Analysis of machinery faults by curve length and wavelet transforms

Abstract

Dönme hareketi endüstride ve enerji üretiminde kullanılan makina ve ekipmanlardaki en temel hareket biçimidir. Bu hareketin sürekliliği oldukça önemli bir gereksinimdir. Zira beklenmeyen hatalardan dolayı sistemin durması veya performansının düşmesi gibi durumlar ciddi maliyet kayıplarına yol açmaktadır. Bu sebeple, hatanın tahmin edilmesi ihtiyacı doğmuştur. Bir döner sistem düşünüldüğünde, sistemin temel olarak bir mil, milin dönme hareketini destekleyecek yataklar ve rulmanlardan oluştuğu gözlenecektir. Böyle bir modelde oluşabilecek temel hatalar incelenecek olursa, mildeki eksen kaçıklığı, mil üzerindeki dengelenmemiş kütle ve dönme hareketini destekleyen yataklarda kullanılan rulmanlardaki hatalar ilk planda öne çıkmaktadır. Bu hataların kritik hata seviyesine gelmeden önce belirlenip gerekli önlemlerin alınması ciddi kazanımlar sağlamaktadır. Bu amaçla kullanılan metotlardan en önemlisi durum izleme yöntemidir. Durum izleme yönteminde temel olarak titreşim sinyallerinin izlenmesi yaygın olarak karşımıza çıkmaktadır._x000B_Bu gerçeklikten yola çıkılarak ilgili çalışma, pratikteki durumu temel anlamda simule edecek bir deney düzeneğinin üzerinde gerçekleştirilmiştir. Eksen kaçıklığı, dengelenmemiş kütle ve rulman hatası gibi pratikte oldukça karşılaşılan hata biçimleri sistem üzerinde oluşturulmuş ve titreşim ölçümü ile sistemin durumu izlenmeye çalışılmıştır. Eksen kaçıklığı deney düzeneğinin yataklarının hareket edebilir ve istenen pozisyonda sabitlenebilirliğiyle, dengelenmemiş kütle oluşumu deney düzeneği üzerindeki dairesel plakaya radyal yönde ek kütlelerin sabitlenmesiyle ve rulman hataları masuralı rulmanın iç bileziğine dalma erezyon tezgahında oluşturulan çukur ile oluşturulmuştur. Titreşim ölçümleri taşınabilir bir titreşim analizörü ile hız ve ivme cinsinden geniş bir mil hızı aralığında gerçekleştirilmiştir. Hatasız ve hatalı sistemlerden elde edilen titreşim sinyalleri, öncelikle rms, kurtosis, tepe tepe gibi bazı istatiksel göstergeler ile zaman ortamında incelenmiştir. Daha sonra eğri uzunluğu dönüşümü olarak adlandırılan lineer olmayan bir zaman ortamı dönüşmü yine titreşim sinyallerine uygulanmış ve bu dönüşümün etkinliği istaiksel parametreler yardımıyla gözlemlenmiştir. Buna ek olarak ilgili dönüşümdeki skala faktörünün eğri uzunluğuna etkisi incelenmiştir. Bir sonraki aşamada titreşim sinyallerine FFT ve STFT dönüşümleri uygulanarak frekans ortamında karakteristik hata frekanslarının yakalanması amaçlanmıştır. Son bölümde ise çalışmanın ana merkezini oluşturan yeni bir sinyal işleme yöntemi kullanılmıştır. Sürekli wavelet dönüşümü ismindeki bu sinyal işleme yöntemi ile hatanın hangi zaman içerisinde, hangi frekansta ve hangi şiddette oluştuğu gibi detaylı bilgilere de ulaşılmıştır. Rotation is a basic motion which is widely used in machinery and equipments of industry and energy production sites. The continuity of the motion is very important necessity. An unpredictable fault causing a stop or decrease of the performance in the system cause serious financial losses. For that reason, the necessity of predicting the fault arises. Considering the rotating machinery it can be concluded that the system basically consists of a shaft, housings and rolling element bearings. The basic faults are basically run-out, unbalanced masses and rolling element faults in such a kind of rotating machinery. The prediction of these faults and taking the corresponding precautions before the failure causes big financial savings. The most important method for this purpose is condition monitoring. Vibration measurements are mainly and widely used tool for condition monitoring._x000B_With the help of this point of view, the corresponding studies are worked on an experimental setup which can simulate the situation in the real life applications. The common faults such as run-out, unbalance and inner race defect cases were configured on the system and the condition was monitored by using vibration data. Run-out fault was performed with the help of movable housings, unbalance fault was created with the help of a circular plate, which has holes in the radial direction for mass fixing and roller bearing fault (especially inner race fault) was created with the help of electrical discharge machine (creating defects on the outer surface of inner race of bearing). Vibration measurements were performed with a portable vibration analyzer at a wide range of shaft speeds. Velocity and acceleration data were recorded. Vibration signals which were taken from healthy and faulty system were investigated in time domain by using statistical parameters such as rms, kurtosis and peak to peak. In the further step, curve length transform, which is a nonlinear time domain transform, was applied to vibration signals and again healthy and faulty system, were investigated in time domain by using statistical parameters such as rms, kurtosis and peak to peak. In addition to this process, effect of scale factor on curve length transform was examined. In the next step, fast Fourier transform (FFT) and short time Fourier transform (STFT) were applied on the vibration signals and frequency spectrum was investigated with aiming to get the characteristic fault frequencies. In the final step, continuous wavelet transform was applied to vibration signals and corresponding spectrums were created for giving more information about the fault frequency, fault time and fault amplitude.