การวัดการสั่นสะเทือน

    การสั่นสะเทือน (Vibration Meter )เนื่องจากการวัดการสั่นสะเทือนกลายเป็นส่วนสำคัญของการออกแบบเครื่องจักร ทำให้การวัดและวิเคราะห์การสั่นสะเทือนเชิงกลมีความแม่นยำเพิ่มขึ้น การใช้เครื่องวัดความเร่งเพื่อแปลงการเคลื่อนที่แบบสั่นเป็นสัญญาณไฟฟ้า  กระบวนการของการวัดและการวิเคราะห์ทำได้โดยใช้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

การสั่นสะเทือนคืออะไร?

การสั่นของร่างกาย เมื่ออธิบายถึงการเคลื่อนที่แบบออสซิลเลตโดยมีตำแหน่งอ้างอิง จำนวนครั้งที่วงจรการเคลื่อนที่จะเกิดเป็นช่วงรอบต่อวินาที เรียกว่า ความถี่ และวัดเป็นเฮิรตซ์ (Hz)

การเคลื่อนที่สามารถประกอบไปด้วยความถี่ เช่น ส้อมเสียงหรือส่วนประกอบหลายอย่างที่เกิดขึ้นที่ความถี่ต่างๆ พร้อมกัน ตัวอย่างเช่น การเคลื่อนที่ของลูกสูบเครื่องยนต์สันดาปภายใน (Internal combustion engine)

สัญญาณการสั่นสะเทือนในทางปฏิบัติมักประกอบไปด้วยความถี่จำนวนมากที่เกิดขึ้นพร้อมกัน ดังนั้นเราจึงไม่สามารถรู้แค่เพียงแค่ดูรูปแบบ Amplitude-time, จำนวนส่วนประกอบ และความถี่ที่เกิดขึ้น

ส่วนประกอบเหล่านี้สามารถแสดงโดยการพล็อต vibration amplitude เทียบกับความถี่ การแยกสัญญาณการสั่นสะเทือนออกเป็นส่วนประกอบความถี่แต่ละส่วน เรียกว่า การวิเคราะห์ความถี่ซึ่งเป็นเทคนิคที่สำคัญของการวัดการสั่นสะเทือน กราฟแสดงระดับการสั่นสะเทือนตามฟังก์ชันของความถี่ เรียกว่า สเปกตรัมความถี่ (frequency spectrogram)

เมื่อวิเคราะห์ความถี่การสั่นของเครื่องจักร โดยปกติเราจะพบส่วนประกอบความถี่ที่สูงเป็นระยะ ๆ ซึ่งเกี่ยวข้องโดยตรงกับการเคลื่อนไหวพื้นฐานของส่วนต่างๆของเครื่องจักร ด้วยการวิเคราะห์ความถี่เราจึงสามารถติดตามแหล่งที่มาของการสั่นสะเทือนที่ไม่ต้องการได้

การสั่นสะเทือนมาจากไหน?

ในทางปฏิบัติเป็นเรื่องยากมากที่จะหลีกเลี่ยงการสั่นสะเทือน มักเกิดขึ้นเนื่องจากผลกระทบแบบไดนามิคของความคลาดเคลื่อนในการผลิต ช่องว่าง การกลิ้ง และการสัมผัสระหว่างชิ้นส่วนเครื่องจักรและแรงที่ไม่สมดุลในชิ้นส่วนที่หมุนและลูกสูบ บ่อยครั้งการสั่นสะเทือนเล็กน้อยที่สามารถกระตุ้นความถี่เรโซแนนซ์ของชิ้นส่วนโครงสร้างอื่น ๆ และขยายเป็นแหล่งกำเนิดการสั่นสะเทือนและเสียงรบกวนที่สำคัญ

บางครั้งการสั่นสะเทือนมีประโยชน์ต่อกลไกการทำงาน ตัวอย่างเช่น ถ้าเราสร้างการสั่นสะเทือนโดยเจตนาในเครื่องอัดคอนกรีต, เครี่องล้างความถี่สูง(Ultrasonic cleaning baths), สว่านหิน และเครื่องตอกเสาเข็ม เครื่องทดสอบการสั่นสะเทือนถูกนำมาใช้อย่างกว้างขวาง เพื่อกำหนดระดับการควบคุมพลังงานการสั่นสะเทือนต่อผลิตภัณฑ์และส่วนประกอบย่อย ซึ่งจำเป็นต้องตรวจสอบการตอบสนองหรือการทำงานและตรวจสอบความต้านทานต่อสภาพแวดล้อมการสั่นสะเทือน

ข้อกำหนดพื้นฐานในงานสั่นสะเทือนทั้งหมด ไม่ว่าจะเป็นการออกแบบเครื่องจักร และบำรุงรักษาผลิตภัณฑ์ที่ทำให้ทำงานได้อย่างราบรื่น คือความสามารถในการรับรายละเอียดที่ถูกต้องของการสั่นสะเทือนโดยการวัดและวิเคราะห์

