Учебное Пособие - Мониторинг и диагностика механических объектов

Подождите немного. Документ загружается.

основе которых лежат нормирование вибраций в зависимости от раз-

личных факторов: вида агрегата, его мощности, массы, скоростных

характеристик, высоты оси вращения ротора и др.

Второй вид мониторинга – это вибрационный мониторинг ава-

рийностных узлов. В нем значительное внимание уделяется анализу

высокочастотной вибрации, для возбуждения которой не требуется

значительных колебательных сил, и которая изменяется еще на ран-

ней стадии развития дефектов.

Третий вид мониторинга – это технический мониторинг, пред-

ставляющий собой наблюдение за развитием имеющихся дефектов,

определяющих состояние узлов оборудования, и прогноз остаточного

ресурса.

Составной частью вибрационного мониторинга является срав-

нение результатов измерений спектров вибрации с пороговыми зна-

чениями, устанавливаемыми либо пользователем, либо автоматиче-

ски, по данным предшествующих измерений с возможностью после-

дующей корректировки.

Мониторинг технического состояния по результатам диагности-

ки выполняется программой DREAM for Windows для таких узлов

роторных машин, как ротор, подшипники качения или скольжения,

зубчатые передачи, рабочие колеса насосов и турбин, электромагнит-

ные системы электрических машин.

Периодичность измерений при вибрационном мониторинге за-

дается пользователем, который вводит в программу величину вре-

менного интервала между измерениями для бездефектной машины.

При обнаружении отклонений параметров вибрации от эталонных

значений интервал между измерениями автоматически сокращается.

Эталонные значения параметров вибрации автоматически определя-

ются либо по первым трем измерениям вибрации в каждой точке, ли-

бо по пяти измерениям вибрации идентичных узлов, а после каждого

из последующих измерений автоматически адаптируются.

Периодичность диагностических измерений при мониторинге

технического состояния выбирается такой, чтобы не пропустить ава-

рийноопасной ситуации.

12 Обнаруживаемые дефекты

Программное обеспечение для вибрационной диагностики про-

изводства АО «ВАСТ» рассчитано на диагностику узлов роторных

машин либо независимо, либо в группе узлов, взаимодействие кото-

рых друг с другом существенно изменяет диагностические признаки

дефектов каждого узла. Так, например, подшипники качения могут

диагностироваться независимо от других узлов только по спектру

огибающей вибрации, а могут диагностироваться совместно с рото-

ром или совместно с шестерней зубчатой передачи.

Наиболее полный список дефектов вала с подшипниками каче-

ния включает в себя:

– бой вала в подшипнике;

– неоднородный радиальный натяг подшипника;

– перекос неподвижного (наружного) кольца;

– износ наружного кольца;

– раковины, сколы, трещины на наружном кольце;

– износ внутреннего кольца;

– раковины, сколы, трещины на внутреннем кольце;

– знос тел качения и сепаратора;

– раковины, сколы, трещины на телах качения;

– неуравновешенность вала (ротора);

– дефекты узлов крепления;

– дефекты смазки;

– дефекты муфты (если она установлена на валу).

Список идентифицируемых дефектов вала с подшипниками

скольжения включает в себя следующие дефекты:

– неуравновешенность вала (ротора);

– бой вала;

– дефекты узлов крепления;

– автоколебания вала;

– перекос подшипника;

– износ подшипника;

– удары в подшипнике;

– дефекты смазки;

– дефекты муфты (если она установлена на валу).

Список дефектов шестерен и зацеплений в зубчатой передаче

много меньше, и они объединяются в ряд групп, таких как:

– дефекты малой шестерни;

– дефекты большой шестерни;

– дефекты зацепления малой шестерни;

– дефекты зацепления большой шестерни;

– дефекты шестерен на других осях;

– дефекты зацепления на других осях.

