เนื้อหาวันที่ : 2013-04-30 15:49:29 จำนวนผู้เข้าชมแล้ว : 4420 views

การเฝ้าติดตามสภาพเครื่องจักรด้วยวิธีการวัดและวิเคราะห์การสั่นสะเทือนภาคปฏิบัติ (ตอนที่ 2)

จากตอนที่ผ่านมาเราได้กล่าวถึงความรู้เบื้องต้นของการสั่นสะเทือน ค่าและตัวแปรต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้อง จุดวัด วิธีการวัดการสั่นสะเทือน สาเหตุของการเกิดการสั่นสะเทือนบนแนววัดต่าง ๆ ตลอดจนมาตรฐานที่ใช้ในการเปรียบเทียบระดับการสั่นสะเทือน ในตอนนี้เราจะกล่าวถึงเรื่องการวิเคราะห์ความถี่ของการสั่นสะเทือนที่ใช้กับเครื่องจักรที่ประกอบด้วยชิ้นส่วนเคลื่อนไหวมากและมีความสลับซับซ้อนมากยิ่งขึ้น

การเฝ้าติดตามสภาพเครื่องจักรด้วยวิธีการวัดและวิเคราะห์การสั่นสะเทือนภาคปฏิบัติ (ตอนที่ 2)

อาจหาญ ณ นรงค์   แผนกวิศวกรรมและซ่อมบำรุง
บริษัท โยโกฮาม่า ไทร์ แมนูแฟคเจอริ่ง (ประเทศไทย) จำกัด
    
     จากตอนที่ผ่านมาเราได้กล่าวถึงความรู้เบื้องต้นของการสั่นสะเทือน ค่าและตัวแปรต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้อง จุดวัด วิธีการวัดการสั่นสะเทือน สาเหตุของการเกิดการสั่นสะเทือนบนแนววัดต่าง ๆ ตลอดจนมาตรฐานที่ใช้ในการเปรียบเทียบระดับการสั่นสะเทือน ในตอนนี้เราจะกล่าวถึงเรื่องการวิเคราะห์ความถี่ของการสั่นสะเทือนที่ใช้กับเครื่องจักรที่ประกอบด้วยชิ้นส่วนเคลื่อนไหวมากและมีความสลับซับซ้อนมากยิ่งขึ้นเพื่อที่จะหาสาเหตุการสั่นสะเทือนว่ามาจากจุดหรือชิ้นส่วนใดของเครื่องจักร


การวิเคราะห์ความถี่ของการสั่นสะเทือน (Frequency Analysis)
       ในการวัดการสั่นสะเทือนนั้นถ้าเป็นเครื่องจักรที่มีโครงสร้างและการทำงานที่ไม่สลับซับซ้อน เครื่องจักรนั้นไม่มีความสำคัญเป็นอันดับต้น ๆ ต่อกระบวนการผลิตหรือเครื่องจักรที่ราคาไม่สูงมากนั้น บางทีในการวัดและวิเคราะห์การสั่นสะเทือนนั้น บางครั้งเราไม่จำเป็นที่จะต้องใช้เครื่องวัดที่มีฟังก์ชันการทำงานมาก เราอาจใช้เครื่องวัดแบบปากกาเพื่อวัดให้รู้ว่าการสั่นสะเทือนมากน้อยแค่ไหน ถ้าระดับการสั่นสะเทือนมีแนวโน้มมากขึ้นก็เตรียมการล่วงหน้าสำหรับการตรวจสอบหาสาเหตุและทำการซ่อมแซมในเวลาต่อไป
     แต่สำหรับเครื่องจักรที่มีการทำงานที่สลับซับซ้อน มีมูลค่าสูง และมีความสำคัญต่อสายการผลิตแล้วเราจำเป็นที่จะต้องใช้เครื่องมือวัดการสั่นสะเทือนที่มีขีดความสามารถสูงเพื่อที่จะสามารถวิเคราะห์ความผิดปกติของอุปกรณ์และส่วนประกอบต่าง ๆ ของเครื่องจักรได้ ซึ่งเครื่องวัดที่มีความสามารถสูงดังกล่าวสามารถวัดและแยกแยะขนาดความสั่นสะเทือนที่ย่านความถี่ต่าง ๆ ออกมาในรูปของแถบความถี่ของการสั่นสะเทือนซึ่งความถี่แต่ละย่านและแต่ละอาการของการสั่นสะเทือนที่แสดงออกมาจะแสดงถึงความผิดปกติของชิ้นส่วนต่าง ๆ ของเครื่องจักรดังรายละเอียดที่จะนำเสนอต่อไป

รูปที่ 19 เครื่องวัดความสั่นสะเทือนประเภทต่าง ๆ


-  ความถี่ของการสั่นสะเทือนคืออะไร
     จากตอนที่แล้ว ในหัวข้อเรื่องรอบของการสั่นสะเทือน ได้อธิบายเรื่องคาบของการสั่นสะเทือนไปแล้วว่าการเคลื่อนที่ 1 คาบหรือ 1 รอบของการสั่นสะเทือนเท่ากับ 360 องศา ดังนั้นถ้าการสั่นสะเทือนเกิดขึ้น1รอบก็จะเกิดกราฟไซน์ 1 ลูก ดังรูปที่ 20 ถ้าวัตถุดังรูปที่ 20 เกิดการสั่นสะเทือน 5 ครั้งใน 1 วินาทีหรือ 5Hz เราก็จะได้กราฟไซน์ของการสั่นสะเทือนเท่ากับ 5 ลูก ดังรูปที่ 21

