Wat is de functie van een ‘phase trigger’ bij Condition Monitoring?

Voor een accurate diagnose van machineproblemen is er uitgebreide informatie nodig met betrekking tot de vibraties van de machine. Fase is hierbij één van de vijf belangrijkste meetwaardes die van belang zijn voor trillingsanalyse bij grote roterende machines. Samen met de amplitude, frequentie, vorm en de aspositie, is fase een essentiële meetwaarde die noodzakelijk is voor diagnostische doeleinden. Tevens is de fase waardevol voor langetermijntrends. Er zijn twee vormen van fase, relatieve fase en absolute fase, welke we in dit artikel verder zullen toelichten.

De algemene definitie van fase is: de relatieve tijd tussen twee gebeurtenissen. In de context van machinevibratie-analyse is het hierbij belangrijk dat de twee gebeurtenissen periodiek plaatsvinden en op dezelfde frequentie plaatsvinden. De twee gebeurtenissen kunnen twee vibratiesignalen zijn, bijvoorbeeld aan beide uiteinden van een rotor gemeten. Na het filteren van de ruwe signalen kan een relatieve fase worden vastgesteld.

Figuur 1: Twee vibratiesignalen op een tijd-as.

Figuur 1 toont twee gefilterde vibratiesignalen, die zijn gemeten met 2 verschillende sensoren, “A” en “B”, op een tijd-as. De twee signalen hebben dezelfde frequentie, maar hebben een verschuiving in tijd en dus is er sprake van een faseverschil. Zoals in de grafiek te zien is heeft iedere piek van signaal B een vertraging van ¼ van een complete trilling (één periode). Men zou ook kunnen zeggen dat er een faseverschil is van 90 ° gebaseerd op het gegeven dat een cirkel 360 ° is.

Absolute fase is vergelijkbaar met relatieve fase waarbij het belangrijkste verschil is dat bij een absolute fase één van de twee signalen wordt gebaseerd op een vaste referentie. Deze referentie is een gedefinieerd vast punt op de rotor. Dit vaste punt geeft een signaal (één puls) per omwenteling, ook wel phase trigger genoemd. Deze trigger kan bijvoorbeeld worden gegenereerd door een eddy current sensor, die gericht is op een gleuf of spiebaan van een roterende as. De puls die hierdoor ontstaat kan zowel als snelheidsmeting en als fasereferentie dienen. Een andere mogelijkheid om een phase trigger te creëren, is door een stukje reflecterende tape op een as te bevestigen en een optische of laser sensor hierop te richten. Bij iedere omwenteling wordt het signaal gereflecteerd wat resulteert in een puls.

Figuur  2: De spiebaan triggert het signaal.

Bij het meten van een absolute fase definieert de trigger het nulpunt op de tijd-as (T=0). De absolute fase van een vibratiesignaal, dat gefilterd is tot 1 omwenteling, wordt gebaseerd op het tijdverschil vanaf het trigger point van het referentiesignaal tot de eerste volledige positieve piek van het gefilterde vibratiesignaal. In figuur 3 is dit terug te zien: de tijdvertraging is de helft van een totale trilling wat neerkomt op een faseverschil van 180 °.

Figuur 3: De onderste grafiek toont zowel de fasereferentie (rode stip) als het vibratiesignaal.

In de onderste grafiek van figuur 3 worden tevens tijdsmarkeringen aangegeven door middel van de rode puntjes waarmee het triggersignaal wordt aangeduid. Hierdoor is het niet nodig om het daadwerkelijke fase-referentiesignaal weer te geven en kan het tot één grafiek worden samengevat.

Toepassing van fase meting

Relatieve fase meting wordt over het algemeen alleen gebruikt bij analyses door middel van data collectoren (hand metingen). Fase verschuiving over de verschillende componenten van de machine geven een goede indicatie van mogelijke oorzaken van storingen. Mogelijke storingen die met een relatieve fase meting gedetecteerd kunnen worden:

  • Soft-foot
  • Bevestiging van onbalans
  • Losheid van montage bouten

Voorspellend uitspraken op basis van relatieve fase metingen kunnen eigenlijk alleen gedaan worden wanneer er historie aanwezig is waar een fase verschuiving over tijd zichtbaar is.

Voor diepgaande online en offline conditiebewaking, of zelfs machinebewaking, is een absolute fase trigger nodig. Hiermee kan reproduceerbaar en eenduidig de machineconditie gemonitord worden. Onderstaande metingen kunnen met een absolute fasemeting uitgevoerd worden:

  • Polar plot
  • Bode plot
  • Fase/amplitude meting
  • Gefilterde orbits
  • Polar waveform

Met deze metingen kan de specialist onder andere de volgende storingen analyseren:

  • Verschuiving van eigen frequenties tijdens opstart / run-down van o.a. turbines. Dit is een directe indicatie voor problemen met de structuur van de turbine.
  • Gekoppelde onbalans
  • Tandschade van tandwielkasten
  • Losheid in fundaties