В цепных (ременных) передачах список идентифицируемых де-

фектов включает в себя:

– бой ведущего шкива;

– бой ведомого шкива;

– дефекты ведущего шкива;

– дефекты ведомого шкива;

– дефекты цепи (ремня);

– дефекты зацепления (сцепления);

– дефекты подшипников качения и скольжения, описанные вы-

ше.

В рабочих колесах насосов определяются следующие дефекты:

– неуравновешенность ротора (рабочего колеса);

– бой рабочего колеса;

– автоколебания вала с рабочим колесом;

– дефекты отдельных лопастей;

– неоднородность потока;

– кавитация.

Те же дефекты, кроме кавитации, определяются и у рабочих ко-

лес турбин, вентиляторов и компрессоров.

Пакет программ DREAM for Windows автоматически обнаружи-

вает также дефекты в зубчатых передачах с подшипниками качения

(12 групп), в зубчатых передачах с подшипниками скольжения (9

групп), в электромагнитных системах электрических машин (асин-

хронные двигатели, синхронные машины, машины постоянного то-

ка).

Пакет программ для автоматической идентификации дефектов

построен, исходя из главного правила – не ошибаться при долгосроч-

ном прогнозе состояния диагностируемых узлов. Поэтому в случае,

когда признаки двух разных видов дефектов слабо различаются, как

наиболее вероятный вид дефекта отмечается тот, скорость развития

которого больше, а прогнозируемый интервал безаварийной работы

меньше.

Основные причины возникновения вышеперечисленных дефек-

тов и способы их устранения приведены в таблице 3.

Таблица 3 – Причины возникновения дефектов узлов роторных ма-

шин и способы их устранения

Дефект Причины возникновения Способы устранения

Дефекты подшипников качения

Обкатывание наруж-

ного кольца

Неуравновешенность ротора, несо-

осность, автоколебания.

Провести балансировку,

выверить соосность.

Неоднородный ради-

альный натяг

Диаметр посадочного места вала

больше допустимого, перекос вра-

щающегося кольца, высокие осе-

вые нагрузки.

Перешлифовать вал, ус-

транить перекос кольца,

отпустить гайку закре-

пительной втулки, уста-

новить подкладные пла-

стины под опору крыш-

ки.

Перекос наружного

кольца

Дефект изготовления корпуса под-

шипника или дефект сборки.

Обработать отверстие

корпуса или заменить

корпус.

Износ наружного

кольца

Выкрашивание части поверхности

качения наружного кольца.

Заменить подшипник.

Для компенсации осево-

го и радиального зазора

плавающего подшипника

применить подпружини-

вание наружного кольца

в осевом направлении.

Раковины на наруж-

ном кольце

Износ кольца, трещины или удар-

ные нагрузки при монтаже.

Заменить подшипник и

исключить удары при

монтаже.

Износ внутреннего

кольца

Выкрашивание части поверхности

качения наружного кольца.

Заменить подшипник.

Раковины на внут-

реннем кольце

Износ кольца, трещины или удар-

ные нагрузки при монтаже.

Заменить подшипник и

исключить удары при

монтаже.

Износ тел качения и

сепаратора

Выкрашивание части поверхности

одного (группы) тела качения (без

трещин и раковин). Наиболее бы-

стрый износ стенки сепаратора.

Заменить подшипник.

Дефект смазки

Недостаток или избыток смазки.

Нарушение структуры смазки или

попадание посторонних примесей.

Уровень масла должен

быть немного ниже сере-

дины нижнего тела каче-

ния или корпус заполнен

пластичной смазкой не

более чем на половину

его объема. Прочистить

отверстия для подвода и

слива масла. Заменить

уплотнения.

Продолжение таблицы 3

Дефект Причины возникновения Способы устранения

Раковины, сколы на

телах качения

Износ или ударные нагрузки на те-

ла качения. Гранность тел качения

при их изготовлении.

Немедленно заменить

подшипник.

Проскальзывание

кольца

Ослабление посадки одного из ко-

лец в посадочном месте.

Немедленно заменить

подшипник или устано-

вить новый корпус с

правильным отверстием.

