Учебное Пособие - Мониторинг и диагностика механических объектов

Подождите немного. Документ загружается.

точках, и сборщики – виброанализаторы, служащие не только для из-

мерения вибраций, но и для проведения их анализа с целью подго-

товки к диагностированию оборудования.

Иногда применение одноканального виброанализатора не по-

зволяет однозначно установить причину повышенной вибрации обо-

рудования и может потребоваться взаимный анализ вибросигналов

различных контрольных точек агрегата или применение специальных

функций по обработке сигнала. В этом случае применяются двух- или

многоканальные виброанализаторы.

Разнообразие конструкций, параметров обслуживания и экс-

плуатации оборудования, работающего в повторно-кратковременном

режиме, определяет основные требования к аппаратуре:

– многофункциональность и регистрация нескольких парамет-

ров;

– универсальность и модульный принцип построения;

– простота использования и портативность;

– широкие возможности обработки и анализа;

– графические средства отображения информации;

– накопление данных – результатов измерения;

– специализированные программы внутриприборной диагности-

ки и балансировки роторов.

Многофункциональность заключается в возможности контроля

основных параметров состояния механических систем одним прибо-

ром, что позволяет проводить анализ колебаний во временной и час-

тотной областях, уровня ударных импульсов и частоты вращения.

Возможность регистрации нескольких параметров позволяет конста-

тировать среднеквадратичное и пиковое значение параметров вибра-

ции.

Универсальность заключается в возможности использования

прибора как самостоятельного, так и в комплексе с другими средст-

вами диагностирования (стационарными, стендовыми). Модульный

принцип построения – это возможность расширения области приме-

нения прибора путем обновления программного обеспечения и под-

ключения новых специализированных датчиков.

Широкие возможности обработки и анализа сигнала – это нали-

чие средств математической обработки данных, позволяющие пред-

ставлять результаты измерений в удобном для анализа виде, напри-

мер, представления сигнала во временной области с последующим

переходом в частотную область путем применения методов преобра-

зования Фурье.

Графические средства отображения результатов измерений – это

наличие индикаторного экрана, позволяющего просматривать графи-

ки сигналов во временной и частотной областях.

Основными метрологическими характеристиками являются час-

тотный диапазон регистрации параметров вибрации, амплитудно-

частотная характеристика первичных преобразователей, динамиче-

ский диапазон входного сигнала, разрешающая способность прибо-

ров в частотном диапазоне. Частотный диапазон для большинства за-

дач виброметрии требуется в пределах от 2…5 Гц до 10…20 кГц.

Требование к амплитудно-частотной характеристике первичных дат-

чиков – высокая линейность, чтобы нелинейные искажения от силь-

ных составляющих сигнала не мешали анализировать слабые состав-

ляющие. Разрешающая способность оценивается количеством линий

(полос) в спектре сигнала. Стандартный ряд: 100, 200, 400, 800, 1600,

3200, 6400. Предпочтение отдается: 400, 800, 1600 линий.

Более конкретные требования к переносной виброаппаратуре

сводятся к следующему:

– проведение временных характеристик вибросигналов и анализ

временной развертки сигналов (режим осциллографа);

– проведение спектрального анализа вибрации (до 20 000 Гц);

– проведение спектрального анализа огибающих сигналов виб-

рации;

– разрешающая способность до 1 600 линий/спектр;

– определение ускорения по спектральным характеристикам;

– оценка выбросов в сигнале вибрации (определение пик-

фактора);

– определение общего уровня вибрации в полосе частот, тре-

буемого стандартом вибрационного контроля;

– проведение измерений по маршруту;

– возможность передачи накопленных измерений в компьютер.

Основные технические характеристики отечественных анализа-

торов вибрации представлены в таблице 2 [4].

Таблица 2 – Технические характеристики анализаторов вибрации

Возможность регистрации

(кол-во отведенных каналов)

Анализатор

вибрации

вибра-

ции

шума частоты

враще-

ния

электри-

ческого

сигнала

Частотный

диапазон в

режиме из-

мерения

спектра, Гц

Макси-

мальное

коли-

чество

линий в

спектре

Мас-

са,

кг

Фирма разра-

ботчик

КВАРЦ

ТОПАЗ

АГАТ

СК-2300

СD-12М

СD-21

Спектр-07

Корсар

Диана-С

Диана-2М

Диана-8

Атлант-8М

АDП-3101

DСА-2001

СМ-3001

ПР-200А

1 (16)

3...40000

5...10000

0,5...20000

0,5…25600

0,125..25600

10...1000

5...5000

3...5000

5...5000

1...24000

10...16000

4...20000

0,05...20000

1600

800

3200

1600

400

1600

3200

6400

3200

6400

2500

1600

2,1

1,8

1,2

1,7

1,2

0,8

0,4

1,1

3,0

10,0

1,6

5,5

1,6

ООО «Диамех»

(г.Москва)

-//-

ИТЦ«Оргтех-

диагностика»

(г.Москва)

ЗАО «ВАСТ»

(г.Санкт-

Петербург)

ЗАО «ТСТ»

(г.Санкт-

Петербург)

ООО ПВФ «Виб-

ро-Центр»

(г.Пермь)

-//-

ИФ«ИНКОТЕС»

(г.Н.Новгород)

-//-

ЗАО«Промсервис»

(г.Димитровград)

Вид приведенных анализаторов представлен на рисунках 12 – 17.

