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.- Подготовка к спектральной вибродиагностике
- 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:
- частоты дефектов подшипников качения и подшипников скольжения ;
- частоты дефектов зубчатого зацепления;
- частоты лопаток рабочего колеса;
- частоты дефектов ременных передач.
- возможные резонансные частоты.
- 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.
- Анализ спектров вибрации машины
- Проверка наличия «лыжного склона»
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
- Диагностические признаки электрических неисправностей машины
- Анализ гармоник частоты вращения ротора
Рис.2 Гармоники частоты вращения ротора в программе BALTECH—Expert
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.)
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.
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.
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.- Прибор спектральной вибродиагностики
- Обучение спектральной вибродиагностике в компании «БАЛТЕХ»