Диагностика роторных машин по вибрации

Размещено на http://www.allbest.ru/

Контрольная работа

по вибродиагностике механизмов

на тему: Диагностика роторных машин по вибрации

Рычков А.В.



Содержание

Введение

1. Мониторинг и диагностика роторных машин по вибрации

2. Балансировка в собственных опорах

3. Расцентровка. Диагностика и устранение

4. Диагностика подшипников качения

5. Диагностика электродвигателей

Заключение



Введение

Вибрационная диагностика - это функциональная диагностика определяющая техническое состояние работающего оборудования по анализу вибрации данного оборудования.

Цель работы - показать возможность контроля технического состояния оборудования по вибрации этого оборудования, а также рассмотреть назначение и возможности систем вибрационного мониторинга и диагностики.

Назначением вибрационного мониторинга является обнаружение изменений вибрационного состояния контролируемого объекта в процессе эксплуатации, причинами которых во многих случаях являются дефекты.

Назначением вибрационной диагностики в процессе эксплуатации оборудования является обнаружение изменений и прогноз развития не вибрационного, а технического состояния, причем каждого из его элементов, для которого существует реальная вероятность отказа в период между ремонтами. Для этого измеряется не только низкочастотная и среднечастотная, но и высокочастотная вибрация, а также используются более сложные, чем при мониторинге, методы анализа вибрации, позволяющие получать полный объем диагностической информации.

Вибрационная диагностика может проводиться как на стационарном оборудовании, так и на мобильном.

Различия диагностирования заключаются только в местах крепления и видах крепления датчиков. На современном этапе развития вибрационной диагностики, диагностирование оборудования, как стационарного, так и мобильного производится без изменений рабочего режима оборудования. При этом применяемые системы диагностики могут быть как стационарными так и переносными.

Так как на данном этапе развития систем вибрационного контроля основой комплексов являются компьютеры, методика проведения мониторинга и диагностики на различных комплексах и различном оборудовании примерно одинакова:

- Первое - конфигурирование объекта диагностики в программном обеспечении комплекса;

- Второе - выбор параметров диагностирования объекта;

- Третье - определение точек контроля вибрации на данном объекте;

- Четвертое - определение вида крепления датчиков и подготовка мест крепления датчиков;

- Пятое - снятие показаний вибрации объекта;

- Шестое - обработка и анализ снятых показаний;

- Седьмое - выдача информации о техническом состоянии объекта.

Выбор диагностических параметров используемых для глубокой диагностики узлов объекта производится исходя из возможности контроля высокочастотной вибрации, для обнаружения дефекта.

А по параметрам низкочастотной и среднечастотной вибрации уточняется величина развитых дефектов. Для каждого объекта диагностические параметры индивидуальны и корректируются по мере накопления диагностической информации об объекте.



1. Мониторинг и диагностика роторных машин по вибрации

Вибрация - это механические колебания тела около положения равновесия. Идеальная машина, не должна создавать механических колебаний, так как в ней вся энергия должна превращаться в полезную работу. На практике при работе любых механических и электромагнитных систем возникают колебания, вызванные остаточным дисбалансом, расцентровкой, отклонениями в элементах зацепления, зазорами и т. д., что приводит к рассеиванию энергии в виде механических колебаний. Поэтому вибрация - один из самых информативных параметров который может быть применен для контроля текущего технического состояния механизмов роторного типа без их разборки в процессе изготовления (испытаний), эксплуатации, ремонта и наладки.

Мы привыкли уже к тому, что контролируем, например состояние двигателей внутреннего сгорания по давлению, температуре, расходу масла, компрессии и т. д., то есть по определенным диагностическим признакам и только после этого принимаем решение об их техническом состоянии, производстве определенных наладочных или ремонтных работ.

Для механизмов роторного типа (турбины, турбокомпрессоры, электродвигатели, генераторы, насосы, вентиляторы, и т. д.) основными источниками диагностической информации, характеризующим текущее техническое состояние механизмов являются сигналы вибрации. Обусловлено это тем, что вибрация являясь следствием взаимодействия различных сил в самом механизме, несет в себе информацию о состоянии как механизма в целом, так и его отдельных кинематических связей, узлов и деталей. При этом теория и практика анализа вибросигналов к настоящему времени столь отработана, что можно получить достоверную информацию практически по любому дефекту монтажа, изготовления или износа.