Рисунок 12 – Анализаторы вибрации, слева направо: «Корсар ++»;

«Диана- С»; «Диана -2М»; «Диана-8»

Рисунок 13 – Анализаторы вибрации, слева направо: «КВАРЦ»,

«ТОПАЗ»

Рисунок 14 – Анализаторы вибрации на базе ноутбука, слева направо:

«DСА-2001», «Атлант-8М»

Рисунок 15 – Анализаторы вибрации, слева направо: «СК-2300»,

«СМ-3001», «АDП-3101»

Рисунок 16 – Анализаторы вибрации, слева направо:

«АГАТ», «Спектр-07», «СD-12М»

Рисунок 17 – Анализатор вибрации «ПР-200А»

На основе сравнительного анализа технических характеристик

этих анализаторов вибрации их можно сгруппировать следующим

образом:

Приборы первоначального использования (СК-2300, CD-

12М, CD-21, ADП-3101, ПР-200А, Спектр-07)

Экспертно-исследовательские системы (ТОПАЗ, Атлант-8М,

СМ-3001, DСА-2001). Превосходя все остальные приборы

по количеству каналов, возможностям обработки и анализа

диагностической информации, данные системы являются

стендовыми (полустационарными). Область применения

данных систем оправдана диагностируемым оборудованием,

затраты вызванных остановок которого превышают стои-

мость данных систем во много раз.

3. Универсальные приборы (КВАРЦ, АГАТ, Корсар

, Диана–

С, Диана–2М, Диана-8) рекомендуются при большом опыте

диагностирования конкретного оборудования, на основе ко-

торого сформулированы четкие требования к функциональ-

ным возможностям и метрологическим характеристикам.

7 Датчики вибрации

Датчики вибрации предназначены для преобразования механи-

ческой вибрации в аналоговый электрический сигнал. Наибольшее

распространение получили три типа датчиков: пьезодатчики (пьезо-

электрические акселерометры), индукционные датчики и токовихре-

вые датчики.

Пьезоэлектрический акселерометр является универсальным

вибродатчиком, в настоящее время применяемым почти во всех об-

ластях измерения и анализа механических колебаний. Его эксплуата-

ционная характеристика лучше характеристики любого другого виб-

родатчика. Пьезоэлектрические акселерометры отличаются широки-

ми рабочими частотным и динамическим диапазонами, прочной кон-

струкцией, надежностью и долговременной стабильностью парамет-

ров.

Так как они являются активными датчиками, генерирующими

пропорциональный механическим колебаниям электрический сигнал,

при их эксплуатации не нужен источник питания. Отсутствие дви-

жущихся элементов конструкции исключает возможность износа и

гарантирует их большую долговечность. Отдаваемый акселеромет-

ром сигнал, пропорциональный ускорению, можно интегрировать с

целью измерения и анализа скорости и смещения механических коле-

баний.

Основным элементом акселерометра является диск из пьезо-

электрического материала, в качестве которого используется искус-

ственно поляризованная ферроэлектрическая керамика. Подвергае-

мый действию силы пьезоэлектрический материал генерирует на сво-

их поверхностях, к которым прикреплены электроды, электрический

заряд пропорционально воздействующей силе. Схематическое изо-

бражение пьезоэлектрического акселерометра представлено на ри-

сунке 18.

Рисунок 18 – Устройство акселерометра

Масса воздействует на пъезоэлемент силой, пропорциональной

ускорению (

amF

⋅

= ). Основным параметром акселерометра является

чувствительность, пропорциональная его массе. Последняя может ко-

лебаться от 0,5 до 500г. Собственная масса акселерометра не должна

превышать одну десятую динамической массы объекта, на котором

он закреплен.

Для виброзащиты и виброконтроля промышленных агрегатов

фирма ПРООФТ-Е (Россия) изготавливает пъезоэлектрические аксе-

лерометры со встроенным микропроцессорным преобразователем

(интеллектуальный вибродатчик), передающим цифровую величину

виброскорости непосредственно в АСУ ТП.

Освоен выпуск совмещенных в одном корпусе вибродатчика с

датчиком температуры, вибродатчиков со встроенной электроникой

(низкоимпедансные акселерометры) для усиления величины выраба-

тываемого сигнала, а также трехосевых акселерометров (фирма DLI)

для сбора данных по трем осям одновременно.

9 Места установки датчиков

Параметры оценки правильно отражают состояние узла лишь в

том случае, когда точка измерения выбрана строго согласно прави-

лам, а передача вибрации происходит без добавления помех и без по-

тери полезного сигнала. Перед измерением необходимо рассмотреть

чертеж конструкции механизма и убедиться в правильности выбора

мест установки датчиков, исходя из условий распространения коле-

баний.

