vibratiion

1

Vibration Analizer

Basic concept

2

Vibration Basic Concept

Vibrasi adalah pergerakan dari mesin atau part mesin berputar yang keluar dari titik netralnya.

Contoh Analogi: Pergerakan bolak-balik dari sebuah per (“spring”) yang digantung dan diberi sebuah beban, pada saat beban tidak dikenai gaya maka beban berhenti pada suatu tempat tertentu posisi tersebut disebut sebagai posisi netral benda + spring.Apabila benda diberi gaya dengan tarikan tertentu lalu dilepas maka benda akan bergerak naik turun dengan melewati titik netral, sampai batas tertentu..

Siswanto

Jl. Pegangsaan Dua KM 3.5. Komp. Metrix Kelapagading. Jakarta 14250

• Phone; (021) 460 4304, Fax: (021) 460 4309

3

Pada umumnya vibrasi pada mesin listrik berputar dapat disebabkan, a,l:

Electrical unbalance Mechanical unbalance motor, coupling

atau equipment penggerak Mechanical effect looseness, rubbing,

bearings, dll External effect base, driven equipment,

misalignment, dll Resonance, critical speeds, reed critical,

dll

Siswanto


• Phone; (021) 460 4304, Fax: (021) 460 4309


Karakteristik Vibrasi

Gangguan mesin yang disebabkan oleh masalah vibrasi dapat ditentukan dan di analisa dengan metode karakteristik vibrasi: Frequency Displacement Velocity Acceleration Phase Spike energy

4Siswanto


• Phone; (021) 460 4304, Fax: (021) 460 4309


Frequency, yaitu:

Lamanya waktu tempuh untuk mencapai 1 cycle “yaitu pergerakan naik sampai titik mati atas kemudian turun sampai titik mati bawah seperti pada pergerakan “spring + beban” disebut sebagai 1 periode.

1 frequency = 1/periode

Frequency sering digunakan sebagai dasar acuan untuk analisa vibrasi.

Frequency biasanya di ekpresikan dengan jumlah cycle yang terjadi pada 1 menit, dari sini diperoleh satuan frequency vibrasi yaitu CPM = circle per minute.Apabila akan dibuat dalam satuan Hertz (Hz) maka: 1 CPm = Hertz x 60 karena 1 Hz = 1 getaran per detik.

5

Displacement, yaitu:

Total jarak yang ditempuh dari benda yang bergetar dari satu titik max ke titik minimum disebut sebagai “peak to peak displacement”

Peak to peak vibration displacement biasanya ditunjukan dengan satuan mils.1 mil = 0.001”, dan 1” = 25.4 mm.Jadi 1 mils = 0.001 x 25.4 mm

=0.0254 mm

A M P L I T U D O

T I M E

Siswanto


• Phone; (021) 460 4304, Fax: (021) 460 4309


6

Velocity

Dapat dianalogikan sebagai pada pergerakan Spring , dan pergerakan tersebut memiliki kecepatan gerak, yaitu kecepatan bergerak dari titik mati atas menuju titik mati bawah, kecepatan terbesar terjadi pada saat beban melewati titik netral.Kecepatan tertinggi dari vibrasi ini yang diukur oleh instrument vibration analyzer.Satuan dari vibrasi velocity dinyatakan dengan mm/sec atau inches / sec.

Acceleration

Acceleration mempunyai korelasi terhadap besaran gaya yang timbul, acceleration maximum terjadi pada saat velocity mencapai minimum . Vibrasi yang terjadi pada frequency tinggi ( 60.000 CPM atau lebih) acceleration adalah merupakan indicator terbaik untuk melakukan pengukuran vibrasi.

Siswanto


• Phone; (021) 460 4304, Fax: (021) 460 4309


7

Spike Energy

Seperti yang telah diterangkan sebelumnya akselerasi max, terjadi pada saat beban bergerak dari titik mati atas atau bawah menuju titik netral, dan akselerasi yang terendah terjadi pada saat beban melewati titik netral. Vibrasi akselerasi biasanya dinyatakan dengan “g’s”peak, “g” adalah gravitasi bumi yaitu sebesar 9.80665 m/sec atau 980,665 mm/sec.