Таблица 1:

При появлении, каких либо факторов вызывающих отклонения от нормального состояния механизма, мы наблюдаем реакцию на их воздействия по изменению соответствующих вибрационных параметров, которые в силу своей высокой чувствительности отражают происходящие с механизмом перемены.

На базе контроля и анализа соответствующих вибрационных параметров, решаются две основные задачи технической диагностики:

- Мониторинг - распознавание текущего технического состояния механизма;

- Диагностика - выявление причин и условий, вызывающих неисправности, и принятие обоснованных решения по их устранению.

Первая из задач долгие годы успешно решается на базе развития средств измерения основных параметров вибрации. Это обычно достаточно простые приборы, для наблюдения за изменениями определенной группы вибрационных параметров во времени и сравнение полученных результатов с пороговыми значениями.

При этом объединение их в стационарные системы мониторинга с использованием средств автоматизации позволяет создавать системы автоматического мониторинга.

Основные задачи мониторинга, это контроль общего уровня (категории) технического состояния машин и достоверное обнаружение аварийных ситуаций, поэтому системы мониторинга обычно включают в состав средств аварийной защиты машин, отключающие их при возникновении аварийной ситуации.

Решению второй задачи способствовало бурное развитие микропроцессорной и компьютерной техники и технологий, развитие на их базе методов и средств диагностики.

Создание специализированных программ по хранению, обработке и анализу результатов измерений. Задачей систем вибрационной диагностики как стационарных, так и переносных является обнаружение и идентификация дефектов на ранней стадии развития, их можно назвать системами мониторинга развития дефектов.

Система отслеживает все дефекты, возникающие в процессе эксплуатации машин от момента их зарождения (когда они еще не представляют опасности для работы), контролирует скорость их развития во времени, и на основе анализа полученных данных прогнозирует остаточный ресурс, то есть достаточно точно можно планировать работы по ремонту, наладке или замене изношенных деталей.

Отечественный и зарубежный опыт показывает, что внедрение средств диагностирования является одним из важнейших факторов повышения экономической эффективности использования оборудования в промышленности.

Поэтому переносные системы технической диагностики на многих предприятиях становятся основой для перехода от технологии планово-профилактических ремонтов (ППР) к технологии обслуживания по фактическому состоянию (ОФС).

Данная технология коренным образом меняет систему обслуживания оборудования на предприятии и позволяет:

- избавиться от «внезапных» поломок механизмов и остановок производства;

- контролировать реальное текущее техническое состояние механизмов;

- технически обоснованно определять сроки, и содержание ремонтных и наладочных работ, контролировать качество их выполнения;

- уменьшить финансовые и трудовые затраты на эксплуатацию оборудования;

- продлить межремонтный период и срок службы ваших механизмов;

- сократить потребность в запасных частях, материалах и оборудовании;

- повысить общую культуру производства и квалификацию персонала.

Используемые при этом технические средства, как правило, позволяют не только контролировать состояние механизмов, но и обеспечивают решение задач по оперативной наладке в процессе эксплуатации и ремонта.

В первую очередь это касается динамической балансировки роторов, контролю качества подшипников и их монтажа.

2. Балансировка в собственных опорах

Неуравновешенность (дисбаланс) вращающихся масс и вызванные им центробежные силы резко увеличивают нагрузку на подшипниковые опоры, отдельные узлы и механизм в целом, что приводит к росту вибрации и существенному снижению ресурса механизма.

В отдельных случаях вибрация столь велика, что вибрирует не только сам механизм, но и окружающее его оборудование, здания и сооружения. Сколько энергии при этом тратится не на выполнение работы, а на разрушение и при этом Вы еще и оплачиваете эту энергию, которая израсходована на разрушение Вашего оборудования.

