Ltd INTRON-SET INTRON-SET - Неразрушающий контроль и техническая диагностика Научно  производственное  предприятие !
О нас
Каталог
Контакты
Партнеры
Оценка состояния механического оборудования по потерям мощности на вибрацию

 
Сидоров В.А., к.т.н., доцент, Сидоров А.В.
(Донецкий национальный технический университет)
Серебров Л.М., Серебров Б.Л. (ИНТРОН-СЭТ Лтд, г.Донецк)

В настоящее время для оценки технического состояния промышленного оборудования все большее распространение получают методы спектрального анализа вибрации. Спектральный анализ вибрации используется для идентификации неисправностей путем выявления повышенных амплитуд вибрации на частотах, совпадающих с собственными частотами элементов конструкции машины (или их гармоник), или на частотах протекания процессов, в том числе процессов, связанных с дефектами [1].
Популярность спектрального анализа вибрации объясняется возможностью выявления повреждений на ранней стадии их развития, что в рамках активной стратегии ремонтов по состоянию позволяет предпринимать упреждающие ремонтные воздействия с целью повышения срока службы элементов оборудования и снижения вероятности отказа. Важный фактор - создание и распространение таких аппаратных средств технической диагностики, как сборщики данных, спектроанализаторы, переносные и стационарные диагностические комплексы.
Использование методов спектрального анализа на практике, сопряжено с рядом существенных трудностей, среди которых: необходимость сепарации и обработки больших объемов диагностической информации; отсутствие нормативной базы и общепринятых рекомендаций относительно процесса анализа данных и постановки диагноза; метод практически не поддается автоматизации на основе четкой логики, требуя использования элементов искусственного интеллекта (нейронных сетей, экспертных систем).
Метод спектрального анализа вибрации остается прерогативой специалистов высокого уровня, нехватка которых остро ощущается большинством предприятий. Сформулируем два вопроса:
1. Всегда ли необходимо использование метода спектрального анализа вибрации?
2. Существует ли альтернатива данному методу оценки технического состояния?
Отвечая на первый вопрос, следует отметить, что использование метода спектрального анализа вибрации в большинстве случаев не является необходимостью. Это связано с тем, что на начальном этапе обследования целесообразнее получить общую оценку технического состояния имеющихся машин, на основе которой разделить парк оборудования на три-четыре группы с различной степенью риска отказа. Пример такого разделения приведен в таблице (группы риска отказа соотнесены с зонами технических состояний согласно [2]). На основании результатов предварительного обследования может быть сделан вывод о целесообразности проведения дальнейшего анализа с применением методов спектрального анализа вибрации.

Таблица – Выделение групп степеней риска отказа
Риск отказа
Зона технического
состояния
Дополнительное обследование
Низкий
Зона A
(хорошо)
Нецелесообразно - дефекты носят непроявленный характер
Умеренный
Зона B
(удовлетворительно)
Целесообразно, для принятия превентивных мер
Повышенный
Зона C
(плохо)
Целесообразно, для снижения скорости развития дефектов
Высокий
Зона D
(аварийно)
Нецелесообразно- необходима остановка с дальнейшей разборкой машины

