Tahribatsız test yöntemleri

1. Tahribatsız test yöntemleri Titreşim esaslı testler

2. Başlıca Analiz yöntemleri • Spektral analiz • İstatistiksel analiz • Modal analiz • Sinyal işleme katkısı

3. Spektral analiz • Alınan zaman verisinin Fourier dönüşümü yardımıyla frekans spektrumu elde edilir. • Zaman verisinde farklı periyotlarda üstüste binmiş ve toplamda belli bir karakteristiği yokmuş gibi gözüken sinusoidal bileşenler frekans spektrumunda ayrıştırılarak ortaya çıkarılır. • Zaman verisinde yatay eksen zaman düşey eksen ölçülen parametrenin genliği iken frekans spektrumunda yatay eksen frekans düşey eksen sinyalin çeşitli frekanslardaki bileşenlerinin genliğidir. • Veri alınırken bir saniyede toplanan örnek sayısı örnekleme frekansıdır. • Bir periyotluk sinüs dalgası en az iki örnekle temsil edilebildiği için bir saniyedeki maksimum sinüsoidal dalga sayısı bir saniyelik örnek sayısının (örnekleme frekansının) yarısı kadar olabilir. • İncelenmesi gereken frekans aralığına göre 2 katı kadar örnekleme frekansı seçilerek ölçüm verisi alınır.

4. Eş çalışan makina parçalarının spektral analizi • Rulman, dişli, kaplin, kayış-kasnak gibi eş çalışan makina parçalarının çalışmaları sırasında beklenen titreşim karakteristikleri vardır. • Bu karakteristik alınan verinin frekans spektrumu ile gözlenir. • Her parçanın titreşim karakteristiği makinanın belli noktalarından alınan referans ölçümleri ile belirlenir. • Kablolu sensörler hareketli parçalara monte edilemeyeceğinden hareket eden elemanlara enyakın yapısal makina parçasına (rulmanın dış yatağı gibi) monte edilir. • Titreşim karakteristiğindeki değişimler parça yapılarında değişimler olduğunu dolayısıyla makinada anormallikler olduğunu gösterir. • Makinanın farklı noktalarından alınan ölçüm verilerine bakıldığında titreşim karakteristiğindeki değişikliğin en şiddetli görüldüğü ölçüm noktasına en yakın veya o nokta doğrultusunda en etkin titreşimi yaratan makine parçasında bir anormallik vardır denebilir.

6. Bir rulman yatağı için tipik ölçüm noktaları

8. Bir rulmanda hatasız hatalı durumda alınan verilerin zaman ve frekans grafikleri

9. Yapısal parçaların spektral analizi • Türbin kanadı, disk, mil, krank-biyel gibi dönel yada git gel hareket yapan sistem parçalarının spektrumları makina dururken veya çalışır durumdayken elde edilebilir. • Çalışır durumdayken (kablolu sensörler ile dış yapıdan ölçüm alınabileceği için) sadece belli bir uzuvdan gelmeyen genel bir zorlanmış titreşim verisi alınır. Burada çalışma frekansı baskındır. • Bu verinin çalışma frekansı dışında bir çok gürültü içermesi nedeniyle spektrumda oluşan değişimlerin hangi uzuvdan kaynaklandığını, yerini ve şiddetini belirlemek oldukça zordur. • Bu nedenle verinin spektrumu sürekli takip edilir. Her hangi bir değişim gözlendiğinde makinanın durdurulup ayrıntılı inceleme yapmak üzere uzuvların bir darbe çekici yardımıyla oluşturulan serbest titreşim spektrumlarındaki değişimlerin incelenmesi daha ayrıntılı tetkik sağlayacaktır. Çünkü böyle elde edilen veri direk uzuv üzerinden alınacağı ve az gürültü içereceği için net bilgi içerir.

