Костюков В.Н., Науменко А.П., Бойченко С.Н., Тарасов Е.В. Основы виброакустической диагностики машинного оборудования

Подождите немного. Документ загружается.

В.Н. Костюков, А.П. Науменко Основы виброакустической диагностики машинного оборудования – 2007 _

141

Рисунок 6-29 – Частоты дефектов подшипника в спектре виброскорости

Если дефект подшипника очень небольшой, например, трещина на одном

из колец, то в спектре появятся гармоники частоты дефекта, причем амплитуда

на его основной частоте будет очень маленькой. Если дефект возникает в виде

скола кольца большей площади, то обычно основная частота дефекта подшип-

ника выше, чем ее производные. По мере развития дефекта возрастает общий

уровень частот дефектов, а также общий уровень широкополосного шума.

Существует много различных вариантов развития спектральных струк-

тур, вызванных неисправностями подшипников. Они определяются характером

начального дефекта, скоростью и нагружением.

Если дефект расположен на внутреннем кольце (Рисунок 6-30), то может

происходить амплитудная модуляция частоты дефекта подшипника частотой

вращения. В результате вокруг частоты дефекта появятся боковые полосы с ша-

гом f

. Амплитудная модуляция возникает из-за того, что дефект на внутреннем

кольце входит и выходит из зоны нагружения подшипника один раз за оборот.

При нахождении в зоне нагружения дефект вызывает сильную вибрацию

на частоте прохождения шариков, а когда он вне зоны нагружения - очень сла-

бую. То есть амплитуда вибрации на частоте дефекта подшипника изменяется

(модулируется) с частотой вращения, что приводит к появлению боковых со-

ставляющих, которые хорошо видны в спектре огибающей.

Боковые полосы, расположенные на расстоянии f

вокруг частот дефектов

подшипника, являются верным признаком его развивающегося износа и почти

всегда указывают на дефект внутреннего кольца.

В.Н. Костюков, А.П. Науменко Основы виброакустической диагностики машинного оборудования – 2007 _

142

а)

б)

Рисунок 6-30 – Амплитудно-частотный спектр огибающей виброускорения

подшипника качения с дефектами: а) – внешней обоймы;

б) – внутренней обоймы

В.Н. Костюков, А.П. Науменко Основы виброакустической диагностики машинного оборудования – 2007 _

143

Необходимо заметить также, что из-за увеличившегося зазора в подшип-

нике в спектре могут появиться гармоники оборотной частоты (Рисунок 6-31), и

становится заметной вторая гармоника подшипниковой частоты дефекта.

Иногда при сильном дисбалансе ротора дефект внутреннего кольца не

сопровождается амплитудной модуляцией. Это объясняется тем, что центро-

бежная сила дисбаланса все время создает нагружение в одном и том же поло-

жении на периферии внутреннего кольца. Такое часто случается в вертикаль-

ных машинах, где сила тяжести не создает нагрузки ни на одну из сторон под-

шипника.

Рисунок 6-31 – Частоты дефектов подшипника в спектре огибающей

Еще один пример боковых полос в спектре подшипника связан с сепара-

торной частотой (FTF). Она равна частоте вращения сепаратора внутри под-

шипника. Если одно из тел качения имеет скол, трещину или, что еще хуже,

развалилось на кусочки, то, находясь в зоне нагружения, оно будет производить

вибрационный шум, а вне ее - оставаться тихим. Вращаясь в подшипнике вме-

сте с сепаратором, оно проходит через зону нагружения с частотой дефекта се-

паратора. Тем самым осуществляется амплитудная модуляция частот дефектов

подшипника сепараторной частотой, и, в результате, вокруг последнего появ-

ляются боковые полосы с шагом частоты дефекта сепаратора (Рисунок 6-31).

Одной из наиболее часто встречающейся причиной повышенной динами-

ческой нагруженности подшипников качения является недостаток или отсутст-

вие смазки. В этом случае в спектре виброускорения можно увидеть подъем

спектральных составляющих в виде «горба» (Рисунок 6-32), при этом, как пра-

В.Н. Костюков, А.П. Науменко Основы виброакустической диагностики машинного оборудования – 2007 _

144

вило, отдельные пики не являются синхронными частоте вращения и при ус-

реднении лишь формируют «горб».