Как видно из таблицы, использование метода спектрального анализа является целесообразным только в том случае, когда имеется один или несколько выраженных дефектов, на развитие которых можно влиять. Изменение динамики развития дефектов служит мерилом эффективности применяемых ремонтных воздействий, а значит и достоверности спектрального исследования, первостепенной задачей которого является установление не столько факта наличия дефекта, сколько причин, вызвавших появление и влияющих на развитие повреждения.
В связи с этим второй вопрос, поставленный выше, имеет смысл перефразировать следующим образом: существует ли относительно простой метод, лишенный недостатков спектрального анализа вибрации, который позволит получить общую оценку технического состояния?
Соразмерным ответом в данной ситуации может быть использование метода оценки технического состояния механического оборудования по общему уровню вибрации.
Согласно [2] оценка технического состояния машин по общему уровню вибрации подразумевает определение некоторого параметра вибрации (как правило, среднего квадратичного значения виброскорости). Максимальное значение, полученное в результате измерения на каждой опоре в трех взаимно перпендикулярных направлениях, сравнивают с границами четырех зон, установленных исходя из опыта эксплуатации или нормативных документов.
Поскольку вибрация конкретной машины зависит от размеров, динамических характеристик вибрирующих деталей, способа монтажа и назначения, при выборе границ зон необходимо учитывать условия, влияющие на вибрационное состояние [3]. С этой целью при оценке технического состояния машин по общему уровню вибрации вводится понятие «класс машины». В случае, если для конкретной машины не найдено однозначное соответствие тому или иному классу, путем экспертной оценки ее относят к классу, наиболее близкому по характеристикам.
Метод оценки технического состояния механического оборудования по общему уровню вибрации стандартизирован, прост, имеет ряд программно-аппаратных решений, что обеспечило его широкое распространение. Однако следует отметить и ряд допущений, которые позволяют оспорить получаемые результаты. Например, не всегда возможно однозначно отнести конкретную машину к тому или иному классу, хотя в базовом стандарте [2] указано на непосредственную связь границ технических состояний с классом машины.
Кроме того, в [3] утверждается, что при нормальной работе машины горизонтальная составляющая параметров вибрации, как правило, имеет максимальное значение, а осевая – минимальное, что связано с отличием жесткости машины и проницаемости для прохождения вибрационного сигнала в различных направлениях. Таким образом, можно говорить о необходимости учета направления измерения вибрации при сравнении с границами зон технических состояний.
Предлагаемый метод оценки технического состояния механического оборудования по потерям мощности на вибрацию позволяет отказаться от процедуры определения класса машины и выработать единую систему нахождения границ зон технических состояний.
Положенная в основу метода гипотеза заключается в том, что поскольку назначение класса в первую очередь связано с мощностью машины, а класс определяет значения границ зон технических состояний, то правомерно предположить о наличии непосредственной связи между мощностью машины, вибрацией и зонами технических состояний. Другими словами, техническое состояние может быть определено в зависимости от того, какая часть мощности машины расходуется на вибрацию.
Для оценки технического состояния механического оборудования по потерям мощности на вибрацию необходимо наличие спектров виброскорости (мм/с) в частотном диапазоне от fН до fВ, где fН, fВ – нижняя и верхняя частотные границы измерения вибрации соответственно, Гц. Измерения выполняются с разрешением N линий в диапазоне. Требования по выбору точек измерения, а также к условиям проведения измерений в остальном соответствуют рекомендациям, приведенным в [2].
На момент начала анализа подразумевается наличие трехмерного массива данных X, элементами xijk которого являются значения амплитуды виброскорости на частоте fk (, ) по направлению j (), где V соответствует вертикальному направлению, H – горизонтальному, A - осевому) в точке i, принадлежащей обследуемому элементу машины. Под элементом машины подразумевается совокупность узлов и деталей, связанных с вращающимся валом в собственных опорах.
Для каждого направления j каждой точки i рассчитывается удельная мощность вибрации, Вт/кг:
.
Для каждой точки i рассчитывается мощность, расходуемая на вибрацию, Вт:
,
где mi – масса элемента машины, приходящаяся на опору в точке i; Kj – коэффициент, характеризующий степень ослабления вибрационного сигнала в направлении j ().
Определяется относительная величина потерь мощности на вибрацию:
,
где Pп – мощность, получаемая элементом машины. Далее найденное значение относительной величины потерь мощности на вибрацию ε соотносится с границами зон технических состояний, на основании чего делается вывод о техническом состоянии элемента машины.
К достоинствам метода оценки технического состояния механического оборудования по потерям мощности на вибрацию следует отнести:
  • связь эксплуатационных характеристик с процессами развития дефектов, имеющих место при работе оборудования, и, в конечном итоге, с вибрацией как параметром технического состояния;
  • исключение сомнительной процедуры отнесения обследуемой машины к тому или иному классу, неверное определение которого критично влияет на достоверность получаемых диагнозов;
  • учет анизотропии распространения вибрации в различных направлениях измерения, а также ослабления при прохождении вибрационного сигнала от источника к датчику;
  • наличие единственного параметра, на основании которого ставится общий диагноз по элементу машины, что позволяет шире дифференцировать зоны технических состояний, а также плотнее связать последние с необходимыми воздействиями;
  • простота реализации с использованием как программных, так и исключительно аппаратных средств, что свидетельствует о возможности непосредственного применения в стационарных диагностических системах.
Следует отметить вопросы, требующие дальнейшего исследования в рамках метода оценки технического состояния механического оборудования по потерям мощности на вибрацию: обоснование выбора частотных границ измерения вибрации fН и fВ, а также разрешения, количества линий N в диапазоне измерения; определение коэффициентов Kj, характеризующих степень ослабления вибрационного сигнала в направлениях измерения вибрации; нормирование границ зон технических состояний по параметру ε, относительной величине потерь мощности на вибрацию.
Метод оценки технического состояния механического оборудования по потерям мощности на вибрацию должен стать необходимым звеном в процессе анализа технического состояния машин, которое позволит повысить эффективность метода спектрального анализа вибрации, и установить взаимосвязь процессов развития дефектов с их проявлением на этапе эксплуатации в виде вибрации.

