Костюков В.Н., Науменко А.П. Практические основы виброакустической диагностики машинного оборудования

Подождите немного. Документ загружается.

Рис. 5.12. Спектр огибающей вибросигнала неисправного клапана

Рис. 5.13. Спектр огибающей вибросигнала исправного клапана

после ремонта

Рис. 5.14. Спектр огибающей вибросигнала исправного клапана

Рис. 5.15. Спектр огибающей вибросигнала разрушающегося клапана

Рис. 5.16. Огибающей вибросигнала неисправного клапана

Рис. 5.17. Спектр огибающей вибросигнала неисправного клапана

Рис. 5.18. Спектр огибающей вибросигнала исправного клапана

Статистический анализ гармонических составляющих вибропапра-

метров дефектных и исправных клапанов позволил выявить еще более

информативный параметр - оказалось, что отношение суммы среднеквадра-

тичных значений (СКЗ) уровней гармоник со второй по пятнадцатую к СКЗ

первой более устойчиво в статистическом смысле.

Анализ показывает, что, если это отношение составляет 2-3 и более,

то клапан исправен. В противном случае - клапан неисправен. Такой алго-

ритм определения технического состояния пластинчатых клапанов позво-

лил значительно повысить достоверность постановки диагноза.

Этот алгоритм является частным случаем более общего алгоритма ди-

агностики машин методом рекуррентной селекции шумовых и периодиче-

ских составляющих (ШПС) вибрации во временной и частотной области,

предложенного Костюковым В.Н. еще в 80-х годах прошлого века [12].

Эффективность внедрения систем для диагностики технического со-

стояния клапанов поршневых компрессоров определяется стоимостью за-

трат на внедрения системы к экономии, полученной от продления срока

службы клапанов, сокращения продолжительности ремонта и простоя агре-

гатов, исключения нарушений технологического процесса и ухудшения ка-

чества продукции. Внедрение систем окупается в течение нескольких меся-

цев эксплуатации. При этом значительно повышается безопасность экс-

плуатации оборудования взрывопожароопасных производств.

5.5. Диагностика ослабления гайки крепления поршня

Вибросигнал, синхронизированный по отметке ВМТ и полученный с

помощью датчиков, установленных на крышке цилиндра в осевом направ-

лении (Рис. 5.1), на первом и втором регулирующих клапанах 1

ого

цилинд-

ра 1

ой

ступени компрессора GC321В, отражают работу исправного ком-

прессора. При этом на всех сигналах можно отметить небольшой подъем

амплитуды в районе НМТ и ВМТ ([»0°¸10°] после мертвой точки), что сви-

детельствует о нормальной работе нагнетательных клапанов.

В ходе эксплуатации компрессора в сигнале виброускорения, который

синхронизирован по отметке ВМТ и получен с помощью датчика, установ-

ленного на крышке 1

ого

цилиндра 1

ой

ступени компрессора в осевом направ-

лении (Рис. 5.19), появился импульс перед ВМТ и НМТ. На вибросигнале с

другого цилиндра этот импульс отсутствовал.

В ходе ремонта компрессора GC321В было выявлено:

- гайка крепления поршня на штоке 1

ого

цилиндра 1

ой

ступени - ослаблена;

- поршень имеет трещину.

Таким образом, подъем амплитуды вибросигнала с датчика, установ-

ленного на крышке цилиндра в осевом направлении, перед ВМТ и/или

НМТ свидетельствует об ослаблении крепления гайки поршня.

5.6. Износ сальников штока

Длительное наблюдение за изменением параметров вибросигнала с

датчика, установленного над штоком, позволило зафиксировать увеличение

виброперемещения в несколько раз в течение времени от момента пуска ПК

после текущего ремонта до остановки его на средний ремонт (Рис. 5.20). Во

время среднего ремонта был обнаружен значительный износ сальниковых

уплотнений.

5.7. Вибрация деталей крейцкопфа

При обследовании крейцкопфных механизмов компрессора выявлено

различие в уровне вибросигналов с различных цилиндров. Вибродатчики

устанавливались на башмаком крейцкопфа в вертикальном и в осевом на-

правлениях. Анализ огибающей виброускорения в различных направлениях

(Рис. 5.21) позволил выдвинуть гипотезу о значительном зазоре пальца

крейцкопфа в осевом направлении, которая подтвердилась при ремонте

компрессора. Кроме того, при ремонте выявлен повышенный зазор в верти-

кальном направлении, что отражалось на сигнале в момент примерно за 60°

по углу поворота вала до ВМТ (Рис. 5.21, нижний сигнал). За период рабо-

ты компрессора после ремонта в течение двух месяцев сигнал вибропере-

мещения с датчика, установленного над крейцкопфом увеличился в 5 раз

(Рис. 5.22). В ходе среднего ремонта выявлен износ башмака - произошло

выкрашивание баббита.