Если балансировка при серийном производстве решается использованием балансировочных станков, то вопросы балансировки при ремонте и эксплуатации долгое время оставались не решенными. Эксплуатирующие предприятия не могут позволить себе приобретение целой гаммы балансировочных станков, тем более загрузка и окупаемость их в большинстве случаев будет крайне низкой.

Решению данного вопроса способствовало развитие средств контроля технического состояния оборудования по сигналам вибрации.

В настоящее время производится ряд портативных приборов, которые кроме основных функций по измерению, обработке и анализу сигналов вибрации предназначены для выполнения динамической балансировки «в собственных опорах».

Суть технологии балансировки «в собственных опорах» заключается в том, что в механизм, работающий в нормальном эксплуатационном режиме, в одну или несколько плоскостей ротора устанавливают пробный груз (грузы), по реакции механизма (изменению вибрации), прибор рассчитывает массу необходимого корректирующего груза и угол его установки на роторе для компенсации дисбаланса.

Из приборов данного класса производимых на Украине хотелось бы отметить - анализатор спектра вибрации 795М.

Прибор позволяет выполнить все необходимые измерения и расчет корректирующих масс с «оптимизацией» - выравнивание расчетных остаточных уровней вибрации на опорах. При этом возможна совместная балансировка валопроводов и систем типа «ротор электродвигателя - муфта - рабочее колесо механизма».

Функции сложения и разложения векторов позволяют перераспределять корректирующие массы по заданным направлениям (фиксированным местам для установки грузов). Предусмотрена возможность подбалансировки агрегата и расчета дополнительных корректирующих масс по результатам контрольного пуска с использованием известных коэффициентов влияния, то есть без производства дополнительных пусков.

Все данные по каждой балансировочной работе могут быть записаны в память на любом этапе работы.

3. Расцентровка. Диагностика и устранение

Примерно 50% всех поломок машин, и в первую очередь подшипников, вызваны расцентровкой валов. При несоосных валах возникает момент сил реакции, который приводит к повышенным нагрузкам на опоры и вызывает:

- износ подшипников;

- износ уплотнений;

- повышенное потребление энергии;

- увеличение уровня вибрации и шума;

- снижение работоспособности и надежности машин.

Основными методами определения расцентровки валов являются:

- Прямые измерения;

- Косвенно - по повышению температуры подшипниковых узлов;

- Вибродиагностическими методами.

Казалось бы, что самым простым и надежным является прямое измерение, но на практике традиционные методы (индикаторы, микрометры, щупы) часто не дает результата.

Например, в турбовоздуходувке, на которой с помощью индикаторов была произведена центровка с точностью 0,01 мм., при контроле технического состояния по вибрации прослеживались явные признаки расцентровки.

Проверка агрегата сразу после остановки, то есть в тепловом режиме близком к эксплуатационному показала, что из-за неравномерности нагрева по длине корпуса на всасывании и нагнетании и разности температур корпуса турбовоздуходувки и статора электродвигателя происходит смещение валов до 0,4 мм. и излом осей до 0,2 мм., что не допустимо.

В технической документации допуски на расцентровку в большинстве случаев назначаются исходя из технических характеристик соединительных муфт, и их способности компенсировать указанные отклонения. Часто при диагностике механизмов уровни вибрации, вызванные расцентровкой, значительно превышают допустимые значения, хотя центровка выполнена согласно требованиям технической документации.

И только после производства работ по центровке с точностью до 0,01-0,02 мм. удается добиться снижения общего уровня вибрации до уровня допустимого для эксплуатации.

Поэтому рекомендуем в качестве исходных норм точности центровки использовать следующие, определенные статистически и заложенные в европейские стандарты, допуски:

Таблица 2. - Норм точности центровки:

Указанные отклонения являются предельно-допустимыми значениями, следует понимать, что в рабочем тепловом режиме оптимальным для механизма все-таки является отклонение близкое к нолю. При увеличении несоосности на 20% - долговечность подшипников снижается на 40-50%.

В настоящее время на промышленных, ремонтных и наладочных предприятий центровка валов выполняется:

- Штангенциркулем или щупами - измерение радиальных и торцевых зазоров на полумуфтах;

- Приспособлениями с индикаторами часового типа;

- Оптическими приборами;

- Приборами с бесконтактными датчиками биения вала;

- Лазерными приборами.

