• No results found

CAT III Activity Book 170112 - A4

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2021

Share "CAT III Activity Book 170112 - A4"

Copied!
35
0
0

Loading.... (view fulltext now)

Full text

(1)

C

ATEGORY

III

V

IBRATION

T

RAINING

(2)

This manual is designed as a guide only.

In practical situations there are many variables,

so please use this information with care.

Copyright  1999 - 2012 Mobius Institute

All Rights Reserved

(3)

Table of Contents 

 

SIGNAL PROCESSING ... 4 

WINDOWING ... 6 

AVERAGING ... 7 

TIME WAVEFORM ANALYSIS ... 7 

PHASE ANALYSIS ... 9 

DIAGNOSING FAULTS WITH PHASE ANALYSIS ... 10 

DYNAMICS and RESONANCES ... 14 

OPERATING DEFLECTION SHAPES ... 18 

MODAL ANALYSIS ... 20 

CORRECTING RESONANCES AND REDUCING VIBRATION ... 22 

JOURNAL BEARING ANALYSIS AND ORBITS ... 25 

ROLLING ELEMENT BEARING ANALYSIS ... 28 

GEARBOX ANALYSIS ... 29 

ELECTRIC MOTORS ... 30 

BALANCING ... 31 

(4)

SIGNAL PROCESSING 

Useful information: 

.

  T = Time required to collect the waveform  Ts = Time between each sample  Fs = Sampling rate = Samples per second  N = Number of samples (1024, 2048, 4096, etc.) 

  Window factor = 1 (no window/uniform/rectangular) or 1.5 (Hanning window)  Separating frequency ≥ 2 x Bandwidth ≥ 2 x Resolution * Window Factor  Required spectral lines ≥ 2 x Window factor x Fmax / Separating frequency  Accuracy of frequency (at peak) = ± ½ x Resolution   

(5)

[1] Why can the integration process create a signal‐to‐noise problem?    _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________   [2] What is the difference between analog integration and digital integration?    _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________   [3] What precautions should be taken when testing low speed machines (below 3 Hz or 180 RPM)?    _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________   [4] Name three applications where one might use triggering (external signal to trigger a  measurement or external tachometer signal for synchronization).    _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________   [5] If the record length is 2 seconds, and there are 1024 samples in the time waveform, what is the  Fmax?  A. 200 Hz  B. 400 Hz  C. 800 Hz  D. 1600 Hz  [6] If the Fmax is 10,000 Hz and a 1600 line spectrum, how long does it take to sample the vibration  signal with one average only?  

(6)

[7] If the Fmax is 160 Hz, 3200 line spectrum, how long does it take to sample the vibration signal  with 10 averages (no overlap)?   A. 0.05 seconds  B. 0.5 seonds  C. 20 seconds  D. 200 seconds  [8] If the Fmax is 160 Hz, 3200 line spectrum, how long does it take to sample the vibration signal  with 10 averages and 50% overlap?   A. 100 seconds  B. 115 seconds  C. 200 seconds  D. 20 seconds  [9] A machine will generate key vibration signals of 100 Hz and 100.50 Hz, suggest an Fmax setting  and corresponding lines of resolution setting to resolve these two frequencies (assume that a  Hanning window will be used):    _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________   [10] What is the difference between dynamic range and signal to noise ratio?    _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________  

WINDOWING 

[1] Name 5 common windows and their applications    _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________  

(7)

AVERAGING 

[1] Explain the benefits of overlap averaging?    _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________   [2] What factors should you consider when selecting the number of averages (for normal testing and  linear averaging)?    _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________   [3] What are three applications for peak hold averaging?    _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________   [4] What are 3 ways to deal with testing variable speed machines?     _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________    

TIME WAVEFORM ANALYSIS 

[1] Name three fault conditions that can be diagnosed via time waveform analysis.    _________________________________________________________________________________________  

(8)

[2] Name four phenomena that can be observed in the time waveform.    _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________   [3] A 1500 RPM motor is driving a pump via a gearbox with 40 teeth on the input gear. What Fmax  and LOR setting will allow one to see three harmonics of the gear mesh frequency in the  spectrum and 6 rotations of the gear in the time waveform?     _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________   [4] A 1500 RPM motor is driving a pump via a gearbox with 40 teeth on the input gear. What Fmax  setting is required in order to be able to clearly see each tooth mesh in the time waveform?    _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________   [5] What is the approximate frequency of the dominant event in this time waveform?    A. 0.63 Hz  B. 6.7 Hz  C. 24.7 Hz  D. Not enough information  

(9)

