seçeneği elle frekans ayarlanmasındaki tahmin etme işini ortadan kaldırmaktadır. Bu orijinal sinyalin frekansına bakmadan sesi 20 kHz ‘den 100 kHz ‘ye duyulabilir aralığa dönüştürür.

Şekil 8.2 Heterodyning

Ultrasonun şiddeti enstrüman üzerindeki metrenin gözlemlenmesi ile belirlenebilir. Bazı enstrümanlarda sinyalin şiddeti ayarlanabilmektedir. Örneğin eğer ultrasonik bir kaynağın güçlü sinyalden ötürü konumlandırması çok zor oluyorsa kullanıcı hassasiyeti aşağı ayarlayarak kesin pozisyon üzerine odaklanabilir. Bunun tersi olarak bir su vanasında az miktarda kaçak meydana geldiğinde frekans ayarlama ile su kaçağı kullanıcının duyabileceği seviyeye getirilebilir. Modlar arasında değişim yapılabilmesi kullanıcılara farklı tip incelemeler için enstrümanın ayarlanmasına izin verir. Tarama modu basınç kaçağı veya elektrik kaçakları gibi atmosfer vasıtasıyla olan kaçakların tespit edilmesi için ultrasondan faydalanırken rulman, pompa, vana veya buhar kapanı gövdesinden meydana gelen seslerin tespit edilmesi için temas modundan yararlanılmaktadır. 241

Diğer Kestirimci Bakım Teknikleri 8.2.2 Ultrasonla Tespit Etme Teknikleri Hava kaynaklı ultrasonla tespit etme tekniği detektörün kurulması ile başlar. Bu başlangıçta metre seçme göstergesindeki logaritmik ayarlama ile sağlanır. Bunun için frekans seçim göstergesinden bir sabit band konumu seçilmelidir. Duyarlılık seçimi ise maksimumda tutulmalıdır. Tarama modülün test alanına doğrultulmasıyla işleme başlanılır. Bu prosedür kaçağa yaklaşıldıkça daha fazla ince ayarlama yapılarak büyükten hassasa kadar gider. Bu operasyon süresince arka zemindeki yüksek gürültü kadar düşük şiddetli sinyaller de yakalanır. Aşağıdaki kısımda bunun üstesinden gelinmesi için kullanılabilecek tekniklere yer verilmiştir. 8.2.3 Rakip Ultrason Frekanslarının İzole Edilmesi Ultrason tekniği kullanılarak kaçağın tespit edilmesi çok kolay olmaktadır. Farklı bir ses için ilgilenilen alan taranır. Bu işlem sürekli hassasiyet ayarlamaları ile alan en gürültülü noktaya dek yapılır. Bazı enstrümanlarda bir kauçuk prob bulunmaktadır. Bu ataşman alım alanını küçülterek ufak bir emisyonun merkezini tespit eder. Bu probun şüphelenilen alana bastırılması ile yapılır. Eğer kaçak sesi tutarlı ise kaçak var demektir. Fakat bu hacim olarak artıyorsa kaçak herhangi bir yerdedir. Ara sıra, rakip sesler kaçağın izole edilmesini zorlaştırmaktadır. Bu gibi durumlarda aşağıdaki yöntem denenmelidir. Eğer mümkünse kaçak yaptığından şüphelenilen ekipman kapatılır. Aksi halde alan fiziksel bir bariyerle izole edilir. Enstrüman elle çalıştırılır ve kalkanlama teknikleri kullanılır. Hassasiyet düşürülerek ve odaklama probunun ucu şüphelenilen alana bastırılarak kaçak alanı izole edilir, kısa zaman aralıkları ile de kontrol yapılır. Ultrason yüksek frekanslarda meydana geldiğinden dalga boyu kısadır ve bu yüzden bloke edilebilir veya kalkanlanabilir. Frekans seçim göstergesinin sabitlenmiş band modunda kaçağın tespit edilmesinin zor olduğu durumlarda kaçak sesi problemli seslerin filtrelenmesi yoluyla izlenebilmektedir. Bu gibi durumlarda frekans seçim göstergesi arka zemin sesi en aza indirilene dek ayarlanır ve ardından kaçak için dinlemeye geçilir. Rakip seslerin izole edilmesi için yaygın olarak kullanılan tekniklerin bazısı: • • •

• •

242

Rakip sesler için gövdenin test alanında bir kalkan veya bir bariyer olarak kullanılması Kaçak alanına yakın bir yere bir pano konulur ve öyle bir şekilde çevrilir ki pano test alanı ve rakip sesler arasında bir bariyer olarak davranır Eldivenli elimizi kauçuk-odaklama probunun ucu etrafında kapatalım. Bu durumda işaret parmağımız ve başparmağımız uca yakın olmalıdır. Elimizin geri kalanı test alanı üzerine öyle bir şekilde koyalım ki test alanı ve arka zemin gürültüsü arasında tam bir bariyer oluşsun. Enstrümanı ve elimizi farklı test bölgeleri üzerinde hareket ettirelim. Eldivenli el yöntemi ile kauçuk odaklama probunun ucu etrafında bir bez kaplanabilir. Burada ucun bloke olmamasına dikkat edilmelidir. Üç tane bariyer kullanıldığından bu genellikle en etkili yöntemdir: Kauçuk odaklama probu, eldivenli el ve bez. Geniş bir alan kapatıldığında kaynakçı perdesi veya eski bir elbise gibi yansıtıcı bir malzeme bariyer olarak kullanılabilir. Bu bariyer test alanı ve rakip sesler arasında bir duvar olarak yerleştirilebilir. Bazen bariyer tavandan zemine kadar indirilebilir ve diğer zamanlarda rayların üzerine asılabilir.

Diğer Kestirimci Bakım Teknikleri Zayıf Ultrason Frekanslarının Tespit Edilmesi Bir önceki kısımda ortamdaki aşırı ultrason ve kaynağın tam olarak belirlenmesinin zor olduğu durumlar üzerine odaklanılmıştı. Bunun tersi durumlarda özellikle kaçak tespit etmede ultrason sinyali zayıf kaldığında söz konusudur. Bu durumlarda ultrasonik sinyalin şiddetini arttırmak veya meydana getirmek için manipülasyon yapılabilir. Ultrasonik kaçak tespiti akışkanın dar bir açıklıktan geçtiği zaman oluşturduğu türbülansa dayanmaktadır. Türbülans yüksek olduğu zaman ultrason sinyali orantılı olarak yüksektir ve bunun tersi de doğrudur. Kaçak debisi düşük olduğunda türbülans zor tespit edilebilir. Bu gibi durumlarda sistemdeki basınç eğer mümkünse sinyalin daha iyi yakalanması için arttırılabilir. Eğer bu yöntem pratik değilse bir sıvı kaçak amplifikatörü nden yararlanılmalıdır. Bazı uygulamalarda karışımlı sıvılar, gaz pasajlarından kaçarken ince bir film tabakası oluşturur. Düşük akım koşulları altında baloncuklar meydana gelir. Bu baloncuklar çıplak gözle görülemeyebilir. Ancak baloncuklar patladıklarında ultrason meydana gelir ve kulaklıkta kırılma gibi detektör tarafından algılanır. Bu yöntemle 1x10-6 std. cc/sn ‘ye kadar olan kaçaklar tespit edilebilir. Ultrasonik transmitteri içeren bir diğer yöntem ton jenaratörü olarak adlandırılmaktadır. Bu genellikle ısı eşanjörleri, tanklar ve kaplar gibi ekipmanlarda kullanılmaktadır. Ton jenaratörü tankın içine yerleştirilir. Bu bir üniform ultrason sinyali oluşturacaktır. Detektör dış tarafa yerleştirilir. Eğer detektör bir sinyal algılarsa bu kaçak olduğu anlamına gelir. Kaçağın tespit edilmesi için tercih edilen yöntem basınç veya vakum kullanılmasıdır. Fakat ton jeneratörü yöntemi zor durumlar için iyi bir yedek yöntemdir. 8.2.4 Ultrasonik Uygulamalar Kaçağın Algılanması Kaçağın meydana geldiği süre boyunca, akışkan ( sıvı veya gaz ) yüksek basınç bölgesinden alçak basınç bölgesine hareket eder. Gaz veya sıvı, borudaki veya kaptaki arızalı bölgeden geçtiğinde türbülanslı bir akım oluşur. Bu geniş bir ses aralığı üretir. Bu seslerin yüksek frekanslı ultrasonik bileşenleri son derece kısa dalga boylarına sahiptir ve kısa dalga boylarıda doğrusal olmaya eğilimlidir. Güçlü ultrasonik bileşenler kulaklıktan duyulabilir ve ultrason metresi üzerinde şiddet artışları olarak görülebilir. Bu genellikle daha yüksek ultrason seviyelerinde neden olan yüksek titreşimler olarak kabul edilebilir. Buhar ve Hava Kaçakları Ultrason algılama kaçakların tespit edilmesi için, özellikle buhar ve hava kaçaklarının tespit edilmesinde çok kullanışlıdır. Bu kaçaklar maliyetli olabilir. Maalesef şirketlerin birçoğu bunun farkında değildir. Ultrason uygun olarak teşhis ettiğinde ve ölçüm yaptığında kullanıcıya kaçağın yerini ve şiddetini vermektedir. Pnömatik ve diğer gaz sistemleri, vakum sistemleri, contalar ve salmastralar ve buhar kapanlarında kaçağın tespit edilmesi için ultrason yaygın olarak kullanılmaktadır. Ayrıca ultrason, vana kaçaklarını da tespit edebilir. Birçok ufak kaçağın basit bir dinlemeyle kolayca bulunması zor olduğundan ultrason tekniği uzun zaman periyotları süresince önemli kayıplara neden olabilecek birçok ufak kaçağın bulunmasına yardımcı olmaktadır.