Если мы внимательно посмотрим на данные таб. 2 то увидим, что погрешность измерений, по крайней мере, первых трех средств близка к самим значениям несоосности, то есть этими средствами мы вынуждены пользоваться из-за отсутствия более точных средств измерений. Из всех перечисленных выше средств, несомненно, самыми точными являются лазерные измерительные системы.

В них на базе лазерной и микропроцессорной техники реализован метод «обратных индикаторов» обеспечивающий быстрое и качественное выполнение работ, почти полностью исключается влияние «человеческого фактора». Используемые при этом лазерные лучи не отклоняются от прямолинейности, что позволяет, при разрешении детектора - 0,001 мм., обеспечить высокую точность.

Данные в процессе центровки выводятся на экран в режиме реального времени. Таким образом, результаты перемещений агрегата, установки подкладок или затяжки болтов крепления можно видеть в тот самый момент, когда они производятся. Программное обеспечение приборов дает возможность учитывать и компенсировать влияние тепловых деформаций и смещений от натяжения трубопроводов при выходе механизма на эксплуатационный режим.

Выпускаемые в настоящее время приборы исключительно просты и надежны в эксплуатации.

Они не требуют специального обучения персонала: техник-механик, привыкший к традиционным методам центровки, может самостоятельно овладеть навыками работы с приборами в течение 1 часа.

Приборы при необходимости могут быть доукомплектованы различными приспособлениями и датчиками для выполнения следующих работ:

1. Проверка геометрии металлоконструкций и станков - прямолинейность, плоскостность, перпендикулярность, параллельность, угол оси шпинделя и т. д.;

2. Центровка до десяти последовательно соединенных машин (девять муфт) с произвольным выбором базовой машины и просмотром процесса на экране;

3. Прямолинейность расточек и шеек подшипников, как в производстве, так и на месте эксплуатации. Базирование заготовок на станках;

4. Центровка отверстий в корпусах и диафрагмах, когда применяются подшипники разного диаметра, в основном в турбинах и компрессорах;

5. Вертикальность валов турбин и генераторов и т. д.

Опыт показывает, что самым достоверным методом определения расцентровки являются вибродиагностический метод, а наиболее эффективными средствами устранения - лазерные измерительные системы, они позволяют точно и самое главное быстро произвести измерения на прогретом механизме, определить тепловую (технологическую) расцентровку при эксплуатации и выполнить центровку и наладку агрегатов с требуемой точностью.

4. Диагностика подшипников качения

Подшипник качения является, самым распространенным и наиболее уязвимым элементом любого роторного механизма.

Они осуществляют пространственную фиксацию вращающихся роторов и воспринимают основную часть статических и динамических усилий, возникающих в механизме. Поэтому техническое состояние подшипников является важнейшей составляющей определяющей работоспособность механизма в целом.

Для оценки технического состояния и диагностики подшипников качения в настоящее время широко используются в практике следующие методы: «ПИК-фактор», по спектру вибросигнала, по спектру огибающей, по методу ударных импульсов.

Рассмотрим подробнее каждый из них.

1) Метод ПИК-фактора.

Для контроля за техническим состоянием подшипников по данному методу необходимо иметь простой виброметр, позволяющий измерять два параметра вибросигнала:

- среднеквадратичное значение уровня (СКЗ) вибрации, т. е., энергию вибрации;

- пиковую амплитуду (ПИК) вибрации (положительную, отрицательную или полный размах - значения не имеет).

Отношение двух этих параметров ПИК/СКЗ, называется ПИК - фактором.

В осциллограмме нового, хорошо смазанного подшипника присутствует стационарный сигнал шумового характера.

С течением времени, по мере появления дефектов на деталях подшипника, в сигнале начнут появляться отдельные, короткие амплитудные пики, соответствующие моментам соударения дефектов.

В дальнейшем, с развитием дефекта, сначала увеличиваются амплитуды пиков, потом постепенно увеличивается и их количество.

