Вибродиагностика продолжение. 13. 11 Выбор формы записи колебательных процессов
 Скачать 220.02 Kb.
|
|
13.11 Выбор формы записи колебательных процессов Так как реальная система имеет весьма сложную структуру спектров вибрации, то необходимо установить какие формы записи колебательных процессов могут, с достаточной для практики точностью, соответствовать задачам исследования. Итак, рассмотрим, какие же формы записи вибрации современными приборами служат основой для изучения спектрального состава колебаний. Большинство современных приборов – анализаторов спектра образует на выходе практически простой амплитудный спектр некоторой величины a(t), то есть формирует функцию A(), которая отображается на виброграммах приборов анализаторов спектра (рис. 12.17) без учета фазовых изменений параметров вибрации только в положительном направлении по оси ординат  (13.76) Рисунок 13.18 –Форма спектра на выходе прибора «SCHENK, VIBROPORT-41» Невысокая информативность таких измерений интегрального уровня СКЗ (среднеквадратичного значения) виброскорости для установления действительных причин образования повреждения приводит к неадекватной модели причинно – следственных связей и, как следствие, к неадекватной модели профилактических и ремонтных работ. Так как системы мониторинга настроены на определенное количество и фиксированные типы неисправностей, с минимально учтенными взаимосвязями между ними (это связано со сложностью программирования распознавания неисправностей по параметрам спектра), достоверность диагноза значительно снижается. В большинстве случаев требуется присутствие специалиста, который может, на основании имеющихся у него знаний и (или) интуитивно (что весьма часто и случается), правильно выявить первопричину потери работоспособности агрегата. Поэтому, для того, чтобы получить реальную картину вибрационных характеристик конструкции агрегата, необходимую для создания методик расшифровки виброграмм, и выделить из нее все информативные низко – средне – и высокочастотные диапазоны (такие измерительные приборы имеются), необходимо получить полные спектры Фурье – гармоник, то есть аналогичные представленным на рисунке 13.18. В этом случае объем информации возрастает, так как из As иAc(13.70) можно получить функцию А, а обратное действие невыполнимо. То есть появляется возможность конкретно установить причину трудноразличимых неисправностей по проявлению амплитудных модуляций всего диапазона измерения, особенно в области высоких частот до 40 кГц и выше.  (13.77)Кроме того, только рассмотрение всех возможных диапазонов проявления той или иной неисправности (опорные, функциональные и сигнальные частоты) позволит правильно определить тот или иной вид дефекта, что не только значительно повышает надежность и достоверность оценки технического состояния энергетической установки, но и снижает вероятность проведения дополнительных ремонтных работ, в которых нет необходимости.  Рисунок 13.19 – Форма спектра вибрации, необходимая для полного анализа колебаний системы 13.12 Определение оптимального местоположения точекизмеренияПри определении виброхарактеристик работающего агрегата необходимо проводить измерения в определенных точках, где полученные спектры вибраций наиболее полно отражают текущее техническое состояние машины. Известно, что с удалением элемента, на котором производятся измерения, от источника вибрации изменяются в сторону уменьшения значения амплитудSe, Ve, ae, но не частот, на которых они определяются.Для нахождения местоположения информативных точек ставится задача выделения такой точки измерения из всего массива предполагаемых расположений, где неизвестная функция х(s) имеет максимальное значение. В процессе поиска максимума будем иметь в какой-либо k–ой точке величину [x(si) -i], (i= =1,…,n). Величинаi характеризует присутствие помех при измерении и, в каждом конкретном случае, может иметь свои значения. Цель стратегии поиска состоит в том, чтобы использовать информацию, содержащуюся в этих величинах, для определения необходимых точек измерения. Наиболее простой метод решения этой задачи связан с итерацией и известен как метод градиента. В соответствии с этим методом вводится последовательность