Title: Machinery Vibration Diagnostics
1Machinery Vibration Diagnostics
2Machinery Vibration Diagnostics
Untuk keberhasilan diagnostic dan trouble
shooting dari rotating equipment, analisa vibrasi
harus menjamin keakuratan data collection dan
mempunyai pengertian dari desain permesinan dan
operasi dinamisnya, untuk secara akurat
menterjemahkan dari tipe pola kegagalan.
3Belt Drive Problems
Worn, Loose or Mismatched Belts
- Frekuensi belt berada dibawah salah satu rpm
dari motor atau driven machinenya. Ketika dia
rusak, loose atau mismatch, menyebabkan
frekuensinya 3x sampai 4x belt frekuensinya.
sering kali pada 2x belt frekuensi adalah
dominant peak. Amplitudo secara normal tidak
steady, kadang-kadang bergetar dengan rpm driver
atau rpm drivennya. Pada saat belt bergerak,
amplitudo yang besar pada saat wear atau pulley
misalingment diindikasikan oleh amplitudo besar
pada saat timing belt frekuensinya.
4Belt / Sheave Misalignment
- Misalignment dari sheaves menghasilkan vibrasi
tinggi pada 1x RPM dominant di arah aksial. Ratio
amplitudo dari rpm driver terhadap rpm driven
tergantung pada dimana data diambil pada massa
relatif dan kekakuan frame. Sering dengan sheave
misalignment, vibrasi aksial terbesar pada rpm
fan.
5Eccentric Sheaves
- Eccentric atau unbalanced sheaves menyebabkan
vibrasi tinggi pada 1x RPM sheave ini. amplitude
secara normal paling besar di line dengan belt,
dan seharusnya menunjukkan terhadap kedua bearing
driver dan drivennya. Ini kadang-kadang mungkin
untuk membalance eccentric sheaves dengan
memberikan washer kepada taperlock bolts. Tetapi,
meskipun sudah balance, eccentricity akan masih
menyebabkan vibrasi dan tegangan fatigue pada
belt.
6Belt Resonance
- Resonansi Belt dapat menyebabkan amplitudo yang
tinggi jika natural frekuensi belt mendekati atau
bertepatan dengan rpm motor atau driven
machinenya. Natural frekuensi dapat berubah
dengan merubah tegangan atau panjang belt.
Dapat dideteksi dengan memperkencang atau
memperkendor belt ketika mengukur response pada
sheave atau bearing.
7Electrical Problems
Stator Eccentricity, Shorted Laminations and
Loose Iron
- Stator problem menghasilkan vibrasi tinggi pada
2x line frequency (2FL). Stator eccentricity
menghasilkan air gap yang tidak sama antara rotor
dan stator yang menghasilkan vibrasi yang sangat
terarah. Perbedaan air gap seharusnya tidak
melebihi 5 untuk motor induksi dan 10 untuk
synchronous motors. Soft foot dan pondasi yang
melengkung dapat mengakibatkan eccentric stator.
Loose iron disebabkan oleh lemahnya support
stator atau looseness. Short lapisan stator
menyebabkan tidak merata ,panas yang makin lama
semakin berkembang dengan berjalannya waktu.
8Eccentric Air Gap (Variable air gap)
- Eccentric Rotors menghasilkan rotating variable
air gap antara rotor dan stator yang menghasilkan
pulsating vibration (normally antara (2FL) dan
running speed harmonic terdekat). Sering
membutuhkan "zoom" spectrum untuk memisahkan
(2FL) dan running speed harmonic. Eccentric
rotors menghasilkan (2FL) yang disekitarnya
terdapat Pole Pass frequency sidebands (FP)
seperti FP sidebands disekitar running speed  FP
kelihatan sendiri pada frequency rendah (Pole
Pass Frequency Slip Frequency x Poles). Nilai
umum dari FP berkisar antara kira-kira 20 sampai
120 CPM (.30 - 2.0 Hz)
9Rotor Problems
- Rotor bar yang patah , crack atau shorting rings,
joints yang jelek antara rotor bars dan shorting
rings, atau laminasi rotor yang short akan
menghasilkan amplitudo yang vibrasi tinggi pada
1x running speed dengan pole pass frequency
sidebands (FP). tambahan, bar rotor yang crack
akan sering menghasilkan FP sidebands disekitar
harmonic ke 3x, 4x, dan 5x running speed. Loose
rotor bars diindikasikan oleh 2x line frequency
(2FL) sidebands disekitar rotor bar pass
frequency (RBPF) dan/atau harmonicnya (RBPF
Number of rotor bars x RPM). Sering akan
menyebabkan level yang tinggi pada 2x RBPF dengan
amplitude yang kecil pada 1x RBPF.
