R.Kubilay Köse 
Şirket Müdürü
Makina Mühendisi B.Sc.ODTÜ 1985
Topaz Mak.Müh.Müş.Müm. ve Tic Ltd.Şti.
(Emerson Process Management – CSI Bölümü temsilcisi)
topaz@ada.net.tr

1- GİRİŞ:
Makina sağlığındaki değişimler, beklenti arızaları ifade edecek parametrelerin, periyodik ölçümlerle izlenmesi ile belirlenir. Buna Kestirimci Bakım uygulaması adı verilir.
Kestirimci Bakım Sisteminin ana omurgası Vibrasyon-Titreşim Analiz teknolojilerinden oluşur. Bunun nedeni, arıza konumuna giren makinalarda öncelikle titreşimin oluşmasıdır.

Makinalar neden titrer? 
Dönen makinalarda, sürekli kendini tekrarlayan bir hareket vardır. Şaft-Mil dönüş devri frekansında oluşan zorlama kuvveti, vibrasyonun-titreşimin nedenidir. Zorlama kuvvetinin tetiklediği frekanslar, makina elemanlarının rezonans frekansları ile eş güdümlük göstermesi durumunda titreşimler artar ve sonucunda fatik-yorulma gerçekleşir ve makinada kırılmalar oluşur.
Farklı arızalar, bu zorlama frekansının harmoniklerinde kendisini gösterir. Bu amaçla dijital teknolojinin gelişmesi ile, FFT Spektrum grafiklerinin kullanılması öngörülmüştür. Ancak uygulamalar,  FFT Spektrum grafiğinin üretildiği kaynağın öncelikle analiz edilmesi gerektiğini göstermiştir.  1990’larda sadece trend ve spektrum grafikleri analizi ile yürütülen kestirimci bakım uygulamalarında, bugün zaman dalga formu grafikleri analizleri ilk yapılması gereken konumuna gelmiştir. FFT spektrum grafikleri, sanal grafikler olup, zaman dalgaformundan üretilir. Bu arada, arızayı ifade eden kimi sinyaller matematiksel işlemler nedeni ile kaybolur.

Neden öncelikle Zaman Dalgaformuna bakılmalıdır?
FFT Spektrumu nasıl bir grafikten üretilmiştir. Bu görülür.
Kestirimci Bakım amaçlı trend izleme için kullanılan parametrelerin üretildiği kaynağın doğruluğu ancak zaman dalga formuna bakılarak anlaşılacaktır. 
Acaba ölçüm doğru yapılmış mıdır?
Acaba alınan sinyaller makina sağlığı hakkında bilgi taşımakta mıdır?
Acaba makinada ritmik tekrarlayan bir durum mu yoksa ara ara gelen bir sinyal yükü mü vardır? Tüm bunlar, ancak dalgaformuna bakılınca anlaşılabilir.

2- TİTREŞİM DALGAFORMU GRAFİĞİ NASIL EDİNİLİR ?
Titreşimi elektriksel sinyale çeviren bir sensör, bu sinyali algılayacak sinyal işleme
özelliğine sahip bir cihaz gereklidir. 

Şekil 1. Sinyal çevrim akışı

Makina Sağlığı hakkında bilgi alabilmek, analiz yapabilmek için, dinamik çıkış veren vibrasyon sensörleri kullanılır. Günümüzün yaygın kullanılan vibrasyon sensörleri ICP* tipi akselerometrelerdir.
ICP* vibrasyon sensörleri içinde hareketli parça yoktur. Titreşimin, sensör içinde bulunan kristal üzerine binen kuvvetlerin yarattığı dalgalanma elektriksel sinyale çevrilir. İçindeki ICP* mikro devresi ile dışarıya, dokunulan yerdeki vibrasyona senkron, onu modelleyen voltaj dalgalanması verilir.

* {ICP - integrated circuit Piezoelectronic  - ABD menşeli sensör üreticisi PCB firmasının geliştirdiği bir teknoloji olup PCB firması adına tescillidir}

3- VİBRASYON SENSÖRLERİ
Mekanik Vibrasyonu, titreşimi elektriksel sinyale çeviren vibrasyon sensörleri, verdikleri çıkış ile ikiye ayrılır.