Spike Energy adalah vibrasi yang sangat abstrak dan tidak ada sangkut pautnya dengan berat benda dari sumber vibrasi.Spike Energy terjadi sangat singkat, frequency yang terjadi seperti pulsa, dan biasanya ditimbulkan oleh:

Permukaan didalam element roll bearing atau gear Kontak antar metal yang berputarTekanan tinggi pada steam atau kebocoran dengan tekanan tinggiTurbulance di dalam benda cairSpike Energy digunakan untuk dasar analisa kerusakan pada bearing atau gear.

Siswanto


• Phone; (021) 460 4304, Fax: (021) 460 4309


8

Amplitudo vibrasi tertinggi selalu terjadi didaerah dimana terdapat sumber vibrasi. Vibrasi pada mesin berputar dapat terjadi setiap saat, jika tidak dapat di identifikasi dan di perbaiki dengan cepat dapat menimbulkan kerusakan pada mesin itu sendiri.

Sumber vibrasi

A. Electrical unbalance.

Power supply pada mesin listrik berputar akan menghasilkan gaya electromagnetic antara stator dan rotor, gaya tsb akan mencapai maximum pada saat magnetizing current pada stator mencapai maximum. Pada setiap cycle tegangan akan menghasilkan “2 peak” gelombang gaya electromagnetic, dan akan menghasilkan vibrasi sebesar 2 x frequency power supply .Gaya electromagnetic yang dibangkitakan didalam stator sangat tergantung dari perubahan beban mesin itu sendiri

Siswanto


• Phone; (021) 460 4304, Fax: (021) 460 4309


9

Vibrasi pada motor yang disebabkan oleh “loose parts, bent shaft, elliptical bearing journal “ dapat menimbulkan vibrasi pada level 2 x rotational frequency

Siswanto


• Phone; (021) 460 4304, Fax: (021) 460 4309


10

Efek “Eliptical Stator” yang ditimbulkan oleh Fundamental Flux

Seperti terlihat pada gambar berikut motor dengan 2 pole , akan menimbulkan gaya electromechanical yang berbentuk elliptical pada stator, pada motor yang mepunyai pole 4, jarak antar titik elliptical hanya sebesar 450 mekanik atau ½ dari motor 2 pole, dengan demikian motor 4 pole akan menghasilkan vibrasi dengan frequency yang lebih rendah.

Siswanto


• Phone; (021) 460 4304, Fax: (021) 460 4309


11

Non-symmetrical Air gapVibrasi pada level 2 x line frequency akan naik secara signifikan jika terdapat unsymmetrical air gap antara stator dan rotor.

Pada kondisi tsb, gaya electro-mechanic terbesar akan terjadi pada sisi yang memiliki air gap terkecil, dengan demikian gaya electromagnetic akan didorong pada sisi yang memiliki air gap terkecil. Besarnya gaya electromagnetic yang terjadi adalah:F = B 2 / lg F: Gaya electromagneticB : Flux density didalam air gaplg : length of air gap

Siswanto


• Phone; (021) 460 4304, Fax: (021) 460 4309


12

Eccentric rotor

Eccentric rotor adalah jika rotor core (Out side rotor core) tidak segaris dengan journal bearing, akan menghasilkan unsymmetric air gap, dalam kondisi ini gaya electromagnetic akan menjadi tidak balance dan gaya electromagnetic terbesar akan terjadi pada air gap yang terkecil.Unbalance yang terjadi akan berputar pada rotational frequency, dan akan menimbulkan vibrasi pada 1 x line frequency. Flux yang akan menimbulkan gaya electromagnetic adalah merupakan flux fundamental yang akan berputar disekeliing stator pada synchronous speed.

Siswanto


• Phone; (021) 460 4304, Fax: (021) 460 4309


13

Unbalance tertinggi terjadi pada bagian yang memiliki air gap terkecil yang berpotongan dengan flux stator yang tertinggi maka akan menghasilkan gaya maximum, gaya tersebut akan berkurang sejalan dengan makin lebarnya air gap.Frequency unbalance dalam CPM akan sebanding dengan besarnya slip putaran (rpm) motor x jumlah pole.

Contoh:

Motor dengan putaran synchron = 1500 RPM pada freq 50 Hz, dengan jumlah pole = 4, dan putaran nominal rotor 1475 RPM, maka besarnya slip = 1500 Rpm – 1475 Rpm = 25 RPM, maka akan menghasilkan modulasi frequency sebesar : 4 x 25 = 100 RPM

Siswanto


• Phone; (021) 460 4304, Fax: (021) 460 4309


14

Broken Rotor Bar

Jika rotor bar putus atau terbukanya connection bar dengan end ring pada motor induksi SQ type, maka pada rotor bar tsb tidak akan dialiri arus listrik.

