Виброакустического диагностирования
 Скачать 2.49 Mb.
|
|
Существует необходимость использования различных контрольных точек и направлений измерения вибрации для диагностирования механиче- ской и электромагнитной систем электрических машин. Эксплуатационные нормы вибрацииоборудования предназначены для контроля технического состояния оборудования в процессе эксплуата- ции. Оценка состояния по уровню вибрации в частотных полосах дает бо- лее достоверные результаты, чем оценка состояния по общему уровню виб- роскорости. Наиболее распространенным в практике мониторинга состоя- ния является разбиение всей полосы вибрации на три – низкочастотную, среднечастотную и высокочастотную – путем измерения стандартных па- раметров вибрации – виброперемещения, виброскорости и виброускорения с соответствующим нормированием критических границ, разделяющих со- стояния «Удовлетворительно», «Требует принятия мер» и «Недопустимо» широкого класса машинных агрегатов. В большинстве случаев применение индивидуального набора критериев и предельных значений для оценки со- стояния каждого конкретного агрегата или узла на каждой конкретной кон- трольной точке не целесообразно и требует продолжительных и трудоем- ких подготовительных работ (годы). Абразивный износ возникает вследствие истирания трущихся по- верхностей и прямо пропорционален удельному давлению на трущиеся поверхности и пути скольжения. Заеданиевозникает вследствие контакта поверхностей в условиях разрушения масляной пленки. Усталостный износвозникает вследствие усталости поверхностного слоя при относительном скольжении поверхностей и вследствие микро- шероховатостей. Для процесса приработки увеличение скорости износа обычно не ха- рактерно. Существует взаимосвязь между этапами износа и уровнем вибрации. В период нормального износа обычно наблюдается линейная связь между значением износа и временем. На этапе приработки обычно характерно снижение уровня вибрации. На этапе нормальной работы характерно колебание уровня вибрации. На этапе интенсивного износа обычно характерен рост уровня вибрации. 96 У роторных агрегатов периодическое возбуждение в наиболее про- стом виде проявляется как сумма гармонических составляющих, кратных основной частоте возмущения. Одна из основных частот возбуждения виб- рации роторных агрегатов - частота вращения ротора. Информативные параметры полигармонической и квазиполигармо- ни-ческой модели колебаний - значения амплитуд дискретных составляю- щих спектра на частоте вращения ротора и ее гармониках и скорость их изменения при увеличении наработки механизма. Информативные параметры ШПС-модели вибрации дополнительно включают шум между известными гармониками. Чаще всего амплитуды колебаний на роторных частотах определяют- ся величиной дисбаланса, несоосностью валов, кинематическими погреш- ностями и отношением критической частоты вращения ротора к рабочей. Модель полигармонического возбуждения колебаний в роторных аг- регатах учитывает частотные составляющие, кратные числу элементов взаимодействия на окружности ротора. Возникновение дисбаланса и/или несоосности валов сопровождается ростом вибрации на частоте вращения ротора и ее гармониках. Влияние на характер вибрации погрешностей изготовления и монтажа деталей, темпе- ратурных изменений геометрических параметров деталей и зазоров в со- членениях, изменений вязкости смазки, искажения формы и качества поверхностей взаимодействующих деталей с наработкой выражаетстя в появлении флуктуаций амплитуд, размытии дискретных линий спектра полигармонических колебаний, росте шумовых компонент спектра. Влияние на характер вибрации истирания (абразивного изнашивания) контактирующих поверхностей выражается в росте шумовой компоненты Влияние на характер вибрации выкрашивания (локального изнашива- ния) контактирующих поверхностей выражается в появлении периодиче- ских всплесков вибросигнала, модулирующих основной процесс возбужде- ния колебаний. Влияние на характер вибрации периодического попадания раковин в зону контакта при вращательном движении элементов агрегата выражается в появлением в спектре сигнала комбинационных частот (mf z ±kf r ) в окрест- ности основных частот возбуждения, вызванных амплитудной модуляцией. По своему проявлению развитие трещиныв теле детали вращения сходно с развитием выкрашивания. Влияние развивающегося задира на сигнал вибрации выражается в том, что сигнал вибрации становится существенно нестационарным из-за нерегулярности выбросов, а в спектре сигнала наблюдается падение ампли- 97 туд основных частот возбуждения mf z при одновременном росте амплитуд комбинационных частот (mf z ±kf r ) Наиболее приемлемое правило размещения вибродатчиков на под- шипниках - максимально возможное их приближение к диагностируемому узлу и установка только на жесткие элементы