оценок для нахождения положения максимума рандомизованой по временифункции x(s). На этом основании можно оценить расположение точек, наиболее приближенных к источнику вибрации. Неудобство же использования метода заключается в том, что ему присуща не начальная точка отсчета, а только область поиска в некотором пространстве параметров, поэтому более приемлем метод, учитывающий информацию обо всем поле поиска. Другими словами необходимо получить простую модель, в рамках которой можно истолковать результаты измерений. Определим функцию [x(si) –i] как реализацию определенного Гауссова случайного процесса. Помехи i, присутствующие при измерениях, будем считать случайными, независимыми и подчиняющимися нормальному распределению. Желаемая степень точности (приближение к точке отображения наибольших модуляций амплитуд вибрации на информативных частотах) поиска это минимизация расстояния между точками измерений в области, где есть функция разности  . В случае возрастания этой величины снижается вероятность того, что максимум функции находится в этой области и шаг между точками измерений может быть увеличен. При выборе этих расстояний используется априорная информация, основанная на опыте эксплуатации, теоретических предпосылках и степени важности исследуемого узла. Так как в процессе поиска информативных точек мы имеем дело с измерениями в присутствии помех и случайными процессами, то при определении коэффициента корреляции необходимо использовать метод неравноточных измерений. Далее, на основании выполненных в выбранных точках измерений, производится оптимизация полученных данных по СКЗ Se или Ve между измеренными значениями по каждой точке в интересующих полосах частот, соответствующих основным источникам возмущающих сил. После этого выбирается точка, имеющая наивысший среднеквадратичный коэффициент корреляции по опорным частотам. Затем на основе статистического анализа исключаются малоинформативные полосы частот. Последовательные измерения будут независимыми, если период между ними превышает интервал корреляции. Подобный способ допускает простую интерпретацию результатов и позволяет использовать эффективную методику выбора наиболее информативных точек измерения.Обычно для местоположения измерительных точек на первом и втором уровне операций диагностики технической системы по параметрам вибрации, выбираются корпуса подшипников, анкерные болты фундаментов, а так же поверхности корпусов насосов и компрессоров, нагнетателей и турбин, маслопроводы обвязки перекачивающих агрегатов. Рекомендации стандарта VDI 2056 для любых агрегатов, содержащих роторные группы, определяют, кроме того, расположение точек измерения на опорах и фланцах. Трехкоординатная ортогональная система измерения вибрации, согласно этому же стандарту, ориентируется осью Z по оси ротора, а оси X и Y в плоскости, перпендикулярной оси вращения, причем ось Y располагается по вертикали, а ось X по горизонтали (рис.13.19). Наиболее рациональное размещение местоположений измерительных точек приведено на рисунке 13.20. Положения точек для измерения вибраций на фундаментной плите приведены на рисунке 13.21.Для конвертированных авиационных двигателей установка датчиков измерения вибрации осуществляется на силовых фланцах. Количество измерений параметров вибрации в одном из регламентированных направлений должно быть не менее трех с интервалом не менее 5 секунд. При разбросе результатов измерения менее чем в 1,5 раза, в качестве конечного результата принимается максимальное значение. При значительном разбросе количество измерений удваивается и в качестве конечного результата принимается , где  – среднее значение по 6 измерениям,  – среднеквадратичное отклонение. Рисунок 13.20 – Направления измерений вибрации согласно стандарту VDI 2056  Рисунок 11.21– Направления измерения интенсивности вибраций на корпусах подшипников агрегатов  Рисунок 13.22- Положения точек для измерения вибраций на опорной плите (фундаменте) 3.13 Оценка интенсивности вибраций перекачивающих агрегатов По глубине решения основной задачи вибродиагностики центробежных компрессорных машин предприятий по переработке и транспорту газа с учетом технической необходимости, оснащенности