Например, дефект, появившись на одном из шариков, создаёт впоследствии забоину на кольце, с него она переносится на другой шарик, дефекты шариков начинают вырабатывать сепаратор и т. д., до полного разрушения.

Если изобразить результаты измерений на графике, мы увидим зависимости.

Сначала, по мере появления и развития дефекта, нарастает функция ПИК, а СКЗ меняется очень мало, поскольку отдельные, очень короткие амплитудные пики практически не меняют энергетические характеристики сигнала.

В дальнейшем, по мере увеличения амплитуд и количества пиков, начинает увеличиваться энергия сигнала, возрастает СКЗ вибрации.

Рисунок 1:

Отношение ПИК/СКЗ из-за временного сдвига между ними, имеет явно выраженный максимум на временной оси. На этом и основывается метод ПИК-фактора.

Экспериментально было установлено, что момент прохода функции ПИК-фактор через максимум соответствует остаточному ресурсу подшипника порядка 2-3 недель.

Достоинство - простота. Для реализации нужен обычный виброметр общего уровня.

Недостатки - слабая помехозащищенность метода и необходимость проводить многократные измерения в процессе эксплуатации. Установить датчик непосредственно на наружной обойме подшипника практически невозможно, поэтому сигнал вибрации характеризует не только подшипник, но и другие узлы механизма, что в данном случае рассматривается как помехи. Чем дальше установлен датчик от подшипника и сложнее кинематика самого механизма, тем меньше достоверность метода. Получить оценку состояния по одному замеру невозможно.

2) По спектру вибросигнала.

Для контроля за техническим состоянием подшипников по данному методу необходим анализатор спектра вибрации (виброанализатор).

Рисунок 2:

Метод базируется на анализе спектра вибрации - выявлении периодичности (частоты) появления амплитудным виброанализатором и по частотному составу спектра можно идентифицировать возникновение и развитие дефектов подшипника.

Каждому дефекту на элементах подшипника (тела качения, внутреннее и наружное кольцо, сепаратор), соответствуют свои частоты, которые зависят от кинематики подшипника и скорости его вращения.

Наличие той или иной частотной составляющей в спектре сигнала говорит о возникновении соответствующего дефекта, а амплитуда этой составляющей - о глубине дефекта.

Достоинства:

- высокая помехозащищённость (маловероятно наличие в механизме источников, создающих вибрации на тех же частотах, что и дефекты подшипника);

- высокая информативность метода. Возможна оценка состояния элементов подшипника (тел качения, внутреннего и наружного кольца, сепаратора), поскольку они генерируют разные частотные ряды в спектре.

Недостатки:

- метод дорогостоящий, если виброанализатор использовать только для контроля подшипников;

- метод малочувствителен к зарождающимся и слабым дефектам в связи с тем, что подшипники в большинстве случаев является маломощными источниками вибрации.

Небольшой скол на шарике или дорожке не в состоянии заметно качнуть механизм, чтобы мы увидели эту частотную составляющую в спектре. И только при достаточно сильных дефектах амплитуды этих частотных составляющих начинают заметно выделяться в спектре.

Метод используется достаточно широко, особенно в среде профессиональных специалистов и даёт хорошие результаты.

3) Метод спектра огибающей.

Для контроля за техническим состоянием подшипников по данному методу необходим анализатор спектра вибрации с функцией анализа спектра огибающей высокочастотной вибрации.

Метод базируется на анализе высокочастотной составляющей вибрации и выявлении модулирующих ее низкочастотных сигналов.

На рисунке видно, что высокочастотная часть сигнала изменяет свою амплитуду во времени, т. е., она модулируется каким то более низкочастотным сигналом. Выделение и обработка этой информации и составляют основу этого метода.

Рассмотрим подшипник с зарождающимся дефектом (скол, трещина и т. д.) на наружной обойме. При ударе тел качения о дефект возникают высокочастотные затухающие колебания, которые будут повторяться (модулироваться) с частотой равной частоте перекатывания тел качения по наружному кольцу.

Именно в этом модулирующем сигнале содержится информация о состоянии подшипника.