10. Frekans cevap fonksiyonu (FRF) • Bir sisteme uygulanan bir girdi karşılığında çıktının Laplace veya Fourier dönüşümü ile elde edilen frekans cevabının girdinin frekans cevabına oranıdır. • Her sistemin FRF cevabı kendine özgüdür. • Bir sisteme uygulanan girdinin değişmesi FRF cevabını değiştirmez. • Dolayısıyla bir darbe çekici ile farklı zamanlarda farklı şiddette girdiler uygulansa bile FRF cevabı değişmeyeceğinden yapısal parçaların spektral analizinde daha çok FRF cevabı kullanılır. • FRF cevabı ancak parçada bir hasar oluşması nedeniyle titreşim karakteristiğinin değişmesiyle değişecektir. • FRF cevabı İvme/Kuvvet, Hız/Kuvvet, yer değiştirme/kuvvet, kuvvet/ivme(kütle), kuvvet/hız, kuvvet/yerdeğiştirme (rijitlik) şeklinde alınabilir.

11. İstatistiksel zaman analizi • Toplanan zaman verisinin direk olarak istatistiksel değerlerine bakılır. • Ölçüm noktasından alınan zaman verisinin ortalama, geometrik ortalama, RMS, standart sapma, varyans, kurtosis, skewness, maksimum-minimum, istatistiksel moment gibi değerleri sürekli olarak takip edilir. • Sürekli olarak alınan veri belli uzunlukta pencerelenip bu pencere zamanda kaydırılarak istatistiksel değerlerdeki değişim sürekli takip edilebilir. • Değerlerdeki değişimler önceden belirlenen eşik değerini geçtiğinde parçada bir sorun olduğu düşünülür • Her istatistiksel değer her makine parçası için başarılı sonuç vermeyebilir. Hangi istatistiksel değerin kullanılacağı önceki tecrübelerden belirlenir.

12. RMS örneği K:15 KW a kadar motor gücü olan küçük makinalar M: 75 KW a kadar motor gücü olan orta ölçekli makinalar veya 300 KW kadar güç üreten rijit montajlı motorlar. G:Temeli rijit olan ağır ve büyük makinalar T: Temeli yumuşak olan büyük makinalar (turbo makinalar)

14. Uzayda istatistiksel ve spektral analiz • Makinanın yapısal bir parçanın farklı noktalarından alınan ölçümler ile alınan verilerin uzayda bir istatistiksel veri dizisi veya haritası olarak değerlendirilmesiyle istatistiksel analiz yapılabilir. • Dizideki veya haritadaki değişimlerin izlenmesi ile arıza tespiti sağlanabilir. • Çubuk şekilli makine parçaları için çubuk boyunca alınan zaman verileri yanyana getirilerek bir uzay-zaman grafiği elde edilebilir. • Her noktadan alınan verilerin fourier dönüşümleri ile elde edilen frekans spektrumlarının (veya FRF cevaplarının) yanyana getirilmesi ile uzay-frekans grafiği elde edilerek uzayda spektral analiz yapılabilir.

16. Modal analiz • Genelde çubuk, plaka, disk gibi yapısal makine elemanları için kullanılır. Rijitlik (k), kütle (m) gibi parametrelerde oluşacak değişimler sonucu, doğal frekans, mode şekli gibi modal parametrelerin incelenmesidir. • Makinanın çalışıyor durumda olması gerekliliği yoktur. Hatta parça hareketsizken daha temiz gürültüsüz veri alınarak, doğal frekanslar ve mode şekilleri daha kolaylıkla ilave işleme gereksinim duymadan belirlenir. • Spektrumdaki doğal frekans değerlerindeki yada çeşitli yollarla elde edilen mod şekillerindeki değişimler analiz edilir. • Modal parametrelerin değişimi her titreşim modu için farklıdır. • Bir yapısal parçanın bir impuls girdi sonucu serbest titreşimleri o parçaya özgü teorik olarak sonsuz sayıda doğal titreşim modunun süper pozisyonu şeklindedir.

17. Bir parçanın en kolay yapabileceği en esnek olduğu serbest titreşim hareketi 1. titreşim modudur. • 1. titreşim modundaki bir titreşimin frekansıda değeri en düşük olan 1. doğal frekans (temel frekans)tır. • 1. titreşim modunun şekli statik çökme benzeri genlik eğrisi gösterir. • Titreşim modu numarası arttıkça o modda meydana gelen titreşimin frekansı yükselir. O titreşim modunda parça boyunca daha kısa mesafede yönü değişen hareketler vardır. Bu hareketlere karşı malzemenin daha fazla direnç göstermesi ve esnekliğinin daha az olmasından dolayı yüksek titreşim modlarının frekans değeri daha fazladır.