[6] Why is time waveform analysis so important when performing vibration analysis on gearboxes?    _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________   [7] Why is time waveform analysis useful when performing vibration analysis on rolling element  bearings?    _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________   [8] Why is time waveform analysis useful when a pump is cavitating?    _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________  

PHASE ANALYSIS 

[1] Name three reasons why the peak value of the vibration signal does not coincide perfectly with  the passing of the point of greatest mass in the rotor by the sensor?    _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________  

(10)

[2] Machine balancing: What would happen if we performed an ‘original run’, using an accelerometer  (mounted in‐line with the tachometer), and measured a vibration reading of 0.5 Gs and a phase  angle of 0° and then placed the trial weight opposite the tachometer (i.e. 180°)?  (Assume a rigid  rotor and a trial weight with enough mass to significantly affect the vibration reading.)  A. The vibration level would decrease  B. The vibration level would increase  C. The vibration reading would not change   D. Not enough information  [3] What happens to the phase angle as a machine speed is increased towards the first critical speed?  A. Nothing  B. Nothing until the machine speed reaches the critical speed; then it shifts by 180°  C. It decreases  D. It increases  [4] What is the difference between relative phase and absolute phase?    _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________   [5] What are two benefits of relative phase?    _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________  

DIAGNOSING FAULTS WITH PHASE ANALYSIS 

For the following questions the relative vibration levels can be interpreted as follows:  High vibration:     Low vibration:   

NOTE: For your own benefit, try to answer these questions before

referring to the training manual

(11)

[1] Which fault condition is indicated by the following bubble diagram?  ___________________ 

(12)

[3] Which fault condition is indicated by the following bubble diagram?  ___________________ 

(13)

[5] Which fault condition is indicated by the following bubble diagram?  ___________________ 

(14)

[7] Which fault condition is indicated by the following bubble diagram?  ___________________ 

DYNAMICS and RESONANCES 

[1] Name three types of damping.    _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________   [2] Provide examples of damping in rotating machinery    _________________________________________________________________________________________  

(15)

[3] In the following equation, what does ‘ ’ represent? 

( )

v

f t

kx

c x

mx



  A. Stiffness  B. Damping  C. Mass  [4] In the following equation, what does ‘ ’ represent? 

( )

v

f t

kx

c x

mx



  A. Stiffness  B. Damping  C. Mass.  [5] In the following equation, what does ‘ ’ represent? 

( )

v

f t

kx

c x

mx



  A. Stiffness  B. Damping  C. Mass.  [6] In the following equation, what does ‘ ’ represent? 

( )

v

f t

kx

c x

mx



  A. Displacement  B. Velocity  C. Acceleration  [7] In the following equation, what does ‘ ’ represent? 

( )

v

f t

kx

c x

mx



  A. Displacement  B. Velocity  C. Acceleration  [8] In the following equation, what does ‘ ’ represent? 

( )

v

f t

kx

c x

mx



  A. Displacement  B. Velocity 

(16)

[9] If you performed a Bode plot and you noticed that amplitude was high in a certain speed range  but the phase did not change substantially, what would you conclude?  A. There definitely is a resonance  B. There definitely is NOT a resonance  C. There probably is not a resonance  [10] If you performed a run‐down test (as shown below) and saw that the amplitude was high in a  certain speed range and the phase did change by 180°, what would you conclude?    A. There definitely is a resonance  B. There definitely is NOT a resonance  C. There probably is not a resonance  [11] If you performed a rundown test and witnessed a Bode plot as described in question 10, and then  repeated the test two weeks later to find that the natural frequency was higher than it was  previously (but the amplitude at the natural frequency had not changed substantially), what  would you conclude?  A. The machine was running at a higher speed  B. Bracing had been added to increase the stiffness  C. Sandbags or some other form of weight was added to the machine  D. Someone must have added damping to the machine  [12] Based on the test data in question 10, would you say the machine was lightly damped or heavily  damped?  A. Lightly damped  B. Heavily damped  [13] If you noticed that the 1x vibration in a horizontally oriented motor was much higher (>4X higher)  in the horizontal direction than the vertical direction, what would you conclude? 