диагностической аппаратурой, наличия специалистов, сложности и объему работ можно подразделить на три уровня. На первом уровне осуществляется только контроль работоспособности агрегатов по допустимым уровням вибрациии. Здесь решение основной задачи на заключается в установлении технического состояния агрегата по одному из заранее заданных параметров – «годен» или «не годен». На этом уровне диагноз определяется сопоставлением измеренных колебаний с заданными технической документацией уровнями вибрации, характеризующими возможность (или невозможность) дальнейшей эксплуатации объекта. На современных компрессорных станциях существует система автоматического слежения за уровнем вибрации подшипниковых узлов и в случае превышения допустимого уровня автоматически отключает агрегат. Второй уровень – определение технического состояния отдельных узлов и агрегатов системы. На этом уровне по полученным диагностическим параметрам, таким как частоты и амплитуды, выделенных гармонических и субгармонических составляющих вибросигнала, в соответствии с эталонными тестовыми графиками или по математическим моделям осуществляется идентификация возникших неисправностей и дефектов узлов, нарушений сплошности потока газа или жидкости и т.д. Второй уровень обеспечивают системы мониторинга, однако они имеются далеко не на всех эксплуатируемых компрессорных станциях. Третий уровень – развитие диагностики второго уровня как более конкретное и точное определение дефектов и неисправностей элементов агрегата, вплоть до отдельных деталей. На настоящий момент третий уровень могут обеспечить только специалисты по вибродиагностике. 13.13.1 Классификация агрегатов в зависимости от их конструктивных особенностей В качестве контролируемого параметра интенсивности вибраций агрегатов принимается общий уровень среднеквадратичного значения виброскорости Ve, измеренной в определенных регламентом виброобследования характерных точках. Принятая градация оценки работоспособности машин по зонам интенсивности вибраций, а так же классификация агрегатов и выбор максимально допустимых значений интенсивности вибраций для различных классов базируется на рекомендациях стандарта ISO 2373-74. Для конвертированных авиационных двигателей в основу градации по зонам интенсивности вибраций приняты значения, установленные заводами изготовителями в технической документации. Вначале необходимо определить класс агрегата по шести группам, каждая из которых имеет четыре ступени оценок уровней вибрации по Ve: «хорошо», «годен», «еще допустимо» и «недопустимо». Предельные значения следует сравнивать с максимальной измеряемой интенсивностью колебаний. Группы машин: Группа К. Отдельные двигатели энергетического оборудования, которые в рабочем состоянии жестко соединены со всей машиной, в особенности серийные электродвигатели до 15 квт. Группа М. Средние агрегаты, особенно электродвигатели мощностью от 15 до 75 квт без специального фундамента, жестко установленные двигательные элементы и машины мощностью до 300 квт только с вращающимися элементами на специальных фундаментах. Группа G. Установленное на высокосогласованных жестких или тяжелых фундаментах машины, более громоздкое энергетическое оборудование только с вращающимися массами. Группа Т. Установленное на низкосогласованных фундаментах более громоздкое энергетическое оборудование только с вращающимися массами. Группа D. Установленные в высокосогласованном виде (с «жесткими опорами») машины и двигатели, у которых действующие массы компенсировать невозможно. Группа S. Установленные в низкосогласованном виде (с «гибкими опорами») машины и двигатели, у которых действующие массы компенсировать невозможно; машины с вращающимися не жестко прикрепляемыми массами, не устраняемыми изменяющимися дисбалансами, которые могут работать свободно без соединительных элементов, а так же конвертированные авиационные двигатели.