-1) ICP Voltaj çıkışı veren dinamik akselerometreler, üzerinde ICP* besleme devresi olan vibrasyon ölçü analiz cihazları ile kullanılır.  Bu tip sensörler tek başına direk kullanılamaz. PLC – SCADA gibi endüstriyel otomatik kontrol cihazlarına direk bağlanamaz. Çünkü, bu sensörler, dinamik sinyaller üretir. Bu dinamik sinyaller, cihazlar tarafından işlenerek zaman dalgaformu grafiğine dönüştürülür. Grafikler analiz edilerek, titreşime neden arıza kaynağı, titreşim frekansları, harmonikleri ve genlikleri incelenerek belirlenir.

-2) 4-20 mA çıkış veren statik akselerometreler, sensör üzerinde set edilmiş frekans aralığındaki toplam titreşimi, tek statik değere çevirerek verir. Bu sinyal, skalasına göre 4-20 mA çevrimi ile rakamsal değere karşılık gelecek tek bir değer olacağından işlenemez. Bu nedenle vibrasyon analizine imkan vermez. Bu tip vibrasyon sensörleri sadece genel toplam vibrasyon şiddetinin belirlenmesi için kullanılır. PLC – Scada gibi endüstriyel otomatik kontrol cihazlarına bağlanabilir. Enstrümancılar tarafından, sıcaklık – basınç – seviye gibi statik çıkış veren sensörler olarak algılanarak kullanılır. Bu sensörlerden alınacak çıkış, titreşime neden olan mekanik arızanın ne olabileceği bilgisini vermez.

4- TİTREŞİM DALGAFORMU GRAFİĞİ NEDİR?

Dalgaformu grafiği, analiz cihazı üzerinde set edilen frekans aralığındaki titreşimin, zaman eksenindeki değişimini görüntüler. Yatay eksen zamandır. Birim saniyedir. Dikey eksen genliktir.
Dalgaformu grafiği ‘desen tanıma’ şeklinde analiz edilir. Desen, her periyotta sinüs – deve hörgücü – melek balığı – modülasyon şeklinde ya da düzensiz olabilir. Pozitif ve Negatif genlik şiddetlerinde farklılıklar olabilir. Her periyotta görülmeyen ara ara gelen vuruntular olabilir.
Titreşime neden arıza kaynağı milin/şaftın her dönüşünde kendini tekrarlar. Bu nedenle her periyottaki, bir dönüşe karşı gelen desen, birbirini andırmalıdır. Eğer bir tekrarlılık yok ise titreşime neden kaynak, makinanın kendi dönüşünden olmayıp, prosesten ya da çevredeki başka makinalardan gelebilir.

Bir mil üzerinde ayrı ayrı üç sorun olduğunu varsayalım.  (Şekil 2).
• Diske yapışmış bir parça
• Milde dört kanat
• Aynı mil üzerinde 12 dişi olan bir dişli çark

Şekil 2. Üç fiziksel olayın dalgaformu

Her duruma ayrı ayrı bakıldığında;
Diske yapışan parça balanssızlık üretecektir. Alınan ölçümde milin bir dönüşünde bir vuruntu olacaktır. Kanatlardan gelen sorun ise, milin bir tur attığında dört vuruntu verecektir. Üzerinde 12 diş bulunan dişli ise, bir turda on iki vuruntu üretecektir. Ancak ölçüm alınan noktaya, aynı mil üzerindeki sorunlar toplanarak birlikte yansır.

Şekil 3: Bir makinadan ölçülen vibrasyon Dalgaformu. Dikey çizgiler bir dönüşü-periyodu belirler

Zaman dalgaformu grafiklerindeki tekrarlılık, FFT Hızlı Fourier Çevrimi ile, frekanslarına ayrıştırılır. FFT Fourier Serisi; periyodik bir sinyali meydana getiren, basit harmonik sinyallerin oluşturduğu seridir. Bu çevirim sonucu belirlenen harmonik sinyallerin, Frekans ekseninde dizildiği grafik, FFT Spektrum grafiği olarak anılır.

Şekil 4.  Karmaşık dalgaformunun FFT ile harmoniklerine ayrılıp, çıkan bilginin Frekans ekseninde
dizilişinin 3 boyutlu görüntüsü . Soldan bakış Zaman Dalgaformu, Sağdan Bakış FFT Spektrum grafiği.
Zaman Dalgaformu işlenerek FFT Spektrum grafiği oluşturulur. FFT Spektrum farklı frekanslarda oluşan
Sinyallerin Genlik şiddetteleri belirtilerek görüntülendiği sanal grafiktir. Dalgaformunda olupta FFT
İşlemcisi tarafından istatistik kriterlerine girmeyen kimi sinyaller FFT Spektrum grafine geçmez.
Bu tıpkı; kömür yakan Termik Santrallerde, yanan kömürden oluşan enerjinin bir kısmının elektrik
Enerjisine dönüşmesi yada araba motorunun ürettiği enerjinin tekerlere belli bir kayıpla ulaşması
Gibidir. FFT Spektrum herşey değildir. Analizci bunu bilmelidir.
© CSI-Emerson Process Management USA