Рисунок 6-32 – Спектр виброускорения при недостатке смазки

переднего подшипника двигателя

Финальная стадия износа подшипника иногда называется термальной, ко-

гда подшипник становится горячим, а смазка в нем разрушается. Результат - ка-

тастрофическое повреждение, сопровождающееся плавлением тел качения

и/или колец. На этой стадии, в вибрационном спектре повышается шумовой

фон.

Ключевым моментом эффективности диагностирования подшипников

является отслеживание развития их частот дефектов во времени (трендов), на-

чиная с момента возникновения. Иногда небольшой дефект в подшипнике раз-

вивается столь стремительно, что в течение короткого времени подшипник

полностью разрушается. Поэтому для раннего обнаружения дефекта необходи-

мо чувствовать очень слабые компоненты вибрации. Следует знать, что некото-

рые типы машин содержат в усредненных спектрах частоты дефектов подшип-

ников (Рисунок 6-29). В этом случае диагностирование осуществляется на ос-

нове существенного превышения средних уровней. Любые значительные часто-

ты дефектов подшипников необходимо внимательно отслеживать на предмет

ухудшения.

На рисунках 6-33, 6-34 показаны 40 - суточные тренды изменения вибро-

параметров (виброускорения (Ае), виброскорости (Vе), виброперемещения

(Sе)) электродвигателя агрегата Н-6А со стороны переднего подшипника.

В.Н. Костюков, А.П. Науменко Основы виброакустической диагностики машинного оборудования – 2007 _

145

Рисунок 6-33 – Тренды вибропараметров переднего подшипника двигателя

Рисунок 6-34 – Тренды вибропараметров переднего подшипника двигателя

В.Н. Костюков, А.П. Науменко Основы виброакустической диагностики машинного оборудования – 2007 _

146

На трендах хорошо видно, что более 10 дней двигатель эксплуатируется с

переменным техническим состоянием от «Допустимо» к «Требует принятия

мер» вследствие наличия небольшой расцентровки, изменение виброскорости

(Vе), со стороны двигателя. При этом передний подшипник двигателя испыты-

вает дополнительные нагрузки, что и приводит к росту виброускорения (Ае).

Персонал производит остановку насосного агрегата и ремонт двигателя с

заменой подшипника и центровкой агрегата.

После запуска в работу на тренде параметра виброускорения (Ае) наблю-

дается классическое изменение тренда, снижение с последующим ростом в те-

чение чуть более 2 суток, связанное с процессом приработки подшипника и

стабилизации его вибропараметров в зоне «Допустимо». Однако в результате

плохо выполненных работ по центровке и креплению двигателя с момента его

включения в работу происходит непрерывный рост расцентровки и ослабления

крепления, что отражается на росте параметров виброскорости (Vе) и вибропе-

ремещения (Sе). Через двое суток от включения в работу техническое состоя-

ние двигателя переходит из «Допустимо» в «Требует принятия мер» по пара-

метру виброскорости (Vе). После того как и виброперемещение (Sе) достигло

уровня «Требует принятия мер» персонал останавливает агрегат для проведе-

ния технического обслуживания, однако ни каких работ на агрегате не прово-

дит и после запуска его в эксплуатацию продолжается процесс роста расцен-

тровки и ослабления крепления двигателя. Через 3 суток работы техническое

состояние двигателя из «Требует принятия мер» по параметру виброскорости

(Vе) переходит в техническое состояние «Недопустимо» при этом уровень виб-

роскорости (Vе) и виброперемещения (Sе) продолжает неуклонно расти. Пер-

соналу необходимо повторно выводить насосный агрегат из эксплуатации и

проводить ремонтные работы по центровке и креплению.

На рисунке 6.35 представлен 40 – суточный тренд изменения параметра

виброускорения (Ае) подшипника заднего насоса Н-1Б. Насос проработал 30

часов с момента его запуска в эксплуатацию ровно со стабильным техническим

состоянием «Допустимо» и после этого в подшипнике заднем насоса начинает-

ся процесс зарождения и роста дефектов.