10Phasing Problems
- Masalah phase yang disebabkan loose atau
connectors yang patah dapat menyebabkan vibrasi
yang berlebih pada 2x Line frequency (2FL) yang
akan punya sidebands disekitarnya pada ke-1/3
Line Frequency (1/3 FL). Levels pada (2FL) dapat
lebih dari 25 mm/s (1.0 in/s) jika sebelah kiri
uncorrected. Ini merupakan sebagian masalah jika
conektor yang cacat secara sporadic membuat
contact dan secara periodic tidak.
11Synchronous Motors
- Loose stator coils pada synchronous motors akan
menghasilkan vibrasi tinggi yang baik pada Coil
Pass Frequency (CPF) yang sama dengan jumlah
stator coils x RPM ( Stator Coils Poles x
Coils/Pole). The coil pass frequency akan
dikelilingi oleh 1x RPM sidebands.
12DC Motor Problems
- Masalah DC motor dapat dideteksi dengan amplitudo
yang lebih besar dari amplitudo normal sebagai
SCR firing Frequency (6FL) dan harmonicnya.
Masalah ini termasuk field windings yang pecah,
SCR's yang jelek dan loose connections.
Maslah-maslah lain termasuk loose atau blown
fuses dan shorted control cards dapat menyebabkan
peak amplitudo yang tinggi pada 1x sampai pada 5x
line frequency (3,600 - 18,000 CPM).
13Mechanical Looseness
14Mechanical Looseness
- Mechanical Looseness diindikasikan oleh type A, B
or C spectra. - Type 'A' disebabkan oleh structural
looseness/weakness dari kaki mesin, baseplate
atau foundation, juga oleh grouting yang
memburuk, kekendoran baut pengikat bawah pada
base dan distortion dari frame atau base (i.e
Soft Foot). Analisa phase mungkin menyatakan
perbedaan phase 180 antara pengukuran vertical
pada kaki mesin, baseplate dan basenya sendiri. - Type 'B' umumnya disebabkan oleh kekendoran baut
blokbantalan, cracks pada frame structure atau
bearing pedestal. Type 'C' secara umum dihasilkan
oleh ketidak cocokan antara component part yang
akan menyebabkan terjadinya banyak harmonic yang
dihasilkan oleh non linear response dari loose
part terhadap dynamic forces dari rotor.
Menyebabkan pemotongan terhadap time waveform. - Type 'C' sering disebabkan oleh a bearing liner
loose pada tutupnya, clearance yang berlebihan
pada salah satu sleeve atau rolling element
bearing atau loose impeller pada poros. Type 'C'
phase sering tidak stabil dan mungkin bervariasi
besar dari satu pengukuran ke pengukuran
selanjutnya, sebagian jika posisi rotor bergeser
pada poros dari satu start up ke yang lain.
Mechanical looseness sering tinggi penunjukan
arahnya dan mungkin menyebabkan perbedaan
pembacaan yang nyata jika kamu bandingkan level
pada penambahan 30 dalam arah radial semua
disekitar rumah bearing. Juga sebagai catatan
bahwa looseness akan sering menyebabkan perkalian
subharmonic di 1/2 or 1/3 x rpm (.5x, 1.5x, 2.5x
etc.)
15Misalignment
Angular Misalignment
- Angular Misalignment ditandai dengan vibrasi
aksial yang tinggi, dengan phase lebih dari 180
pada coupling. Secara khusus punya vibrasi aksial
tinggi di masing-masing 1x dan 2x rpm.
Tetapi,tidak biasa pada salah satu 1x, 2x or 3x
yang mendominasi. Tanda ini mungkin juga
mengindikasikan masalah coupling.
