Вибродиагностика и вибромониторинг общих дефектов машинного оборудования

Реальный механический агрегат представляет собой сложную систему масс, упругих связей и демпфирующих (поглощающих коле­бательную энергию) элементов. Причинами его вибраций являются:

• начальная неуравновешенность движущихся частей и ее изме­нение в процессе эксплуатации. Вибрации отличаются низкой часто­той и большими амплитудами;

• соударения деталей машин, обусловленные кинематическими особенностями сопряжений, наличием в них зазоров, увеличиваю­щихся при износе, и появляющихся со временем дефектов.

• трение в кинематических парах. Вибрации имеют место в ши­роком диапазоне частот, имеют малую амплитуду, создавая фоновый шум акустического сигнала от соударения деталей;

• гидроакустические колебания технологической среды (транс­портируемого газа, жидкости);

• колебания связанных с машиной элементов технологической системы (трубопроводов и др.).

Выбор диагностических параметров вибрации зависит от типов исследуемых механизмов, амплитудного и частотного диапазонов из­меряемых на них колебаний.

В зависимости от частоты вибрацию разделяют на низко-, сред­не-, высокочастотную и ультразвуковую. Основной особенностью низкочастотной вибрации (обычно с частотой не более 300...500 Гп) является то, что под действием вынужденной силы машина или ее элементы колеблются как единое целое. Низкочастотная вибрация отличается большой мощностью и содержит преимущественно гар­монические составляющие на частотах, кратных частоте вынуждаю­щей силы. Диагностическими являются среднеквадратические зна­чения параметров вибрации этих составляющих.

Параметры вибрации на средних частотах (в диапазоне от 300...500 Гц до 3...5 кГц) редко используются в качестве диагностиче­ских. Это связано с тем, что данной области соответствует большое число собственных форм колебаний как агрегата в целом, так и его отдельных узлов и элементов, что весьма усложняет выделение по­лезной диагностической информации.

Сложность машин и оборудования как колебательных систем еще более затрудняет использование параметров вибрации в области высо­ких частот. Вместе с тем высокочастотная область позволяет контро­лировать состояние конкретного узла при установке датчиков, регист­рирующих сигнал непосредственно на узле. Это обусловлено быстрым затуханием колебаний при увеличении их частоты. Поэтому высоко­частотные колебания распространяются на небольшие расстояния и могут быть зарегистрированы только при расположении датчиков в непосредственной близости от источника колебаний.

Основные методы, применяемые при обработке вибрационных сигналов, можно условно разделить на две группы. К первой группе относятся так называемые метрические методы, основанные на измерении тех или иных параметров вибрации и сравнении их с эталонными или предельными значениями, характерными для исправного или предельно допустимого состояния. В зависимости от спектрального состава, распределения уровней вибрации во всем диапазоне частот и во времени, а также от нормирования допустимого уровня измеряют амплитудные, средние или среднеквадратические значения. Основным преимуществом измерения среднеквадратических значений является независимость этих значений от сдвигов фаз Между отдельными составляющими спектров измеряемой вибрации.

 

 

 

Рис. 2.7. Схема спектрального разложения вибросигнала

Регистрируемый суммарный вибросигнал обычно представляют в виде отдельных гармонических составляющих, амплитуда и часто­та каждой из которых рассчитывается методом быстрого преобра­зования Фурье. Каждая составляющая изображается на двумерном графике вертикальной линией, высота которой равна амплитуде со­ставляющей, а положение на горизонтальной оси — ее частоте. Схе­матический пример спектрального разложения суммарного вибро­сигнала (автоспектра АS) приведен на рис. 2.7. Подробность разло­жения измеряется числом линий спектра на измеряемом диапазоне частот. Мониторинг и диагностика оборудования по вибросигналу основаны на факте, что каждый дефект создает вибрацию на харак­терной для него частоте.

Ко второй группе относятся методы, основанные на тонком виб­рационном анализе: метод анализа параметров модуляции высоко­частотной вибрации (ЕS), метод ударных импульсов (8РМ), метод Кепстра и др. Выбор конкретного метода определяется необходимой глубиной диагностики.