243

Diğer Kestirimci Bakım Teknikleri Isı Eşanjörleri, Boyler ve Yoğuşturuculardaki Kaçaklar Boyler, ısı eşanjörleri ve yoğuşturuculardaki kaçak yolları boru, ayna yüzeyi ve gövdedir. Ultraprob kullanılarak üç tip kaçak tespit edilebilir: 1. Basınç kaçakları 2. Vakum kaçakları 3. Ultrasonik ton jeneratöründen yararlanan yöntem Vakum kaçakları tespit edildiğinde vakum odasında türbülans meydana gelecektir. Bu nedenden dolayı sesin şiddeti basınçlı bir kaçaktan daha azdır. Bu yöntemle düşük, orta ve büyük kaçaklar en verimli şekilde kullanılabilir. Ultrasonla tespit etmenin kolay olması birçok vakum kaçağı problemi için faydalı olmasını sağlar. Kaçaklar için incelenecek birimin çevrim dışı hale getirilmesi gerekirken çevrim içi veya kısmi yükteyken ultrasonla inceleme yapmak genellikle mümkün olmaktadır. Rulman ve Mekanik İnceleme Ultrason ayrıca rulmanlarda arızaların erken safhada teşhis edilebilmesini de sağlamaktadır. Rulmanların ultrasonik olarak incelenmesi yorulma arızasının başlangıcının, rulman yuvarlanma yüzeylerinde kalıcı deformasyonun ( brinelling ) ve yağ kaçağının tanımlanması için kullanışlıdır. Bilyalı rulmanlarda bilyaların yuvarlandıkları yoldaki metal, bilya yorulmaya başlamasıyla az bir şekil değiştirme meydana gelir. Metalin bu şekil değiştirmesi ultrasonik ses dalgalarının emisyonunda bir artış meydana getirir. Test yapıldığında orijinal okuma değerinin 12–50 katında genlikte değişim meydana geliyorsa bu rulman arızasının başladığının göstergesidir. Okuma değeri daha önceki değerleri 12 dB geçiyorsa rulmanın arıza modu başlangıcında olduğu kabul edilebilir. Bu yöntem 24–50 kHz frekans aralığında rulmanların izlenmesine uygulanabilir. Yağlamanın yapılamadığı durumlarda ses seviyeleri yağlayıcı filmin azalmasından dolayı artmaktadır. Ana hat üzerindeki yaklaşık olarak 8 db lik bir artış üniform çarpma sesi meydana getirir ki bu da yağlama ortamının olmadığını göstermektedir. Aşırı yağlamanın önüne geçmek için eğer ana hat değeri ve ana hat ses kalitesi aynı kalıyorsa yağlama yapılmamalıdır. Sistem tarafından tespit edilen ultrasonik frekanslar duyulabilir sesler haline getirilirler. Bu sinyal kullanıcıya yatak problemlerinin belirlenmesinde yardımcı olur. Dinleme yaparken kullanıcının aşina olduğu sağlıklı yatak sesleri, genellikle çarpma veya tıslama gürültüsü meydana getirir. Tiz veya boğuk sesler yatağın arıza kademesinde olduğunu gösterir. Bazı anlarda hasarlı bir bilya, yüksek şiddete sahip olduğundan, klikleme sesi yayar, üniform ve boğuk ses bileziklerin veya bilyaların hasarlandığını göstermektedir. Yüksek çarpma sesleri sağlıklı bir yatağın normal çarpma sesi ile benzerdir. Fakat sadece yağlamanın azaldığını göstermektedir. Düşük devirli yatakların izlenmesi de mümkündür. Algılama aralığı ve frekans ayarlamadan dolayı düşük devirli yatakların akustik kalitesini dinlemek mümkün olabilmektedir. Çok düşük devirlerdeki yataklarda ( 25 d/d ‘den az ) genellikle çıkış metresinin kapatılması gerekmektedir ve kulaklıkla sadece yatağın sesi dinlenir. Sınır durumlarda yataklar genellikle büyüktür ( 1–2 inç ve daha yukarısı ) ve yüksek viskoziteli bir yağlayıcı ile yağlanırlar.

244

Diğer Kestirimci Bakım Teknikleri Gresli yataklarda genellikle hiç ses duyulmaz. Bunun nedeni gresin akustik enerjiyi emebilmesidir. Eğer bir ses duyuluyorsa genellikle bu çatlama sesidir ve bir arızanın olduğunu gösterir. Düşük devirli yatakların çoğunda bir ana hat seviyesinin tanımlanması mümkündür ve belirli aralıklarla izlenir. Burada zayıflatıcı transfer eğrisi yönteminin kullanılması mümkündür. Çünkü hassasiyet genellikle normalden daha yüksektir. Vana ve Buhar Kapanlarının İncelenmesi Vana ve buhar kapanları kaçak yapmaya eğilimlidir. Bu meydana geldiğinde ürün kalitesi, güvenlik ve enerji kaybı maliyetleri gündeme gelir. Vananın çalışması akışkanın sistemde takip ettiği yolu belirleyecektir. Vanalar genellikle bir temas probu ile giden akım tarafındaki kaçaklar için kontrol edilir. Bu ilk önce gelen akım tarafından değer alınıp ve duyarlılığın maksimum genliğinin neredeyse yarısında okunacak kadar ayarlanması ile yapılır. Giden akım tarafı bunun ardından ölçülür ve ikisi arasındaki ses şiddeti karşılaştırılır. Eğer sinyal önemli miktarda gelen akımınkinden az ise vana kapalı olarak göz önüne alınır. Eğer gelen akımdan daha yüksek ise ve çarpma sesi varsa kaçak yapıyor gözüyle bakılır. Ayrıca buhar kapanları ultrasonik çeviriciler ile kolaylıkla incelenebilir ( hava kaynaklı ultrason enstrümanları ). Bir temas probu tekrar bir buhar kapanının incelenmesi için kullanılır. Kapan çalışmasının dinlenmesi ve metrenin gözlenmesi kapanın durumu hakkında bilgi verebilir. Bu tip bir testin hızı ve basitliği işletmede her kapanın rutin olarak incelenmesine izin verir. Vanalar ve buhar kapanları farklı yollarla çalışmaktadır. Ultrason dedektörleri bu farkların ayarlanmasını kolay hale getirmektedir ve kolaylıkla vanalar ve kapanlar çalışırken çalışma koşulları belirlenir. Elektriksel İnceleme Ultrason tekniği yalıtıcı, kablo, şalt, bara, röle, kondüktör, buat kutuları gibi elektriksel aparatlarda problemlerin algılanmasında kullanılabilir. Trafo merkezlerinde yalıtıcılar, transformatörler bileşenler incelenebilir. Bu bileşenlerde arıza olması endüstriyel, güç iletim ve dağıtım işletmelerinde kabul edilemez. Bunun bir sonucu olarak ultrason ile temelde üç tip arıza tespit edilebilir: 1. Ark yapma: Yıldırım gibi boşluk üzerinde elektrik akmasıyla bir ark meydana gelir 2. Korona: Bir anten veya yüksek transmisyon hattı gibi elektriksel bir kondüktörde voltaj olduğunda eşik değeri aşılır, bunun etrafındaki hava iyonize olarak mavi veya pempe hale halini alır. 3. İzleme: Genellikle bebek ark olarak adlandırılır. Hasarlı yalıtım yolunu takip eder. Ultrason düşük, orta ve yüksek voltajlı sistemlerde elektriksel problemlerin ölçülmesi için kullanılabilir. Bu genellikle 2 kV üzerindeki sistemlerde işe yaramaktadır. Yüksek voltaj hattından elektrik kaçağı olduğunda veya elektriksel bir bağlantıda boşluk üzerinden atladığında etrafındaki hava moleküllerini harekete geçirir ve ultrason oluşturur. Bu ses genellikle çatlama veya kızartma sesi olarak algılanır. Diğer durumlarda bir uğultu sesi olarak duyulacaktır. Elektrik arkı ve korona kaçağının tespit edilmesi için bu yöntem kaçak tespit etmedeki prosedüre benzerdir. Çarpma sesinin dinlenmesinin yerine bir kullanıcı çatlama veya uğultu sesini dinleyecektir. Bu özellikle izleme problemlerinin tanımlanmasında kullanışlıdır. Kapalı bir şaltta izleme frekansı daha çok kızılötesi tarafından tanımlanan ciddi hata frekansını aşmaktadır. Bu kapalı şalt ile kullanılan tüm testlerde tavsiye edilmektedir. 245

Diğer Kestirimci Bakım Teknikleri Düşük voltajlı sistemlerde baraların hızlı bir taranması genellikle gevşek bir bağlantıyı yakalayacaktır. Buat kutularının kontrol edilmesi arkı ortaya çıkarabilir. Kaçak tespit etmede olduğu gibi kaçak bölgesine daha yakın olunduğunda sinyal daha yüksek olacaktır. Eğer güç hatları incelenmiş ve sinyal zeminden tespit edilebilecek kadar şiddetli değilse sistemin tespit etme mesafesini iki katına çıkaran ve kaçak noktasını tam olarak tespit eden bir ultrasonik dalga form konsantratörü kullanılabilir. Buna ek olarak RFI ve IVI problemlerinin de iletişim ağı üzerinde bir darbe meydana getirecektir. Bu koşullar ultrason meydana getirecektir ve bu teknik kullanılarak tespit edilebilir. Kompresörün İncelenmesi Herhangi bir sıkıştırılmış gaz sisteminde kompresörler merkezi ve kritik olmak üzere ikiye ayrılırlar. Rutin inceleme ve bakım, beklenmeyen duruşların önüne geçilmesini sağlayabilir. Her ne kadar herhangi bir kompresör tipi ultrasonik olarak incelenebilirse de en yaygın uygulama alanı büyük pistonlu kompresörlerdir. Özellikle bu kompresörlerdeki valfin fonksiyonu çok önemlidir. Ufak valf kaçakları hızlıca büyük kaçaklara neden olabilir. Bu durum ise üretim ve işletmenin güvenliğini tehlikeye sokar. 8.3 Kızılötesi Termografi Mutlak sıfırın üzerindeki bir sıcaklıkta her nesne enerji yaymaktadır. Sıcaklık arttıkça enerji emisyonu da artmaktadır. Kızılötesi termografi görünür bir grafik üreten veya nesnelerin yaydıkları termal enerjinin termografik fotoğrafını oluşturur. Termografi, yaklaşık olarak 1 ila 14 mikron arasındaki elektromanyetik spektrumun kızılötesi band kısmından yararlanmaktadır. Bu bant genişliği genellikle -20 C0 ve daha yüksek sıcaklıklardaki nesne sıcaklıkları tarafından üretilen kızılötesi radyasyon enerjisi ile ilgilidir. Kızılötesi termografi de kullanılan elektronik enstrümanlar bir nesnenin yüzeyinden kızılötesi algılama dedektörlerine yayılan görünmez enerjiye odaklanan bir lens sisteminden yararlanmaktadır. Dedektörler tarafından farklı enerji seviyeleri ölçülür ve ardından farklı renk veya gri skalasında gösterilir. Bu gösterim kullanıcıya ekran üzeride gösterilir. Bu resim dijital olarak veya video olarak kaydedilebilir, analiz ve raporlama için bellekte depolanabilir. Kızılötesi sistemlerin tümü ( basitten karmaşığa ) sadece yayılan kızılötesi enerjiye duyarlıdır. Bunlar gerçekte sıcaklık ölçmezler. Kızılötesi kamera tarafından tespit edilebilen radyasyon enerji seviyesinde farklılık meydana getiren sıcaklığın, yansıtmanın, yüzey koşulunun veya malzemenin değiştiği uygulamalar için kullanışlıdır. Yeni nesil kızılötesi kameralar odaksal düzlem dizileri ( FPA ) olarak bilinmektedir. FPA ların birçoğu her bir resim için 75.000 ‘den fazla detektör elementi kullandığından dolayı yüksek çözünürlüklü kızılötesi resimler elde edilebilmektedir. Radyometrik FPA lar sıcaklıkları hesaplamak için karmaşık fonksiyon dizilerini çözecek yerleşik bir bilgisayar sistemi kullanmaktadır. Bu sıcaklıklar sadece eğitimli ve deneyimli bir operatör doğru parametreleri girdiğinde geçerlidir. Termografi: • • • • • •

246

Yüzeyle temas olmadığında Teknik herhangi bir tehlikeli durum içermediğinde Tehlikeli alanlar söz konusu olduğunda Elektromanyetik dalgaların bulunduğu ortamlarda Diğer kestirimci bakım teknikleri ile beraber çalışılmasının gerektiği yerlerde Anlık bilgi gereksinimi olduğunda

Diğer Kestirimci Bakım Teknikleri faydalı bir kestirimci bakım tekniğidir. Ayrıca bu cihazlarda veri sayısal formatta toplanabilir ve depolanabilir. Ancak termografinin bazı dezavantajları bulunmaktadır. Bunlar: • • • • •

Donanım maliyetinin çok yüksek olması Bazı sistemlerde yazılım kısıtlamalarının olması Nesnenin ışınım katsayının hesaplanmasının ve bilinmesinin zorunlu olması Termal enerjiye göre ortamın homojen olması – alana yakın ışınım yapan herhangi bir kaynak termal taramaları etkileyebilir Mesafe, atmosferik koşullar ve sıcaklık resimlerin kalitesini etkileyebilmesidir.

8.3.1 Kızılötesi ( IR ) Termografi Uygulamaları Aşağıdaki alanlarda termografi arızanın tespit edilmesi için kullanılmaktadır. Elektrik Ekipmanlarında • • •

Soğutma sistemleri, topraklama hataları, devre akımları, laminasyon, yalıtımın kırılmasının gözlenmesinde Sigorta, röle kontaktları, şalt, dağıtım panoları ve transformatörler gibi yardımcı ekipman bağlantıların gevşemesinde, dengesiz yükler veya korozyondan aşırı ısınmaya neden olan, ( Şekil 8.3 ). Üç fazlı bir sistemde eşit olmayan sıcaklıklar ile fazlardaki dengesizliğin gösterilmesinde

termografi kullanılabilir. Tristörler büyük motorların devrinin kontrol edilmesi için kullanılmaktadır. Bunlar paralel olarak bağlandıklarında içlerinden birisinde problem varsa bunun tespit edilmesi zor olmaktadır. Bunun nedeni bir sigortanın parçalanması olabilir. Fakat bunun motor devrindeki değişim ile tespit edilmesi mümkün gözükmemektedir. Bunun yanında canlı bir elektrik sisteminde inceleme yapmak tehlikelidir. Termografi bu tip koşullar altında faydalıdır. Yüksek voltajlı sistemlerde termografi transformatörlerin, güç hatlarının, sigortaların ve sigorta yuvalarının, aşırı ısınan güç faktörü kapasitörlerinin, şaltın, kontrol panellerinin, yalıtıcıların, devre anahtarlarının, röle kontaktlarının ve bağlantılarının izlenmesinde kullanılabilir. Elektrik motorlarında ( Şekil 8.4 ) termografi kullanılarak aşağıdaki problemler tespit edilebilir: •

•

Motor gövdelerindeki soğutma problemleri, zayıf elektrik bağlantıları, gövdenin aşırı ısınması, rotor gövdesinin ve sarımlarının aşırı ısınması, stator çekirdeğindeki sıcak noktaların laminasyonu, stator sarımlarındaki problemler, stator tarafındaki sarımlarda yalıtımın kırılması, yatakların ve salmastraların aşırı ısınması Komütatör ve dişli fırçalı motorlarda termal resimler düzensiz aşınmayı gösterebilir. Bu komütatör segmentleriyle fırçaların zayıf temasında dolayı meydana gelebilir.

247

Diğer Kestirimci Bakım Teknikleri Mekanik Ekipmanlarda •

• • •

Ayarsız veya bel vermiş miller termografi ile tespit edilebilir. Ayarsızlık durumunda sürtünme ısısı dişli kaplinlerde dişlerin kayma temasından veya diğer kaplin tiplerindeki esnek elemanlar arasındaki sürtünmeden kaynaklanmaktadır. Bunun sonucunda ise termal resimleme tekniği ile görüntülenebilecek olan ısı formunda kaybolur. Arızalı pistonlu kompresör valflerinde sıcak gaz, valfte ileri ve geri hareket ettiğinden sıcaklık artışı olmaktadır. Bazı kompresörlerin silindir üzerinde fazla sayıda valfi bulunmaktadır. Bir termal tarayıcı arızalı valfi hızlı olarak tespit edebilir. Yetersiz yağlama sonucunda sürtünme ısısı oluşur ki bu ısı termografi ile tespit edilebilir. Hasarlı yataklar, dişliler, zincirler, kavramalar, kayış kaymaları ve kayış aşınmaları termografi kullanılarak tespit edilebilir.

Şekil 8.3 Elektriksel bir bağlantıdaki aşırı ısınma ( Kaynak: www.cinde.ca )

• • • •

248

Bağlantılar ve aktüatörlerdeki aşırı sürtünme teması tespit edilebilir. Valflerin kaçak yapması tespit edilebilir Piston ve rod segmanlarında kaçakları bulunan, farklı tipteki vanalarda ve vana kutularında, pompalarda, borularda, bağlantı elemanlarının olduğu hidrolik sistemlerde kaçaklar termografi ile tespit edileiblir. Termografi kullanılarak tankın doluluk seviyesi ölçülebilir ( Şekil 8.5 ).

Diğer Kestirimci Bakım Teknikleri Enerji Sistemlerinde •

•

Boyler ve buhar sistemleri, bacalar, ısı eşanjörleri ve rejeneratörlerinde kullanılabilir. Bu durumda fırınların yalıtım, tuğla örgüsü ve zayıf noktaların entegresyonu yapılabilir. Refrakter hattı kanallarının durumu belirlenebilir. Fırın alev kanallarında alev dokuları ve su ile soğutulan elemanların çalışması termografi ile gözlemlenebilir ( Şekil 8.6 ). Rejeneratörler, yalıtım, binalar, çatı kaplamaları izlenebilir. Isıtma ve klima kaçakları takip edilebilir.

Şekil 8.4 Bir elektrik motorunun sıcak başlık kısmı ( Kaynak: www.infraredthermography.com )

Şekil 8.5 Tanktaki sıvı seviyesine ve sedimentasyona dikkat ediniz ( Kaynak: www.infraredthermography.com )

249

Diğer Kestirimci Bakım Teknikleri Elektronik Sistemler Ayrık bileşenler, basılı devre kartları ( PCB ) ve elektronik birleştirmenin kalitesi termal resimlerle kontrol edilebilir. PCB gibi elektronik ve mikroelektronik bileşenler her birinin özellikleri tek tek izlenemeyen ufak bileşenlerden yapılmıştır. Yüksek sıcaklıklar elektronik bileşenlerin ömrünü eksponansiyel olarak düşürmektedir. Karmaşık termografik sistemler PCBlerin tamamının otomatik olarak incelenebileceği karmaşık termografik sistemler bulunmaktadır. Çok küçük bileşenler için kızılötesi mikroskoplar termal izleme için kullanılabilir ( Şekil 8.7 ).

Şekil 8.6 Bir fırının refrakter koşulunun incelenmesi ( Kaynak: www.infraredtechnology.com )

Şekil 8.7 (a)

250

Diğer Kestirimci Bakım Teknikleri

Şekil 8.7 (b) PCB lerin termografik testi ( Kaynak: www.infraredtechnlogy.com )

8.4 Sonuç Ekipmanlar çalışırken insanın algılama aralığının dışında sinyaller yayarlar. Bu sinyallerin erken safhada tespit edilmesi için ultrason ve kızılötesi termografi gibi teknikler ek kestirimci bakım tekniği olarak geliştirilmiştir. Ultrason teknolojisi yoluyla işitme sınırlarımızın dışındaki sesleri duyabilmekteyiz. Bu sesler ise ekipmandaki arızaları gösterebilir. İnsanların öğrenmesi ve inanması için en hızlı yöntemlerden birisi görmektir. Görme ile diğer duyularımıza göre daha fazla bilgiyi transfer edebiliriz. Bu kızılötesi termografinin dayanımıdır. Bu teknik insan gözünün normalde algılayamayacağı olayları grafik olarak göstermektedir. Fakat bu tekniklerin hepsinin de kendi sınırları bulunmaktadır. Mamafih belirli uygulamalar için en iyi çözümleri oluşturmaktadırlar.

251

Diğer Kestirimci Bakım Teknikleri Bu sayfa not alabilmeniz için boş bırakılmıştır

252

Ek A Alıştırmalar 1. Kestirimci Bakımın Temelleri 1.1. Çalışan ekipmanda arıza görüldükten sonra yapılan bakım felsefesine ne ad verilmektedir? a) Arızi bakım b) Proaktif bakım c) Kestirimci bakım d) Önleyici bakım 1.2. Çalışan ekipmanda, ekipmanın koşulunun baz alındığı arızayı önleme için yapılan bakım felsefesine ne ad verilmektedir? a) Arızi bakım b) Proaktif bakım c) Kestirimci bakım d) Kestirimci bakım 1.3. Köken nedenli arıza analizi aşağıdakilerden hangisinde kullanılan bir tekniktir? a) Arızi bakım b) Proaktif bakım c) Kestirimci bakım d) Önleyici bakım 1.4. Titreşim analizi aşağıdakilerden hangisinde kullanılan bir tekniktir? a) Arızi bakım b) Proaktif bakım c) Kestirimci bakım d) Önleyici bakım 1.5. İşletmedeki ekipmanların gruplandığı üç ana kategori nedir? 1.6. Sıradan bir işletmede 5 adet soğutma suyu besleme pompası bulunmaktadır. Hava durumuna bağlı olarak herhangi bir zamanda bu dört pompadan beşi çalışmaktadır. 1 MW gücündeki elektrik motorları ise bu pompaları tahrik etmektedir. Bu pompalar hangi kategoride sınıflandırılabilir? 1.7. Kestirimci bakım prensipleri aşağıdakilerden hangisine benzetilebilir? a) Suçun tespit edilmesi b) Tıbbi bilimler c) Adli tıp d) Elektronik bileşenlerin arıza analizi 1.8. Aşağıdakilerden hangisi bir kestirimci bakım tekniği değildir? a) Köken nedenli analiz b) Ultrasonik kalınlık ölçümü c) Performansın çıkarılması d) Titreşim analizi 1.9. Tespit etme modunda titreşim analizi nerede kullanılır? a) Seçilen ekipmanlar için düzenli bir temelde b) Bir ekipmanda arıza şiddetinin tespit edilmesinde c) Ekipmanın veya bileşeninin arızalanacağı zamandan sonra nedeni öğrenmede d) Titreşim ölçüm araçlarında hataların tespit edilmesinde 1.10. Titreşim analizi ve titreşim verisinin eğilimi aşağıdakilerden hangisini tespit edemez?

253

a) Rotorun dengesizliğini b) İç bileşenlerin parçalanması c) Kötü durumdaki rulman ve dişliler d) Ekipmanın ayarsızlığı 2. Titreşimin Temelleri 2.1. Bir kütle-yay sisteminin harici kuvvet tarafından uyarılmasında titreşime karşı gösterdiği üç karakteristiği bulunmaktadır. Aşağıdakilerden hangisi bunlardan birisi değildir? a) Kütle b) Sönümleme c) Katılık d) Elastisite modülü 2.2. Bir gövdenin sistem cevabı aşağıdakilerden hangisi ile orantılıdır? a) Dengesizlik gibi harici kuvvetler b) Mesnetleme kuvvetleri c) Harici kuvvetlerin mesnetleme kuvvetlerine olan oranı d) Harici kuvvetler ve mesnetleme kuvvetleri arasındaki fark 2.3. Bir kütle-yay sisteminde maksimum titreşim genliği 5 cm dir. Bu kütlenin açısal hızı π rad/sn dir. Eğer kütle sıfır anında orjinde ise 2 sn sonra genlik ne olur? 2.4. Bir dalganın bir saniyedeki çevrim sayısına ne ad verilir? a) Genlik b) Faz c) Frekans d) Dalga boyu 2.5. Titreşim genliği ile aşağıdakilerden hangisi ölçülemez ? a) Yer değiştirme miktarı b) Hız c) İvme d) Faz 2.6. Faz farkı: a) İki zaman dalga formunun tepeleri arasındaki mesafedir b) İki zaman dalga formunun çukurları arasındaki mesafedir c) İki zaman dalga formunun benzer noktaları arasındaki mesafedir d) Orjinden dalga formu üzerindeki bir noktanın açı farkıdır 2.7. Kare dalga formu aşağıdakinin bir sonucudur: a) Tek harmonik frekanslara sahip zaman dalga formları b) Çift harmonik frekanslara sahip zaman dalga formları c) Tam sayı harmonik frekanslarına sahip zaman dalga formları d) Yukarıdakilerin hiçbiri 2.8. Bir dalga formunun tepe faktörünü hangi oran tanımlamaktadır? a) Tepe değeri/RMS b) RMS/Tepe değeri c) Tepe değeri/Ortalama değer d) Tepe değeri/1.414xrms 2.9. 9 Hz ‘de çalışan bir ekipmanda titreşim ölçümlerinde kullanılması için en uygun parametre aşağıdakilerden hangisidir? a) Yer değiştirme b) Hız c) İvme d) Faz

254

2.10. ISO 2372 titreşim standardında kabul edilebilir titreşim seviyesi aşağıdakilerden hangisine dayanmaktadır? a) Ekipmanların kW değerleri b) Ekipmanların kaide tipleri c) Rotorun kütlesinin gövdenin kütlesine oranı d) Hem kW değeri hem de ekipman kaidesinin tipi 3. Veri Yakalama 3.1. Hız değerleri aşağıdaki yöntemlerden hangisi ile yakalanabilir ? a) Mıknatıs içinde bobin b) Bobin içinde mıknatıs c) Piezoeletrik kristal d) Mıknatıs içinde bobin veya bobin içinde mıknatıs 3.2. Şarj modu ivme ölçerlerinin kullanılma nedeni nedir ? a) Çok yüksek frekans aralığı ölçümü için b) Toplanan titreşim değerleri yüksek olduğunda yüzeyin sıcaklığının ölçülmesi için c) Düşük devirli uygulamalar için d) Zararlı alanlarda ölçüm için 3.3. Aşağıdakilerden hangisi mil titreşimlerinin ölçülmesi için kullanılabilir ? a) Fotosel b) Hız transdüktörleri c) İvmeölçer d) Eddy akım probları 3.4. Eddy akımı problarında osiloskop/demodülatör sinyali çözer ve DC kısmının doğrudan orantılı olduğu X ‘e uyarlanmış DC voltajı sağlar. X burada: a) Prob ve mil arasındaki boşluk b) Milin titreşimi c) Milin mekaniksel ve elektriksel kaçak d) Yüksek radyo frekansı tarafından oluşturulan Eddy akımları 3.5. Hangi titreşim transdüktörleri harici bir güç kaynağına gereksinim duymamaktadır? a) İvmeölçerler b) Hız değerlerinin alınması c) Eddy akım probları d) Hiçbiri 3.6. Seyyar titreşim ölçerlerindeki ölçüm hatalarının nedeni aşağıdakilerden hangisidir? a) Ölçüm konumu ve prob açısı b) Prob tipi ve uygulanan basınç c) Hepsi d) Hiçbiri 3.7. Faz farkı ölçümünün kullanılma nedeni aşağıdakilerden hangisidir? a) İvmeölçer b) Veri toplayıcı c) Hız yakalama d) Çift kanallı analizör 3.8. Veri yönetim yazılımı aşağıdakilerden hangisinden verileri toplar ve depolar? a) Çevrimiçi izleme sistemleri b) Veri toplayıcıları/analizörleri c) Seyyar titreşim ölçerler d) Burulma titreşimi ölçerleri 3.9. Aşağıdakilerden hangisinde faz ölçümü için milin üzerinde bir referans noktasına gereksinim duyulmamaktadır?