16Misalignment
Pararel Misalignment
- Offset Misalignment punya gejala vibrasi yang
sama dengan angular,biarpun menunjukkan vibrasi
radial tinggi yang mencapai phase 180 pada
coupling. 2x sering lebih besar dari 1x, tetapi
ketinggian relativenya terhadap 1x sering
tergantung oleh tipe dan konstruksi kopling.
Ketika salah satu Angular atau Radial
Misalignment menjadikan putus, ini dapat
menghasilkan puncak amplitudo yang tinggi pada
harmonics yang lebih tinggi (4x - 8x) atau bahkan
semua seri dari harmonic frekuensi tinggi sama
penampakkannya dengan mechanical looseness.
Konstruksi kopling sering mempengaruhi secara
besar terhadap bentuk spectrum ketika
misalignment parah.
17Misalignment
Misaligned Bearing Cocked On Shaft
- Cocked Bearing akan menghasilkan vibrasi aksial
yang parah. Dan akan menyebabkan gerakan yang
berkelok-kelok dengan phase hampir 180 bergeser
dari atas ke bawah dan/atau dari sisi ke sisi
seperti yang terukur pada arah aksial dari rumah
bearing yang sama. mencoba untuk mengalign
kopling atau membalance rotor tidak akan
mengurangi masalah. Bearing harus segera dibuang
dan diganti.
18Rolling Element Bearings
- Stage 1
- Indikasi awal dari masalah bearing tampil pada
ultrasonic frequencies berkisar antara 20,000 -
60,000 Hz (1,200,000 - 3,600,000 CPM). Frekuensi
ini dievaluasi oleh spike energy (gSE), HFD(g)
dan shock pulse (dB). Sebagai contoh, spike
energy mungkin pertama keliatan pada .25 gSE
dalam stage 1 (nilai actual tergantung pada
lokasi pengukuran dan kecepatan mesin.
19Rolling Element Bearings
- Stage 2 kerusakan bearing mulai pada "ring"
bearing component natural frequencies (fn) yang
secara dominan terjadi dalam 30K - 120K CPM
range. Sideband frequencies muncul diatas dan
dibawah puncak natural frequency pada tahap akhir
stage 2. Spike energy berkembang (sebagai contoh
.25 ke .50 gSE).
20Rolling Element Bearings
- Stage 3 frekuensi kerusakan bearing dan
harmonicnya muncul ketika keausan berkembang.
Lebih dari Harmonic frekuensi kerusakan bearing
nampak dan sejumlah sidebandnya berkembang,
keduanya disekitar tersebut dan disekitar bearing
natural frequencies (lihat Vibration Case History
Number 3 untuk kasus nyata). Spike energy
kontinyu bertambah (sebagai contoh,dari 0.5
sampai lebih 1 gSE). Keausan sekarang biasanya
nampak dan bisa meluas sepanjang batas luar dari
bearing, sebagian ketika terbentuk dengan baik
sidebands yang berada disekitar harmonicnya
frekuensi kerusakan bearing. Ganti bearing
secepatnya.
21Rolling Element Bearings
- Stage 4 lanjut ketingkat akhir, amplitudo dari
1x RPM bahkan terpengaruh. Hal ini tumbuh, dan
secara normal menyebabkan pertumbuhan dari
harmonicnya rpm yang banyak. Kerusakan bearing
diskrit dan frekuensi natural komponen aktualnya
mulai hilang dan diganti oleh random, broadband
high frequency "noise floor. Sebagai tambahan,
amplitudo dari masing-masing frekuensi tinggi
nose floor dan spike energy mungkin dalam
faktanya menurun, tapi sebelum rusak, spike
energy biasanya berkembang menjadi amplitudo yang
berlebih.
Formulae to Calculate Specific Bearing defect
Types.
22Gear Related Problems
Normal Gear Spectrum
- Spectrum Normal menunjukkan 1x dan 2x RPM,
sepanjang Gear Mesh Frequency (GMF). GMF umumnya
akan punya side band kecepatan jalannya
disekitarnya relative terhadap kecepatan poros
dimana gear berada. Semua peak adalah low
amplitudo dan tidak ada natural frekuensi yang
terbangkitkan.