Pada kondisi demikian maka pada rotor bar tsb, tidak akan terbentuk medan magnit, sehingga akan menimbulkan perbedaan medan magnit antar rotor bar yang sehat dng yag rusak, karena terdapat beda medan magnit maka pada rotor bar akan timbul “unbalance electromagnitic”.

Frequency unbalance yang timbul akan sebanding dengan frequency slip x jumlah pole. Dan akan menimbulkan bising yang tinggi pada mesin.

Siswanto


• Phone; (021) 460 4304, Fax: (021) 460 4309


15

Identifikasi penyebab VibrasiVibration Unit

Vibrasi dapat diukur dalam :

Unit displacement (peak to peak dengan satuan mils atau mm)Unit velocity (zero to peak dalam satuan inches per second atau mm / sec)Unit acceleration (g’s) Acceleration digunakan untuk mengukur dengan frequency tinggi,Displacement untuk low frequency, dan velocity untuk seluruh frequency

Siswanto


• Phone; (021) 460 4304, Fax: (021) 460 4309


16Siswanto


• Phone; (021) 460 4304, Fax: (021) 460 4309

Posisi pengukuran Vibrasi


Arah pengukuran

Pengukuran vibrasi sebaiknya dilakukan pada 3 planes (vertical, horizontal, dan axial) pada kedua sisi rumah bearing (bearing housing). lihat gambar dibawah

17

Jika semua item seperti diatas telah di check dengan hasil memuaskan dan vibrasi yang timbul masih besar, maka diperlukan analisa vibrasi yang lebih mendalam. Idialnya pengukuran vibrasi hendaknya dilakukan pada mesin dengan kondisi seperti berikut:

Siswanto


• Phone; (021) 460 4304, Fax: (021) 460 4309


Troubleshooting Procedure

Jika terjadi masalah vibrasi, terdapat banyak cara untuk melakukan test, tetapi hal-hal berikut adalah merupakan langkah awal yang hendaknya dilakukan.

Maintenance Items: Check loose bolts, mounting atau loose parts yang lain Bersihkan mesin / motor dari kotoran Check cooling system dan check suhu inlet Check bearing dan stator winding temperature Check lubricant systems dan check oil level

18

Loaded, Coupled, Full Voltage ( normal operation)

lakukan pengukuran pada kondisi normal, jika sumber vibrasi tidak ditemukan lakukan langkah berikut.

Unloaded, Coupled, Full Voltage tidak selalu beban dapat dilepas seluruhnya tetapi mengurangi beban mungkin dapat dilakukan, jika dengan pelepasan beban sebagian maupun seluruhnya ini, sumber vibrasi masih tidak dapat ditemukan, lakukan langkah berikutnya.

Unloaded, Uncoupled, Full Voltage

lepas semua effect coupling dan sistim penggerak isolate motor dari system jika pada langkah ini sumber vibrasi tidak dapat ditemukan lanjutkan langkah berikutnya

Unloaded, Uncoupled, Reduced voltage (25% if possible)

cara ini sangat effective untuk vibrasi yang timbul karena akibat gaya electromagnetic penurunan tegangan sebesar 25% mungkin hanya dapat dilakukan di workshop, jika motor memiliki connection Y - maka tegangan dapat diaplikasikan sebesar 57% dari full voltage

Siswanto


• Phone; (021) 460 4304, Fax: (021) 460 4309


19

Unloaded, Uncoupled, Coast Downmatikan power supply dan kemudian observasi apakah terdapat perubahan vibrasi, efek yang terjadi akan mirip dengan penurunan tegangan power supply. Cara ini sangat efective untuk membedakan apakah sumber vibrasi disebabkan oleh electromagnetic atau mechanical.

Mech.unbalance

Vib

ratio

n A

mp

litu

de

Elc.unbalance

Resonance structure

Siswanto


• Phone; (021) 460 4304, Fax: (021) 460 4309


20Siswanto


• Phone; (021) 460 4304, Fax: (021) 460 4309


Vibration Limit

Limit vibrasi seperti pada tabel berikut berlaku untuk mesin yang dipasang pada seismic pondasi, mesin dalam kondisi tercouple dengan beban atau tanpa couple dengan beban.