Дефекты подшипников скольжения

Перекос подшипника

Перекос вкладышей, несовпадение

осей подшипника с осью вращения

вала, уменьшенный (< ∆мин) зазор

в подшипнике.

Проверить температуру

подшипника (не более

60 - 65 °С). Провести

центровку.

Удары в подшипнике:

«гидродинамические»

«сухие»

Периодическое и скачкообразное

появление турбулентных участков

в смазочном слое. (Ускоренный из-

нос вкладышей). Появляются вме-

сте с боем вала. Периодический

разрыв масляного слоя. (Рост сил

трения и температуры подшипни-

ка).

Проверить биение вала и

соосность вкладыша с

валом.

Исключить перегрузки.

Дефекты смазки

Нерегулярные и не полные разры-

вы масляной пленки.

Проверить качество и

количество смазки, уст-

ранить течи (заменить

уплотнения).

Износ подшипника

Выкрашивание отдельных участков

поверхности вкладышей.

Заменить или наплавить

вкладыши (если выкра-

шивание не превышает

20 % поверхности вкла-

дыша).

Дефекты вала ротора

Неуравновешенность

ротора

Несовпадение оси вращения ротора с

его осью инерции.

Балансировка ротора.

Бой вала (муфты)

Сильная неуравновешенность ротора,

искривление вала, несоосность.

Проверить биение вала и

при обнаружении кри-

визны заменить вал.

Проверить зазоры в

подшипнике и при силь-

ном износе заменить его.

Проверить соосность и

при необходимости про-

вести центровку.

Автоколебания вала

(ротора)

Рост зазоров в подшипнике и (или)

нарушения в работе системы смаз-

ки (снижение давления, рост рас-

хода и т.п.).

Сменить режим работы сис-

темы смазки, заменить

подшипник, провести про-

филактику системы смазки.

Продолжение таблицы 3

Дефект Причины возникновения Способы устранения

Дефекты соедини-

тельных муфт

Износ зубьев в зубчатых муфтах,

износ пальцев, смещение точки

крепления пальцев, смещение осей

полумуфты и вала и др. (Увели-

чение вибрации на

вр

f под нагруз-

кой и появление ударных нагрузок

на холостом ходу).

Заменить муфту или паль-

цы.

Дефекты шестерен и зубчатых зацеплений

Бой шестерни

Несовпадение отверстия под вал с

центром шестерни и неперпен-

дикулярность плоскости шестерни

оси ее вращения. Ускорение износа

зубьев.

Заменить вал с дефект-

ной шестерней.

Дефекты зацепления

Непараллельность осей передачи

(или несоответствие углов рас-

четным в угловых передачах), из-

менение расстояния между осями,

например, из-за неправильности

монтажа подшипников или их из-

носа, смещение шестерни вдоль

оси относительно расчетной плос-

кости вращения, неправильная по-

садка шестерни на вал (несовпаде-

ние плоскости вращения шестерни

с расчетной).

По пятну касания прове-

рить параллельность

осей передачи, межосе-

вое расстояние и осевое

смещение шестерни от-

носительно расчетной

плоскости вращения.

Проверить зазоры в под-

шипниках. При их пре-

вышении заменить под-

шипники. За счет про-

кладок между крышкой и

корпусом отрегулировать

осевое смещение шес-

терни в соответствии с

технической документа-

цией. При невозможно-

сти регулировки заме-

нить зубчатую пару.

Дефекты ремня (цепи)

Бой шкива (шестерни)

Несовпадение геометрической оси

шкива (шестерни) с осью вращения

вала или несовпадение плоскости

шкива (шестерни) с плоскостью,

перпендикулярной оси вращения.

Проверить биение вала.

При его отсутствии заме-

нить шкив, а при нали-

чии – вал со шкивом.

Дефекты ремня (цепи)

Дефекты отдельных участков рем-

ня (цепи) или разрыв ремня (цепи).