23Gear Tooth Wear
- Indicator kunci dari keausan gigi gear adalah
munculnya frekuensi natural gear. Dengan
sidebands disekitarnya pada running speed dari
gear yang jelek. Gear Mesh Frequency (GMF)
mungkin atau bahkan tidak mungkin berubah
amplitudonya, meskipun sidebands amplitudo tinggi
disekitar GMF biasanya terjadi ketika keausan
terlihat dengan jelas. Sidebands bisa menjadi
indicator keausan yang baik daripada GMF sendiri.
24Tooth Load
- Gear Mesh frequencies sering sangat sensitive
terhadap beban. Amplitudo GMF yang tinggi tidak
mengindikasikan masalah, khususnya jika sideband
frequencies tetap rendah dan tidak ada gear
natural frequencies yang muncul. Setiap analisa
seharusnya ketika system pada beban operasi
maximum.
25Gear Eccentricity and Backlash
- Sidebands amplitudo tinggi disekitar GMF sering
menyarankan gear eccentricity, backlash atau
poros non-parallel yang mengijinkan rotasi dari
satu gear untuk mem "modulate" running speed yang
lain. Masalah gear diindikasikan oleh jarak dari
frekuensi sidebands. backlash yang jelek
normalnya muncul GMF dan Gear Natural
Frequencies, keduanya akan punya sidebanded pada
1x RPM. Amplitudo GMF akan sering menurun dengan
bertambahnya beban jika backlash merupakan
masalah.
26Gear Misalignment
- Gear Misalignment sering selalu muncul pada order
kedua atau harmonicnya GMF yang lebih tinggi yang
punya sideband pada running speed. Sering akan
menunjukkan amplitudo rendah 1x GMF, tetapi lebih
tinggi pada 2x atau 3x GMF. Penting untuk ngeset
Fmax cukup tinggi untuk menangkap paling sedikit
2 GMF harmonics jika transducer mampu.
27Cracked or Broken Gear Tooth
- Gigi yang crack atau patah akan menghasilkan
amplitudo besar pada 1x RPM dari gear tersebut,
dan juga akan muncul gear natural frequency (fn)
yang punya sidebande pada running speednya. Hal
ini terdeteksi paling bagus dalam Time Waveform
yang akan menunjukkan pernyataan spike setiap
waktu. Masalah gigi mencoba menautkan dengan gigi
pada mating gear. Waktu antara impacts () akan
berhubungan dengan 1/speed dari gear dengan
masalahnya. Amplitude dari impact spike dalam
Time Waveform akan sering lebih besar daripada 1x
Gear RPM dalam FFT.
28Hunting Tooth Problems
- Hunting Tooth Frequency (fHT) secara khusus
effective untuk mendeteksi kegagalan pada
masing-masing gear dan pinion yang mungkin telah
terjadi selama proses manufaktur atau disebabkan
oleh pemakaian yang salah. Hal tersebut dapat
menyebabkan vibrasi tinggi, tetapi ketika terjadi
pada frekuensi rendah,utamanya kurang dari 600
CPM, ini sering terlewati. gear set dengan tooth
repeat problem normalnya mengeluarkan suara kasar
dari drivenya. Efek paling besar terjadi ketika
gigi pinion dan gear yang rusak keduanya masuk
mesh pada waktu yang sama (pada beberapa drives,
hal ini mungkin terjadi sekali setiap 10 atau 20
revolusi, tergantung pada fHT formula). Catatan
TGear dan TPinion menunjukkan jumlah gigi pada
gear dan pinion. Na jumlah keseluruhan assembly
phases untuk kombinasi gigi yang diberikan yang
sma dengan hasil prime factors umum terhadap
jumlah gigi pada masing-masing gear.
29Resonance
Typical Spectrum
- Resonansi terjadi jika frekuensi gaya luar sama
dengan frekuensi natural system, dan dapat
menyebabkan amplitudo yang besar yang
menghasilkan kegagalan awal atau bahkan kegagalan
yang parah. Ini dapat dari frekuensi natural
rotor tapi juga sering dari frekuensi natural
frame, pondasi, gear box, atau bahkan belt. Jika
rotor di atau mendekati resonansi, akan hampir
tidak mungkin untuk membalance dikarenakan oleh
perubahan phase yang besar,pengalaman(90 pada
resonansi, dekat 180 ketika melewatinya). Sering
membutuhkan perubahan lokasi frekuensi natural.