Dalgaformu grafiklerine bakışta yeni teknik dairesel dalgaformudur.
Dairesel dalgaformu, zaman dalgaformunun, şaft-mil dönüş devri periyodunun 360 derece alınarak, her periyodun üst üst getirilmesi ile oluşturulan grafiktir. Bu yazıda, zaman dalgaformu grafikleri hakkında ve yeni teknik, ‘dairesel dalgaformu’ bilgisinin verilmesine odaklanılmıştır.

Şekil 5: Vibrasyon Analiz Cihazı, Cihazla ölçüm alınması ve PC’de karşılaştırmalı Analizi görseli

5-  DALGAFORMU GRAFİKLERİNE GELENEKSEL BAKIŞ
Sinyallari analiz eden teknik kadrolar, teknolojik gelişime paralel olarak kullandıkları Osiloskop ve türevi cihazlarda, zaman ekseninde gelen sinyallere, hep x-y koordinatlarında baktılar. Sonuçta, gelişen vibrasyon analiz cihazlarında da aynı yaklaşım uygulandı. Bu tarz alınan dalgaformuna örnek grafik aşağıda sunulmuştur. Yatay skala zaman, dikey skala genlik şiddetidir.

Şekil:6  Vibrasyon Analizinde kullanılan  Dalgaformu Grafiği örneği 

6- DALGAFORMU GRAFİKLERİNE ‘YENİ’ BAKIŞ ‘DAİRESEL DALGAFORMU’
Dönen elemanlara sahip makinalarda, titreşime neden temel zorlama kuvveti, o makinanın dönüş devri frekansında oluşur. Arıza, eğer o mile bağlı bir sorundan kaynaklanıyor ise, milin her dönüşünde kendini tekrarlar. Az önce de örneklendiği şekilde, 12 diş olan çarkta sorun var ise, bir dönüşte 12 vuruntu algılanır. Demek ki, milin bir dönüşünde 12 vuruntu noktası olacaktır. Ancak bu fiziksel durum, Şekil 6’da yer alan dalgaformunda belirgin olarak görülememektedir. Görünen her turda baskın bir vuruntunun oluştuğu ve tranzient efekt ile sönümlemenin gerçekleştiğidir.
ABD merkezli ‘Emerson Process Management/CSI’ firması Ar-Ge uzmanları, Vibrasyon Analizlerine katkı verecek yeni bir teknik geliştirdiler. Bu tekniğin temeli, zaman dalga formu grafiğinde, yatay zaman eksenini,  dairesel 360 derece üzerine yerleştirmektir. Zorlama kuvvetinin, dönüş devri frekansında olduğu bilgisi ile, her dönüş/tur, 360 derece eksenine yerleştirilerek analizcilere yeni bir bakış açısı, görsel algılama imkanı sunuldu.

Şekil:7 Şekil 6’da yer alan dalgaformunun dairesel görüntülenmesi

Yatay zaman skalası uygulanan şekil 6’daki dalgaformunda görülmeyen birçok bilgi, şekil 7’deki dairesel dalgaformunda görsel çok kolay algılanmaktadır. Buradaki Sorun diş kırığıdır. Dairesel dalgaformunda, çark üzerinde kaç diş olduğu da belirlenebilir.

7- DAİRESEL DALGAFORMLARINA ÖRNEKLER

Örnek-1: Tekstil sektöründen bir örnek, Denim Sultzer makinası
Makinada oluşan yüksek vibrasyon ürün kalitesini bozmaktadır. Çevre makinalardan gelen vibrasyonlar nedeni ile arıza kaynağı analiz edilememektedir. Çözüm için uygulanan yeni teknik standart dairesel dalgaformu, makinada her turda bir vuruntunun darbenin oluştuğu belirlenmiştir. (Şekil 8 soldaki grafik).

