Вибродиагностика

Любое электрооборудование, имеющее вpащающиеся или перемещающиеся части, создает механические колебания. Использование механических колебаний, как показатель состояния оборудования, является признанным методом технической диагностики и называется вибродиагностикой. Совpеменная вибpодиагностика включает в себя не только простое определение общего уровня механических колебаний, но и анализ спектpов вибpации, фоpмы волны колебаний, фазовых углов колебаний, спектpов огибающей высокочастотной вибpации и т.д. Применение современных методов вибродиагностики позволяет получить предупреждение о неисправности или поломке на ранней стадии развития дефекта. Анализ развития во времени частотных составляющих спектра вибрации позволяет определить момент, когда неисправность достигнет критического уровня, и принять меры для предотвращения простоя или аварии. Изменение характерного (базового) спектра вибрации используется не только как предупреждение о приближающемся выходе из строя, но и для определения имеющейся неисправности. Определение типа неисправности или дефектной части оборудования до того, как оно будет выведено из работы, дает ценную информацию для правильной подготовки и проведения ремонта. Используя совpеменное вибpодиагностическое обоpудование, можно выявить заpождающиеся неиспpавности подшипников скольжения и качения, дефекты зубозацепления и ременных передач, дефекты электpодвигателей электрического характера, изгиб вала, ослабление механических связей, дефекты различных элементов оборудования (лопаток, крыльчаток, ножей) и т.п. Стоит отдельно выделить такие направления вибродиагностики как балансировка роторов в рабочем положении и центровка валов. Эти неисправности являются наиболее часто встречающимися на практике. Разработанные методики позволяют точно определить наличие небаланса и расцентровки и устранить их.

Вибрационный мониторинг. Его объектами являются прежде всего машины и оборудование - источники вибрации. Отличительной особенностью таких объектов можно считать наличие в них колебательных сил, возникающих, например, при движении отдельных узлов или потоков жидкости (газа), при действии переменных электромагнитных полей. Только в редких случаях объектами мониторинга может быть оборудование, не являющееся источником колебательных сил и вибрации, но по которому распространяется вибрация от другого источника.

Вибрационная диагностика. Ее объектами являются те же машины и оборудование, которые охватываются системами вибрационного мониторинга. В отличие от мониторинга назначением вибрационной диагностики в процессе эксплуатации оборудования является обнаружение изменений и прогноз развития не вибрационного, а технического состояния, причем каждого из его элементов, для которого существует реальная вероятность отказа в период между ремонтами. Для этого измеряется не только низкочастотная и среднечастотная, но и высокочастотная вибрация, а также используются более сложные, чем при мониторинге, методы анализа вибрации, позволяющие получать полный объем диагностической информации. Вибрация измеряется на каждом диагностируемом узле или, по крайней мере, в точках перехода высокочастотной вибрации от диагностируемого к другим узлам объекта, доступным для измерения вибрации. Используемая аппаратура также может иметь только один канал измерения и анализа вибрации.

Балансировка роторов. В процессе эксплуатации машин их вибрация на частоте вращения ротора может расти и для ее снижения приходится балансировать ротор непосредственно на месте эксплуатации каждой машины. Объектами балансировки на месте эксплуатации, как правило, являются машины, в которых есть доступ к плоскостям балансировки, т.е. к местам, в которых на вращающихся частях можно закреплять балансировочные массы. Основным назначением балансировки является уравновешивание ротора и, тем самым, снижение низкочастотной вибрации машины. Но вибрация на частоте вращения ротора далеко не всегда определяется центробежными силами, поэтому добиться значительных и стабильных результатов в большинстве случаев удается лишь с помощью средств, определяющих причины роста вибрации в каждом случае, т.е. решающих и диагностические задачи. Балансировка на месте эксплуатации машины проводится по вибрации и с помощью тех же приборов, что и вибрационная диагностика.

Вибрационный модальный анализ. Используется этот вид анализа для определения таких механических свойств объектов, как частоты резонансов, формы колебаний и других. Назначением модального анализа может быть как отработка новых конструкций машин и оборудования, так и выходной контроль серийно выпускаемых изделий, и, прежде всего, по значениям резонансных частот либо объекта в целом, либо отдельных его узлов. В качестве источника вибрации непрерывного действия используются специальные машины - вибраторы, в качестве источников импульсной вибрации - молотки с встроенными устройствами измерения ударных импульсов.

Основные методы мониторинга и диагностики. Основной метод вибрационного мониторинга - наблюдение за изменением энергетических параметров вибрации машины и, прежде всего, мощности (уровня) отдельных компонент вибрации. Особенности любого подхода к решению задач мониторинга определяются тремя главными факторами. Первый - выбор точек измерения вибрации, второй - количества разделяемых компонент и третий - интервалов между измерениями.

Эффективность мониторинга зависит от количества компонент вибрации, доступных для измерения. Чтобы увеличить их число в машинах с вращающимися узлами производится узкополосный спектральный анализ вибрации, наиболее эффективный для анализа периодических компонент сигнала.

В практической диагностике машин по вибрации существует два основных подхода к решению диагностических задач. В первом случае диагностика выполняется только после обнаружения изменений вибрационного состояния машины средствами мониторинга и ее задачей является интерпретация этих изменений. Однако мониторинг проводится, как правило, по низкочастотной и среднечастотной вибрации, реагирующей на появление, в основном, только развитых дефектов. Именно они приводят к заметным изменениям энергетических параметров вибрации, превышающим их естественные флуктуации при смене режимов работы машины.

Спектральный анализ вибрации электрических машин на низких и средних частотах, измеряемой в разных направлениях, дает возможность идентифицировать практически все дефекты электромагнитной системы электрических машин, кроме старения изоляции, так как до момента пробоя изоляции электромагнитное поле и вибрация машины не изменяются.

По сигналу вибрации могут быть обнаружены практически все виды зарождающихся дефектов во вращающемся оборудовании без привлечения для диагностики других видов физических процессов. А это означает, что для перехода на обслуживание и ремонт этого оборудования по фактическому состоянию могут использоваться стационарные и переносные системы вибрационной диагностики, не требующие встраивания измерительных датчиков в оборудование и его узлы.

Структура систем вибрационного мониторинга и диагностики. Структура переносной системы глубокой диагностики вращающегося оборудования содержит датчик вибрации, устройство для анализа сигнала вибрации, компьютер и программное обеспечение для диагностики узлов этого оборудования. Для машин, частота вращения которых в момент измерения вибрации точно неизвестна, кроме датчика вибрации используется еще и датчик оборотов ротора.