จุดการวัดความสั่นสะเทือนที่ถูกต้อง

โดยทั่วไปการที่จะใช้ เครื่องวัดความสั่นสะเทือน ต้องพิจารณาจุดการ วัดความสั่นสะเทือน ด้วยอันดับต่อไปเลยเราต้องดูก็คือลักษณะโครงสร้างของเครื่องจักร

ตำแหน่งที่จะวัดนั้นต้องมีความสะดวกในการวัดและต้องคำนึงถึงความปลอดภัยด้วย สิ่งสำคัญอีกประการหนึ่งที่ต้องคำนึงถึงก็คือ จุดการ วัดความสั่นสะเทือน vibration meter 

ควรจะวัดใกล้กับจุดที่สั่นสะเทือนมากที่สุด เช่น แบริ่ง ตลับลูกปืน จุดสัมผัสระหว่างชิ้นส่วน จุดหมุนของชิ้นส่วน แต่ควรหลีกเลี่ยงตำแหน่งที่เป็นช่องว่าง โพรงอากาศ และ ฝาครอบ

        การที่จะใช้ เครื่องวัดความสั่นสะเทือน  virbration pen ในส่วนของทิศทางการวัดจะต้องวัดทั้งหมด 3 ทิศทาง ก็จะมี แนวดิ่งหรือแนว V(Vertical),แนวราบหรือแนว H (Horizontal)

และแนวแกนเพลาหรือแนวA(Axialเครื่องวัดการสั่นสะเทือนAR63C  แต่ละทิศทางก็จะสามารถบอกปัญหาหรือการสั่นสะเทือนที่รุ่นแรงได้ว่าปัญหาเกิดจากอะไรและจะทำให้แก้ปัญหา

หรือ แก้ไขได้อย่างตรงจุด

ทิศทางการวัดความสั่่นสะเทือนที่ถูกต้อง

ในการ วัดความสั่นสะเทือน ที่ถูกต้องควรวัดทั้งหมดสามทิศทางคือ

1.แนวดิ่ง หรือแนว V (Vertical)

2.แนวราบ หรือแนว H (Horizontal)

3.แนวแกนเพลา หรือแนว A (Axial) 

ทิศทางการวัด ความสั่่นสะเทือน

จุด วัดความสั่นสะเทือน ที่เหมาะสม

1.จุดที่ใกล้ลูกปืนมากที่สุด

2.จุดที่ตรงเข้าสู่ศูนย์กลางลูกปืน

3.จุดที่รับภาระ(Load)มากที่สุด

4.จุดที่เป็นเนื้อเดียวกันกับ Bearing Housing ถ้ามีฝาครอบ Bearing ควรเจาะเข้าไปวัดให้ใกล้ Bearing ที่สุด

การ วัดความสั่นสะเทือน และวิเคราะห์ตามแนวแกนจะบอกถึงปัญหาที่เกิดขึ้นได้ 

แนวดิ่ง หรือแนว V (Vertical) จะบอกถึงปัญหา

-การหลุด,หลวม

-แบริ่ง สึกหรอชำรุด

-แท่นฐานไม่แข็งแรง

-ยึดสกรูไม่แน่น

แนวราบ หรือแนว H (Horizontal)

-Unbalance หรือไม่สมดุล

-การแกว่งของเพลา

แนวแกนเพลา หรือแนว A (Axial)

-เพลาไม่ตรงแนวศูนย์

-เพลาคดงอ

 มาตรฐานที่นิยมใช้กันอย่างแพร่หลายในการวัดความสั่นสะเทือน

          โดยทั่วไปมาตรฐานที่นิยมใช้กันในการ วัดความสั่นสะเทือน ที่นิยมใช้กันอย่างแพร่หลาย และใช้เป็นตารางสำหรับการอ้างอิงเพื่อเปรียบเทียบสำหรับ

การออกแบบและผลิตเครื่องจักร โดยจะใช้การ วัดค่าการสั่นสะเทือน แบบโดยรวม ระหว่าง 10-1000 Hz คือมาตรฐาน ISO 2372-1974 E

ซึ่งจะแบ่งความรุนแรง(ความสั่นสะเทือน)เป็นสี่ระดับและแบ่งประเภทเครื่องจักรเป็นสี่ประเภทตามขนาดของเครื่องจักร

ประเภทที่1 หรือ Class I คือเครื่องจักรขนาดเล็ก ขนาด 20 แรงม้า หรือ 15 kW

ประเภทที่2 หรือ Class II  คือเครื่องจักรขนาดกลาง ขนาด 20-100 แรงม้า หรือ 15-75 kW