Установлено, что наилучшие результаты метод даёт в том случае, если анализировать модуляцию не широкополосного сигнала, получаемого от акселерометра, а предварительно осуществить узкополосную фильтрацию сигнала, выбрать основную (несущую) частоту в диапазоне от 4 до 32 кГц и анализировать модуляцию этого сигнала.

Для этого отфильтрованный сигнал детектируется, т. е., выделяется модулирующий сигнал (или ещё его называют «огибающая сигнала»), который подаётся на узкополосный виброанализатор и мы получаем спектр интересующего нас модулирующего сигнала или спектр огибающей. Что и дало название методу. Обработка сигнала очень сложна, но результат стоит того. Дело в том, что небольшие дефекты подшипника не в состоянии вызвать заметной вибрации в области низких и средних частот. В тоже время для модуляции высокочастотных вибрационных шумов энергии возникающих ударов оказывается вполне достаточно. т. е., метод обладает очень высокой чувствительностью.

Рисунок 3:



Спектр огибающей, при отсутствии дефектов представляет собой почти горизонтальную, волнистую линию. При появлении дефектов, над уровнем линии сплошного фона начинают возвышаться дискретные составляющие, частоты которых однозначно просчитываются по кинематике и оборотам подшипника.

Частотный состав спектра огибающей позволяет идентифицировать наличие дефектов, а превышение соответствующих составляющих над фоном однозначно характеризует глубину каждого дефекта.

Достоинства - высокая чувствительность, информативность и помехозащищенность.

Недостаток - высокая стоимость, необходим анализатор спектра вибрации с функцией анализа спектра огибающей высокочастотной вибрации.

Метод очень широко используется в среде профессионалов и в стационарных системах контроля технического состояния оборудования.

4) Метод ударных импульсов.

Метод ударных импульсов основан на измерении и регистрации механических ударных волн, вызванных столкновением двух тел. Ускорение частиц материала в точке удара вызывает волну сжатия, которая распределяется в виде ультразвуковых колебаний. Ускорение частиц материала в начальной фазе удара зависит только от скорости столкновения и не зависит от соотношения размеров тел. Период времени мал, и заметной деформации не происходит. Величина фронта волны является мерой скорости столкновения (удара) двух тел. Во второй фазе удара поверхности двух тел деформируются, энергия движения отклонит тело и вызовет в нем колебания. Для измерения ударных импульсов используется пьезоэлектрический датчик, на который не оказывает влияние фон вибрации и шум. Вызванная механическим ударом фронтальная волна сжатия возбуждает затухающие колебания в датчике (преобразователе).



Рисунок 4:

Пиковое значение амплитуды этого затухающего колебания прямо пропорционально скорости удара (v). Поскольку затухающий переходный процесс очень хорошо определяется и имеет постоянную величину затухания, его можно отфильтровать от других сигналов, т. е., от сигналов вибрации. Изменение и анализ затухающего переходного процесса - основа метода ударных импульсов.

Наблюдаемый процесс аналогичен тому, как отзывается на удары камертон. Как бы вы по нему ни ударили - он звенит на своей собственной частоте. Так и подшипниковые узлы от соударения дефектов «звенят» на своей частоте. Частота эта практически всегда лежит в диапазоне 28-32 кГц, и, в отличие от камертона, эти колебания очень быстро затухают, поэтому на осциллограммах они выглядят практически, как импульсы, что и дало название методу - метод ударных импульсов.

Результаты измерений очень легко нормировать по скорости соударения, зная геометрию подшипника и его обороты. Амплитуды ударных импульсов однозначно связаны со скоростью соударения дефектов и глубиной дефектов. Поэтому, по амплитудам ударных импульсов можно достоверно диагностировать наличие и глубину дефектов.

Достоинства - высокая чувствительность, информативность и помехозащищенность. Метод прост и дёшев в реализации, существуют простые, портативные приборы.

Недостаток - существует одно ограничение, связанное с конструктивным исполнением механизма. Поскольку речь идёт о измерении ультразвуковых волн колебаний, которые очень сильно затухают на границах разъёмных соединений, для точности измерений необходимо, чтобы между наружным кольцом подшипника и местом установки датчика существовал сплошной массив металла. В большинстве случаев это не вызывает проблем.