Vibrasi pada umumnya akan sedikit mengalami kenaikan disebabkan oleh usia mesin, hal ini disebabkan oleh beberapa faktor, a.l:

degradasi bearing loosening rotor bar akumulasi kotoran dari sistim pelumasan perubahan dari sistim pondasi, alignment dan bantalan alignment dll

21


TABLE I. ELECTRIC MOTOR DIAGNOSTIC CHART

CAUSEFREQUENCY

OF VIBRATION

PHASE ANGLE

AMPLITUDE RESPONSE

POWER CUT COMMENTS

Misalignment:Bearing

Primarily 2 x Some 1 x Radial High at DE and Axial

Phase angle can be erratic.

Steady.Drops slowly with speed.

2 x can dominate during coast-down. 2 x is more prevalent with higher misalignment

Misalignment: Coupling

Primarily 1 x Some 2 xRadial High at DE and Axial

Drive 180o out Phase with NDE.

SteadyLevel drops slowly with speed.

Parallel causes radial forces and angular causes axial.Load dependent

Rub – - Seal/or bearing

1/4x, 1/3x, 1/2x or10-20x can be seen Primarily 2 x Some 1 x. Radial.

ErraticErratic depending upon severity.

Disappears suddenly at some lower speed.

Full rubs tend to be 10 to20x higher Bearing misalignment can give rub symptoms

Rotor

1/4x, 1/3x, 1/2x, & 1x with slip freq side bands. Radial

Erratic High Severe pounding

Looseness: Bearing (non- rotating)

2 x, 3 x may be seen Radial

Steady. FluctuatesDisappear at Some lower speed

Bearing seat looseness Looseness at bearing split.

Rotor Core(rotating)

1-10x with 1, 2, & 3 predominant Radial

Can exist relative to type of looseness General core loose gives erratic symptom.

Erratic, high

Droop with speedCan disappear suddenly

End plate looseCore ID loose

Pedestals (non-rotating)1-10x with 2 & 3

predominant Radial & Axial

External Fans 1 & 3 x Radial & Axial – OE(fan end)

N/A Fluctuates.

Drops with speed. Can disappear suddenly

Unbalance Rotor

1x rotor speed.Radial

NDE & DE in phase. Couple gives out of phase condition

SteadyLevel drops slowly

Rotor has unbalance - can be due to thermal problems

Unbalance of External Fan

1X Radial high at NDE (fan end). 1X Axial with high at fan end.

Couple DE180o out of phase with EO

SteadyLevel drops slowly.

22


Unbalance Rotor

1x rotor speed.Radial

NDE & DE in phase. Couple gives out of phase condition


Rotor has unbalance - can be due to thermal problems

Unbalance of External Fan

1X Radial high at NDE (fan end). 1X Axial with high at fan end.

Couple DE180o out of phase with EO

SteadyLevel drops slowly.

Coupling Unbalance

1 x Radial & higher on drive end


Unbalance due to coupling or key

Bent Shaft Extension

2 x Primarily1 x may be seen Axial

EO 180o out of phase with DE.


DE runout should give higher 2x axial at that end. Normal runout on core - 1-2 mil.

Eccentric Air Gap

Strong 120 Hz Radial

N/A Steady Immediately drops min.

Difference between max. and air gap divided by ave. should be less than 10%.

Soft Foot Eccentric rotor

1x PrimarilySome 60 & 120 Hz Radial

UnsteadyModulates in amplitude with slip

Immediately drops

Eccentricity limit 1-2 mil. Slip beat changes with speed/load

Loose stator core

120 Hz. Axial & radial

Frame & bearing brackets in phase at120 Hz

SteadyImmediately drops

Look for relative motion of core with respect to housing

Rotor bow(Thermal Bow)

1x Primary Some 120 Hz may be seenMay have Modulators on 1X & 2X vib Radial

Unsteady

Changes with temperature.Time or load related.Varies at Freq. slip x poles

Some drop but high level would come down with speed

Heat related.Examine rotor stack for uneven stack tightness or looseness.Shorted Rotor Iron Check bar looseness

Broken rotor bars

1x and modulates at slip x # poles May have high stator slot frequencies On slower speed Motors

Dependent upon where broken bars are located

STRONG BEAT POSSIBLE- Varies @ Freq Slip x poles- Amplitude increased with load

Immediately drops

Sparking in the air gap may be seen.Long term variation in stator slot frequencies can be indicator of bar problems.Broken bars cause holes in magnetic fieldLarge current fluctuations.Current analysis shows slip frequency side bands.