Frekuensi natural tidak berubah dengan merubah
kecepatan, ini hanya akan membantu untuk
mengidentifikasikannya.
Phase Relationship
30Rotor Rub
- Rotor Rub menghasilkan spectrum yang sama dengan
Mechanical Looseness ketika bagian yang berputar
contact dengan bagian yang stasioner. Rub dapat
juga salah satu revolusi partial atau revolusi
keseluruhan. Biasanya menghasilkan seri-seri
frekuensi, sering menimbulkan satu atau lebih
resonance's. sering menimbulkan fraksi integer
sub harmonic dari running speednya (1/2, 1/3,
1/4, 1/5, ....1/n), tergantung pada lokasi dari
frekuensi natural rotor. Rotor rub dapat
menimbulkan banyak frekuensi tinggi (sama dengan
wide-band noise ketika kapur menulis dipapan).
Hal ini dapat menjadi sangat serius dan dalam
jangka pendek jika disebabkan oleh shaft
contacting bearing Babbitt tapi agak serius
ketika poros menggerus seal, blade agitator
menggerus dinding vessel, atau coupling guard
yang menekan melawan poros.
- Typical Spectrum Type 'A'
Phase Relationship
31Sleeve Bearings
Wear / Clearance Problems
- Tahapan terakhir dari keausan sleeve bearing
adalah ditunjukkan dengan adanya seri-seri dari
harmoniknya running speed (sampai pada 10 atau
20). Wiped sleeve bearings sering memberikan
amplitudo tinggi pada vertikalnya daripada
horisontalnya. Sleeve bearings dengan clearence
yang berlebihan dapat memberikan unbalance yang
kecil dan/atau misalignment yang menyebabkan
vibrasi tinggi yang akan lebih rendah jika
clearence bearing direncanakan.
32Oil Whirl Instability
Typical Spectrum
- Oil Whirl instability terjadi pada 0.42 - 0.48 x
RPM dan sering sangat berlebihan. Excessive yang
dimaksud ketika amplitudo melebihi 50 dari
clearence bearing. Oil whirl adalah vibrasi yang
disebabkan oil film pada kondisi operasi normal
(attitude angle dan eccentricity ratio) yang
menyebabkan oil mendesak untuk menekan poros
disekitar didalam bearing. Ketidak stabilan gaya
pada arah rotasi menghasilkan in a whirl (or
precession). Whirl adalah sifat yang tidak stabil
ketika hal tersebut menambah gaya sentrifugal
yang juga menambah gaya whirl. Yang dapat
menyebabkan oil tidak lama menopang poros, atau
dapat menjadi tidak stabil ketika whirl frequency
sama dengan rotor natural frequency. Merubah oil
viscosity, tekanan lube dan external pre-loads
dapat mempengaruhi oil whirl.
Shaft Diagram
33Oil Whip Instability
- Peta spectrum menunjukkan Oil Whirl menjadi Oil
Whip Instability sama seperti kecepatan poros
mencapai kritikal dua kali. - Oil Whip dapat terjadi jiaka mesin dioperasikan
pada atau diatas 2x rotor critical frequency.
Ketika rotor dibawa ke duakali critical speed,
whirl akan sangat dekat dengan rotor critical dan
dapat menyebabkan vibrasi yang berlebihan dimana
oil film mungkin tidak lama mampu untuk
menyuport. Whirl speed secara nyata akan di"lock
onto" pada rotor critical peaknya tidak akan
melewatinya bahkan jika mesin dioperasikan pada
kecepatan yang tinggi dan lebih tinggi.