รูปที่ 20 การสั่นสะเทือนของวัตถุใน 1 รอบ

รูปที่ 21 การสั่นสะเทือนของวัตถุเป็นความถี่ (จำนวนการสั่น/เวลา)

     แต่เนื่องจากเครื่องจักรแต่ละเครื่องจะประกอบด้วยอุปกรณ์และชิ้นส่วนต่าง ๆ มากมายหลายชิ้น ดังนั้นเวลาที่เครื่องจักรทำงานชิ้นส่วนต่าง ๆ ก็จะเกิดการสั่นสะเทือนที่ความถี่ต่าง ๆ ในเวลาเดียวกันทำให้การสั่นสะเทือนของแต่ละอุปกรณ์แสดงออกมาเป็นรายละเอียดดังรูปที่ 22

 รูปที่ 22 แสดงความถี่ของอุปกรณ์ต่าง ๆ ในเครื่องจักรที่เกิดจากการสั่นสะเทือน


       และจากรายละเอียดความสัมพันธ์ของการสั่นสะเทือนของชิ้นส่วนแต่ละชิ้นส่วนของเครื่องจักรดังรูปที่ 22 เราจะเห็นว่ามอเตอร์หมุนที่ความเร็ว 1,800 รอบ/นาที ดังนั้นความถี่ในการหมุนของมอเตอร์ก็จะเท่ากับ 1,800/60 = 30Hz ถ้าอัตราทดระหว่างมู่เล่ของมอเตอร์กับมู่เล่ของพัดลมเท่ากับ 2:1 ดังนั้นเพลาของพัดลมจะหมุนที่ความเร็วรอบที่ 1,800/2 = 900 รอบ/นาที และความถี่ของเพลาของพัดลมก็จะเป็น 900/60 = 15Hz ในขณะที่ใบพัดของพัดลมมี 4 ใบดังนั้นเมื่อพัดลมหมุน 1 รอบ ความสั่นสะเทือนที่เกิดจากการหมุนเคลื่อนที่ผ่านของใบพัดที่กระทำกับจุดอ้างอิงก็จะเกิดขึ้น 4 ครั้งดังนั้นต่อการหมุนของพัดลม 1 รอบ ความถี่ของใบพัด (Blade Pass Frequency, BPF) ก็จะเป็น 15x4=60 Hz และเมื่อการสั่นสะเทือนของทุกส่วนเกิดพร้อมกันในการทำงานของเครื่องจักรเครื่องนี้ก็จะเกิดความถี่โดยรวมของการสั่นสะเทือนของเครื่องจักรเครื่องนี้ดังรูปที่ 23ก ซึ่งเป็นจะรวมเอาความถี่ในการสั่นสะเทือนที่เกิดจากชิ้นส่วนต่าง ๆ มารวมกัน แต่ในการอ่านค่าของเครื่องวัดความสั่นสะเทือนแบบที่สามารถอ่านความถี่เป็นรูปกราฟได้ก็จะอ่านความถี่ของการสั่นสะเทือนได้ออกมาดังรูป 24ข ซึ่งเป็นรูปความถี่จริงในการสั่นสะเทือนซึ่งความถี่ดังกล่าว จะแสดงในรูปความสัมพันธ์ระหว่างเวลาและความถี่ (Time Wave Form)


รูปที่ 23 แสดงความถี่การสั่นสะเทือนโดยรวมของชิ้นส่วนต่าง ๆ ของเครื่องจักรในรูปของ Time Wave Form

        จากรายละเอียดการสั่นสะเทือนของชิ้นส่วนต่าง ๆ ของเครื่องจักรดังรูปที่ 23 นั้นเมื่อเราพิจารณาการสั่นสะเทือนของชิ้นส่วนต่าง ๆ ของเครื่องจักรเราจะได้กราฟของการสั่นสะเทือนโดยรวม (Overall Vibration) ดังรูปที่ 23ก และ 23ข ซึ่งเพื่อความเข้าใจความสัมพันธ์ระหว่างขนาดหรือแอมปลิจูดและความถี่ของการสั่นสะเทือนของแต่ละชิ้นส่วนดียิ่งขึ้นให้ดูรายละเอียดที่แสดงดังรูป ซึ่งจะแยกการสั่นสะเทือนของแต่ละอุปกรณ์ออกเป็น 3 แกนคือ 

รูปที่ 24 แสดงความถี่การสั่นสะเทือนของอุปกรณ์ต่าง ๆ ของเครื่องจักร

- เวลาหรือความถี่ในการสั่นสะเทือน (แกน X ในรูปที่ 24) แสดงให้เห็นการสั่นสะเทือนที่ความถี่ต่าง ๆ ซึ่งเป็นความถี่ในการสั่นสะเทือนของแต่ละอุปกรณ์ตามรูปที่ 22 จะเป็นตัวอย่างการสั่นสะเทือนของชิ้นส่วนของเครื่องจักร คือใบพัดสั่นที่ความถี่ 60Hz  มอเตอร์สั่นที่ 30Hz หรือเพลาพัดลมสั่นที่ 15Hz

- ขนาดของการสั่นสะเทือนหรือขนาดของแอมปลิจูด (แกน Y ในรูปที่ 24) แสดงขนาดของการสั่นสะเทือนว่ามากน้อยเพียงใด ถ้าหากขนาดของแอมปลิจูดสูงมากที่ความถี่ไดก็แสดงว่าที่ความถี่นั้นมีการสั่นสะเทือนที่รุนแรงจำเป็นจะต้องหาว่าเป็นความถี่ของการสั่นสะเทือนของอุปกรณ์ตัวได

