TİTREŞİM: ÖLÇÜMÜ VE ÇÖZÜMLENMESİ

Pertev CİNALİOĞLU

Makinelerin, motorların endüstride kullanımıyla birlikte "TİTREŞİM AZALTMA ve YALITMA" mühendislerin üzerinde çalıştığı bir konu olmuştur. Gelişen teknoloji, titreşim azaltma ve yalıtma yöntemlerini makine tasarı mının bütünleyici bir parçası yapmış, sonuçta titreşim lerin doğru ölçümü ve çözümlemesi gereği doğmuştur. Yıllar önce, bu gereksinim deneyimli mühendisin din leme ve dokunma duyuları ve yer değiştirmeyi ölçen basit optik aletlerle karşılanabilmiştir. Ancak, günümüz de çok hızlı ve titreşim sonucu oluşan kuvvetlerin çok büyük olduğu makineler için, titreşim ölçme yöntem leri ve araçları geliştirilmiş ve kullanılmaktadır.

den (içten yanmalı motorun piston hareketinde olduğu gibi) oluşabilir. Genellikle, karşılaşılan titreşim imleri çeşitli sıklıkta birçok bileşenden oluşur ve titreşimin genlik sıklık eğrisi çizilir. Bu eğriye, elektriksel imlerde olduğu gibi, titreşimin "GENLİK GÖRÜNGESİ" adı verilir. Şekil 1, anılan örneklere ait titreşim genlik za man, genlik sıklık eğrilerini basitçe göstermektedir.

TİTREŞİM

Pratikte titreşimlerin önlenebilmesi çok zordur. Titre şim genellikle; üretim toleransı, açıklığı, makine parça ları arasındaki dönme, dokunma, sürtünme veya döner parçaların dengesiz olmasından doğan kuvvetlerin dina mik etkilerinden oluşur. Küçük titreşimler, makina yapı sındaki diğer parçaların rezonans sıklıklarını uyararak yükseltilirler ve temel titreşim ve gürültü kaynağına dönüşürler. Tüm enerjinin işe dönüştürüldüğü ideal maki nede titreşim yoktur. Ancak, pratikte makine parçaları nın tepkimeleri sonucu, enerjinin bir kısmı titreşim ener jisi olarak harcanır. Titreşimlerin insanoğluna hiç faydası yok mudur? Evet, beton sıkıştırıcılar, kaya deliciler, ses üstü parça temizleme banyoları ve üretim sonrası test için kullanılan titreştiriciler, titreşimin yararlı olarak kullanıldığı araçlardır.

Bir kütlenin bir referans konuma göre yaptığı salınıma TİTREŞİM denir. Bir saniyedeki çevrim ya da salınım sayısı ise TİTREŞİM SIKLIĞIDIR.

Hareket, tek sıklıkta tek bir bileşen {Diyapazon hareke tinde olduğu gibi) veya değişik sıklıklarda çok bileşen

I

ı Sıklık

Zaman! L

ŞEKİL 1. Çeşitli mekanik yapıların titreşimlerinin genlik zaman, genlik sıklık eğrileri.

ELEKTRİK MÜHENDİSLİĞİ — 338

Bir makinenin titreşimlerinin sıklık çözümlemesi, belir gin periyodik sıklık bileşenleri içerir. Bunlar, makinenin çeşitli parçalarının temel hareketleriyle belirlenir. Her makinenin genlik görüngesine, makinenin imzası denebi lir. Genlik görüngesindeki değişim veya istenmeyen bir sıklık bileşeni, sıklık çözümlemesi yardımıyla kolayca bulunur ve istenmeyen titreşimin kaynağının bulunma «nV kolaylaştırır.

TİTREŞİM PARAMETRELERİ

Titreşen diyapazonda, titreşim genliği olarak diyapazon ucunun, ucun durgun durumuna göre yer değiştirmesi olarak düşünülmüştü. Diyapazon ucunun aynı hareketi, titreşim çözümlemesi yer değiştirme, hız ve ivme kulla nılarak yapılabilinir.

Titreşim parametreleri ISO (International Standards Organisation) 1000 gereklerine uygun olarak metrik birimlerle ölçülür. Ancak, yerçekimi sabiti g (9.81 m/s2) de ivme ölçümleri için yaygın olarak kullanılır.