Выводы
1. Определены проблемы использования спектрального анализа вибрации как метода оценки технического состояния механического оборудования. Из-за сложности и отсутствия нормативно-методологической базы метод спектрального анализа вибрации продолжает оставаться достоянием специалистов высокого уровня, что сдерживает темпы внедрения.
2. Рассмотрены подходы, позволяющие оптимизировать применение спектрального анализа. Для этого рекомендуется проведение предварительной оценки технического состояния парка машин с целью выделения групп, для которых проведение дальнейшего спектрального анализа вибрации наиболее целесообразно.
3. Приведено краткое описание и ограничения к применению метода оценки технического состояния по общему уровню вибрации в виду ряда допущений, снижающих достоверность оценки. Среди них: неоднозначность соотнесения конкретной машины с классом; отсутствие учета анизотропии вибрационного сигнала для различных направлений измерения.
4. Предложен метод оценки технического состояния механического оборудования по потерям мощности на вибрацию. Приведены требования к исходным данным, математическое описание, достоинства и направления дальнейшего совершенствования метода.
 
Перечень литературы
1.      Голуб Е.С., Мадорский Е.З., Розенберг Г.Ш. Диагностирование судовых технических средств: Справочник. – М.: Транспорт, 1993. – 150 с.
2.      ГОСТ ИСО 10816-1-97. Контроль состояния машин по результатам измерений вибрации на невращающихся частях. Часть 1: Общие требования. – Введ. 01.07.99. – М.: ИПК Изд-во стандартов. – 18 с.
3.      Техническая диагностика механического оборудования / Сидоров В.А., Кравченко В.М., Седуш В.Я. и др. – Донецк: Новый мир, 2003. – 125 с

При использовании материалов сайта ссылка обязательна.


PdfСкачать версию для печати [100 KB]

ООО "ИНТРОН-СЭТ Лтд."  Тел/факс:  (044) 482-58-64, (062) 345-00-82,  e-mail: info@intron-set.com.ua
Поиск по каталогу
Поиск продукции
Новости

  Спецпредложение!
Вакуумная система для контроля герметичности сварных швов. »

2015-05-25  

  Предлагаем трубку ИМА5-320Д и разрядник Р90 для импульсных рентгеновских аппаратов »
2015-02-16  

  Предлагаем Вам взять напрокат (в аренду) приборы для неразрушающего контроля и технической диагностики! »
2015-02-09  

  Новинка!
Система лазерная АВВ-711 (лазерный центровщик) »

2015-02-02  

  Новинка!
Приборы для вихретокового и магнитного контроля. »

2015-02-02  

  Новинка!
Новый пирометр с диапазоном измерения температуры от -30 до +900 градусов Цельсия и регулируемым коэффициентом излучательной способности. »

2015-01-26  

  Новинка!
Малогабаритный недорогой технический видеоэндоскоп. »

2015-01-23  

  Новинка!
Самый недорогой малогабаритный пирометр СМОТРИЧ-4ПМ1-08 с диапазоном измерения температуры от -30 до +400 град. Цельсия. с метрологическим обеспечением. »

2015-01-20  

  Итоги выставки "XIII МЕЖДУНАРОДНЫЙ ПРОМЫШЛЕННЫЙ ФОРУМ" »
2014-11-25  

  Мы работаем! »
2014-08-20  

  Внимание!
У нас изменился адрес электронной почты! »

2014-06-25  

  В продажу поступил переносный малогабаритный стилоскоп СЛП - 1 »
2014-05-21  

  Освоено производство
Устройства для контроля натяжения тросов ИТОЭ-10МУ с возможностью калибровки на канаты диаметром от 6 до 22 мм »

2014-02-01  
Архив новостей »

Также Вы можете читать новости с помощью RSS:
Copyright © 2004-2014 // INTRON-SET Developed by Algo-rithm - 2004   
Яндекс.Метрика