- แถบความถี่หรือสเปกตรัมของความถี่ (แกน Z ในรูปที่ 24) แสดงระดับการสั่นสะเทือนที่ความถี่ต่าง ๆ ตั้งแต่ความถี่น้อยไปจนถึงความถี่มาก ๆ ดังนั้นเมื่อเกิดการสั่นสะเทือนขึ้นที่ความถี่ต่าง ๆ ก็จะทำให้เราสามารถมองเห็นและพิจารณาได้

คำนิยามและปรากฏการของความถี่
     ในงานวิเคราะห์ความถี่การสั่นสะเทือนของเครื่องจักรนั้นสิ่งหนึ่งที่ผู้ทำการวิเคราะห์ต้องรู้จักก็คือปรากฏการของความถี่ เพราะว่าในการทำงานของเครื่องจักรที่มีความสลับซับซ้อนหรือมีชิ้นส่วน ส่วนประกอบจำนวนมากและแต่ละชิ้นส่วนสั่นสะเทือนที่ความถี่ต่าง ๆ กันในเวลาเดียวกันนั้น การเข้าใจปรากฏการณ์ ของความถี่ประกอบกับความรู้เรื่องการสั่นสะเทือนจะทำให้เราสามารถที่จะแยกแยะความผิดปกติที่เกิดขึ้นกับแต่ละชิ้นส่วนได้ ซึ่งคำนิยามและปรากฏการณ์ของความถี่ของการสั่นสะเทือนที่สำคัญ ๆ ก็มีดังนี้คือ

 - ปรากฏการณ์กำธรของความถี่ (Resonance Frequency)
       คือการที่ความถี่ในการสั่นสะเทือนของวัตถุ ระบบหรือเครื่องจักรไปตรงกับความถี่ธรรมชาติของตัวมันเองโดยที่เฟสของการสั่นสะเทือนเหมือนกันจะเป็นผลให้เกิดการกำธรของความถี่ในกรณีที่เฟสของความถี่ธรรมชาติและเฟสของความที่จากการสั่นสะเทือนตรงกันดังรูปที่ 25A จะทำให้เวกเตอร์ลัพธ์หรือขนาดรวมของแอมปลิจูดเพิ่มขึ้นเป็นผลบวกและจะเป็นผลให้ความรุนแรงของการสั่นสะเทือนที่เกิดขึ้นมากขึ้นกว่าเดิมเป็นอนันต์ทำให้เครื่องจักรเกิดความเสียหายได้อย่างรวดเร็ว
       ส่วนในรูปที่ 25B เป็นกรณีที่เฟสของความถี่ในการสั่นสะเทือนของเครื่องจักรกับเฟสของการสั่นสะเทือนของความถี่ธรรมชาติต่างกันหรือตามกันเป็นมุม 180 องศาจะทำให้เวกเตอร์ลัพธ์หรือขนาดของแอมปลิจูดหักล้างกันจนกลายเป็นศูนย์

รูปที่ 25 แสดงปรากฏการณ์กำธรของความถี่ (Resonance Frequency)


- ฮาร์มอนิกหรือคลื่นก้อง (Harmonics Frequency)
       ก่อนที่จะมาทำความเข้าใจคำว่าฮาร์มอนิก (Harmonics) ให้เรามาทำความเข้าใจคำว่าความถี่พื้นฐาน (Fundamental Frequency) กันก่อน สำหรับแนวคิดของผู้เขียนเกี่ยวกับเรื่องฮาร์มอนิกของการสั่นสะเทือนนั้นก็คือสมมติว่าเราพิจารณาความสั่นสะเทือนที่ความถี่หนึ่ง เช่น ความถี่ที่ 60Hz ซึ่งเป็นความถี่ 1X ของการสั่นสะเทือนของเพลา ดังนั้นความถี่ฮาร์มอนิกที่ 1 (1st Harmonics) ก็คือ 1X ของความถี่พื้นฐาน ในกรณีนี้ความถี่ฮาร์มอนิกที่ 2 ที่ 3 และที่ 4 ของความถี่ 60Hz ก็คือ 120Hz, 180Hz และ 240Hz นั่นเองดังลักษณะของความถี่ในรูปที่ 26

 
รูปที่ 26 แสดงฮาร์มอนิก (Harmonics Frequency)

- การบีทของความถี่ (Beat Frequency)
       การบีทของความถี่ (Beat Frequency) จะมีลักษณะคล้าย ๆ กับการเกิดปรากฏการณ์กำธรของความถี่ แต่จะต่างกันตรงที่การเกิดการบีทของความถี่นั้นเมื่อขนาดของความถี่ที่ 1(f1) และความถี่ที่ 2(f2) มีขนาดไม่เท่ากันดังนั้นมุมเฟสของความถี่ทั้งสองความถี่จะค่อย ๆ เหลื่อมกันไปเรื่อย ๆ ไปจนถึงมุมของเฟสต่างกันที่ 180 องศาดังรูปที่ 27 จากรูปเราจะเห็นว่ามีความถี่อยู่ 2 ความถี่คือความถี่ที่ 1(f1) และความถี่ที่ 2(f2) ที่สั่นสะเทือนพร้อมกันในเวลาเดียวกัน โดยที่ในตอนแรกเฟสในการสั่นสะเทือนของความถี่แรกกับความถี่ที่สองนั้นตามกันอยู่เป็นมุม 180 องศา จึงทำให้ความรุนแรงของการสั่นสะเทือน (Fbeat) ซึ่งเป็นเวกเตอร์ลัพธ์หรือแรงลัพธ์เท่ากับศูนย์ และต่อมาเมื่อมุมของความถี่ทั้งสองตัวไม่เท่ากันจนถึงจุดที่เฟสของความถี่ทั้งสองเป็นมุมเท่ากันก็จะเกิดการกำธรของความถี่ทำให้ความรุนแรงของการสั่นสะเทือนเพิ่มมากขึ้นและค่อย ๆ ลดลงหลังจากนั้นเมื่อเฟสของความถี่ค่อย ๆ ต่างกันอีก เป็นอย่างนี้เรื่อย ๆ สลับกันไปดังรูปที่ 27