ประเภทที่3 หรือ Class III  คือเครื่องจักรที่ติดตั้งบนแท่นที่รองรับที่ยืดหยุ่นได้ ขนาด 100-400 แรงม้า หรือ 5-300 kW ขึ้นไป

ประเภทที่4 หรือ Class IIII คือเครื่องจักรขนาดใหญ่มากที่ติดตั้งบนแท่นที่รองรับที่ยืดหยุ่นได้ ขนาด 400 แรงม้า หรือ 300 kW ขึ้นไป

ระดับการสั่นสะเทือนของเครื่องจักร

               ในปัจจุบันการใช้ เครื่องวัดความสั่นสะเทือน ของเครื่องจักรจะสามารถบอกถึงความรุ่นแรงและสาเหตุของ การสั่นสะเทือน ที่เกิดขึ้นได้ โดยที่เราจะแบ่งระดับ การสั่นสะเทือนออกเป็น 3 ระดับโดยจะเปรียบเทียบกับความรุ่นแรงของการสั่นสะเทือนกับค่ามาตรฐานที่นิยมใช้กันอย่างแพร่หลาย คือ มาตราฐาน ISO 2372 หรือ, 10816-3 , AMF020  , AR63A

1. ระดับปกติ (ดี) คือ การสั่นสะเทือนโดยรวมทั้งหมดของเครื่องจักรมีระดับ การสั่นสะเทือน ไม่เกินค่าระดับปกติซึ่งสามารถใช้งานได้ต่อ

2. ระดับ การสั่นสะเทือน ที่ผิดปกติ (แย่) คือ การสั่นสะเทือนโดยรวมของเครื่อจักรจุดใดจุดหนึ่งหรือทิศทางใดทิศทางหนึ่ง มีการสั่นสูงกว่าระดับที่จะยอมรับได้ แต่ก็ยังไม่ถึงระดับที่อันตรายแต่ต้องคอยติดตามอย่างใกล้ชิดและเตรียมวางแผนสำหรับการแก้ไข

           3. ระดับอันตราย(ต้องแก้ไข) คือ การสั่นสะเทือนโดยรวมของเครื่อจักรจุดใดจุดหนึ่งหรือทิศทางใดทิศทางหนึ่งมี การสั่นสะเทือน ถึงระดับอันตรายจะต้องหยุดเครื่องจักรและซ่อมแซมแก้ไข

เครื่องมือวัดการสั่นสะเทือน

ในปัจจุบันได้มีการนำเทคโนโลยีเข้ามาช่วยตรวจสอบและวิเคราะห์ ความสั่นสะเทือน ของเครื่องจักรโดยทั่วไปแล้วเครื่องจักรจะทำงานโดยการรับแรงกระทำจากเครื่องต้นกำลัง เช่น มอเตอร์ไฟฟ้า กังหัน เครื่องยนต์

การสั่นสะเทือน ที่เกิดขึ้นเราสามารถตรวจวัดได้เพื่อหาความผิดปกติที่เกิดขึ้น เช่น เกิดจากความไม่สมดุล หรือการติดตั้งเครื่องจักรไม่ตรงแนวศูนย์ ในการวัดและการวิเคราะห์ สามารถทำให้ทราบถึงความรุนแรงของปัญหาและจะได้แก้ไขปัญหาให้ตรงจุด

ในปัจจุบันจะแบ่ง เครื่องวัดความสั่นสะเทือน DATALOGGER จากการวิเคราะห์ประมวลผลเป็น 2 แบบ

1. เครื่องวัดการสั่นสะเทือน โดยรวม จะวัดค่าความสั่นสะเทือนของเครื่องจักรทั้งหมดจะแสดงผลมาเป็นแบบตัวเลขหรือแบบระดับ และยังสามารถเก็บข้อมูลได้

โดยใช้ข้อมูลที่เป็นตัวเลขนั้นมาวิเคราะห์ปัญหาถึงสิ่งที่ทำให้เกินการสั่นสะเทือน Vibration Meterที่ผิดปกติ และยังสามารถนำข้อมูลไปวิเคราะห์เทียบกับตารางความเร็วการสั่นตามมาตราฐาน  ISO 2372-1974E

 2. เครื่องวิเคราะห์ความถี่สเปกตรัมของส่วนประกอบเครื่องจักร จะสามารถแยกความถี่และขนาดการสั่นสะเทือนความถี่ต่างๆ จึงทำให้ทราบถึงรายละเอียดและสาเหตุของ การสั่นสะเทือน ที่ผิดปกติของเครื่องจักร

ว่าเกิดจากส่วนประกอบใด เช่นเกิดจากการยึดไม่แน่น หลวม การไม่สมดุล หรือการติดตั้งไม่ตรงแนวศูนย์ เครื่องวัดวิเคราะห์แบบสเปกตรัมนี้เหมาะสำหรับการใช้วัดและวิเคราะห์หาสาเหตุว่ามาจากสาเหตุใด