Online monitoring and detection of rotating cracked-shaft. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF obada-finalized thesis.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only until 4 September 2024. Available under License Creative Commons Attribution. Download (4MB)

Arabic Abstract

تعتبر الماكينات الدوارة قلب الصناعات النابض. تمتلك الشقوق في اعمدة الدوران إمكانية تسبيب فشل كارثي، ليس فقط للآلة نفسها، حيث قد يؤدي ذلك إلى وفاة العمال المتواجدين في منطقتها. عدا عن الخسائر المالية الناجمة عن تلف الأصول أو توقف الإنتاج. لمنع أو تقليل حوادث مماثلة، يتم مراقبة الآلات الحرجة بشكل مستمر من خلال مجموعة متنوعة من المستشعرات لضمان كفاءة تشغيلها. تعد الشقوق واحدة من مشكلات التعب المشتركة، والتي يجب اكتشافها مبك ًرا قبل حدوث الفشل أو الكسر. لقد اكتسبت تقنيات اكتشاف الشقوق بعض الزخم في السنوات القليلة الماضية. في هذه الدراسة، تمت دراسة تأثير حجم الشق المائل على الاهتزاز الجانبي والتواء عمود دوار لتحديد أكثر طرق القياس حساسية لاستخراج توقيع الشق وتحديد حجمه. خلال تحليل الاهتزاز الجانبي، لوحظ أن الاهتزاز الإشارة الكلي يميل إلى الارتفاع الملحوظ على الجانب الذي يحتوي على شق بعمق .٪40تميز توقيع هذا الشق بزيادة كل من قيم RMSوقيم الذروة إلى الذروة للإشارة. ونتيجة لذلك، تمكنت المشابك القريبة من اكتشاف عمق الشق بنسبة ،٪40لكنها لم تتمكن من القيام بذلك على أعماق أقل. بالمقابل، عند فحص الاهتزاز الشامل، فشلت تقنيات الاهتزاز التقليدية في الكشف عن أي .ارتباط كبير بين استجابة الاهتزاز ووجود الشق، بغض النظر عن سرعات الاختبار وأعماق الشق من خلال استخدام منهجيات إشارة متقدمة، مثل المقياس الزمني، وتحويلات فورييه القصيرة الأمد، وتحويلات الموجة المتلاشية، تم التقاط الإشارة بدقة، بما في ذلك النبضة التي أنشأها الاحتكاك. ومع ذلك، لم توفر هذه الطرق أي دليل جوهري على وجود الشق. وبالتالي، مع الإعداد الحالي لعمود مشقوق مائل، لا يوجد استجابة ملحوظة تصل إلى عمق الشق بنسبة ٪40يمكنربطها مباشرة بوجود الشق. تم مناقشة بعض مصادر الخطأ في هذه الورقة بما في ذلك شكل قاعدة الشق الذي كان مسط ًحا على عكس الشقوق العادية التي يجب أن تكون حوافها حادة. قد يكون هذا بين مصادر الخطأ الأخرى قد منع الدراسة من الوصول إلى مؤشر حاسم لوجود الشق

English Abstract

Rotating machinery are the beating hart for the industries. Cracks in a rotating shaft have the potential to cause a catastrophic failure, not only to the machine itself, as this may result in fatality for workers within its area. Not to mention the financial losses due to damage to assets or production stoppage. In order to prevent/ minimize similar incidents, critical machines are continuously monitored through a variety of sensors to ensure adequate of their operation. Cracks are one of the common fatigue related problems, which must be detected early before the failure/fracture occurs. Techniques for crack detection have gained some momentum in the past few years. In this study, the effect of a slant crack size on a rotating shaft lateral and torsional vibrations were investigated to identify the most sensitive measurement method for crack signature extraction and size quantification. During lateral vibration analysis, the overall signal vibration was observed to have a notable increase on the side containing a 40% depth crack. This crack signature was characterized by a rise in both RMS and peak-to-peak values of the signal. As a result, proximity probes could successfully detect a 40% crack depth, but were unable to do so at shallower depths. In contrast, when examining torsional vibration, conventional vibration techniques failed to reveal any significant correlation between vibration response and crack presence, regardless of the tested speeds and crack depths. By employing advanced signal methodologies, such as scalograms, short-time Fourier transforms, and wavelet transforms, the signal was accurately captured, including the pulse generated by rubbing. However, these methods also did not provide any substantial evidence of crack existence. Consequently, with the current setup for slant cracked shafts, there is no discernible response up to 40% crack depth that can be directly linked to the presence of a crack. A few sources of error were discussed in this work including the shape of the base of the crack that was flat unlike normal cracks which should have sharp edges. This, among other sources of error, might have prevented the study from reaching a definitive indicator of the existence of the crack.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Engineering Mechanical
Department:	College of Engineering and Physics > Mechanical Engineering
Committee Advisor:	Al-Badour, Fadi
Committee Members:	Merah, Nesar and Hawwa, Muhammed and Bazoune, Abdelaziz and Ghaith, Fadi
Depositing User:	OBADAH SHARIEF (g200840640)
Date Deposited:	04 Sep 2023 10:09
Last Modified:	04 Sep 2023 10:09
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/142488