รูปที่ 27 แสดงลักษณะการBeatของความถี่ (Beat Frequency)

- เทคนิคFFT (Fast Fourier Transform)
     เป็นเทคนิคการคำนวณทางคณิตศาสตร์ของนักคณิตศาสตร์ชาวฝรั่งเศสชื่อ Mr.Fourier ซึ่งสามารถแสดงความสัมพันธ์ระหว่างขนาดของแอมปลิจูดและความถี่ที่แถบความถี่ต่าง ๆ ซึ่งในปัจจุบันเครื่องวัดที่มีความสามารถในการวัดสูงได้ประยุกต์และนำเทคนิคนี้มาแสดงผลเพื่อวิเคราะห์ความสั่นสะเทือนได้ดังรูปที่ 21 โดยที่เครื่องวัดจะนำเอาความสัมพันธ์ระหว่างแถบความถี่ของการสั่นสะเทือน (แกน Z ในรูปที่ 24) และความรุนแรงของการสั่นสะเทือนหรือขนาดของแอมปลิจูด (แกน Y ในรูปที่ 24) มาแสดงดังรูปที่ 28 ดังนั้นเราจะเห็นว่าจากวิธีการ FFT จะทำให้เรามองภาพออกว่าการสั่นสะเทือนที่ความถี่แต่ละความถี่มีขนาดมากน้อยเพียงใด และการสั่นสะเทือนสูงสุดเกิดขึ้นที่ความถี่เท่าไหร่และมาจากชิ้นส่วนใดของเครื่องจักร โดยที่ในรายละเอียดการวิเคราะห์ต่าง ๆ จะอธิบายในหัวข้อต่อไป

รูปที่ 28 แสดง Fast Fourier Transform, FFT ของการสั่นสะเทือนของแต่ละชิ้นส่วนของเครื่องจักร

- การวิเคราะห์แถบความถี่ของการสั่นสะเทือนด้วยวิธีการ Fast Fourier Transform, FFT
        การวิเคราะห์แถบความถี่หรือสเปกตรัมของการสั่นสะเทือนนั้นสามารถทำได้โดยใช้เครื่องวัดความสั่นสะเทือนที่มีความสามารถวัดความแถบถี่ดังกล่าว โดยการใช้วิธีการ Fast Fourier Transform, FFT การวัดขนาดของการสั่นสะเทือนหรือขนาดแอมปลิจูดที่เกิดขึ้นที่ความถี่ต่าง ๆ และพิจารณาว่าการสั่นสะเทือนที่รุนแรงเกิดขึ้นที่ความถี่ไดและที่ความถี่ดังกล่าวมีความสัมพันธ์กับการทำงานของชิ้นส่วนใดของเครื่องจักร การวัดแบบนี้เราต้องใช้ความรู้ในเรื่องของการวิเคราะห์ความถี่ในการสั่นสะเทือนของส่วนต่าง ๆ ของเครื่องจักรในการวิเคราะห์ดังที่อธิบายในหัวข้อต่อไปในเรื่องความถี่ของการสั่นสะเทือนว่าการสั่นสะเทือนที่เกิดขึ้นที่ความถี่ต่าง ๆ มีความสัมพันธ์อย่างไรกับการทำงานของเครื่องจักร

- การสั่นสะเทือนที่เกิดจากความไม่สมดุล (Imbalance)
     ความไม่สมดุลของเครื่องจักรอาจมีสาเหตุมาจากหลายอย่าง เช่น หากติดตั้งไม่ดีก็อาจทำให้เกิดการเยื้องศูนย์ เช่น การเยื้องศูนย์เชิงมุม (Angular Misalignment) คือการที่แนวรอยต่อระหว่างเพลาไม่เป็นเส้นตรง หรือเยื้องศูนย์ในแนวระดับ (Offset Misalignment) คือการที่แนวเพลาไม่อยู่ในระดับเดียวกัน นอกจากนี้ความไม่สมดุลยังมีสาเหตุมาจากการคดงอของเพลาหรือสาเหตุอื่น ๆ ซึ่งจะอธิบายต่อไปในรายละเอียดภายหลัง ลักษณะความรุนแรงของการสั่นสะเทือนที่เกิดขึ้นจากความไม่สมดุลจะเกิดขึ้นที่ความถี่ 1เท่า (1X) ของความถี่ในการหมุนของชิ้นส่วนนั้น ๆ เช่น ถ้าปั้มหรือเพลาหมุนที่ความเร็ว 1500 รอบ/นาที ความถี่ในการหมุนจะเท่ากับ 1500/60 = 25Hz ดังนั้นถ้าดูแถบความถี่จาก Fast Fourier Transform, FFT แล้ว ความรุนแรงจากการไม่สมดุลจะเกิดขึ้นที่ความถี่ 25Hz แนววัดที่การสั่นสะเทือนเกิดขึ้นสูงคือในแนววัดด้านแนวแกน (Axial, A) และแนวระดับ (Horizontal, H) ดังรูปที่ 39 นอกจากนี้แล้วอาการอื่น ๆ ของการสั่นสะเทือนเนื่องจากความไม่สมดุลของการหมุนที่สังเกตได้มีดังนี้คือ

รูปที่ 29 แสดง FFT ของการสั่นสะเทือนที่เกิดจากการไม่สมดุล (Imbalance)

- ความรุนแรงของการสั่นสะเทือนจะเกิดขึ้นที่จุดวัดในแนวระดับ (Horizontal, H) และจุดวัดในแนวแนวแกน (Axial, A) ที่ความถี่ 1 เท่า (1X) ของความเร็วในการหมุน
- ความรุนแรงของการสั่นสะเทือนหรือขนาดของแอมปลิจูดจะคงที่ในกรณีที่ความเร็วรอบในการหมุนคงที่ แต่เมื่อความเร็วรอบในการหมุนเพิ่มขึ้น ขนาดของการสั่นสะเทือนจะเพิ่มขึ้น
- นอกจากนั้นยังมีรายละเอียดเพิ่มเติมดังตารางที่ 7

ตารางที่ 7 แสดงรายละเอียดของการสั่นสะเทือนที่เกิดจากการไม่สมดุล

   - การสั่นสะเทือนที่เกิดจากการเยื้องศูนย์เชิงมุม (Angular Misalignment) ความรุนแรงของการสั่นสะเทือนจะเกิดขึ้นที่ 1 และ 2 เท่า (1X หรือ 2X) และบางทีอาจเกิดขึ้นที่ 3 เท่า (3X) ของความถี่ในการหมุน เช่น ถ้าปั้มหรือ โบลเวอร์ (Blower) หมุนที่ความเร็ว 1500 รอบ/นาที (25Hz) ความรุนแรงของการสั่นสะเทือนจะเกิดที่ความถี่ 25Hz, 50Hzและบางทีอาจเกิดที่ 75Hz ด้วย จุดวัดในแนวแกน (Axial, A) ในบางครั้งก็อาจเป็นสัญญาณเตือนให้รู้ว่าตัวคัปปลิ้งเกิดปัญหาหรือชำรุดสึกหรอดังแสดงในรูปที่ 30 นอกจากนี้การสั่นสะเทือนที่มีสาเหตุมาจากการติดตั้งลูกปืนลูกปืนไม่ได้ศูนย์ (Bearing Misalignment) ก็มีลักษณะในการสั่นสะเทือนเช่นนี้เหมือนกัน

รูปที่ 30 แสดง FFT ของการสั่นสะเทือนที่เกิดจากการไม่ได้ศูนย์เชิงมุม (Angular Misalignment)

   - การสั่นสะเทือนที่เกิดจากการเยื้องศูนย์ในแนวระดับ (Offset Misalignment) ลักษณะความรุนแรงของการสั่นสะเทือนจะคล้าย ๆ กับการสั่นสะเทือนจากการเยื้องศูนย์เชิงมุมแต่จะต่างกันตรงที่ความรุนแรงของการสั่นสะเทือนจะเกิดขึ้นในแนวระดับ (Horizontal, H) แต่เกิดขึ้นที่ความถี่ที่ 2 เท่า (2X) ของการหมุนโดยขนาดของแอมปลิจูดจะสูงกว่าที่ความถี่ 1 เท่า (1X) ของความถี่ในการหมุนและโดยส่วนใหญ่และจะเกิดฮาร์มอนิกขึ้นที่ 4 (4thX Harmonics) หรือความถี่ 4 เท่าของความถี่ในการหมุน ดังรูปที่ 31

รูปที่ 31 แสดง FFT ของการสั่นสะเทือนที่เกิดจากการไม่ได้ศูนย์ในแนวระดับ (Offset Misalignment)


      สำหรับรายละเอียดทั้งหมดของการสั่นสะเทือนที่เกิดขึ้นจากการไม่ได้ศูนย์นอกจากที่กล่าวมาแล้วแสดงในตารางที่ 8

ตารางที่ 8 แสดงรายละเอียดของการสั่นสะเทือนที่เกิดจากการเยื้องศูนย์


   - การสั่นสะเทือนที่เกิดจากเพลาคด (Bent Shaft) ในกรณีที่การคดของเพลาเกิดขึ้นที่ตรงกลางเพลาความรุนแรงของการสั่นสะเทือนจะสูงที่ความถี่ 1 เท่า (1X) ของความเร็วในการหมุนของเพลาในจุดวัดของแนวแกน (Axial, A) แต่ในกรณีที่การคดของเพลาเกิดขึ้นที่ปลายของเพลาความรุนแรงของการสั่นสะเทือนจะสูงที่ความถี่ 2 เท่า (2X) ของความถี่ในการหมุนในจุดวัดแนวแกน (Axial, A) เช่นกัน เช่นถ้าเพลาหมุนด้วยความเร็ว1500รอบ/นาทีและเพลาเกิดการคดที่ตรงกลางของเพลาความรุนแรงของการสั่นสะเทือนจะเกิดขึ้นที่ความถี่ 1500/60 = 25Hz แต่ถ้าเพลาคดที่ปลายเพลา ความรุนแรงของการสั่นสะเทือนจะเกิดขึ้นที่ความถี่ 50Hz แสดงในรูปที่ 32