Şekil 8: Standart ve Otokorelete edilen dalgaformu

Şekil 8’de, sağda yer alan Otokorelete edilmiş 1 kHz HP filtreli PeakVue dairesel dalgaformunda, kam profili alınmıştır. Fabrikada bulunan diğer aynı tip makinalardan alınan ölçümlerle karşılaştırma yapıldığında, vibrasyon kaynağını gösteren farkın, Kam profiline benzer alınan görüntüdeki memenin yüksekliği olduğu anlaşılmıştır. Kam profilinde normalin dışında bir bozulma mevcuttur. 

Örnek-2: Arızalı kardan mil sorununun dairesel dalgaformuna yansıması
Düşük devirde, 72 RPM devirde (1.2 Hz) dönen, kağıt makinası tahrik hattında, vals yatağından eksenel yönde Dairesel Dalgaformları alınmıştır. Otokorelete edilmiş dairesel dalgaformları, arızalı ve onarım sonrası iyi durumun kolayca ayrıştırıldığını görsel olarak göstermektedir. Diğer tip vibrasyon analiz grafikleri, bu arızanın belirlenmesinde kullanılan dairesel dalgaformu kadar anlaşılır bilgiyi verememektedir.

Şekil 9:  Solda arızalı kardan şaft, Sağda sorunu giderilen, kardan şaft Dairesel Dalgaformu

Şekil 9’daki iki grafik karşılaştırıldığında, soldaki arızalı durumun, dairesel dalgaformuna bakılarak, büyük bir uzmanlık istemeden ayırt edilebileceği görülmektedir.

Örnek-3: 6 kutuplu motorda kutup arızası
Motor dıştan yatay konumda alınan 2 kHz HP filtreli Peakvue Vibrasyon ölçümü dairesel dalgaformu, 6 kutuplu elektrik motorunda, elektriksel arıza olduğunu göstermektedir.  Kutuplardan birinde elektriksel sorun bulunmaktadır.

Şekil 10:  6 kutuplu makinadan alınan dairesel dalgaformu.

Örnek-4  AC Motor içinde sürtünme
Bu örnekte düzgün çalışmayan elektrik motoru görülmektedir. Motor içinde bir bölgede rotor ile stator arasında dokunma gerçekleştiği görülmektedir. Motor bu şekilde çalışmaya devam eder ise yakın zamanda arıza çıkaracaktır.

Şekil 11:  AC Motordan dairesel dalgaformu grafiği

8- SONUÇ:
Teknolojinin gelişimi, vibrasyon analizinde kullanılacak grafiklere, dairesel dalgaformunu katarak, bakımcılara arıza kaynağını teşhiste çok özel şekilsel algılamaya yönelik bir araç sunmuştur. Vibrasyon analizi teknolojisini temel olarak kullanan kestirimci bakım sistemlerinde, dairesel dalgaformu ve otokorelasyon özelliği, olması gereken bir teknolojidir.
 
Kestirimci Bakım adı ile her sistem kestirimci bakım sistemi değildir. 
Titreşim analiz araçlarını taşımayan, dalgaformu ve spektrum grafikleri gösterme özelliği olmayan sistemler kestirimci bakım sistemi değildir. Vibrasyon-Titreşim Analizi teknolojileri dışındaki sistemler, vibrasyon analizi ile ulaşılan sonucu doğrulama için kullanılabilecek teknolojilerdir. Diğer teknikler, vibrasyon analizi yapılamayacak, dönen parçası olmayan ekipmanlar için ideal olacaktır. Örnek; borularda hava kaçaklarının belirlenmesi için Ultrasonik dinleme teknolojisinin kullanılması, yapılarda ısı kaçaklarının belirlenmesi için infrared termal kamera teknolojisinin kullanılması, hidrolik sistemlerde triboloji -yağ analizi teknolojisinin kullanılması gibi.

Kaynakçalar:
(1) http://www.topazmakina.com.tr web sayfası
(2) “CSI”  ABD firması dökümanları
(3) Emerson Process Management / Machinery Health Management,
ABD firması dökümanları
(4) PCB-IMI, ABD firması dökümanları
(5) TOPAZ Mak.Müh.Müş.Müm ve Tic Ltd Şti dökümanları
(6) Bakım Kongrelerinde R.Kubilay KÖSE tarafından sunulan bildiriler.


HABERİN DEVAMI İÇİN AŞAĞIDAKİ LİNKLERİ TIKLAYINIZ:

Kestirimci bakım teknikleri içinde en etkili yöntem vibrasyon ölçüm ve analizidir

Sıcaklık artıyor, efector octavis bir fırın aspiratörünün rulmanını izliyor

Sürekli makina koruması sağlayan titreşim izleyici

Dairesel Titreşim Dalgaformu