Виброускорение (Ае) в течение 2 часов вырастает с 12 м/с

до 15 м/с

, а в

течение следующих 2 часов техническое состояние насоса переходит в «Требу-

ет принятия мер» и виброускорение (Ае) достигает уровня 21 м/с

. В течение

следующих 2 часов техническое состояние насоса переходит в «Недопустимо»

виброускорение (Ае) достигает отметки 27 м/с

. В течение последующих 2 ча-

сов виброускорение (Ае) достигает своего максимального значения 36,43 м/с

В это время начинает расти температура подшипника (Рисунок 6-36). Персонал,

своевременно предупрежденный системой КОМПАКС® и уже на протяжении 8

часов наблюдающий за ухудшением технического состояния насоса и ростом

виброускорения (Ае), принимает решение о запуске в работу резервного насоса

и проводит мероприятия по выводу из эксплуатации насосного агрегата Н-1Б.

В.Н. Костюков, А.П. Науменко Основы виброакустической диагностики машинного оборудования – 2007 _

147

После выполненного ремонта в течение 10 дней происходит приработка

насосного агрегата с новым подшипником.

На рисунке 6.37 показан процесс «быстрого» разрушения подшипника

заднего электродвигателя Н-1Б. Более суток электродвигатель работает с тех-

ническим состоянием «Допустимо» после этого в подшипнике начинается про-

цесс зарождения и развития дефектов. Виброускорение (Ае) в течение 15 минут

возрастет более чем в 2 раза и становится равным 12 м/с

. В последующие 15

минут техническое состояние двигателя переходит в состояние «Недопустимо»

виброускорение (Ае) достигает значения 39 м/с

. Дефект в подшипнике разви-

вается - виброускорение (Ае) становится равным 57,48 м/с

. Персонал своевре-

менно предупрежденный системой КОМПАКС об ухудшении технического со-

стояния двигателя производит его остановку и выполняет ремонтные работы с

заменой заднего подшипника двигателя.

Рисунок 6-35 – Тренды вибропараметров заднего подшипника насоса

В.Н. Костюков, А.П. Науменко Основы виброакустической диагностики машинного оборудования – 2007 _

148

Рисунок 6-36 – Тренды температуры заднего подшипника двигателя

В.Н. Костюков, А.П. Науменко Основы виброакустической диагностики машинного оборудования – 2007 _

149

Рисунок 6-37 – Тренды виброускорения заднего подшипника двигателя

В.Н. Костюков, А.П. Науменко Основы виброакустической диагностики машинного оборудования – 2007 _

150

Таблица 6-3 – Частоты возбуждения колебаний

Частоты возбуждения колебаний подшипниками качения

Причина вибрации Формула Обозначения

Частота вращения сепаратора

(FTF -

Fundamental Train

Frequency)

(1cos)

FTF

f d

=×±×

- диаметр тела каче-

ния (шарика, ролика)

Частота прохождения тел ка-

чения по внутреннему кольцу

(BPFI -

Ball Pass Frequency,

Inner Race)

(1cos)

BPFI

=××+×

угол контакта тел

качения;

- число тел качения

Частота прохождения тел ка-

чения по наружному кольцу

(BPFO - Ball Pass Frequency,

Outer Race)

(1cos)

BPFO

=××-×

- диаметр окружно-

сти, переходящей по

геометри

ческим центрам

тел качения

Частота вращения тел качения

(BSF - Ball Spin Frequency)

1(cos)

BSF

d d

mdd

éù

=××±

êú

ëû

m = 1 или 2

Частота возбуждения при

изменение формы дорожек

(1)

ДОР

=××±

«+» -

при изменении

формы внутренней до-

рожки;

«-» - внешней дорожки

Волнистость беговых дорожек

подшипников качения

(1)

ТГТ

ВБД

zzd

=×±

- число волн на до-

рожке;

общий наибольший

делитель между

;

Частота возбуждения при

волнистости дорожек

ВБДДОР

=×

- число граней;

общий наибольший де-

литель между

Частота возбуждения при

дефекте формы тел качения

2(1)

ФТК

=××-

Гранность (овальность) тел

качения подшипников насосов

()

T Г T

Гр

zzd

qdd

=××±

- количество гра

ней у

тел качения

Радиальные зазоры в подшип-

никах качения насоса

Рз

ff=

Отклонения формы сепарато-

ров подшипников качения

f =

Резонансная частота тел каче-

ния

0.848

××

- модуль упругости;

удельная плотность

тела качения