255

a) Stroboskop b) Fotosel c) Elektromıknatıs/temassız toplayıcı d) Çift kanallı analizör 3.10. Burulma titreşimi aşağıdakilerden hangisini ifade etmektedir? a) Dönen bir mil üzerindeki iki nokta arasındaki bağıl açısal yer değiştirme b) Milin açısal hızı c) Milin açısal ivmesi d) Ortalama tork 4. Sinyal İşleme, Uygulamaları ve Gösterimler 4.1. Nyquist örnekleme teoremine göre en düşük örnekleme hızı ne olmalıdır? a) İlgilenilen en yüksek frekans değerinin yarısı b) İlgilenilen en yüksek frekans değerinin iki katı c) İlgilenilen en yüksek frekans değeri d) İlgilenilen en yüksek frekans değerinin üç katı 4.2. Aşağıdaki pencerelerden hangisi bins ve tepe değerin en düşük genişleme arasındaki tepelerin iyi genlik çözünürlüğünü sağlar? a) Düz b) Dikdörtgen c) Hanning d) Hamming 4.3. Eğer analiz cihazı üzerindeki maksimum frekans ( F-maks ) 320 000 cpm ‘ye ve çözünürlük 1600 hatta ayrılmış ise bant genişliği değeri ne olur? a) 200 cpm b) 0.005 cpm c) 2000 cpm d) 5 cpm 4.4. Tur bindirme aşağıdakilerden hangisine yardımcı olur? a) Frekans çözünürlüğünün iyileştirilmesi b) Genlik hassasiyetinin iyileştirilmesi c) İşlemci hızının arttırılması d) Titreşim verisinin toplanması için gereken zamanın kısaltılması 4.5. İki zaman dalga formunun marjinal olarak farklı frekansları ile neden olduğu beats frekanslarının karşılığı aşağıdakilerden hangisidir? a) İki frekansın ortalaması b) İki frekansın toplamı c) İki frekansın farkı d) İki frekansın birbirine olan oranı 4.6. Dönme yönü, milin hareket yönünün tersinde ise meydana gelen yörünge ne tarafa doğrudur? a) İleri salınım b) Geri salınım 4.7. Bir şelale çizimi üzerinde hangi ifadeler yer almaktadır? a) Frekans-genlik-zaman b) Frekans-genlik-faz c) Frekans-genlik-devir d) Frekans-genlik-FFT 4.8. Çalışma yükü altındaki bir ekipmanın titreşim hareketinin görselleştirilmesi için hangi teknik kullanılmaktadır? a) Modal analiz

256

b) Cepstrum analizi c) Çalışmadan kaynaklanan şekil değiştirme analizi d) Sonlu elemanlar yöntemi 4.9. Tutarlılık aşağıdakilerden hangisi için bir anlam ifade etmez? a) Kaynağın ve titreşim etkisinin tanımlanması b) Sensörlerin konumunun seçilmesi c) Sensör sayısının düşürülmesi d) Yüksek frekans aralığında rulman arızanın tespit edilmesi 4.10.1/3 oktavlık spektral analizde bant genişliği aşağıdakilerden hangisine eşittir? a) Sabit b) Orantılı c) Eksponansiyel d) F-maks ‘ın 1/3 ‘ü 5. Titreşim Analizi Kullanarak Ekipmanın Arızasının Teşhis Edilmesi 5.1. Dengesiz bir konsollu fan rotorunda uygunluk testi aşağıdakilerden hangisidir? a) Tüm yataklarda eksenel doğrultuda okunan benzer faz değerleriyle 1x devir tepe değeri b) Tüm yataklarda radyal doğrultuda okunan benzer faz değerleriyle 1x devir tepe değeri c) Eksenel doğrultuda kararsız fazla 1x devir tepe değeri d) Tüm yataklarda eksenel doğrultudaki zıt faz değerleri ile 1x devir tepe değeri 5.2. Bel veren bir milin üzerindeki yataklara konulan sensörler ile eksenel doğrultuda hangi değer alınır? a) Hiç faz farkı oluşmaz b) 1800 ‘lik faz farkı c) 900 ‘lik faz farkı d) Kararsız faz değerleri okunur 5.3. Bir pompa ve motor kaplininin yataklar üzerinde radyal doğrultuda ölçülen faz farkı 1800 ise hangi olaydan şüphe edilebilir? a) Kaidenin oturmamış olması b) Kaplinin hasar görmüş olması c) Açısal ayarsızlık d) Paralel ayarsızlık 5.4. FFT spektrumunda alt harmonikler 1/2x veya 1/3x olarak gözleniyorsa bunun anlamı ne olabilir? a) Yağ anaforu b) Yağın köpürmesi c) Döner stall d) Ekipmanı oluşturan elemanlarda gevşekliğin bulunması 5.5. Yapısal elemanların rezonans frekansı aşağıdakilerden hangisi ile tespit edilebilir? a) Faz analizi b) Zaman dalga formu analizi c) Bir vurma testi d) Hızlı Fourier dönüşümü 5.6. Bir orbit çiziminde iki nokta ve iki boşluk görüldüğünde bu hangi titreşim frekansını gösterir? a) 1/2x devir b) 1x devir c) 2x devir d) Hiçbir korelasyon yoktur

257

5.7. Eğer ekipmanın faz faktörü N=1, dişli çarktaki diş sayısı 98 ve bu dişlinin devri 5528 d/d ve pinyon dişlideki diş sayısı 65 ise avlanan dişli frekansı nedir? a) 85 cpm b) 255 cpm c) 170 cpm d) 541 744 cpm 5.8. 1450 d/d ‘de çalışan bir motor 120 mm çapındaki bir kasnağa sahiptir. Mekanizmada kullanılan kayışın uzunluğu 1295 mm ‘dir. Pompa tarafındaki kasnağın çapı ise 180 mm ‘dir. Kasnağın arıza frekansı aşağıdakilerden hangisi olabilir? a) 422 cpm b) 633 cpm c) 107 cpm d) 161 cpm 5.9. Eğer bir rotorun bara geçiş frekansı 2x hat frekansı yan bantları ile çevrelenmiş ise motordaki arıza ne olabilir? a) Rotor baraları kırılmıştır b) Rotor ekzantrik olarak çalışmaktadır c) Stator sarımları gevşemiştir d) Rotor baraları gevşemiştir 2.10.Bir turbo ekipmanda 1x genlikte ve fazda meydana gelen ani değişim hangi olayın işaretçisidir? a) Beklenmeyen parçalanma b) Yatak boşluklarının artmış olması c) Milin kırılmış olması d) Yağ anaforunun başlangıcı 6. Titreşime Neden Olan Arızaların Düzeltilmesi 6.1. Tek düzlemde dengelemede eğer dengelenmemiş ağırlık belirli açılarla saat yönünde hareket ettiriliyorsa faz veya hedef altındaki referans işareti nasıl hareket eder? a) Aynı açıda fakat saat yönünün tersi doğrultusunda b) Aynı açıda ve doğrultuda c) Orijinal konumdan 1800 d) Saat yönünün tersi doğrultuda iki kat açıyla 6.2. İki düzlemde yerinde dengeleme yapılması için aşağıdaki yöntemlerden hangisi kullanılmalıdır? a) 1 deneme çalışması b) 2 deneme çalışması c) 3 deneme çalışması d) N rotorun kritik devri olmak üzere, N+2 deneme çalışması 6.3. Düzeltme düzlemlerinin sayısı rotorun çalışma devrine bağlıdır. Bir kural olarak gerekli olan düzeltme düzlemleri sayısı aşağıdakilerden hangisidir? ( Burada N rotorun çalışma devri üzerindeki kritik devir sayısıdır ) a) N b) N+1 c) N+2 d) N+3 6.4. Bir rotor 1000 rad/sn hızla dönmektedir. Rotorun dengelenmesi için rotor çapı 350 mm ‘ye taşlanmıştır. ISO 1940 dengeleme standardı kullanıldığında artık dengesizlik 0.003 mm ise dengeleme kalitesi nedir? a) G 3.5 b) G 3