รูปที่ 32 แสดง FFT ของการสั่นสะเทือนที่เกิดจากการไม่ได้ศูนย์จากสาเหตุเพลาคด (Bent Shaft)


    - การสั่นสะเทือนที่เกิดจากการเยื้องศูนย์ของโรเตอร์ (Eccentric Rotor) หรือมู่เล่ตัวตาม (Pulley) การเยื้องศูนย์ของโรเตอร์หรือมู่เล่ก็คือการที่ติดตั้งเพลาไม่อยู่ตรงศูนย์กลางของวงกลมนั่นเอง ลักษณะความรุนแรงของการสั่นสะเทือนจะเกิดขึ้นที่ความถี่ในการหมุน 1 เท่า (1X) ของความเร็วรอบในการหมุนของโรเตอร์หรือมู่เล่ตัวที่มีปัญหา โดยที่ความรุนแรงของการสั่นสะเทือนจะไม่เท่ากันทุกทิศทางในแนวรัศมี (Radius) คือเมื่อเราวัดตรงจุดที่ค่ามากที่สุดได้ค่าค่าหนึ่งแต่ถ้าเปลี่ยนองศาการวัดไปวัดอีกมุมหนึ่งค่าที่วัดได้จะลดลงซึ่งก็ขึ้นอยู่กับทิศทางที่เยื้องศูนย์ ดังรูปที่ 33

รูปที่ 33 แสดง FFT ของการสั่นสะเทือนที่เกิดจากการเยื้องศูนย์ของโรเตอร์ (Eccentric Rotor)


- การสั่นสะเทือนเนื่องจากการหลุดหลวมหรือการจับยึดไม่แน่น
 
       ในการทำงานของเครื่องจักรนั้น บางครั้งอาจมีการสั่นสะเทือนเกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องและอาจเป็นสาเหตุให้อุปกรณ์ที่จับยึดฐานของเครื่องจักรหรือชิ้นส่วนต่าง ๆ ของเครื่องจักรเกิดการหลุดหลวมจนส่งผลให้การสั่นสะเทือนของเครื่องจักรเพิ่มขึ้น หลายครั้งที่เราหาที่มาที่ไปของการสั่นสะเทือนไม่ได้ ทั้ง ๆ ที่เป็นเรื่องง่าย ๆ และใกล้ตัว ในการตรวจสอบสภาพเครื่องจักรประจำช่วงเวลา (Period Check or Inspection) สิ่งหนึ่งที่เราสมควรที่จะต้องทำก็คือการตรวจสอบการยึดแน่นของจุดจับยึดต่าง ๆ ที่สำคัญ ๆ ของเครื่องจักรเพื่อป้องกันความเสียหายของเครื่องจักรที่อาจเกิดมาจากสาเหตุของการหลุดหลวมของอุปกรณ์จับยึด สำหรับรายละเอียดของการสั่นสะเทือนที่เกิดจากการหลุดหลวมนั้นโดยหลัก ๆ ก็มีดังนี้คือ
        ความความรุนแรงของการสั่นสะเทือนจะสูงที่จุดวัดในแนวดิ่ง (Vertical, V) ในกรณีที่มอเตอร์หรือจุดจับยึดจับยึดตามปกติหรือจับยึดที่ฐานมอเตอร์ด้านพื้น ความรุนแรงของการสั่นสะเทือนจะเกิดที่ความถี่1เท่า (1X) ของความเร็วรอบในการหมุนของเพลาหรือมอเตอร์ ส่วนในกรณีที่การหลุดหลวมที่ส่วนอื่น ๆ ของเครื่องจักรมีรายละเอียดดังต่อไปนี้

    - การสั่นสะเทือนเนื่องจากขาตั้งหรือจุดยึดเครื่องจักรหลวม (Soft foot Mechanical loosen) คือการสั่นสะเทือนที่มีสาเหตุมาจากการหลุดหลวมของอุปกรณ์ที่ใช้จับยึดฐานของเครื่องจักร เช่น นัต โบลท์ และอื่น ๆ ความรุนแรงของการสั่นสะเทือนจะอยู่ที่ 1 เท่า (1X) ของความถี่การหมุนของเครื่องจักร หรือเพลาหลัก (Main Shaft) การสั่นสะเทือนจะเกิดขึ้นอย่างรุนแรงในแนวดิ่ง (Vertical, V) ดังรายละเอียดในรูปที่ 34

รูปที่ 34 แสดง FFT ของการสั่นสะเทือนที่เกิดจากการหลุดหลวมของอุปกรณ์จับยึดฐานเครื่องจักร


    - การสั่นสะเทือนที่เกิดขึ้นเนื่องจากจุดจับยึดของชุดแบริ่ง (Bearing Unit) หลวม การสั่นสะเทือนอย่างรุนแรงจะเกิดขึ้นที่ย่านความถี่ 0.5X, 1X, 2X และ 3X ของความเร็วรอบในการหมุนของเครื่องจักรที่จุดวัดในแนวตั้ง (Vertical, V) และแนวนอน (Horizontal, H) แต่ในบางครั้งการเกิดความถี่ของการสั่นสะเทือนแบบนี้ก็อาจมาจากสาเหตุการแตกร้าว, แตกหักหรือชำรุดของชุดแบริ่ง (Bearing Unit) ก็เป็นไปได้ ดังรูปที่ 35


รูปที่ 35 แสดง FFT ของการสั่นสะเทือนที่เกิดจากการหลวมของการจับยึดชุดแบริ่ง (Bearing Unit)