(17)

[14] Is the following shape the first, second, or third bending mode?    A. First bending mode  B. Second bending mode  C. Third bending mode  [15] How many nodes does this mode shape have?    A. 1  B. 2  C. 3  D. 4  [16] How many anti‐nodes does this mode shape have?    A. 1  B. 2  C. 3  D. 4 

(18)

[17] Is the value of theta ζ marked by “A” more likely to be 0.05, 0.5 or 1.0?    A. 0.05   B. 0.5  C. 1.0 

OPERATING DEFLECTION SHAPES (ODS) 

[1] What method of data capture must you use if you wish to visualize the motion (deflection shape)  at multiple frequencies (not just running speed)?    _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________   [2] What is the main difference between ODS and modal analysis?    _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________  

(19)

[3] What are the primary reasons to perform an ODS test?    _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________   [4] When performing an ODS test with two accelerometers, what precautions should you take when  selecting the location of the reference accelerometer?    _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________   [5] When performing an ODS test with two accelerometers, what precautions should you take when  selecting the location of the ‘roving’ accelerometer?    _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________   [6] Can you perform an ODS test on a machine that is frequently changing speed and load?  Explain  your answer.  A. Yes  B. No    _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________  

(20)

[7] How does time‐based ODS differ from frequency‐based ODS?    _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________  

MODAL ANALYSIS 

[1] What does the coherence measurement tell you?    _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________   [2] When performing a modal test, what precautions should one take when selecting the location of  the reference location?    _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________   [3] When performing a modal test, what precautions should you take when selecting the location of  the ‘roving’ accelerometer?    _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________  

(21)

[4] What is the Frequency Response Function?    _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________   [5] Name two different ways to perform a modal analysis test.    _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________   [6] Describe the important characteristics of the hammer used in the impact test.    _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________   [7] Describe an important precaution that must be taken when impacting a structure (beyond not  damaging the structure).    _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________  

(22)

[8] When performing a modal test with a force hammer, what plots does one typically want to look  at for each test point?    _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________  

CORRECTING RESONANCES AND REDUCING VIBRATION 

[1] If it was determined that the speed of a machine coincided with a natural frequency, name four  possible courses of action to deal with the situation.    _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________   [2] If it was determined that a structure had a natural frequency close to the running speed of the  machine, and it was not possible to change the speed of the machine, what precautions would  you take when designing your structural modifications?    _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________   [3] Two different structures were tested and their Bode plots are displayed below.  Which structure  has the highest ‘Q’? 

(23)

[4] What is a tuned absorber?    _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________   [5] Why aren’t tuned absorbers well suited to machines that vary in speed?    _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________   [6] Why or when is isolation used?    _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________  

(24)

[7] Are isolators designed so that their natural frequency is above, equal to, or below the running  speed of the machine?    A. Below machine running speed  B. Equal to the running speed  C. Above the running speed  [8] When a machine is mounted on isolators or resilient mounts, what can happen when the machine  starts up (or is run‐down)?    _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________   [9] What issues have to be taken into account when specifying isolators?    _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________  

(25)

JOURNAL BEARING ANALYSIS AND ORBITS 

[1] Does the voltage output of the non‐contact eddy current (proximity) probe increase or decrease  as the shaft is moved closer to the probe?  A. Increase  B. Decrease  C. Will not change  [2] What is the purpose of slow‐roll subtraction (glitch removal)?    _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________   [3] Which measurement, A or B, represents an eccentricity ratio of 0.8 (approximately)?    A. Measurement A  B. Measurement B 

(26)

[4] Given the following centerline diagram where would the center of the shaft normally be located  when the machine is at rest?    A. Position A  B. Position B  C. Position C  D. Position D  E. Position E  [5] What is the difference between the ‘direct’ and ‘filtered’ signal?    _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________   [6] Describe the vibration precession of an orbit.    _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________  

(27)

[8] What does a circular orbit indicate?    _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________   [9] What does it mean if the filtered orbit is heavily elliptical?    _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________   [10] What does it mean if the orbit is distorted or twisted?    _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________   [11] List 5 common fault conditions in journal bearings.    _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________  

(28)

ROLLING ELEMENT BEARING ANALYSIS 

[1] With the inner race spinning, an inner race defect will typically produce   A. A non‐synchronous peak   B. A non‐synchronous peak with harmonics   C. A non‐synchronous peak with shaft rate sidebands   D. A sub synchronous peak   [2] Name four root causes of rolling element bearing wear.     _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________   [3] Describe the progression of rolling element bearing wear from the earliest stages up to failure in  the ideal case      _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________   [4] Describe the four recommendations made in the course regarding how to utilize demodulated  data and how this relates to making repair recommendations.    _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________   [5] Describe the general patterns produced by the inner race, outer race and ball / roller faults.    _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________  

(29)

