Tuesday, 9 July 2024

Vibration หรือการสั่นสะเทือนคืออะไร? พื้นฐาน สาเหตุและการตรวจวัด

vibration คือ

Vibration หรือการสั่นสะเทือนคือปรากฏการณ์ทางกายภาพที่เกิดขึ้นในสภาพแวดล้อมและระบบ ตั้งแต่โลก ธรรมชาติไปจนถึงโครงสร้างและเครื่องจักรที่มนุษย์สร้างขึ้น สิ่งนี้คือการเคลื่อนที่แบบสั่นของวัตถุหรือตัวกลางรอบจุดสมดุล

แม้ว่าการสั่นจะมีประโยชน์ในบางการใช้งาน แต่ก็อาจส่งผลเสียได้เช่นกันหากไม่ได้รับการควบคุมหรือทำความเข้าใจอย่างเหมาะสม ในบทความนี้จะเจาะลึกแนวคิดพื้นฐานของการสั่นสะเทือน สาเหตุ ผลกระทบ ประเภท การวัด และการใช้งานจริงในอุตสาหกรรมต่างๆ

หลักการพื้นฐานของการสั่นสะเทือน

Vibration คือการเคลื่อนที่ซ้ำๆ ของวัตถุรอบๆ จุดศูนย์กลาง การสั่นนี้สามารถเกิดขึ้นได้ในรูปแบบต่างๆ เช่น คลื่นกล คลื่นเสียง และคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า การสั่นสะเทือนสามารถอธิบายได้โดยใช้พารามิเตอร์หลักหลายประการ:

  • แอมพลิจูด (Amplitude): การกระจัดสูงสุดจากตำแหน่งสมดุล
  • ความถี่ (Frequency): จำนวนการสั่นต่อหน่วยเวลา โดยทั่วไปวัดเป็นเฮิรตซ์ (Hz)
  • ระยะเวลา (Period): เวลาที่ใช้ในการสั่นครบหนึ่งรอบ
  • เฟส (Phase): ตำแหน่งของวัตถุที่สั่น ณ จุดที่กำหนดซึ่งสัมพันธ์กับการอ้างอิง

การวัด Vibration

การวัดการสั่นสะเทือนอย่างแม่นยำถือเป็นสิ่งสำคัญในการติดตามและควบคุมผลกระทบของการสั่นสะเทือน ใช้เครื่องมือและเทคนิคหลายอย่างในการวัด

การวัดระยะการสั่นสะเทือน (Displacement)

  • โดยทั่วไปมีหน่วยวัดเป็นมิลลิเมตรหรือนิ้ว
  • การวัดคลื่นแบบเต็ม (Peak to Peak)
  • เหมาะสำหรับการเคลื่อนที่ด้วยความเร็วต่ำระหว่าง 1000-1200 RPM หรือประมาณ 20 Hz.

การวัดความเร็ว (Velocity)

  • เป็นการวัดความเร็วการเคลื่อนที่ของวัตถุที่สั่น “ความเร็วในแต่ละรอบการสั่นสะเทือนเป็นเท่าใด”
  • โดยทั่วไปจะวัดเป็นมิลลิเมตร/วินาที และนิ้ว/วินาที ในการวัดความเร็ว เรามักจะวัดเป็น RMS (Root mean square)
  • สำหรับวัดด้วยความถี่ระหว่าง 20Hz -1,000Hz (หรือความเร็วการหมุนสูงกว่า 1,200 รอบต่อนาที)

การวัดความเร่ง (Acceleration)

  • การเปลี่ยนอัตราส่วนความเร็วต่อการเคลื่อนไหวในหน่วยเวลาของวัตถุที่สั่น หน่วยเป็น m/s2 (เมตรต่อวินาทียกกำลังสอง) หรือ cm/s2, mm/s2
  • วัดการสั่นสะเทือนที่ความถี่สูง เช่น ตั้งแต่ 10,000 Hz ขึ้นไป
  • การสั่นสะเทือนความถี่สูง ระยะเริ่มต้นของการเคลื่อนไหวจะมีน้อยและในขณะเดียวกันความเร็วในการเคลื่อนที่ก็สูงมาก

มาตรฐาน ISO-10816 ค่ามาตรฐานความสั่นสะเทือนของมอเตอร์ไฟฟ้า

เป้าหมายหลักของระบบการตรวจสอบสภาพและการป้องกันเครื่องจักรคือเพื่อให้มั่นใจในสุขภาพและการทำงานอย่างต่อเนื่องของเครื่องจักรในโรงงาน ทั้งนี้มีการติดตั้งระบบตรวจวัด เพื่อการวัดและวิเคราะห์ตรวจสอบเครื่องจักรอย่างต่อเนื่องเพื่อประเมินสถานะของเครื่องจักรแต่ละเครื่อง

ISO-10816 เป็นหนึ่งในมาตรฐานแรกๆ ที่ได้รับการพัฒนาส่วนใหญ่สำหรับการประเมินการสั่นไหวของเครื่องจักร รวมถึงเครื่องจักรประเภทต่างๆ เช่นกังหันลม กังหันน้ำ กังหันก๊าซและกังหันไอน้ำ เครื่องจักรแบบลูกสูบเป็นต้น