    - การสั่นสะเทือนเนื่องจากความหลวมระหว่างแบริ่งกับเพลา เกิดจากการที่มีช่องว่าง (Clearance) ระหว่างแบริ่งกับเพลา แบริ่งกับตัวเรือนแบริ่งหรือใบพัดกับเพลามากดังนั้นเมื่อเกิดการหมุนจะทำให้ตัวเพลาที่หมุนไม่ได้ศูนย์และจะดิ้นไปมาตามช่องว่างที่หลวมของแบริ่ง เป็นผลให้เกิดการสั่นสะเทือนอย่างรุนแรงที่ย่านความถี่ 0.5X, 1X, 2Xและ3X ของความถี่ในการหมุนและนอกจากนั้นยังมีฮาร์มอนิก (Harmonics) ตามมาอีกมาก การสั่นสะเทือนอย่างรุนแรงจะเกิดขึ้นที่จุดวัดในแนวระดับ (Horizontal, H) ดังรายละเอียดในรูปที่ 36

รูปที่ 36 แสดง FFT ของการสั่นสะเทือนที่เกิดจากการหลวมของชุดแบริ่ง


- การสั่นสะเทือนอันเนื่องมาจากปลอกบูช (Sleeve) หลวมหรือสึกหรอ
       ในกรณีที่ใช้บูชเป็นอุปกรณ์ลดความเสียดทานเมื่อใช้งานไปนาน ๆ หรือขาดการหล่อลื่นที่ดีก็จะทำให้เกิดการสึกหรอจนทำให้เกิดการหลวมและมีช่องว่างระหว่างบูชกับเพลามาก และเกิดการสั่นสะเทือนขึ้นเมื่อมีการหมุน ลักษณะของความถี่ในการสั่นสะเทือนที่เกิดขึ้นคือ เกิดความถี่สอดแทรก (Harmonics) ของความรุนแรงในการสั่นสะเทือนมากเกือบทุกเท่าของความถี่ในการหมุนของเพลานั้น ๆ ดังรูปที่ 37 

รูปที่ 37 แสดงFFT ของการสั่นสะเทือนจากปลอกบูชหลวม


    - การสั่นสะเทือนที่เกิดจากการเสียดสีระหว่างโรเตอร์กับตัวเรือน (Rotor Rub)ในบางครั้งเมื่อตัวโรเตอร์ มู่เล่หรือเฟืองต่าง ๆ ถูกใช้งานไปนาน ๆ หรือโบลต์ที่ล๊อคเพลาหลุดหลวมก็จะเกิดการหลวมที่เพลาและตัวโรเตอร์อาจเลื่อนไปจนติดกับตัวเรือนของเครื่องจักรจนทำให้เกิดการเสียดสีกันขึ้น ลักษณะของความถี่ของการสั่นสะเทือนจะคล้าย ๆ กับการสั่นสะเทือนที่เกิดขึ้นจากการหลวมของปลอกบูชและการเกิดช่องว่างระหว่างบูชกับเพลาแต่แตกต่างกันตรงที่การสั่นสะเทือนจากการเสียดสีจะเกิดความถี่สอดแทรก (Harmonics) สลับกับความถี่ที่เกิดขึ้นทุก ๆ เท่าของรอบการหมุนของเพลานั้น ๆ แต่ความถี่สอดแทรกจะมีแอมปลิจูดที่ต่ำกว่าความถี่ที่เกิดจากการเสียดสี ดังรูปที่ 3

รูปที่ 38 แสดง FFT ของการสั่นสะเทือนที่เกิดจากการเสียดสีระหว่างโรเตอร์กับตัวเรือน

  สำหรับรายละเอียดทั้งหมดของการสั่นสะเทือนที่เกิดขึ้นจากการหลุดหลวมของอุปกรณ์จับยึดชิ้นส่วนต่าง ๆ โดยสรุป แสดงในตารางที่ 9

ตารางที่ 9 แสดงรายละเอียดของการสั่นสะเทือนที่เกิดจากหลุดหลวมของอุปกรณ์จับยึด


- การสั่นสะเทือนที่เกิดขึ้นกับการทำงานของสายพาน
       สายพาน (Belts) เป็นอุปกรณ์ที่ใช้ในการส่งกำลังที่เป็นที่นิยมกันอย่างแพร่หลายตัวหนึ่ง เนื่องจากการที่สายพานมีความยืดหยุ่นสูงและนอกจากนั้นยังสามารถทำงานที่ความเร็วรอบสูง ๆ ได้โดยปราศจากเสียงรบกวน แต่การใช้สายพานเป็นตัวส่งกำลังของเครื่องจักรนั้น บางครั้งการหมุนของสายพานจะเกิดการสั่นสะเทือนเนื่องจากความถี่ในการทำงานของสายพานไปตรงกับความถี่ธรรมชาติของสายพานและทำให้เกิดความถี่สอดแทรกขึ้นมาส่งผลทำให้เกิดการสั่นที่รุนแรงของสายพานเกิดขึ้น ความถี่ของการสั่นสะเทือนที่เกิดขึ้นในกรณีนี้จะเป็นดังรูปที่ 39 โดยการสั่นสะเทือนที่รุนแรงจะเกิดขึ้นในจุดวัดที่แนวระดับ (Horizontal, H) และแนวดิ่ง (Vertical, V) การแก้ใขทำได้โดยการปรับความตึงของสายพานเส้นนั้น ๆ ให้ตึงขึ้นหรือหย่อนลง เพื่อหนีความถี่ธรรมชาติที่รอบการทำงานของการขับของสายพาน นอกจากนี้ยังมีการสั่นสะเทือนที่เกิดจากสายพานหลายสาเหตุซึ่งมีรายละเอียดดังต่อไปนี้