Рис. 5.19. Вибросигнал при ослаблении гайки крепления поршня

Рис. 5.20. Временная реализация виброперемещения при износе сальников штока

Рис. 5.21. Вибросигнал над ползуном крейцкопфа

Рис. 5.22. Временная реализация виброперемещения

5.8. Диагностика износа деталей КШМ

Наиболее достоверным способом контроля износа коренных подшип-

ников является измерение орбиты движения коренной шейки коленчатого

вала с помощью датчиков перемещений. Однако, не всегда имеется воз-

можность установить такой датчик. В основном на коренные подшипники

устанавливают датчики температуры, с помощью которых чаще всего уда-

ется предотвратить значительные износы подшипников и серьезные ава-

рии. Акселерометры реагируют на изменение зазора в коренных подшип-

никах, но случаи значительного износа коренных подшипников крайне

редки. Диагностика ПК позволяет предотвратить аварийные остановки

компрессоров по причине износа шатунных подшипников, появления зна-

чительных зазоров в пальце крейцкопфа, ослабления крепления штока,

гидроударов и поломок клапанов.

6. Анализ трендов вибропараметров

Анализ неисправностей более чем 2500 машин, контролируемых в те-

чение многих лет автоматической системой диагностики и мониторинга со-

стояния КОМПАКС

, показывает, что в зависимости от вида неисправно-

сти скорость развития дефектов различна. Так, на 40-суточном тренде мож-

но наблюдать увеличение зазора в коренном подшипнике поршневого ком-

прессора, процессы расцентровки, ослабления крепления и некоторые дру-

гие дефекты. Процесс же разрушения подшипников качения более скороте-

чен и может колебаться от нескольких суток до нескольких часов. Зафикси-

рованы случаи, когда при дефекте подшипника его разрушение и переход

диагностических признаков из зоны ТПМ в зону НДП происходил за 15 –

20 минут. Поэтому актуальной стала задача предупреждения персонала о

высокой скорости роста уровней диагностических признаков. Аналогичное

требование предъявляется к системе при диагностике гидроударов в порш-

невых компрессорах.

Впервые в мировой практике решение задачи вибродиагностики путем

совместного использования вибропараметра и скорости его роста предложено

Костюковым В.Н. с сотрудниками в середине 90-х годов прошлого века [8, 9].

Анализ 4-суточного тренда (Рис. 6.1) диагностического признака виб-

росигнала с датчика, установленного на переднем подшипнике двигателя

насоса 5НГ-5х2, показывает, что его скорость изменения составляет около

4 мм/с в сутки. Система предупредила персонал о расцентровке. Ремонт

подтвердил диагноз. Для расцентровки такая скорость изменения диагно-

стического признака является достаточно высокой, однако в общем, случае

по сравнению с другими дефектами такой тренд можно назвать «медлен-

ным». За время перехода диагностического признака из состояния ТПМ в

НДП персонал успевает подготовить к запуску резервный агрегат.

Дефекты подшипников имеют более быстрые тренды. Тренд

(Рис. 6.2) диагностического признака вибросигнала с датчика, установленного

на заднем подшипнике двигателя насоса 8НГД-9х3, до момента достижения

уровня НДП имеет скорость роста около 1 м/с

в час. Это - «средний» тренд.

После достижения уровня НДП за 1,6 часа до остановки агрегата скорость со-

ставила 6 м/с

в час. Это уже «быстрый» тренд. По показаниям системы о не-

исправности подшипника агрегат был остановлен и авария предупреждена.

Неисправность подшипника подтверждена в результате ремонта.

Тренд диагностического признака вибросигнала с переднего подшип-

ника насоса НК-65/35-420 (Рис. 6.3) показывает, что за 4 часа уровень ди-

агностического признака перешел из зоны ТПМ в зону НДП. Система со-

общила о дефекте подшипника. В течение 8 часов скорость роста составила

около 1 м/с

в час. В следующие 8 часов скорость увеличилась до 5 м/с

час. Затем до остановки агрегата скорость снизалась. Агрегат был останов-

лен через 18 часов после предупреждения системы. Ремонт выявил разру-

шение подшипника.

Из приведенных примеров видно, насколько важно следить за скоро-

стью роста трендов диагностических признаков. Однако текущий анализ

скорости роста величины диагностического признака затруднен достаточно

большой дисперсией абсолютного значения величины признака. Тем не ме-

нее, статистический анализ 4-суточных и 12-часовых трендов позволил раз-

работать алгоритмы, расчета средней скорости роста величины диагности-

ческих признаков, подробное обсуждение которых выходит за рамки на-

стоящего пособия.

Порог

НДП

Порог

ТПМ

Рис. 6.1. Тренд виброскорости корпуса переднего подшипника электродвигателя

Порог

ТПМ

Порог

НДП

Рис. 6.2. Тренд виброускорения корпуса переднего подшипника электродвигателя

Порог

НДП

Порог

ТПМ

Рис. 6.3. Тренд виброускорения корпуса переднего подшипника насоса

Таким образом, анализ скорости изменения трендов диагностических

признаков на различных интервалах времени и оценка дисперсии трендов,

при исключении случайных выбросов трендов, субъективно связанных с

работой оборудования, позволили разработать новые правила функциони-

рования экспертной системы. По совокупности результатов анализа экс-

пертная система выдает сообщение "допустимо", "недопустимо" или "тре-

бует принятия мер" в зависимости не только от абсолютного значения ди-

агностического признака, но и от скорости его роста, а также выводит со-

общения о наиболее опасных неисправностях.

7. Заключение

Рассмотренные выше практические основы виброакустической диаг-

ностики в большой степени отражают лишь качественные признаки разви-

вающихся дефектов и неисправностей машинного оборудования. Получе-