CAUSEFREQUENCY

OF VIBRATION

PHASE ANGLE

AMPLITUDE RESPONSE

POWER CUT COMMENTS

23


CAUSEFREQUENCY

OF VIBRATIONPHASE ANGLE

AMPLITUDE RESPONSE POWER CUT COMMENTS

Loose bars.

1 x Possible balance effect with thermal sensitivity RadialStator slot freq. plus sidebands@ (# Poles*Slip)

1. 1 x vibration will be steady2. Stator slot freq. will modulate causing a fluctuation in phase angle on overall vibration

Steady

Stator slot freq. will immediately disappear.Imbalance effect can suddenly disappear at some lower speed.

Excessive looseness can cause balance problems in high speed motors

Interphase fault

60 & 120 Hz Radial

N/A Steady and possible beat.

Immediately disappears.

Ground fault 60 Hz & 120 Hz slot freq. - Radial

N/A Steady and possible beat.


Unbalanced Line Voltages

120 HzRadial

N/A

Steady 120 Hz & Possible beat.


Electrical Noise Vibration

(RPM x # of Rotor slots)/60 +/-120, 240, etc. - Radial

Due to modulation overall vibration will fluctuate

SteadyImmediately disappears

Increases with increasing load.

System Resonance

1 x RPM or other forcing frequencyOne plane – usually Horizontal

Varies with load and Speed

VariesDisappears rapidly.

Foundation may need stiffening- may involve other factors

Strain 1 x RPM Steady

Caused by casing or foundation distortion from attached structure (piping).

Poorly shaped Journal

2x Rotational Usual Erratic May Steady May disappear at lower speed

May act like a rub.

Oil Film Instability (Oil Whirl)

Approx.(.43-.48)*rotational

Unstable Steady

Anti-Friction Bearing Problems

Various Frequencies dependent on bearing design

Unstable Steady. Four basic frequencies

Resonant Parts

At forcing Frequency or Multiples

N/A Steady Drops rapidly May be adjacent parts

Top Cover Fit 120 Hz. Radial

N/A Steady.Disappears immediately.

Magnification of 120 Hz electrical Top cover rests on basic core support..

24


Industry Housing Vibration Limits

NEMA - 1993

2, 4, 6 Pole

NEMA - OldAPI 541

3rd Ed.API 541 2nd Ed. IEEE 841

2 Pole

4 Pole

6 Pole

2, 4, 6 Pole

2 Pole

4 Pole 6 Pole

2, 4, 6 Pole

Unfiltered (Overall)

.12 IPS 1 Mil 2 Mils

2.5 Mils

.1 IPS .8 Mils

1.5 Mils

1.5 Mils

.08 IPS

Filtered - 1X

.12 IPS .1 IPS .5 Mils

1 Mil 1 Mil

Filtered - 2X

.12 IPS .1 IPS .05 IPS

Filtered - 2f .1 IPS .05 IPSIndustry Shaft Vibration Limits

NEMA - 19932, 4, 6 Pole

API 541 3rd Ed.

API 541 2nd Ed. IEEE 841

2 Pole 4 Pole 6 Pole 2, 4, 6 Pole 2 Pole 4 Pole 6 Pole

Unfiltered (Overall)

1 Mil 2 Mils 2.5 Mils 1.5 IPS 2.0 Mils 2.5Mils 3.0 Mils

Filtered - 1X 1.2 IPS 1.5 Mils 2.0 Mils 2.5 Mils

Filtered - 2X .5 IPS 1.0 Mils 1.5 Mils 1.7 Mils

Filtered - 2f .5 IPS

IPS : Inches per second

Siswanto


• Phone; (021) 460 4304, Fax: (021) 460 4309

25

Displacement / Velocity severity chart

Siswanto


• Phone; (021) 460 4304, Fax: (021) 460 4309


26

Acceleration / Velocity severity Chart

Siswanto


• Phone; (021) 460 4304, Fax: (021) 460 4309


vibratiion

Documents