Проверить шаг цепи, при

превышении допустимо-

го значения – заменить

цепь. При несовпадении

шага звездочки с шагом

цепи заменить одновре-

менно и цепь и звездочку.

Продолжение таблицы 3

Дефект Причины возникновения Способы устранения

Дефекты сцепления

(зацепления)

В ременных передачах – про-

скальзывание ремня, в цепных и в

передачах с зубчатым ремнем –

смещение зоны контакта звена с

шестерней.

Проверить смещение звез-

дочек в осевом направ-

лении, а также радиальное

и торцевое биение. Про-

скальзывание ремня прове-

рить с помощью стро-

боскопа.

Дефекты рабочих колес насосов, турбин вентиляторов и компрессоров

Неуравновешенность

рабочего колеса

Механическая неуравновешенность

ротора, и гидродинамическая (аэро-

динамическая) неуравновешенность

вращающихся объемов жидкости

(газа) и ассиметрия гидро-

динамических (аэродинамических)

сил, действующих на лопасти рабо-

чего колеса.

Проверить идентичность

профиля лопастей и про-

вести динамическую ба-

лансировку.

Бой рабочего колеса

Несовпадение геометрической оси

рабочего колеса с осью вращения

вала. Два вида боя, характери-

зующиеся сдвигом осей, например,

из-за деформации вала, износа под-

шипников и т.п., и из-за несовпаде-

ния плоскости рабочего колеса с

плоскостью, перпендикулярной оси

вращения.

Проверить симметрич-

ность посадки колеса на

вал, зазоры в подшипниках

и если они в норме заме-

нить рабочее колесо.

Неоднородность пото-

ка

Это не только дефекты рабочего ко-

леса, но и др. дефекты входного тру-

бопровода и направляющего аппара-

та, приводящие к флуктуациям ско-

рости и плотности потока во време-

ни. В частности это засорение вход-

ных трубопроводов с последующим

изменением скорости потока на вхо-

де в рабочее колесо.

Почистить входные трубо-

проводы, направляющие

аппараты и стенки корпуса

нагнетателя.

Кавитация

Рабочее колесо создает в потоке на

входе в него разрежение, сопрово-

ждающееся значительными локаль-

ными пульсациями давления в жид-

кости. Эти пульсации вызывают эро-

зионный износ, как лопастей рабоче-

го колеса, так и внутренних поверх-

ностей корпуса насоса.

Изменить расход жидко-

сти, ликвидировать засо-

рение во входных трубо-

проводах.

Окончание таблицы 3

Дефект Причины возникновения Способы устранения

Дефекты лопастей

Эрозионный или коррозионный из-

нос, изгиб лопасти, ухудшение ка-

чества их крепления и другие.

Проверить крепление

лопастей, их износ и де-

формацию. При обнару-

жении дефектов заме-

нить ротор.

13 Пороги обнаружения дефектов

Система мониторинга и диагностики на базе пакета программ

DREAM for Windows может использовать три группы порогов, разде-

ляющих множества допустимых и опасных состояний объекта кон-

троля. Первые две группы используются в задачах мониторинга, за-

давая предельно допустимые значения либо самих параметров вибра-

ции, либо их изменений. Третья группа порогов (диагностические по-

роги) используется для обнаружения дефектов и определения степени

их опасности.

Основная группа порогов в вибрационном мониторинге опреде-

ляет, как правило, три границы для величины каждого из измеряемых

параметров. Нижняя граница (слабого сигнала) служит для контроля

качества выполняемых измерений, первая верхняя граница – допус-

тимых величин параметров при нормальной работе оборудования, и

вторая – граница опасных изменений контролируемого параметра.

Данная группа порогов (см. рисунок 9) строится автоматически либо

по всем ранее выполненным измерениям вибрации контролируемого

узла (мониторинг по истории), либо по измерениям вибрации группы

идентичных узлов в идентичных точках контроля (мониторинг по

множеству). Пользователь может откорректировать эти пороги авто-

матически, либо вручную, с учетом своего опыта и действующих на

предприятии норм и требований к вибрации машин.

