Методы вибродиагностики

Автор admin в 8 февраля, 2017. Опубликовано Pages

Вибрация машин и механизмов, как правило, возбуждается многими колебательными силами различного происхождения – в результате вибрационный сигнал представляет собой суперпозицию многих составляющих различной частоты, амплитуды и периодичности. Определить число этих составляющих и их параметры нельзя ни по общему уровню измеряемого вибропараметра, ни по временной реализации вибросигнала. Обнаружить отдельные составляющие вибрации можно с помощью спектрального (частотного) анализа – разложения сложного вибросигнала на индивидуальные частотные составляющие. Спектральный анализ является основным методом вибродиагностики, позволяя обнаружить ряд выраженных периодических частотных составляющих, напрямую связанных с динамикой взаимодействия узлов и деталей исследуемого агрегата, а также составляющие, возбуждаемые определенными дефектами агрегата. Главным преимуществом спектрального анализа по сравнению с другими методами технической диагностики является возможность обнаружения дефектов в стадии их зарождения и прогнозировать их развитие во времени, что, в свою очередь, позволяет принять своевременные меры по их устранению и избежать возникновение аварийных ситуаций.

Основные средства и методы вибродиагностики

В данном параграфе мы рассмотрим не только методы спектрального анализа, напрямую относящиеся к вибродиагностике оборудования, но и методы виброконтроля, знание которых обязательно для общего понимания темы.

Метод ПИК-фактора

Данный метод виброконтроля подшипников отличается простотой реализацией и заключается в периодическом контроле двух параметров вибрации: среднеквадратичное значение (СКЗ) виброускорения и пика амплитуды виброускорения (положительного, отрицательного или размаха). С развитием дефекта кривая пика амплитуды монотонно растет, аналогичный рост, но с отставанием по времени, показывает и кривая СКЗ. Сами по себе кривые ПИКа и СКЗ малоинформативны, чего нельзя сказать об ПИК-факторе – отношении пикового значения виброускорения к его СКЗ (см.рис.1)

Метод ПИК-фактора, методы вибродиагностики, вибродиагностика, вибромониторинг

Рис.1 Иллюстрация метода ПИК-фактора

Кривая ПИК-фактора имеет выраженный максимум, со времени появления которого, как показала практика, остаточный ресурс подшипника составляет порядка 2-3 недель. Для реализации данного метода специалисты Отдела Технического Сервиса (ОТС) компании Балтех рекомендуют использовать виброметр BALTECH VP-3410 или виброанализатор BALTECH VP-3470 (в режиме виброметра).

Метод эксцесса

Эксцесс – статистическая величина, характеризующая отклонение плотности вероятности мгновенных значений вибросигнала от нормального распределения (распределения Гаусса). Эксцесс принято характеризовать коэффициентом эксцесса = (здесь четвертый центральный момент, – дисперсия случайной величины). При появлении в подшипнике микро- и макро- ударов, кривая плотности вероятности принимает более островершинный характер (см. рис.2) и по значению коэффициента эксцесса можно судить о степени развития дефекта:

E_k<3– соответствует исправному состоянию подшипника;
E_k>3 – допустима эксплуатация подшипника доближайшей его замены;
E_k<5– недопустима эксплуатация подшипника

Рис.2 Плотность вероятности ВЧ вибрации исправного подшипника (а) и подшипника с дефектами поверхностей качения (b)

Метод эксцесса не чувствителен к скорости вращения и нагрузке подшипника, а также не требует знания его геометрических параметров. Также коэффициент эксцесса изменяет свое значение не только при появлении ударных импульсов в подшипнике, но и растет с ухудшением состояния смазки. Последний факт позволяет использовать данный метод и для подшипников скольжения. Специалисты ОТС компании Балтех рекомендуют проводить вибродиагностику подшипников методом эксцесса с помощью виброанализатора BALTECH VP-3470.

Метод ударных импульсов

Ударные импульсы – импульсы малой энергии, генерируемые на частотах 28-32 кГц соударениями деталей подшипника и изменениями давления в зоне качения подшипников. В случае работы исправного подшипника наблюдается некоторый «ковровый» фон ударных импульсов, генерируемый силами трения. При повреждениях подшипника во временной реализации ударных импульсов появляются пиковые значения, причем амплитуда пиков тем больше, чем больше скорость соударений и более сильно развит дефект. Таким образом, по пиковым амплитудам ударных импульсов можно достоверно диагностировать наличие и глубину дефектов.