TİTREŞİM DEĞİŞTİRGEÇLERİ (TRANSDUCER)

Titreşim çözümlemeleri yapılabilmesi, titreşim paramet relerinin elektriksel imlere dönüştürülmesiyle olanaklıdır. Bu işlevi gören parçalar "VIBRATION TRANSDUCER" (Titreşim değiştirgeci) olarak adlandırılır. Bağıl yer değiştirme değiştirgeçleri bazı özel uygulamalarda kulla nılır. Mutlak titreşimi ölçen sismik değiştirgeçler, genel makine titreşimi gözleminde daha yaygın olarak kullanı lır. Bağıl yer değiştirme değiştirgeçlerinin sıklık bölgesi 10 kHz'e kadar çıkmasına rağmen, sınırlı dinamik bölge leri nedeniyle yüksek sıklıktı harmonik titreşim bileşen lerini ölçmekte kullanılmazlar.

Yaygın kullanılan iki çeşit değiştirgeç vardır : 1 Hız duyarlı sismik değiştirgeç, 2 ivme duyarlı piezoelectric değiştirgeç (piezoelectric .accelerometer). Piezoelektrik ivme duyarlı değiştirgecin sıklık ve dinamik bölgesi geniş, boyutları küçük ve uzun dönem güvenilirliği fazla dır. Kullanıcı "Piezoelectric Accelerometer" kullanırken, ölçme parametresi olarak hızı ya da yer değiştirmeyi seçebilir.

PİEZOELECTRİC ACCELEROMETER

Değiştirgecin kalbi, genellikle yapay olarak polarize edi len ferroelektrik seramik parçadır. Sıkışma/çekme ve kayma gerilimi ile doğru orantılı olarak bağlantı yüzeyle rinde yük oluşur. Şekil 2 basitçe bu yapıyı göstermekte dir.

Piezoelektrik elemana, içinde bulunduğu yapı titreştiri lince, ivme ile doğru orantılı olarak bir kuvvet bir kütle tarafından uygulanır. Yay kütle sisteminin rezonans sık

lığından daha küçük sıklıklar için, kütlenin ivmesi değiş tirgeç tabanının ivmesine eşit olacak, sonuçta oluşan elektriksel im, değiştirgece uygulanan ivme ile doğru orantılı olacaktır. Şekil 3'de iki ayrı çeşit ivme duyarlı değiştirgeç "Accelerometer" iç yapısı görülmektedir.

SIKIŞMA / ÇEKME GERİLİMİ (TENSILE COMPRESSİVE

T —»KAY MA GERİLİMİİ ' S T R E S S * ( S H E A R STRESS)

piezdelektrik yapı

elektriksel çıkış

ŞEKİL 2. Kuvveti elektriksel ime dönüştüren yapı

^2 I SSS ~~ Onyükleme ysyi Pieıoelektiik eleman

TitKftirid kuvvet Onytikkme yayı ,

Çekme/Sıkılma tipi

«•Dikkatle

Çtkme/nkıpn. altoda pieaoelektrik yapı

Çıkıl

Onydkleme halkan dpi

Taban Oçam tnerka dayanağı

Kayma leriUml alımda pinoelekoik yapı StaükkUtle

Çıkıt,

Tabu

SEKİL 3. İvme duyarlı değiştirgecin yapısı

Böylece bir makinenin titreşim çözümlemesi için gere ken ön bilgiyi sunmuş olduk. Titreşim çözümlemesi için kurulması gereken sistemin öbek çizimini vermeden önce, sıklık çözümlemesini, fayda ve çeşitlerini inceleye lim.

SIKLIK ÇÖZÜMLEMESİ

Geniş bir sıklık aralığında toplam titreşim düzeyi ölçüm leri, baskın olan sıklık bileşenlerinin toplam etkisini gös terir. Bu etkinin gözlenmesi önemlidir, ancak sıklık çözümlemesiyle elde edilecek bilgileri sağlamaz. Sıklık çözümlemesi, daha önce belirtildiği gibi, makine titreşi minin genlik görüngesinin hesaplanmasıdır. Genlik görün gesi Şekil 4'de belirtilen yöntemlerle bulunur.

iKi

makine

makine »

iE

pyarianaMer O > analık gecirer

I suzaec değiştirgeç

fitresi nr

Ölçer

yükselt* j>t<aydedi:i

değiştirgeç titreşim kay& >

GENLİK GÖRÜNGESI ÇİZİMİ

Ş E K İ L 4. Genlik görüngesl bulma yöntemleri

Eğer süzgeç kullanılmıyor ya da hep geçiren süzgeç kul lanılıyorsa, çözümleme G E Nİ Ş A R A L I K L I ÇÖZÜM LE ME adını alır. Kullanılan süzgecin sıklık aralığı küçükse, DAR A R A L I K L I SIKLIK ÇÖZÜM LEM ESİ gerçekleş tirilmiş olur. Şekil 5, çeşitli sıklık aralıklı süzgeçler kul lanılarak çizilen genlik göriingelerini göstermektedir.

genlik

* çok geniş aralıklı çözümleme

geniş aralıklı çözümleme dar aralıklı çözümleme

terir. Bir ya da birden çok sıklık bileşeninin, düzenli ölç me ve çözümleme sonucunda, genliklerinin zamana karşı çizimi ile Z A M A N T İ T R E Şİ M DÜ Z E Y İ EĞİ Lİ M Eğ rileri elde edilir. Bu eğri yardımıyla, makine tümüyle kul lanılmaz olmadan, bakım onarım zamanı saptanır, gerekli planlama yapılıp bakım onarım gerçekleştirilir.