ผลกระทบของการสั่นสะเทือน

ผลกระทบของการสั่นสะเทือนอาจแตกต่างกันอย่างมาก ขึ้นอยู่กับแอมพลิจูด ความถี่ และระยะเวลาของการสั่น ต่อไปนี้เป็นผลกระทบที่น่าสังเกตบางประการ:

1. ความเสียหายของโครงสร้าง

  • ความล้า (Fatigue): การสั่นสะเทือนซ้ำๆ อาจทำให้วัสดุล้า ทำให้เกิดรอยแตกร้าวและในที่สุดโครงสร้างและส่วนประกอบก็เสียหาย
  • การสะท้อน (Resonance): เมื่อความถี่ของ Vibration ภายนอกตรงกับความถี่ธรรมชาติของโครงสร้าง เสียงสะท้อนจะเกิดขึ้น ส่งผลให้เกิดการสั่นที่ขยายใหญ่ขึ้นและอาจเกิดความล้มเหลวร้ายแรงได้

2. สุขภาพของมนุษย์

  • การบาดเจ็บที่เกิดจากแรงสั่นสะเทือน: การสัมผัสกับแรงสั่นสะเทือนเป็นเวลานาน โดยเฉพาะในที่ทำงาน อาจทำให้เกิดอาการต่างๆ เช่น อาการมือและแขนสั่นสะเทือนและผลกระทบจากแรงสั่นสะเทือนทั้งร่างกาย
  • ความรู้สึกไม่สบาย: ทำให้เกิดความรู้สึกไม่สบายและลดประสิทธิภาพการทำงาน โดยเฉพาะในสภาพแวดล้อมในสำนักงานหรือระหว่างการขนส่ง

3. ประสิทธิภาพของอุปกรณ์

  • การสึกหรอ: การสั่นสะเทือนสามารถเร่งการสึกหรอของส่วนประกอบทางกล ส่งผลให้อายุการใช้งานของอุปกรณ์ลดลง
  • การสูญเสียความแม่นยำ: ในเครื่องจักรที่มีความแม่นยำ ทำให้เกิดข้อผิดพลาดและความแม่นยำลดลง ซึ่งส่งผลต่อคุณภาพของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย

การใช้งานจริงของการสั่นสะเทือน

การสั่นสะเทือนถูกควบคุมในการใช้งานจริงหลายประเภทในสาขาต่างๆ:

1. วิศวกรรมและการก่อสร้าง

  • การตรวจสอบสุขภาพโครงสร้าง: วิศวกรใช้การวิเคราะห์การสั่นสะเทือนเพื่อตรวจสอบสุขภาพของสะพาน อาคาร และโครงสร้างอื่นๆ โดยตรวจพบปัญหาที่อาจเกิดขึ้นตั้งแต่เนิ่น ๆ
  • วิศวกรรมแผ่นดินไหว: การทำความเข้าใจว่าโครงสร้างตอบสนองต่อแผ่นดินไหวอย่างไรช่วยในการออกแบบอาคารที่ทนต่อแผ่นดินไหว

2. อุตสาหกรรมยานยนต์

  • ประสิทธิภาพของเครื่องยนต์: การวิเคราะห์การสั่นสะเทือนช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของเครื่องยนต์และตรวจจับความไม่สมดุลหรือความผิดปกติ
  • ความสะดวกสบายและความปลอดภัย: การลดการสั่นสะเทือนในยานพาหนะช่วยเพิ่มความสะดวกสบายให้กับผู้โดยสารและลดการสึกหรอของส่วนประกอบต่างๆ

3. การบินและอวกาศ

  • การออกแบบเครื่องบิน: การทดสอบ Vibration ช่วยให้มั่นใจได้ว่าส่วนประกอบของเครื่องบินสามารถทนต่อความเครียดในการบินได้
  • ยานอวกาศ: การวิเคราะห์การสั่นสะเทือนถือเป็นสิ่งสำคัญเพื่อให้แน่ใจว่ายานอวกาศสามารถรอดพ้นจากการสั่นสะเทือนที่รุนแรงระหว่างการปล่อยและปฏิบัติการในอวกาศ

4. การผลิต

  • การควบคุมคุณภาพ: การตรวจสอบการสั่นช่วยให้แน่ใจว่าอุปกรณ์การผลิตทำงานภายในขีดจำกัดที่ยอมรับได้ โดยรักษาคุณภาพของผลิตภัณฑ์
  • การบำรุงรักษาเชิงป้องกัน: การวิเคราะห์การสั่นและสะเทือนอย่างสม่ำเสมอช่วยคาดการณ์และป้องกันความล้มเหลวของอุปกรณ์ ลดการหยุดทำงานและต้นทุนการบำรุงรักษา

5. อุปกรณ์การแพทย์

  • การถ่ายภาพอัลตราซาวนด์: อุปกรณ์อัลตราซาวนด์ใช้การสั่นความถี่สูงเพื่อสร้างภาพภายในร่างกาย
  • การใช้งานด้านการรักษา: การสั่นสะเทือนใช้ในการกายภาพบำบัดเพื่อกระตุ้นกล้ามเนื้อและปรับปรุงการไหลเวียน