конструкции с подготовлен- ной поверхностью в направлении вектора максимальных суммарных сил и минимальной жесткости конструкции. Для некоторых типов агрегатов допускается измерение составляю- щих вибрации путем установки на верхнюю часть крышки подшипника трехкомпонентного вибродатчика для измерений вибрации. Изменение вязкости масла в подшипниках не всегда приводит к зна- чительному увеличению вибрации на частоте ротора. Изменение вязкости масла в подшипниках всегда приводит к измене- нию температуры подшипника. Увеличение статической силы всегда приводит к увеличению темпе- ратуры в подшипнике. Проведение балансировки без использования фазового датчика воз- можно, но нерационально. Частота совпадения зубьев, (ЧСЗ) - частота, с которой определен- ный зуб одного зубчатого колеса встречается с определенным зубом друго- го колеса. Если отношение количеств зубьев на колесах есть целое число (то есть 2:1, 3:1 и т.д.), то ЧСЗ будет равна частоте вращения большего ко- леса. В противном случае совпадение конкретных зубьев будет происхо- дить значительно реже, то есть ЧСЗ будет очень низкой Пары зубчатых ко- лес с низкой ЧСЗ изнашиваются более равномерно и служат дольше, чем пары с относительно высокой ЧСЗ. Частота совпадения зубьев пары колес равна частоте зацепления (ЧЗ), умноженной на наибольший общий множитель чисел зубьев и деленной на произведение самих этих чисел. Например, рассмотрим два колеса с 54 и 14 зубьями. 54=3х3х3х2, 14=2х7; 2 есть наибольший общий множитель 54 и 14, поэтому частота совпадения зубьев будет равна 43 х 2/54 х 14 = 43 / 1512. Это очень низкое значение, что характерно для хорошо сконструированных зубчатых передач. Цикл скольжения – это отношение синхронной скорости асинхрон- ного двигателя к скольжению. Например, для двигателя, работающего на скорости 1440 об/мин, синхронная скорость равна 1500 об/мин, а проскаль- зывание - 60 об/мин. Отсюда .цикл проскальзывания равен 1500/60=25. Это означает, что каждую 1/25 оборота ротор будет находиться в одном и том 98 же соотношении с вращающим магнитным полем внутри статора. Иными словами, каждую 1/25 оборота ротор полностью пересекает все линии маг- нитного поля. Если в роторе имеется разрыв, например, сломанный стер- жень, то он дважды пройдет через максимум магнитного поля в течение цикла проскальзывания: один раз через северный полюс, а другой -через южный. Кавитация - это физическое явление, которое возникает, когда дав- ление в жидкости опускается ниже определенного порога, из-за чего проис- ходит образование пузырьков, нарушается сплошность течения и возникают ударные процессы. Это явление часто имеет место в насосах, водяных турбинах и других аналогичных машинах вблизи поверхности ротора. Кавитационные удары, возникающие при схлопыванин пузырьков, могут привести к изъязвлению поверхности ротора. Кавитация обычно имеет место в тех случаях, когда давление при впуске слишком мало. Кавитация сопровождается появлением в спектре машины высокочастотного случайного шума. Датчик зазора - датчик смещения - состоит из небольшой прово- лочной катушки, которая соединена со специальным предусилителем На- пряжение на выходе этого предусилителя пропорционально расстоянию (смещению) между концом датчика и проводящей поверхностью. Частот- ная характеристика такой системы простирается от 0 Гц до 10000 Гц. То есть измеряется как статическое смещение, так и динамическое Датчики за- зора активно применяются на подшипниках скольжения, где они измеряют толщину масляной пленки и могут детектировать масляные вихри и другие дефекты подшипника Датчик зазора иногда также называют токовихревым датчиком. Пик-фактором временной реализации называют отношение пиково- го значения амплитуды к среднему квадратическому значению. Пик-фактор синусоидального колебания равен √2=1,414. Типичный вибрационный сиг- нал машины с большим дисбалансом имеет близкий к этому пик-фактор, однако по мере износа подшипников и возникновения соударений пик фак- тор значительно увеличивается. Пик-фактор является одним из существен- ных показателей состояния машины. Срыв масляного клина - вибрация вала с подшипником скольжения, вызванная закруткой масляной пленки внутри подшипника, которая увле- кает за собой цапфу Происходит на частоте, равной 40-48% оборотной час- тоты, то есть несинхронна со скоростью вращения вала Может вызываться избыточными зазорами внутри подшипников и/или недостаточной ради- альной нагрузкой подшипника Срыв масляного клина нежелателен сам по себе, а когда оно к тому же вызывает масляное биение, то становится еще 99 более опасными. Тангенциальный - направленный по касательной. При трехкоорди- натных измерениях вибрации одна из чувствительных осей датчика направлена тангенциально к вращающемуся валу, то есть перпендикулярно к радиальному (к- или от оси вала) и осевому ( вдоль оси вала) направлени- ям. Эксцентриситет - отклонение тела вращения, например, ротора или вала, от круговой формы. В электродвигателях эксцентриситет ротора вы- зывает нежелательную вибрацию, обусловленную несимметричными маг- нитными эффектами Эксцентриситет статора также ведет к магнитным яв- лениям, которые увеличивают уровень вибрации. 