Makinenin ve parçalarının genel eğiliminin saptanıp ona göre bakım onarım yapılması kavramı böylece ortaya çıkar. Bu yönteme " DURUMA GÖRE BAKIM ONA R I M " adı verilir. Y önt em, üretim sürecinde makinelerin yedeklenmediği ve düzenli aralıklarda bakımın büyük üretim kayıplarına neden olduğu süreçlerde faydalıdır.

Şekil 6'da örnek bir E Ğ İ L İ M Z A M A N eğrisi görülmek tedir.

SE K İ L 5. üç değişik sıklık aralıklı süzgeç kullanılarak elde edilen genlik görünge eğrileri

Çözümleme aralığı daraldıkça, genlik görüngesi daha ay rınt ılı olarak elde edilir ve gelişen arızalar uzun bir süre öncesinden saptanabilir. Daha önceki görünge çizimle rine göre, çeşitli sıklık bileşenleri genliklerinde artışlar ya da önceki çizimlerde görünmeyen sıklık bileşenlerinin ortaya çıkışı, olası bir bozukluğun habercileridir. Genlik görüngesinde görülen yeni sıklık bileşenleri aynı anda makinenin hangi parçalarında bozulma olduğunu da gös

titreşim bileşen kuzeyi y ta mir düzeyi belirgin durum değişikliği düzeyi normal düzey *

»bozulma düzeyi uyarı suresi düzenli ölçme aralıkları zaman

ŞEKİ L6 . örnek TİTREŞİM BİLEŞENİ DÜZEY EĞİLİM eğrisi

Makineler için Tİ TRE Şİ M Şİ DDETİ ve Bİ LY ALARIN T İ T R E Şİ M ÖL ÇM E L E Rİ kriterlerini sunmadan, mo dern bir titreşim gözleme ve çözümleme sistemini göre lim.

• motor

T1 T4 TİTREŞİM DEĞİŞTİRGEÇLERİ

ÎT3 T4

multıplexef

——f e ı k l ı k çözümleyici bilgisayar

ön yükseltec ara bağlantı hırımı

sayısal kaynpnırı

uzak uyarı

ŞEKİL 7. örnek MAKİNE TİTREŞİM ÖLÇME/ ÇÖZÜMLEME SİSTEMİ

ÖRNEK MAKİNE TİTREŞİM ÖLÇME VE ÇÖZÜMLEME SİSTEMİ

Şekil 7 böyle bir sistemi göstermektedir.

Değiştirgeçler, titreşimi elektrik imlerine dönüştürür, ön yükselteçte yükseltilen imler, bilgi iletişim yöntemleri kullanılarak çözümleme merkezine ulaştırılır. Y a sıklık çözümleyici kullanılarak, ya da sayısal kaydedilen imleri bilgisayarla işleyerek genlik göriingesi dde edilir. Daha önceki görünge kayıtlarıyla yeni görünge karşılaştırılır ve bulgular değerlendirilir. Sıklık çözümlemesi için artık FFT (Hızlı Fourier DönüşUmü)'nin kullanıldığını belirt meliyiz.

SONUÇ Titreşim gözlemesi, deyim yerindeyse, makine sağlığı saptamanın temel bir öğesidir. Y öntem, yaygın olarak kullanılmakta, çözümlemeyi kolaylaştıracak araç ve sis temler üzerinde çalışmalar yoğun bir biçimde sürdürül

mektedir. Y azımızı, endüstride çalışan mühendise uygu lamada yardımcı olacak kriterleri vererek bitirelim.

BİLY A Tİ TREŞİ M ÖLÇME KRİTERİ (10 1 0 000 Hz) KANADA HÜKÜMETİ "BAKIM İÇİN TİTREŞİM L İ M İ T L E Rİ " CDA/ms/NvsH 107 : SPESİFİKASY O NUNDAN ALINMIŞTIR.

VdB için referans 1 0 " ' mm/s

V mm/s

VdB = 2 0 / 0 9 (

) mm/s

1 Bu düzeyde, bakım yapılır. 2 Bu düzeyde hemen onarım yapılır.

TİTREŞİM ŞİDDETİ KRİTERİ (10 Hz • 1 kHz) VDI 2056,1502372, BS 4675

İfl