34Hydraulic Aerodynamic Forces
Blade Pass Vane Pass
Typical Spectrum
- Blade Pass Frequency (BPF) jumlah blades (atau
vanes) x RPM. Frequency ini merupakan sifat pada
pompa, fan dan compressors dan biasanya tidak
bermasalah. Bagaimanapun juga amplitudo BPF yang
besar dan harmonic dapat menimbulkan masalah di
dalam pompa jika jarak (gap) antara vanes yang
berputar dan diffuser yang diam tidak jaga
besarannya gap di sekelilingnya. Begitu juga, BPF
(atau harmonics) kadang² bertepatan dengan sebuah
system frekwensi pribadi yang menebabkan vibrasi
besar. Besar BPF dapat dihasilkan jika pemakaian
ring menceng pada shaft atau jika welds fastening
diffuesers gagal. Demikian pula, BPF yang besar
dapat disebabkan bengkok secara tiba tiba di
linework atau disaluran, halangan yng mana
menggangu aliran garis edar (path), atau jika
pompa atau rotor fan posisinya miring
(eccentrically) dalam housing.
Machine Diagram
35Flow Turbulence
- Flow turbulence sering terjadi di blowers yang
bervariasi tekanan atau selesai velocity air
passing pada fan atau sambungan linework.
Gangguan flow dapat menyebabkan turbulence yang
mana akan menghasilkan spectrum random, frequency
vibrasi rendah, bentuknya bekerjadi range 20 to
2000 CPM.
36Cavitation
- Cavitasi normalnya menghasilkan random, energi
broadband frekuensi yang lebih tinggi yang
kadang-kadang dilekatkan dengan harmoniknya blade
pass frekuensi. Normalnya mengindikasikan
ketidakcukupan pressure suction (starvation).
Cavitasi dapat sangat merusak terhadap internal
pompa jika tidak terkoreksi. Hal ini dapat
mengerosi impeller vane. Saat ini, sering
terdengar seperti jika "gravel" yang melewati
pompa.
37Mass Unbalance
Force Unbalance
- Force Unbalance akan berada pada phase dan
steady. Amplitude yang disebabkan unbalance akan
bertambah oleh hasil kali dari kecepatan (3x
pertambahan kecepatan 9x vibrasi yang lebih
tinggi). 1x RPM selalu terjadi dan umumnya
mendominasi spectrum. Dapat dikoreksi dengan
penempatan hanya satu berat pembalance pada satu
bidang pada centre of gravity (CG) dari rotor.
38Couple Unbalance
- Couple Unbalance cenderung mendekati 180
Out-of-phase pada poros yang sama. 1x selalu
terjadi dan umumnya mendominasi spectrum.
Amplitude bervariasi dengan hasil kali dari
bertambahnya kecepatan. Mungkin dapat terjadi
vibrasi aksial yang tinggin seperti pada radial.
Koreksi membutuhkan penempatan berat pembalance
pada paling sedikit 2 bidang. Catatan bahwa
mendekati perbedaan phase 180 seharusnya ada
antara Outboard dan Inboard horizontal seperti
Outboard dan Inboard verticals.
39Overhung Rotor Unbalance
- Overhung Rotor Unbalance menyebabkan vibrasi
tinggi pada kedua aksial maupun radialnya.
Pembacaan aksial mungkin tidak steady. Overhung
rotors sering mempunyai kedua force maupun couple
unbalance, masing-masing dari hal tersebut
membutuhkan koreksi.
40Eccentric Rotor
- Eccentricity terjadi ketika pusat rotasi adalah
offset dari geometric centreline dari sheave,
gear, bearing, motor armature, dll. Vibrasi
terbesar terjadi pada 1x RPM dari eccentric
component pada arah yang melelui pusat dari dua
rotor. Perbedaan pembacaan phase horizontal dan
vertical umumnya berbeda pada masing-masing
dengan 0 atau dengan 180 (masing-masing
mengindikasikan gerakan garis lurus). Mencoba
membalance eccentric rotor sering menghasilkan
pengurangan dalam satu arah, tapi menambah
getaran pada arah radial yang lain (tergantung
dari jumlah eccentricity).
41Bent Shaft
- Poros yang bengkok menyebabkan vibrasi yang
tinggi pada arah aksial dengan perbedaan phase
aksial cenderung mendekati 180 pada komponen
mesin yang sama. Vibrasi dominantnya pada 1x jika
kebengkokan dekat pusat poros, tapi pada 2x jika
kebengkokan dekat kopling. (hati-hati untuk
menghitung orientasi transducer untuk
masing-masing pengukuran aksial jika kamu
membalik arah probe).