ความสั่นสะเทือน (Vibration)

การสั่นสะเทือน ( Vibration) เป็นปรากฏการณ์พื้นฐานที่พบเห็นได้ในระบบธรรมชาติและระบบวิศวกรรมต่างๆ ซึ่งเกี่ยวข้องกับการแกว่งของวัตถุหรือตัวกลางรอบตำแหน่งสมดุล

การทำความเข้าใจการสั่นสะเทือนมีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับสาขาต่างๆ เช่น วิศวกรรมศาสตร์ วิทยาศาสตร์สิ่งแวดล้อม สุขภาพ และชีวิตประจำวัน บทความในบล็อกนี้จะอธิบายพื้นฐานของการสั่นสะเทือน สาเหตุ เทคนิคการวัด แรงกระแทก และวิธีการควบคุม

วิทยาศาสตร์แห่งการสั่นสะเทือน

การสั่นสะเทือน ( หรือ Vibration) คือการเคลื่อนไหวซ้ำๆ ของวัตถุหรือตัวกลางรอบจุดศูนย์กลาง การเคลื่อนไหวแบบแกว่งนี้สามารถเกิดขึ้นเป็นระยะๆ เช่นการแกว่งของลูกตุ้ม หรือแบบสุ่ม เช่นการสั่นของโครงสร้างในระหว่างแผ่นดินไหว

การศึกษาการสั่นสะเทือนครอบคลุมถึงสาเหตุ ประเภท และคุณสมบัติของการสั่นสะเทือน

แนวคิดหลัก:

แอมพลิจูด (Amplitude): การเคลื่อนตัวสูงสุดจากตำแหน่งสมดุล
ความถี่ (Frequency): จำนวนการแกว่งต่อหน่วยเวลา วัดเป็นเฮิรตซ์ (Hz)
คาบ (Period): เวลาที่ใช้ในการสั่นสะเทือนหนึ่งรอบเต็ม
เฟส (Phase): ตำแหน่งของจุดหนึ่งในช่วงเวลาหนึ่งบนรอบการสั่นสะเทือน

เนื้อหาที่เกี่ยวข้อง

การวัดแรงสั่นสะเทือน

โดยทั่วไปการสั่นสะเทือนของเครื่องจักรจะถูกวัดและรายงานในแง่ของการกระจัด (Displacement) ความเร็ว (Velocity) และความเร่ง (Acceleration)

การกระจัด (Displacement) คือระยะทางที่วัตถุเคลื่อนที่เมื่อเกิดการสั่นสะเทือนเช่นกรณีสำหรับรถยนต์เราใช้หน่วยขนาดใหญ่ เช่น กม. หรือ ไมล์ แต่สำหรับการสั่นสะเทือน ระยะทางจะน้อยมาก ดังนั้นเราจึงใช้ไมครอน (1/1000 มม.) หรือมิล (1/1000 นิ้ว)
ความเร็ว (Velocity) คืออัตราเวลาของการเปลี่ยนแปลงของการกระจัด สำหรับการขนส่ง เราใช้หน่วยขนาดใหญ่ เช่น กม./ชม. หรือ ไมล์/ชม. สำหรับการสั่นสะเทือน วัดเป็นมิลลิเมตร/วินาที
ความเร่ง (Acceleration) คืออัตราเวลาของการเปลี่ยนแปลงความเร็ว สำหรับการสั่นสะเทือน เราใช้ เมตร/วินาที² และ นิ้ว/วินาที²เป็นต้น

โปรดจำไว้ว่าการสั่นสะเทือนไม่ได้หมายถึงแค่ขนาดเท่านั้น แต่ยังรวมถึงทิศทางด้วย ซึ่งคล้ายกับทิศทางตะวันออกหรือตะวันตกที่รถยนต์เดินทาง หรือแกนแนวตั้งที่วัดโดยเซ็นเซอร์การสั่นสะเทือนของเครื่องจักรที่แสดงด้านล่าง

ปริมาณที่มีทั้งขนาดและทิศทางเรียกว่า “เวกเตอร์” ส่วนการกระจัด ความเร็ว และความเร่งล้วนเป็นเวกเตอร์ทั้งสิ้น

ความสำคัญ

การวิเคราะห์แรงสั่นสะเทือนเป็นส่วนสำคัญของวิศวกรรม ซึ่งใช้ในการตรวจสอบสภาพของเครื่องจักรและโครงสร้าง ช่วยในการระบุปัญหาที่อาจเกิดขึ้นและดำเนินการบำรุงรักษาเชิงป้องกัน การนำการสั่นสะเทือนนี้ใช้งานดังต่อไปนี้

การบำรุงรักษาเชิงคาดการณ์: การวิเคราะห์เป็นประจำสามารถคาดการณ์ได้ว่าส่วนประกอบของเครื่องจักรมีแนวโน้มที่จะล้มเหลวเมื่อใด ทำให้สามารถบำรุงรักษาได้ทันเวลา
การตรวจสอบสุขภาพโครงสร้าง: การตรวจสอบการสั่นสะเทือนในอาคารและสะพานอย่างต่อเนื่องช่วยตรวจจับสัญญาณเริ่มต้นของปัญหาโครงสร้าง
การทดสอบผลิตภัณฑ์: การทดสอบการสั่นสะเทือนช่วยให้มั่นใจได้ว่าผลิตภัณฑ์สามารถทนต่อการสั่นสะเทือนที่จะพบเจอตลอดอายุการใช้งาน

มาตรฐาน ISO สำหรับการสั่นสะเทือน

เป้าหมายหลักของระบบตรวจสอบสภาพและการป้องกันเครื่องจักรคือเพื่อให้แน่ใจว่าเครื่องจักรของโรงงานอยู่ในสภาพดีและทำงานอย่างต่อเนื่อง

ในเรื่องนี้ระบบวัดการสั่นสะเทือนพร้อมกับตัวแปลงการสั่นสะเทือนได้รับการติดตั้งสำหรับการวัดและวิเคราะห์การสั่นสะเทือนของเครื่องจักรอย่างต่อเนื่อง

สำหรับผู้ใช้จำเป็นต้องมีข้อมูลอ้างอิงเพื่อเปรียบเทียบการสั่นสะเทือนของเครื่องจักรเพื่อประเมินสถานะของเครื่องจักรแต่ละเครื่อง ISO 10816 ให้ข้อมูลอ้างอิง เช่นระดับการสั่นสะเทือนที่ยอมรับได้และเงื่อนไขการแจ้งเตือนหรือการหยุดทำงานสำหรับเครื่องจักรต่างๆ

ISO 20816-1:2016 Mechanical vibration — Measurement and evaluation of machine vibration เป็นหนึ่งในมาตรฐานแรกๆ และได้รับการพัฒนาส่วนใหญ่สำหรับการประเมินการสั่นสะเทือนของเครื่องจักร รวมถึงเครื่องจักรประเภทต่างๆ เช่น กังหันลม กังหันน้ำ กังหันก๊าซและกังหันไอน้ำ เครื่องจักรลูกสูบ ฯลฯ