Вторая группа порогов используется только в задачах монито-

ринга по истории и служит для обнаружения скачкообразных изме-

нений контролируемых параметров. Чаще всего эти пороги устанав-

ливаются при работе системы в стационарном режиме, когда управ-

ление измерениями в точках контроля со стационарно установленны-

ми датчиками производится автоматически, с минимально возмож-

ными интервалами между измерениями. В этих случаях, как правило,

автоматически устанавливаются две границы – допустимых отклоне-

ний и опасных изменений для каждого из параметров. Естественно,

что среднее значение, от которого отсчитывается отклонение пара-

метров, определяется по предшествующим измерениям за ограничен-

ное (порядка нескольких часов или дней) время.

Несколько иначе строятся диагностические пороги, то есть по-

роги для обнаружения и идентификации дефектов. По величине об-

наруживаемые дефекты делятся, как правило, на средние, сокращаю-

щие остаточный ресурс диагностируемого узла, и сильные, при кото-

рых возможен его аварийный выход из строя. Задача определения ди-

агностических пороговых значений для каждого вида узла и дефекта

решается пользователем индивидуально на основании получаемых

результатов диагностики и дефектации диагностируемых узлов раз-

личных типов машин. Но поскольку пороги обнаружения дефектов в

некоторых узлах, например, подшипниках качения, слабо зависят от

типа роторных машин, они рассчитываются и рекомендуются пользо-

вателю автоматически. Рассчитать пороги обнаружения дефектов в

других узлах практически невозможно, необходимо определить их

экспериментально, в процессе накопления статистических данных по

каждому виду машин.

Вибрационная активность каждой отдельной машины осущест-

вляется ее весогабаритными показателями, динамическими парамет-

рами подвижных и контактирующих деталей, а также рядом других

факторов, например, условиями и длительностью эксплуатации, каче-

ством технического обслуживания и т.д. В связи с этим, с целью вве-

дения единообразия в оценку вибрационной активности машин в ме-

ждународной практике приняты четыре зоны:

− зона А. Данной зоне соответствуют все новые машины, виб-

роактивность которых отвечает требованиям, предъявляемым при

приемке в эксплуатацию;

− зона В. Машины, попадающие в эту зону по виброактивности

считаются пригодными для длительной эксплуатации. Это обычное

состояние механизма, находящегося в условиях, оговоренных инст-

рукцией по эксплуатации;

− зона С. При достижении виброактивности машины данной

зоны, она признается пригодной только для кратковременной экс-

плуатации. Период ее эксплуатации определяется временем проведе-

ния технического обслуживания или ремонта;

− зона D. Если виброактивность машины достигла данной зоны,

то она рассматривается как находящаяся в предаварийном состоянии

и следует произвести ее остановку.

Нормированные средние квадратичные значения вибрации

рассмотренных зон для конкретных типов машин указываются в со-

ответствующих нормативных документах и стандартах или, если та-

ковых нет, могут быть назначены на основе опыта эксплуатации ана-

логичных машин.

Библиографический список

Вибродиагностика: Моногр./ Г.Ш. Розенберг, Е.З. Мадорский, Е.С.

Голуб и др.; Под ред. Г.Ш. Розенберга. – СПб.: ПЭИПК, 2003. -

284с.

Ловчиновский Э.В. Реорганизация системы технического обслу-

живания и ремонтов оборудования предприятий / Э.В. Ловчинов-

ский. –М.: РАН Институт проблем управления им. В.А. Трапезни-

кова, 2006. – 385с.

Барков А.В. Мониторинг и диагностика роторных машин по виб-

рации/ А.В. Барков, Н.А. Баркова, А.Ю. Азовцев. – СПб.: Изд.

Центр СПб ГМГУ, 2000. - 169с.

Сидиров В. Выбор средств технического диагностирования/ В. Си-

доров, А. Сотников// Главный механик, 2005. – №1 – С. 55 – 59.