Непрерывное отслеживание и контроль параметров вибрации оборудования называется вибрационным мониторингом. Практически все системы вибромониторинга позволяют контролировать общий уровень вибрации (ОL), который оценивается максимальным значе­нием измеряемого параметра вибрации. Как правило, при контроле широкополосной вибрации машин роторного типа (по ГОСТ ИСО 10816-4-99) уровень вибрации оценивается среднеквадратическим значением виброскорости, поскольку оно связано с энергией коле­баний. В ряде случаев, однако, предпочтительно использование дру­гих параметров: виброперемещения или виброускорения, а также пиковых значений вместо среднеквадратических. Такие системы вибромониторинга используются обычно в качестве аварийной за­щиты при достижении предельного уровня вибрации. Как правило, для машин, предназначенных для длительной эксплуатации, уста­навливают в соответствии с ГОСТ ИСО 10816-4—99 предельные уровни вибрации, превышение которых в установившемся режиме работы машины приводит к подаче сигналов «Предупреждение» или «Останов». Сигнал «Предупреждение» подается для привлечения внимания к тому, что вибрация или изменение вибрации достигли определенного уровня, когда может потребоваться проведение восстановительных мероприятий. Обычно при появлении такого сигна­ла машину можно эксплуатировать в течение некоторого времени, пока исследуют причину изменения вибрации и определяют ком­плекс необходимых мероприятий. При достижении уровня «Оста­нов» следует принять немедленные меры к снижению вибрации или остановить машину.

Системы аварийной защиты ответственных машин включают в себя, как правило, несколько каналов. При этом наряду с парамет­рическими каналами, контролирующими температуру, давление и др., параллельно в качестве составной части системы используются и вибрационные каналы. При использовании системы вибромонито­ринга в качестве аварийной защиты отключение машины при дости­жении уровня «Останов» осуществляется автоматически.

Практикой установлено, что общий уровень установившейся низкочастотной вибрации изменяется в период нормальной эксплуа­тации оборудования незначительно. Наличие разных дефектов при­водит к росту составляющих вибрации на частотах, характерных для бездефектной машины, либо к появлению и росту новых составляю­щих на частотах, характерных для данного вида дефекта. Изменение отдельных частотных составляющих, которые могут быть значитель­ными, не всегда в той же степени отражается на общем уровне виб­рации, поэтому для раннего выявления дефектов и, соответственно, получения возможности прогнозирования ресурса машины необхо­димо проводить спектральный анализ низкочастотной вибрации. Та­кой анализ позволяет решить основные диагностические задачи и является обязательной составной частью современных систем вибра­ционного мониторинга.

Прогноз остаточного ресурса осуществляют на основе так на­зываемых «водопадных» графиков и графиков тренда. «Водопад­ный» график представляет собой трехмерное изображение несколь­ких спектров, измеренных с определенным периодом и представ­ленных на одном графике. Пример такого графика представлен на рис. 2.8. «Водопадный» график используется

для построения трен­дов. Тренд — тенденция изменения соответствующего параметра;

 

 

 

1 сентября 2003

1 августа 2003

1 июля 2003

1 июня 2003

1 мая 2003

200 400 600 800 1000 1200

Частота, Гц

Рис. 2.8. «Водопадный» график

 

 

 

Рис. 2.9. Тренд вибросигнала

обычно представляется в виде графика изменения амплитуды вибросигнала определенной частоты с течением времени. Общий вид тренда аналогичен закономерности, приведенной на рис. 1.2, и включает в себя три стадии: приработки, нормальной эксплуатации и ускоренного накопления дефектов. Наибольший интерес для це­лей технической диагностики представляет вторая и начало третьей стадии тренда, приведенные на рис. 2.9 (без обозначения зоны рас­сеивания). Анализ трендов позволяет определить тенденцию разви­тия дефекта и запланировать своевременный ремонт.

Разработка и внедрение систем мониторинга целесообразны преж­де всего для сложного и дорогостоящего оборудования, состоящего из большого числа узлов и агрегатов, а также для оборудования, имеюще­го важное значение в технологическом цикле конкретного производ­ства. Такие системы позволяют повысить эксплуатационную надеж­ность оборудования и получить значительный экономический эффект за счет перехода на ремонт по фактическому техническому состоянию. Особое значение проблема определения технического состояния при­обретает для агрегатов большой мощности, например газотурбинных газоперекачивающих агрегатов, где единичная мощность достигает 25 тыс. кВт, а их безотказная работа определяет надежность снабжения сырьем и топливом целые регионы страны.

Системы вибрационной диагностики отличаются от систем вибромониторинга более широким охватом частотного диапазона, включая высокочастотный, применением специальных методов и программных средств для обработки и анализа вибрационных сигна­лов. Такой углубленный анализ позволяет не только определить ме­стонахождение и вид дефекта, но и, при наличии предельного уров­ня соответствующего вибрационного параметра, осуществлять про­гноз остаточного ресурса оборудования. Учитывая большое число основных и дополнительных признаков идентификации дефектов и, соответственно, необходимость привлечения высококвалифициро­ванных специалистов для анализа вибрационных сигналов, основ­ным режимом работы современных систем диагностики является ав­томатическая постановка диагноза на основе использования соответ­ствующих программных продуктов.

 

⇐ Предыдущая6789101112131415Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: