(812) 335-00-85 | info@baltech.ru
Методы спектрального анализа, вибродиагностика машин, практическая вибродиагностика, спектральная вибродиагностика, анализ спектров вибрации

Методы спектрального анализа

Практическая вибродиагностика вращающихся машин проводится как через измерения различных параметров вибрации (СКЗ, пик-фактор,  эксцесс), так и с помощью методов спектрального анализа (анализ автоспектров, спектров огибающей, анализ PeakVue, кепстральный анализ, модальный анализ и др.). При этом основным и наиболее информативным инструментом вибродиагностики являются методы спектрального анализа, поэтому, говоря «вибродиагностика машин», прежде всего, подразумевают их спектральную вибродиагностику.
  1. Подготовка к спектральной вибродиагностике
Для получения качественных спектров, а также для упрощения их дальнейшей интерпретации, по правилам спектральной вибродиагностики необходимо до начала измерений провести целый ряд вспомогательных работ:
  • собрать максимальную информацию об исследуемой машине: данные по вибрации (если они есть) за предыдущий период, данные по последнему ремонту и устраненных/не устраненных дефектах.
  • создать маршрут измерений вибрации с нумерацией замеров от ведущего механизма к ведомому. При этом точки измерений выбирают не только на подшипниковых узлах, как этого требует ГОСТ ИСО 10816, но и в местах повышенных вибраций и местах возможных резонансов.
  • зная частоту вращения ротора машины и геометрические размеры ее узлов и деталей, рассчитать характерные частоты возможных дефектов:
  • установить приоритетность возможных дефектов по степени тяжести вызываемых ими последствий;
  • создать алгоритм поиска дефектов в порядке убывания вероятностей возникновения различных отказов, характерных для определенного симптома.
  1. Анализ спектров вибрации машины
  • Проверка наличия «лыжного склона»
Методы спектрального анализа, вибродиагностика машин,  спектральная вибродиагностика, анализ спектров вибрации

Рис.1 Временная реализация (а) и спектр (б) вибросигнала

  Во многих случаях спектр вибросигнала (см.рис.1,б) характеризуется быстрым спадом пиков в низкочастотной области, называемым еще «лыжным склоном». Такое поведение спектра может наблюдаться или в случае некорректно проведенных измерений, или при больших перемещениях или соударениях в узлах и в конструкции машины. Для проверки наличия ударных импульсов необходимо обратиться к форме сигнала (рис.1,а), и в нашем случае, можно говорить, что «лыжный склон» обусловлен ударными импульсами.
  • Анализ уровня шума
Повышенный шум в спектре вибросигнала вызывается ударами и силами трения, но также может быть следствием неудачного замера вибрации. Для определения источника повышенного шума, как и в случае определения причин возникновения «лыжного склона», необходимо обратиться к форме вибросигнала.
  • Диагностические признаки электрических неисправностей машины
Если в низкочастотной части спектра вибрации наблюдается рост двух пиков, отстоящих друг от друга на 3-10 Гц, то это указывает на электрические дефекты двигателя (эксцентричность ротора-статора, «мягкая лапа» и т.д.).
  • Анализ гармоник частоты вращения ротора
Гармоники частоты вращения ротора, методы спектрального анализа, вибродиагностика машин, практическая вибродиагностика

Рис.2 Гармоники частоты вращения ротора в программе BALTECHExpert

  Многие дефекты механического происхождения проявляют себя на гармониках частоты вращения ротора (см. рис.2), и по их наличию, а также через сравнение их амплитуд можно судить об источнике вибраций.
  • Если в спектре доминирует первая гармоника (1Х на рис.2) частоты вращения ротора, то:
    • при измерениях в радиальном (горизонтальном) направлении – это, вероятнее всего, связано с дисбалансом ротора, изгибом или эксцентриситетом вала (для балансировки применяйте недорогой прибор «ПРОТОН-Баланс-II»);
    • при измерениях в осевом направлении – это, вероятнее всего, связано с дисбалансом консольного ротора или несоосностью валов (в этом случае необходимо выполнить лазерную центровку валов системой «КВАНТ-ЛМ»);
    • при измерениях в радиальном (вертикальном) направлении – это, вероятнее всего, обусловлено гибким или ослабленным основанием или связано с резонансом.
  • Наличие в спектре кратных гармоник 2X, 3X, и 4X оборотной частоты указывает на возможную несоосность валов или перекосы подшипников.
  • Наличие в спектре гармоник более высокой кратности, а также повышение общего уровня шума может быть вызвано износом и ослаблением крепления узлов или деталей машины.
  • Наличие и рост гармоник более высокой кратности (6X, 15X и т.д.) (см.рис.3), называемых еще синхронными, вызывается следующими неисправностями:
    • повреждениями лопаток или лопастей рабочего колеса насосов, компрессоров, вентиляторов и т.д.– на лопаточной (лопастной) частоте, кратной количеству лопаток (лопастей);
    • дефектами зубчатых передач – на частоте зубчатого зацепления;
    • дефектами электродвигателей – на частоте, кратной количеству полюсов ротора, пазов статора и др.)
Синхронные гармоники оборотной частоты, практическая вибродиагностика, спектральная вибродиагностика, анализ спектров вибрации