18. Uygulamada tahrik edilebilecek ve ölçülebilecek titreşim modu sayısı sınırlıdır. • Bir impuls çekici ile yaratılan bir impuls sinyalinin zamandaki kalınlığının tersi kadar frekanslar tahrik edilebilir. Örneğin impuls kalınlığı 0.001 sn ise tahrik edilen frekans aralığı 0-1000Hz dir. • Tahrik veya ölçüm noktası bir titreşim modunun düğüm (nod) noktasına denk geliyorsa o ölçümle alınan veride o titreşim modu gözlenemez. Çünkü düğüm noktası o titreşim modu için hareketsiz noktadır. • Temel frekansa karşılık gelen 1. titreşim modu her hangi bir girdiyle tahrik edilebilir. • Veri kaydedilirken gözlemlenmek istenen titreşim modlarını içeren frekans aralığının en az iki katı örnekleme frekansı seçilir. Örneğin 0-1000Hz arasındaki frekansları gözlemlemek istiyorsak en az 2000Hz örnekleme frekansı seçmeliyiz, yani saniyede 2000 veri almalıyız.

22. Hata etkileri (Doğal frekans düşüşü) • Bir parçada oluşan ve rijitlik kaybına neden olan her hangi bir hasar o parçanın doğal frekanslarını düşürür. • Hatanın şiddeti (boyutu, derinliği) arttıkça doğal frekans düşüşü artar. • Doğal frekans düşüş miktarı hatanın yerine göre de değişir. • Parça üzerinde titreşim sırasında momentin fazla etkidiği bölgede frekans düşüşü fazla olur. • Örneğin ankastre bir çubuğun eğilme titreşimleri ele alındığında 1. mode titreşimi için serbest uçta moment “0” sabit uçta maksimumdur.

23. Hata etkileri (mod şekli değişimi) • Bir parçadaki bir lokal hasar o noktada genlik kırılması olarak etki eder. • Bu durumda hatanın kalınlığı ihmal edilerek hatanın hemen yanlarında genliğin, momentin, ve kayma gerilmesinin aynı olduğu sadece genlik kırılmasından dolayı hata noktasında eğimin değişeceği kabul edilir. Bu sayede hatanın mod şekillerine ve dolayısıyla doğal frekanslara etkisi teorik olarak formule edilebilir. • Bir titreşim modunun düğüm noktasında oluşan bir hata o titreşim modunun şeklini değiştirmez. Dolayısıyla o titreşim modunun frekansını da düşürmez. • Bir hatanın daha fazla frekans düşüşüne neden olması demek mod şeklinde hata noktasında daha fazla genlik kırılmasının olması yani genliğin hata noktasında daha fazla eğim değişimine uğraması demektir.

24. Sık kullanılan Ölçüm sensörleri • Straingage:Uzama veya gerilme ölçülür • İvmemerte • Hız sensörü • Yer değiştirme sensörü:Kontaksız yer değiştirme sensörü ile bağıl şaft titreşimleri, şaft-yatak arasında bağıl değişim, dönel hız, yön, eksantriklik ölçülebilir. • Basınç sensörü • Mikrofon • Uzaklık sensörü • Kuvvet sensörü (İmpuls darbe çekici)

25. İvmemetre • İvme metrenin sallanmasıyla piezzoelektrik kristallerin üzerindeki sismik kütleler hareket eder. Oluşan titreşim piezzoelektrik kristallere iletilir. Bu kristaller titreşim etkisiyle akım pulsları üretir. Bunlar genellikle voltaja çevrilerek kaydedilir.

26. Hız sensörü • Titreşim etkisi altında bobinin hareket etmesi sonucu magnetik kuvvetlerin değişmesiyle üretilen voltaj ölçülür.