258

c) G 2.5 d) G 0.35 6.5. Aşağıdaki faktörlerden hangisi genellikle ekipmanın kaplin ayarı kontrolünü etkilemez? a) Aparatın eğilmesi b) Yumuşak ayak c) Millerin eksenel olarak kayması d) Elektriksel kaçak 6.6. Eğer iki komparatör yöntemi kullanılarak kaplin ayarı yapılıyorsa şim kalınlığının hesaplanması için hangi matematiksel prensip kullanılmaktadır? a) Özdeş açıları b) Trigonometri c) Pisagor teoremi d) Üçgenlerin benzerliği 6.7. Üç komparatör ile kaplin ayarı aşağıdakilerden hangisi için kullanılmaktadır? a) Milin tam bir tur atmasının imkânsız olduğu durumlarda b) Millerin eksenel gezintisi fazla olduğunda c) Millerin uçları arasındaki mesafe büyük olduğunda d) Diyafram kaplin kullanıldığında 6.8. Ters komparatör yöntemi ile kaplin ayarı hangi durumda kullanılmaktadır? a) Hassasiyetin millerin eksenel hareketinden etkilenmediğinde b) Millerin her ikisinin de beraber dönmesiyle kaplin göbeklerindeki kaçıklıklar ölçülemediğinde c) İki komparatör yöntemine göre geometrik hassasiyeti daha iyi olduğunda d) Hepsi 6.9. Kaplin ayarı toleranslarında aşağıdakilerden hangisi dikkate alınır? a) Eksenel kaçıklık b) Açısal kaçıklık c) Hem eksenel hem de açısal kaçıklık d) Titreşim genliği ve eksenel kaçıklık 6.10. Rezonans problemini çözmek için dinamik bir sönümleyici tasarlanırken bu sönümleyici hangi doğal frekansa sahip olmalıdır? a) Monte edileceği ana kütleninkiyle aynı olmalıdır b) Monte edileceği ana kütleninkinden biraz daha az olmalıdır c) Monte edileceği ana kütleninkinden biraz daha fazla olmalıdır d) Hiçbiri 7. Yağ ve Partikül Analizi 7.1. Herhangi bir ekipmanda kullanılan tipik bir yağlayıcı ( petrol bazlı ) nasıl hazırlanmaktadır? a) Ham yağın işlenmesiyle b) Düşük moleküler bileşenler arasındaki kimyasal reaksiyon c) Baz yağa katkı maddelerinin karıştırılması d) Mineral yağa sentetik yağın karıştırılması 7.2. Primer yağ örneği alma portlarının kullanım amacı nedir? a) Hangi bileşenin aşındığını anlamak b) Rutin örnek alma c) Filtrelerin durumunun kontrol edilmesi d) Örnekleme şişelerine numune doldurulması 7.3. Primer yağ örneği alma portları genellikle nerede bulunur? a) Tek geri dönüş hattının üzerinde karterin veya rezervuarın gelen akım tarafında

259

b) Yağ filtrelerinden sonra c) Yataklar gibi bileşenlerin giden akım tarafında d) Yağ pompasının giden akım tarafında 7.4. Bir karterden örnekleme için yağ alındığında örneğin alınması için en iyi konum neresidir? a) Yağ seviye göstergesi b) Karterin alt tarafı c) Karterin ortası d) Karterden örnek alınmamalıdır 7.5. Elde edilen deneyimlere göre sinyalin gürültüye olan oranı ne olmalıdır? ( Yağın temizliğinin maksimum izin verilebilir şişe kirlenmesine olan oranı ) a) 20:1 b) 1:5 c) 1:10 d) 5:1 7.6. Ardışık iki raporda ISO partikül kodu şu şekilde verilmiştir: (1) ISO 19/12 ve (2) ISO 20/13. Bu iki örnekteki partikül sayısı arasındaki bağıntı nedir? a) İki katı b) Yarısı c) Dört katı d) Hiçbir bağıntı yok 7.7. Bir yağın viskozite indeksi hangi iki değişken arasındaki ilişkiyi ifade etmektedir? a) Viskozite ve asitlik b) O andaki viskozite ve gerçek viskozite c) Viskozite ve sıcaklık d) Viskozite ve özgül ağırlık 7.8. Aşağıdakilerden hangisi bir yağın kirletici analiz tekniği değildir? a) Timken OK değeri b) Spektrometrik analizi c) Ferro grafi d) Kızılötesi analiz 7.9. Özel bir uygulamada yağ örneğinin 5-10 mikron arasında demir olmayan partiküller içerdiği sanılmaktadır. Burada kullanılabilecek en uygun analiz hangisidir? a) Spektroskopi b) Rotrode filtre spektroskopisi ( RFS ) c) Ferro grafi d) Partikül sayma 7.10.Bu ferro gram (1000x ) da hangi aşınma tipi görülmektedir? a) Rulman bilyasındaki aşınma b) Dişlide sürünme aşınması c) Yağsızlıktan dolayı siyah oksit oluşumu d) Alıştırma aşınması 8. Diğer Kestirimci Bakım Teknikleri 8.1. Ultrason dalga boyu hangi frekansın üzerinde başlamaktadır? a) 20 Hz b) 20 kHz c) 100 kHz d) 100 Hz 8.2. Aşağıdakilerden hangisi hava kaynaklı ultrason dalgasının bir karakteristiği değildir? a) Ufak nesneler tarafından bloke edilmesi

260

b) Katı nesnelerden geçememesi c) Düz bir çizgi halinde yayılması d) Uzun mesafeleri kat edebilmesi 8.3. Ultrason normalde insan kulağı tarafından duyulamamaktadır. Fakat bunu bir işlemle duyulabilir aralığa getirmek mümkündür. Bu işleme ne ad verilmektedir? a) Dijital sinyal işleme b) Hızlı Fourier dönüşümü c) Heterodyning d) Yükseltme 8.4. Ultrason tekniği aşağıdakilerin hangisini tespit etmek için etkili bir teknik değildir? a) Kaçaklar b) Rulman arızaları c) Ark yapma ve deşarj olma gibi elektriksel arızalar d) Kirlilik 8.5. Termografi elektromanyetik spektrumun hangi kısmından yararlanmaktadır? a) Kızılötesi b) Ultrasonik c) Mor ötesi d) Görünür 8.6. Termografi genellikle hangi sıcaklığın altında etkisiz hale gelmektedir? a) 0 C0 b) -20 C0 c) -100 C0 d) -180 C0 8.7. Termografi aşağıdakilerden hangisinin tespit edilmesinde çok etkili değildir? a) Elektrik devrelerindeki gevşek bağlantıların bulunmasında b) Kaplin ayarsızlığında c) Yapısal rezonansta d) Fırın tuğlalarındaki kaçaklarda

261

Cevaplar 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5

a c b c Kritik Zorunlu Genel amaçlı 1.6 Zorunlu ekipman 1.7 b 1.8 a 1.9 a 1.10 b

2.1 2.2 2.3 2.4 2.5

d d 0 cm c d

2.6 2.7 2.8 2.9 2.10

c a a a d

3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10

d b d a b c d b d a

4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 4.10

b c a d c b c c d b

5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 5.8 5.9 5.10

a b d d c a a a d c

6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6 6.7 6.8 6.9 6.10

a c c b d d b d c a

7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 7.6 7.7 7.8 7.9 7.10

c b a c d d c a b a

8.1 8.2 8.3 8.4 8.5 8.6 8.7

b d c d a b c

262

Ek B Pratik Alıştırmalar A Titreşimin Doğal Frekansı Kavramı Verilen: Yay, 22.8 g ‘lık veya 47.8 g ‘lık kütle, hesap makinesi, kronometre, metre Hesaplama 1. Hooke Kanunu ‘nu kullanarak yayın katılığını hesaplayınız. Hooke Kanunu F=k.x ile ifade edilmektedir. Burada; F x k