Рис.3 Синхронные гармоники оборотной частоты

 
  • Наличие и рост субгармоник (с частотой, менее 1Х) (см. рис.4) оборотной частоты обычно наблюдаются при дефектах ременной передачи (гармоники с частотой, кратной частоте этой передачи), турбулентности (широкий пик), повреждениях обоймы подшипника качения, «масляном вихре» в подшипниках скольжения или вибрациях от другой машины.
Спектр субгармоник частоты вращения ротора, методы спектрального анализа, вибродиагностика машин, практическая вибродиагностика

Рис.4 Спектр субгармоник частоты вращения ротора

 
  • Наличие гармоник, окруженных боковыми полосами, явно свидетельствует о наличии определенного типа дефекта (см. рис.5):
  • если амплитуда гармоник с увеличением кратности уменьшается, и при этом также неодинаковы амплитуды боковых полос, то это может быть связано с ограничением вращения – задеваниями движущихся элементов.
  • если в спектре присутствуют такие сильно выраженные гармоники, то они свидетельствуют о наличии дефектов ударного происхождения;
  • постоянное наличие боковых полос указывает на периодическое возрастание/убывание колебательных внутренних сил, и причин такого их поведения может быть достаточно много.
Гармоники оборотной частоты с боковыми полосами, методы спектрального анализа, вибродиагностика машин, практическая вибродиагностика

Рис.5 Гармоники оборотной частоты с боковыми полосами

Мы рассмотрели некоторые характерные признаки дефектов в спектре вибросигнала. Но спектральная вибродиагностика, это не только прямые спектры, а комплексное исследование вибросигнала, включающее и анализ формы его временной реализации, и анализ фазы вибрации, и анализ спектра огибающей высокочастотной вибрации, диагностика с помощью PeakVue, и другие методы спектрального анализа.
  1. Прибор спектральной вибродиагностики
Современный виброанализатор должен обеспечивать получение спектров вибросигнала в различных размерностях (виброскорость, виброускорение, виброперемещение) с высоким частотным разрешением в различных частотных диапазонах. Также он должен обеспечивать получение спектров огибающей ВЧ вибрации (с разрешением до 1600 линий и более), и определять различные параметры (СКЗ, размах, пик-фактор, эксцесс и др.) уровня общей вибрации. По мнению специалистов Отдела Технического Сервиса (ОТС) компании «БАЛТЕХ», а также независимых специалистов, для которых спектральная вибродиагностика является одним из главных направлений деятельности, лучшим по цене/качеству/функциональности прибором спектральной вибродиагностики является 2-х канальный виброметр-балансировщик BALTECH VP-3470 и взрывозащищенная версия BALTECH VP-3470-Ex.. Сравнение синхронизированных спектров, получаемых одновременно сразу с двух каналов измерений, позволяет существенно повысить достоверность идентификации дефектов, а комплектация программой BALTECH-Expert существенно упрощает дальнейшую обработку и анализ спектров. Добавьте к этому возможность проведения (методом 3-х пусков) динамическую балансировку в собственных опорах – 2-х канальный виброметр-балансировщик BALTECH VP-3470 по праву можно назвать лучшим отечественным портативным прибором для вибромониторинга, вибродиагностики и виброналадки роторных машин.
  1. Обучение спектральной вибродиагностике в компании «БАЛТЕХ»
Наличие современного виброанализатора BALTECH VP-3470, доступного теперь и во взрывозащищенном исполнении, является залогом получения качественных спектров. Правильная же их интерпретация – наиболее сложная часть спектральной вибродиагностики, требующая от диагноста глубокого знания динамических процессов, протекающих в машинах, а также большого практического опыта. Независимо от вашей текущей квалификации, Учебный центр компании «БАЛТЕХ» (лицензия №1872 от 06.05.2016) приглашает вас пройти обучение на курсе повышения квалификации  ТОП-103 «Основы анализа вибрации. Спектральная вибродиагностика», который будет одинаково полезен как начинающим, так и опытным диагностам. Записаться на ближайший курс вы можете здесь.