Датчик следует закреплять так, чтобы его измерительная ось

совпадала с нужным при измерении направлением. Как правило, из-

мерительная ось перпендикулярна плоскости крепления датчика (его

рабочей поверхности). Цель измерения и анализа вибрации обычно

диктует расположение мест крепления акселерометра на исследуемом

объекте.

Целью измерения механических колебаний узла, представлен-

ного на рисунке 19, является контроль условий работы вала и под-

шипника.

Рисунок 19 – Рекомендуемые места крепления датчиков

Датчик следует установить так, чтобы на его рабочую поверх-

ность непосредственно действовали механические колебания под-

шипника. Датчик 3 воспринимает механические колебания подшип-

ника при меньшем влиянии вибрации, возбуждаемой другими узлами

и деталями агрегата, по сравнению с датчиком 4, который восприни-

мает преобразованные при прохождении через разъемное соединение

колебания подшипника и механические колебания, генерируемые

другими узлами агрегата. Аналогично датчик 1 расположен более це-

лесообразно с точки зрения распространения механических колеба-

ний, чем датчик 2. Измерение вибраций на тонкостенных участках

корпусов и крышек недопустимо.

Замеры необходимо проводить в одних и тех же местах, назы-

ваемых контрольными (реперными) точками измерения вибрации.

Обычно, измерения параметров вибрации в контрольных точках про-

изводятся на подшипниковых опорах агрегата, его корпусе и на ан-

керных фундаментных болтах.

При мониторизации контрольные точки рекомендуется выби-

рать на значительном расстоянии от наиболее виброактивных узлов и

на минимальном расстоянии от узлов малой виброактивности. Это

дает возможность обнаружить слабые изменения в параметрах виб-

рации из-за дефектов в узлах с малой виброактивностью. При этом

число точек следует минимизировать, не включая в них точки на кор-

пусе тех узлов, которые подлежат глубокому диагностированию.

Оптимальным количеством точек машины является одна точка

на каждую опору ротора. Направление измерений вибрации в каждой

точке – два, а именно вертикальное к плоскости крепления машины и

фундаменту и горизонтальное. Оба направления измерений рекомен-

дуется выбирать перпендикулярно к оси вращения ротора.

10 Крепление датчиков

Качественное и надежное крепление вибродатчика на поверхно-

сти исследуемого объекта является одним из важнейших условий

достижения точных и надежных результатов при измерении вибра-

ции и распознавании состояния оборудования.

Наилучшим считается крепление датчика на гладкой плоской

поверхности прочной стальной шпилькой. На рабочую поверхность

датчика рекомендуется наносить слой консистентной смазки для соз-

дания акустического контакта.

Шпилька не должна упираться в дно отверстия в основании дат-

чика. Поверхность для крепления датчика должна удовлетворять сле-

дующим условиям:

– шероховатость поверхности – не более Ra 1,6 мкм;

– отклонение от перпендикулярности оси резьбового соедине-

ния к плоскости крепления датчика – не более 0,02;

– отклонение от плоскостности поверхности крепления – не бо-

лее 0,01.

Резонансная частота закрепленного таким образом акселеромет-

ра почти равна резонансной частоте при заводской калибровке (около

32 кГц).

Крепление при помощи шпильки имеет неудобства: затраты

времени при выполнении крепежа и необходимость проведения сле-

сарных работ.

Датчики фирмы DLI жестко крепятся в посадочном блоке, по-

стоянно закрепленном на поверхности машин.

Широкое распространение в силу простоты и дешевизны нашло

крепление датчиков на гладкой поверхности объекта с помощью по-

стоянного магнита. Требования к обработке поверхности те же, что и

для соединения шпилькой. Резонансная частота в этом случае умень-

шается до 7÷15 кГц в зависимости от типа магнита. То есть этим методом

можно пользоваться при измерении и анализе вибрации с верхним пре-

делом частотного диапазона измерений 2÷5 кГц.

Наиболее простым является измерение вибрации с помощью

щупа, соединенного с вибродатчиком. Однако, рабочий частотный

диапазон при этом в большинстве случаев составляет примерно

10÷1000 Гц.

Способ крепления датчика к корпусу машины должен обеспечи-

вать возможность измерения вибрации на частотах от 0,1 до 50 частот

вращения ротора.

При проведении измерений кабель не должен подвергаться ин-

тенсивным колебаниям и должен быть удален (по мере возможности)

от источника сильных электромагнитных колебаний.

11 Стратегия мониторинга и диагностики с пакетом программ

DREAM for Windows

Данная система мониторинга и диагностики позволяет прово-

дить три разных вида мониторинга. Первым является вибрационный

мониторинг машин в целом. Это традиционный вид мониторинга с

измерением преимущественно низкочастотной и среднечастотной (до

1÷2 кГц) вибрации в точках машин, выбранных пользователем в со-

ответствии с действующими на предприятии нормами на вибрацию

оборудования. При этом используются многочисленные стандарты, в