Ниже указаны (табл. 13.3) классы оценки групп машин К, М, G и Т. Для групп машин D и S необходимо искать подробные пояснения в стандарте VDI2056 и рекомендациях заводов– изготовителей. Область «хорошо» предусмотрена для оценки качества ремонта и характеризует его проведение в полном соответствии с техническими условиями и порядком ремонтных операций. «Годно» – эксплуатация агрегата с вибрацией узлов, не превышающей границы области, характеризуются минимальной вероятностью появления дефекта в период межремонтной эксплуатации агрегата. Агрегаты, принимающиеся из монтажа или капитального (среднего) ремонта, должны иметь уровни вибрации не превышающих «годно». «Еще допустимо» – эксплуатация с вибрацией узлов, соответствующей этой области возможна. Но характеризуется повышенной опасностью выхода из строя агрегата. Для агрегатов, эксплуатирующихся с интенсивностью вибрации, соответствующей этой оценке, должны быть предусмотрены экстренные меры по устранению причин повышенной вибрации.«Недопустимо» – эксплуатация с вибрацией узлов (или одного из узлов) запрещается. Данная область вибрации, как правило, характеризует предельное (предаварийное) состояние агрегата, исключающее возможность его дальнейшей эксплуатации без остановки и проведения специальных ремонтных работ. Таблица 13. 3 – Критерии оценки работоспособности машин по стандартам DIN 45 665 и ISO 2373
13.13.2 Оценка вибрационного состояния агрегата Оценка вибрационного состояния всего агрегата производится по наибольшему уровню вибрации одного из узлов. Измерение интенсивности колебаний ГПА с газотурбинным приводом определяется на рабочей скорости вращения через 8 часов после пуска, а агрегатов с электроприводом через два часа непрерывной работы под нагрузкой. На агрегатах с приводом от конвертированных авиационных двигателей контроль интенсивности вибраций производится после 2 часов непрерывной работы под нагрузкой. Примерная оценка вибраций корпусов по рекомендациям IRD Mechanalysis дана на рисунке 13.23. Оценка относительных вибраций валов центробежных компрессоров по стандарту CAGI дана на рисунке 13.24. Оценка относительных вибраций валов турбоприводов по стандарту VDI2059/3 приведена на рисунке 13.25. Увеличение вибрации маслопроводов может возникнуть вследствие повышенной вибрации в подшипниках скольжения, корпуса, пульсаций трубопроводов под давлением масла, наличия слишком длинных участков, ослабления креплений. Измерение ин иненсивности вибраций на маслопроводах обвязки агрегатов следует производить в зонах и направлениях максимальной вибрационной активности контролируемых участков в плоскости, перпендикулярной оси трубопровода и контролируется в диапазоне частот до 200 Гц. Примерные нормы вибрации маслопроводов представлены в таблице 13.4. Каждая точка для периодического измерения вибрации должна быть ровной и тщательно зачищенной, обведена по периметру 50х50 мм полосой яркой краски, пронумерована и зарегистрирована в журнале (вибропаспорте). Зачищенную поверхность в нерабочем состоянии покрывают тонким слоем солидола для защиты от коррозии. Такая схема позволяет быстро и с одинаковой достоверностью производить ручной съем информации. Если необходимо производить измерения на криволинейных поверхностях (например, маслопроводы обвязки ГПА), то рекомендуется закрепить на них предварительно (с помощью специальных клеев) платики, которые обеспечивают необходимые направления установки датчиков. Для маслопроводов эти площадки могут быть плотно приклеены в точках измерений. Р  исунок 13.23 – Оценка абсолютных вибраций корпусов по рекомендациям IRD Mechanalysis: 8 – очень опасная (предельная); 7 – опасная; 6 – малоопасная; 4, 5 – хорошая; 2, 3 – спокойная; 1 – очень спокойная Р  исунок 13.24 – Оценка относительных вибраций валов центробежных компрессоров по стандарту CAGI: R – хорошо; A – годно; B – допустимо; C – недопустимо  Рисунок 13.25 – Оценка относительных вибраций валов турбоприводов по стандарту VDI 2059/3 Таблица 13.4 – Нормы вибраций маслопроводов обвязки
Данные о предельных уровнях вибрации авиационных двигателей, используемых в наземных компрессорных установках, обычно (как было сказано выше) приводятся в технической документации завода-изготовителя. Однако в данной работе мы можем, в качестве примера, привести сведения о предельных уровнях вибрации некоторых типов конвертированных ГТД (таблица 13.5). Таблица 13.5- Предельные значения вибрации для некоторых типов авиационных ГТД
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||