100 Приложение Б Эксплуатационные нормы вибрации на центробежные электроприводные насосные и компрессор- ные агрегаты, диагностируемых системой непрерывного мони- торинга состояния КОМПАКС â Параметр Оценка Электропривод Насос Центробежные компрессорные агрегаты Высота центра (мм) до 132 до 225 до 400 Мощность (кВт) до 50 до 200 >200 Паро- прив. Эл. прив. Мул типл. Ком прес. А* (м/с2) Va (м/с2/час) Х Д ТМ Н 6,5 9 13,5 8 12 16 Va < 5 м/с 2 /час 12 16 24 Va > 5 м/с 2 /час 6,5 9 13,5 8 12 16 Va < 5 м/с 2 /час 12 16 24 Va > 5 м/с 2 /час 6,5 9 9 6,5 8 12 12 12 Va < 5 м/с 2 /час 12 16 16 16 Va > 5 м/с 2 /час V (мм/с) Vv (мм/с/час) Х Д ТМ Н 2,8 4,5 7,1 4,5 7,1 11,2 Vv < 3 мм/с/час 7,1 11,2 18 Vv > 3 мм/с/час 2,8 4,1 5,4 6,3 8,7 11,2 Vv < 3 мм/с/час 8,7 11,2 14,1 Vv > 3 мм/с/час 2,8 4,5 4, 2,8 4, 7,1 7,1 7,1 Vv < 3 мм/с/час 7,1 11,2 11,2 11,2 Vv > 3 мм/с/час S** (мкм) Vs (мкм/час) Х Д ТМ Н 9 14,5 23 14 23 36 Vs < 8 мкм/час 23 36 57 Vs > 8 мкм/час 9 13,5 17,2 20 28 36 Vs < 8 мкм/час 28 36 45 Vs > 8 мкм/час 9 14,5 14,5 9 14 23 23 23 Vs < 8 мкм/час 23 36 36 36 Vs > 8 мкм/час *Допускается использовать вместо среднеквадратического пиковое значение виброускорения с увеличением приведенных в таблице значений в 10 (десять) раз; *Допускается использовать вместо среднеквадратического двойной размах виброперемещения с увеличением приведенных в таблице значений в 5 (пять) раз. 101 СОДЕРЖАНИЕ 1. ПРАКТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ВИБРОАКУСТИЧЕСКОГО ДИАГОСТИРОВАНИЯ ........................................................................................... 5 2. ДИАГНОСТИЧЕСКИЕ ПРИЗНАКИ ДЕФЕКТОВ И НЕИСПРАВНОСТЕЙ МЕХАНИЗМОВ....................................................................................................... 9 2.1. З УБЧАТЫЕ ПЕРЕДАЧИ ........................................................................................9 2.2. П ОДШИПНИКИ КАЧЕНИЯ .................................................................................11 2.3. П ОДШИПНИКИ СКОЛЬЖЕНИЯ ..........................................................................18 3. ДИАГНОСТИКА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ И ЦЕНТРОБЕЖНЫХ МАШИН20 3.1. Д ИСБАЛАНС ....................................................................................................20 3.2. Д ИАГНОСТИЧЕСКИЕ ПРИЗНАКИ НЕИСПРАВНОСТЕЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ ......28 3.3. Г ИДРОДИНАМИЧЕСКИЕ ИСТОЧНИКИ ВИБРАЦИИ НАСОСОВ ...............................38 4. ДИАГНОСТИКА АГРЕГАТОВ .........................................................................47 4.1. Н ЕСООСНОСТЬ ................................................................................................47 4.2. О СЛАБЛЕНИЕ КРЕПЛЕНИЯ ...............................................................................52 4.3. О ЦЕНКА ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ АГРЕГАТА .............................................54 5. ДИАГНОСТИКА ПОРШНЕВЫХ МАШИН......................................................58 5.1. В ЫБОР МЕСТ УСТАНОВКИ ДАТЧИКОВ ..............................................................58 5.2. Н ЕРАВНОМЕРНОСТЬ И ПУЛЬСАЦИИ ДАВЛЕНИЯ В ПОРШНЕВЫХ МАШИНАХ .......64 5.3. Д ИАГНОСТИКА ГИДРОУДАРОВ .........................................................................65 5.4. Н ЕИСПРАВНОСТИ КЛАПАНОВ ..........................................................................68 5.5. Д ИАГНОСТИКА ОСЛАБЛЕНИЯ ГАЙКИ КРЕПЛЕНИЯ ПОРШНЯ ..............................74 5.6. И ЗНОС САЛЬНИКОВ ШТОКА .............................................................................74 5.7. В ИБРАЦИЯ ДЕТАЛЕЙ КРЕЙЦКОПФА ..................................................................74 5.8. Д ИАГНОСТИКА ИЗНОСА ДЕТАЛЕЙ КШМ .........................................................77 6. АНАЛИЗ ТРЕНДОВ ВИБРОПАРАМЕТРОВ ....................................................77 7. ЗАКЛЮЧЕНИЕ...................................................................................................79 ПРИЛОЖЕНИЕ А ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ........................84 ПРИЛОЖЕНИЕ Б ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ НОРМЫ ВИБРАЦИИ НА ЦЕНТРОБЕЖНЫЕ ЭЛЕКТРОПРИВОДНЫЕ НАСОСНЫЕ И КОМПРЕССОРНЫЕ АГРЕГАТЫ, ДИАГНОСТИРУЕМЫХ СИСТЕМОЙ НЕПРЕРЫВНОГО МОНИТОРИНГА СОСТОЯНИЯ КОМПАКС â ...................................................100 102 |