: Kuvvet : Yer değiştirme miktarı : Yayın katılığı

[ N] [m] [N/m]

dır. 2. Kütlesi bilinen bir sistemin teorik titreşim doğal frekansını hesaplayınız ( Hz olarak, yayın kendi ağırlığını ihmal ediniz ). Doğal frekans:

ile ifade edilmektedir. Burada: ωn : Frekans : Yayın katılığı k m : Kütle

[ rad/sn ] [ N/m ] [ kg ]

dir. 3. Yayın uncunda bir kütleyle serbest olarak salınmasına izin verelim ve 10 sn ‘de kaç çevrim meydana geldiğini sayalım. Bu deneydeki sistemin titreşim doğal frekansı nedir? 4. Deneysel ve teorik sonuçlar arasındaki bağıntı nasıldır? 5. Kesin olarak 1.5 Hz ‘lik doğal frekansa sahip sistem nasıl değiştirilebilir? B Vurma Testi Verilen: Alüminyum kiriş, darbe çekici, ivmeölçer, titreşim analizörü Analizörde aşağıdaki ayarları kullanın:

263

Mod: Frekans; Spektral çizgileri: 800; F-maks: 2000 Hz; Ortalama: 4; Ortalama tipi: Doğrusal; Tur bindirme: %50; Tahrik: Tekil; Kaynak: Dâhili; Senkronize-başlat: Kapalı. Hesaplama 1. Analizörün frekansını domain e ayarlayın. İvmeölçeri yanal doğrultuda kirişe monte ederek doğal frekansı hesaplayın ve çekiç ve titreşim analizörü ile vurma testini birleştirin. Çekiç ivmeölçerle aynı eksende olmalıdır. 2. İvmeölçerin konumunu değiştirin ve testi tekrar edin. 3. İvmeölçeri yan doğrultuda monte edin ve testi tekrarlayın. Çekicin aynı eksende olması gerektiğini unutmayın. 4. Çekiçte sert/yumuşak uç kullanın ve testi tekrarlayın. Hangi ucun en iyisi olduğunu belirleyin ve özel bir ucun neden daha iyi olduğunun nedenlerini sıralayın. 5. Kirişe fazladan sönümleme ekleyin ( örn: elle tutun ) ve testi tekrarlayın. Bu sonucu nasıl değiştirmektedir? C Kanat Geçiş Frekansı Verilen: İvmeölçer; titreşim analizörü; fan demo kiti; hızölçer; stroboskop ( mümkünse ); hesap makinesi; presstick. Analizörde aşağıdaki ayarları kullanın: Mod: Frekans; Spektral çizgileri: 800; F-maks: 500 Hz; Ortalama: 4; Ortalama tipi: Doğrusal; Tur bindirme: %50; Tahrik: Serbest çalışma; Kaynak: Dâhili. Hesaplama 1. Fanı açık duruma getirin ( devir 1 ) ve fanın devrini ölçmek için bir hız ölçer kullanın. Sonucu doğrulamak için stroboskop kullanın. 2. Fanın devir 1 ‘de çalışması için kanat geçiş frekansını ( BPF ) hesaplayın. 3. Titreşim analizörünü kullanın ve radyal doğrultuda titreşim spektrumunu ölçün. Açısal frekansı ( 1x ) ve spketrumdaki BFP ‘yi tanımlayın. 4. Eksenel doğrultuda ölçüm yaparak testi tekrarlayın. BPF ‘nin alınması için en iyi doğrultu nedir? 5. Fanın devir 2 ‘de ( eğer var ise ) çalışması için 1 ‘den 4 ‘e kadar olan adımları tekrarlayın. 6. Kanatların birisinin üzerine az miktarda presstick koyun ve titreşim spektrumunu ölçün. Tekrar, önceki sonuçlar ile dengelenmemiş fanın sonuçlarını karşılaştırın. 7. Şimdi presstick i iki kanadın üzerine koyun ve ölçümleri tekrarlayın. D Rotorun Dengesizliği ve Kaplin Ayarsızlığı Verilen: İvmeölçer; titreşim analizörü; rotor demo kiti; hızölçer; değişken güç kaynağı; presstick ve şim malzemesi Analizörde aşağıdaki ayarları kullanın:

264

Mod: Frekans; Spektral çizgiler: 800; F-maks: 1000 Hz; Ortalama: 8; Ortalama tipi: Doğrusal; Tur bindirme: %50; Tahrik: Serbest çalışma; Kaynak: Takometre. Hesaplama: 1. İvmeölçerleri ve takometreyi analizöre bağlayın. Rotoru ( 3V ayarına getirin ) ve devri ölçmek için bir takometre kullanın. Analizör ile frekans alanına bakın 2. Spektrumda açısal frekansı (1x) tanımlayın ve açısal frekanstaki spektrumun titreşim genliğini okuyun. 3. Rotora az miktarda presstick bağlayın ve ölçümü tekrarlayın. Daha önceki sonuçlarla esas frekanstaki (1x) titreşim genliğini karşılaştırın. 4. Rotor tabanını gevşetin ve rotorun ayarını bozmak için bir şim koyun. Bu durumda 2x frekans alanında rotorun ayarsızlığını görün ( paralel ayarsızlık ). 5. Deneyi daha ileri seviyeye taşımak için aşağıdakiler yapılabilir: a. Farklı ölçüm konumları ile sonuçları karşılaştırın b. Analizördeki ayarları değiştirin ( örn: aralık, pencere, çözünürlük ) c. Ortalama zaman sinyalini oluşturun d. 1x frekansta birçok harmoniğe açıklama getirin E Dişlilerin Eşleşme Frekansı Verilen: İvmeölçerler; titreşim analizörü; dişli demo kiti; takometre ve hesap makinesi Analizörde aşağıdaki adımları kullanın: Mod: Frekans; Spektral çizgiler: 800; F-maks: 1500 Hz; Ortalama: 8; Ortalama tipi: Doğrusal; Tur bindirme: %50; Tahrik: Serbest çalışma; Kaynak: Dahili; Senkronizebaşlat: Kapalı. Hesaplamalar: 1. İvmeölçerleri ve takometreyi analizöre bağlayın. Rotora ( aküde devir 2 veya güç kaynağında 3V ) tahrik verin ve takometre kullanarak rotorun devrini ölçün. Farklı dişlilerin eşleşme frekansının ( GMF ) hesaplanması için aşağıdaki demo kit şeklini kullanın.

265

2. Sistemde GMF ‘yi yakalayabileceksiniz seyyar bir ivmeölçeri kullanın. En iyi ölçüm konumunun belirlenmesine çalışın. 3. Her bir GMF için yan band boşluklarını hesaplamaya çalışın ve bunu analizör ile görüp göremediğinize bakın. Bu bir büyültme – zoom - analizi gerektirebilir ( mümkün olduğu yerlerde ). F Kayış Frekansı Verilen: İvmeölçerler; titreşim analizörü; kayış demo kiti; takometre; hesap makinesi Analizörde aşağıdaki ayarları kullanın: Mod: Frekans; Spektral çizgiler: 800; F-maks: 100 Hz; Ortalama: 4; Ortalama tipi: Doğrusal; Tur bindirme: %50; Tahrik: Serbest çalışma; Kaynak: Takometre. Hesaplama: 1. İvmeölçerleri ve takometreyi analizöre bağlayın. Rotora ( 3V ‘de ) tahrik verin ve devri ölçmek için bir takometre kullanın. 2. Adım çapları ( bilya merkezlerinin rulman merkezine olan uzaklığı ) ve kayış uzunlukları demo kit üzerinde verilmiştir. Sayfa 166 ‘daki denklemi kullanarak kayış frekanslarını hesaplayın. 3. Seyyar bir ivmeölçer kullanın ve analizördeki kayış frekanslarının yakalanıp yakalanmadığını görün. Ölçümleri farklı noktalardan almaya çalışın. 2x kayış frekansının baskın olacağını bekleyebilirsiniz. 4. Eğer bir kayış frekansı ve açısal frekans 10 Hz ‘den daha az fark gösteriyorsa neler olabilir? 5. Farklı tip kayış ayarsızlıklarından yararlanarak kayışın ayarını bozun. Titreşim spektrumundaki değişimleri görmeye çalışın.

266