รูปที่ 39 แสดง FFT ของการสั่นสะเทือนจากความถี่ธรรมชาติเนื่องจากความตึงของสายพาน (Belts Resonance)

    - การสั่นสะเทือนเนื่องจากการสึกหรอและหลวมของสายพาน (Belts Worn or Loosen) ในกรณีที่สายพานเกิดการชำรุดสึกหรอหรือสายพานหลวมไม่พอดีกับร่อง (Groove) ก็จะทำให้เกิดการสั่นสะเทือนในลักษณะที่เกิดความถี่สอดแทรกที่ความถี่ต่ำกว่าความถี่ในการหมุนของมู่เล่ตัวขับหรือมู่เล่ตัวตาม ดังรูปที่ 40


รูปที่ 40 แสดง FFT ของการสั่นสะเทือนเนื่องจากการสึกหรอและหลวมของสายพาน (Belts Worn or Loosen)

    - การสั่นสะเทือนที่เกิดจากสายพานหรือมู่เล่ไม่ได้ศูนย์ (Pulley or Belts Misalignment) ในบางครั้งที่การติดตั้งสายพานและมู่เล่ไม่ได้ศูนย์หรือแนวก็จะทำให้เกิดการสั่นสะเทือนเกิดขึ้น ซึ่งความรุนแรงของการสั่นสะเทือนจากการไม่ได้ศูนย์ของมู่เล่นั้นจะเกิดขึ้นที่ความถี่ 1 เท่า (1X) ในแนวแกน (Axial) ของความถี่ในการหมุนของมู่เล่ตัวขับหรือมู่เล่ตัว ตามดังรูปที่ 41

รูปที่ 41 แสดง FFT ของการสั่นสะเทือนเนื่องจากสายพานและมู่เล่ไม่ได้ศูนย์ (Pulley/Belts Misalignment)
       

 ตารางที่ 10 แสดงรายละเอียดของการสั่นสะเทือนที่เกิดจากการขับเคลื่อนด้วยสายพาน

สรุป
       บทความในตอนนี้ได้นำเสนอเรื่องต่อจากตอนที่แล้วคือเรื่องความถี่ในการสั่นสะเทือนของเครื่องจักร การวิเคราะห์ความถี่ในการสั่นสะเทือนของชิ้นส่วนต่าง ๆ ของเครื่องจักร  เทคนิค FFT (Fast Fourier Transform) และตัวอย่างการสั่นสะเทือนของเครื่องจักรที่มีสาเหตุมาจาก ความไม่สมดุลย์ การหลุดหลวมของอุปกรณ์จับยึดเครื่องจักร และการสั่นสะเทือนที่เกิดจากความผิดปกติของสายพาน 
       สำหรับตอนต่อไปจะนำเสนอเรื่องนี้ต่อในส่วนของการสั่นสะเทือนของเครื่องจักรที่มีสาเหตุมาจาก ความผิดปกติของปั้มและโบลเวอร์ การสั่นสะเทือนของมอเตอร์ไฟฟ้า การสั่นสะเทือนของชุดเฟืองและการขบกันของฟันเฟือง และตรวจสอบความถี่ในการสั่นสะเทือนของลูกปืนด้วยการวิเคราะห์โดยเทคนิค FFT อย่าลืมติดตามต่อฉบับหน้านะครับ

เอกสารอ้างอิง
[1] “An engineering guide to Shaft alignment, Vibration analysis & dynamic balancing” PR?FTECHNIK, Edition
      1:10 2.002
[2] เอกสารประกอบการอบรมเรื่อง “FFT analysis” MASKINDYNAMIKK AS., NORWAY
[3] เอกสารเรื่อง “Vibration reference and Training guide” DLI Engineering corporation,
[4] เอกสารประกอบการอบรมเรื่อง”CSI 4500 Machinery Health Monitor Overview”. Novaspect, Inc.
[5]  วินัย เวชวิทยาขลัง, เอกสารประกอบการอบรมเรื่อง “การบำรุงรักษาเครื่องจักรด้วยวิธีวัด-วิเคราะห์ความสั่นสะเทือน 
      (เชิงปฏิบัติ), สมาคมส่งเสริมเทคโนโลยี (ไทย-ญี่ปุ่น), ธันวาคม 2549

สงวนลิขสิทธิ์ ตามพระราชบัญญัติลิขสิทธิ์ พ.ศ. 2539 www.thailandindustry.com
Copyright (C) 2009 www.thailandindustry.com All rights reserved.

ขอสงวนสิทธิ์ ข้อมูล เนื้อหา บทความ และรูปภาพ (ในส่วนที่ทำขึ้นเอง) ทั้งหมดที่ปรากฎอยู่ในเว็บไซต์ www.thailandindustry.com ห้ามมิให้บุคคลใด คัดลอก หรือ ทำสำเนา หรือ ดัดแปลง ข้อความหรือบทความใดๆ ของเว็บไซต์ หากผู้ใดละเมิด ไม่ว่าการลอกเลียน หรือนำส่วนหนึ่งส่วนใดของบทความนี้ไปใช้ ดัดแปลง โดยไม่ได้รับอนุญาตเป็นลายลักษณ์อักษร จะถูกดำเนินคดี ตามที่กฏหมายบัญญัติไว้สูงสุด