GEARBOX ANALYSIS 

[1] What are the first 10 prime numbers?    _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________   [2] If the input gear has 31 teeth and the output gear has 19 teeth, what are the common factors?  A. 1  B. 1, 31 and 19  C. 1, 3, and 11  D. There are none – they are prime numbers  [3] If the input gear has 30 teeth and the output gear has 18 teeth, what are the common factors?  A. 1    B. 1, 2, 3  C. 1, 2, 5  D. 1, 2, 3, 5  [4] If the input gear has 30 teeth and the output gear has 18 teeth, what is the gear assembly phase  frequency (as a multiple of running speed)?  A. 1X    B. 6X  C. 18X  D. 30X  [5] The input gear has 30 teeth and the output gear has 18 teeth.  If one tooth is damaged on the  gear with 18 teeth, how many teeth will eventually be damaged on each of the gears?  A. All of them   B. 9 on the 18 tooth gear and 15 on the 30 tooth gear  C. 2 on the 18 tooth gear and 3 on the 30 tooth gear  D. 3 on the 18 tooth gear and 5 on the 30 tooth gear  [6] If the input gear has 30 teeth and the output gear has 18 teeth, what is the hunting tooth  frequency (as a multiple of running speed)?  A. 0.33X   B. 0.11X  C. 0.6X  D. 30X  [7] If the input gear has 28 teeth and the output gear has 24 teeth, what is the product of the 

(30)

[8] What are the three common configurations of a planetary gear?    _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________   [9] What are some common vibration tests (include data formats) that are used for analyzing  gearboxes? What technologies besides vibration analysis are useful?    _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________   [10] If a worm gear has an input speed of 30 Hz and an output speed of 10 Hz and the worm wheel has  40 teeth, how many flights are there?  A. 7.5  B. 13.3  C. 120  D. 0.75  [11] If the Fmax was 4000 Hz, and the resolution was set to 800 lines, how many time samples would  be acquired per tooth mesh if the input speed of the gearbox was 30 Hz and the pinion had 33  teeth? How many revolutions of the input gear would be present in the time waveform?    _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________  

ELECTRIC MOTORS 

[1] An eccentric stator (with an uneven stationary air gap) will produce...  A. a high 1X peak at the motor running speed  B. increased amplitude at twice line frequency    C. harmonics of 1X with pole‐pass sidebands  D. sub synchronous vibration  [2] An eccentric rotor (with a varying air gap) will produce...  A. a high 1X peak at the motor running speed 

(31)

[3] A cracked rotor bar will produce...  A. a high 1X peak at the motor running speed  B. a peak at the rotor bar frequency with twice line‐frequency sidebands  C. increased amplitude at twice line frequency, with pole‐pass sidebands  D. harmonics of 1X with pole‐pass sidebands  [4] Loose rotor bars will produce...  A. a high 1X peak at the motor running speed  B. a peak at the rotor bar frequency with twice line‐frequency sidebands  C. increased amplitude at twice line frequency, with pole‐pass sidebands  D. harmonics of 1X with pole‐pass sidebands  [5] In a motor running at 1740 RPM. What is the pole pass frequency?  A. 60 RPM  B. 120 RPM    C. 120 Hz  D. 240 RPM 

BALANCING 

[1] If vibration readings indicated a high displacement vibration reading at 30° should you place the  trial weight at 210°?  A. Yes, that will balance the machine  B. It depends whether the machine has a rigid or flexible rotor, and whether the machine is  being operated anywhere near the natural frequency.  C. No, it should be placed at 30°  D. No it should be placed at 120°     [2] If a rotor (supported by two bearings, one at each end) that normally turns at 1800 RPM weighed  90 kg and we had to place balance weights at a radius of 350 mm, which of the following available  balance weights would you use as a trial weight?  (Note: W is in grams)  A. 4 kg 

(32)

[3] Explain what the ‘O’, ‘T’ and ‘O+T’ vectors represent.    _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________  

(33)

[4] What is the magnitude of the sum of the following vectors: 4 mils at 60 degrees and 3 mils at 150  degrees    _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________   [5] The original run is 4 mils at 60 degrees.  A 1 ounce balance weight is added at 60 degrees.  The  trial run results in a vector of 3 mils @ 150 degrees.  Calculate the final balance weight and angle.    _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________   [6] You need to place a balance weight of 10 grams at 30 degrees but you only have holes available at  0 degrees and 45 degrees. How much weight must be put in each of these holes?     _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________  

(34)

DIAGNOSING MACHINE FAULTS 

[1] What is wrong with this machine?  Please briefly explain why you have come to this conclusion.   (Note that the L and R phase readings are axial readings taken on the left and the right of the  shaft.  The axial phase readings have been adjusted – as if they were all taken in the same  direction.)    _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________  

(35)

[2] What is wrong with this machine?  Please briefly explain why you have come to this conclusion.    _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________     _________________________________________________________________________________________  

References

Related documents