Метод ударных импульсов, методы вибродиагностики, виброконтроль, вибромониторинг

Рис.3 Иллюстрация метода ударных импульсов

Метод ударных импульсов отличается высокой чувствительностью, информативностью и защищенностью, и реализуется с помощью недорогого компактного переносного прибора – тестера ударных импульсов BALTECH VP-3450.

Метод прямого спектра (автоспектра)

Данный метод заключается в анализе частотных спектров, получаемых с помощью виброанализаторов (см рис.4).

Автоспектр, прямой спектр, методы вибродиагностики, виброконтроль, вибромониторинг

Рис.4 Пример прямого спектра

Амплитудные всплески, наблюдаемые на автоспектрах, несут полезную диагностическую информацию, так как возбуждаются дефектами исследуемого оборудования. Причём каждому виду дефекта соответствуют свои гармоники, которые однозначно просчитываются в зависимости от кинематики и скорости вращения оборудования. По наличию в спектре тех или иных гармоник определяют возникновение соответствующего дефекта, а по амплитуде гармоник – о степени развития дефекта. Данный метод обладает высокой помехозащищенностью и информативностью и в настоящее время является одним из самых используемых. Относительный недостаток метода – невозможность обнаружения дефектов на ранней стадии развития. Связано это с тем, что зарождающиеся дефекты генерируют незначительные по амплитуде вибрации, которые еще трудно заметить на шумовом фоне спектра.

Метод огибающей высокочастотной вибрации

Если обратиться к частотному характеру высокочастотной части спектра вибросигнала, то можно заметить ее модуляцию некоторым низкочастотным сигналом. Оказалось, что именно эта низкочастотная модулирующая составляющая несет в себе максимум диагностической информации. На этом факте основан метод огибающей ВЧ вибрации, в котором с помощью электроники (полосового фильтра и детектора) выделяют низкочастотную составляющую из общего спектра ВЧ вибрации и проводят ее частотный анализ. Виброанализатор BALTECH VP-3470-Ex имеет данную функцию в своем составе.

Метод анализа спектра огибающей, методы вибродиагностики, виброконтроль, вибромониторинг

Рис.5 Обработка сигнала по методу спектра огибающей

При отсутствии дефектов спектр огибающей представляется почти гладкой кривой (красная пунктирная линия на рис. 5), а даже только зарождающиеся дефекты возбуждают явные дискретные составляющие, частоты которых однозначно указывают на источник вибрации. Возможность обнаружения дефектов в стадии зарождения – самое главное преимущество метода огибающей. На сегодняшний день метод огибающей, вместе с методом анализа автоспектров, являются «визитной карточкой» вибродиагностики динамического оборудования от компании «БАЛТЕХ». Этот метод реализован в наших виброанализаторах BALTECH VP-3470 и CSI 2140. Для реализации данных методов на практике специалисты Отдела Технического Сервиса (ОТС) компании «БАЛТЕХ» рекомендуют использовать портативный виброанализатор BALTECH VP-3470, технические характеристики которого полностью удовлетворяют современным требованиям вибродиагностики:

Технические характеристики анализатора вибрации BALTECH VP-3470, приборы для вибродиагностики

Рис.6 Технические характеристики анализатора вибрации BALTECH VP-3470

Сравнительная характеристика главных методов вибродиагностики, метод огибающей, VibroPoint

Рис.7 Сравнение возможностей главных методов вибродиагностики

Метод PeakVue

Раскроем вам секрет, что данные методы по разным причинам за последние 10 лет «отмирают» и все реже используются опытными диагностами. На сегодняшний день метод PeakVue, используемый в виброаппаратуре CSI 2140, являтся методом номер один. Он предполагает обнаружение не только самых начальных предупреждений неисправностей машин и механизмов, но также дает представление о ее степени тяжести (величины). В отличии от метода огибающей для измерения спектра вам потребуется всего один спектр, поэтому диагностика проводится в разы быстрее и эффективнее. Рассмотренные нами методы вибродиагностики требуют глубокого изучения и уверенного применения на практике каждым диагностом. Чтобы в деталях изучить применяемые методы вибродиагностики подшипников качения и скольжения, методы вибродиагностики электрооборудования и механических машин, приглашаем вас пройти обучение на курсе повышения квалификации ТОР-103 «Вибрационный контроль состояния и диагностика машин. Методы вибродиагностики» в учебном центре компании «БАЛТЕХ». Записаться на курс вы можете на сайте www.baltech-center.ru