Метод широко используется в среде профессионалов, прост и доступен персоналу, обслуживающему оборудование.

5. Диагностика электродвигателей

Электродвигатели - самые распространенные привода современных технологических машин, объективный контроль и анализ текущего технического состояния машины в целом не возможен без точных данных о состоянии электродвигателей.

Современные средства контроля и диагностики, базирующиеся на измерении параметров вибрации, дают возможность контролировать состояние как механической, так и электромагнитной систем электродвигателя.

Анализ частотных составляющих вибрации, позволяет распознавать основные неисправности электрических цепей и электромагнитной системы электродвигателя на ранней стадии развития дефектов.

Несимметрия электрических цепей ротора.

Обрыв стержня ротора или повышение электрического сопротивления в месте его соединения с короткозамыкающим кольцом - занимают второе место после подшипников среди причин, приводящих к отказу асинхронных электродвигателей.

Обрыв стержня и вызванный им локальный нагрев ротора в месте дефекта может приводить к его деформации и появлению теплового дисбаланса (нередко ошибочно проводят постоянную подбалансировку ротора, не разбираясь в действительной природе дефекта), при этом изменение его линейных размеров вызывает избыточную осевую нагрузку на подшипники и преждевременный их выход из строя.

Поскольку через стержни соседние с поврежденным, течет ток превышающий номинальный, подвергая их дополнительным механическим и тепловым нагрузкам, то ускоренный выход их из строя неизбежен. Если вовремя не принять меры, то в результате данного процесса возможна остаточная тепловая деформация ротора и его выбраковка.

Дефект проявляется в увеличении вибрации на частоте вращения и частоте действия электромагнитных сил (вторая сетевая - 100 Гц) с боковыми полосами, сдвинутыми друг от друга на частоту равную частоте скольжения ротора, умноженную на число полюсов.

При этом пик боковой полосы на меньшей частоте всегда меньше «зеркального» пика на большей частоте.

Витковые замыкания в обмотках роторов синхронных электродвигателей и генераторов вызывают вибрацию на тех же частотах, но без боковых полос, т. к., отсутствует скольжение ротора в электромагнитном зазоре. Часто на опорах с момента пуска и до стабилизации теплового режима наблюдается постоянный рост вибрации на частоте вращения ротора, т. к., витковые замыкания, из-за локального нагрева и прогиба ротора вызывают тепловой дисбаланс.

Несимметрия электрических цепей статора.

Короткие замыкания или обрывы в обмотках статора приводят к появлению пульсирующего крутящего момента. В спектре вибрации проявляется в возрастании уровня вибрации на частоте электромагнитных сил, как в радиальном, так и осевом направлении. Кроме того появляются составляющие на зубцовой частоте (количество стержней ротора, умноженное на частоту вращения).

Может приводить к локальному нагреву корпуса статора и вызвать его деформацию, что в свою очередь приводит к перекосу ротора относительно статора и неравномерности воздушного зазора.

Магнитная несимметрия.

Эксцентриситет статора (неравномерный воздушный зазор) чаше всего является следствием не качественного монтажа подшипниковых опор, не плоскостности опорных поверхностей фундамента или тепловых деформаций в агрегате и фундаменте.

Проявляется в возрастании уровня вибрации на частоте электромагнитных сил и на частоте вращения электромагнитного поля в зазоре (частота сети, деленная на количество пар полюсов).

Эксцентриситет внешней поверхности ротора, относительно оси его вращения, проявляется в увеличении вибрации на частоте вращения и частоте действия электромагнитных сил с боковыми полосами, сдвинутыми друг от друга на частоту равную частоте скольжения ротора, умноженную на число полюсов.

При этом пик боковой полосы на меньшей частоте равен «зеркальному» пику на большей частоте.

Осевое смещение ротора относительно статора приводит к тому, что осевые силы стремясь вернуть ротор в нейтральное положение, вызывают значительную осевую вибрацию на частоте питающей сети или частоте вращения ротора в зависимости от типа трения в препятствии к осевому смещению. Большинство подшипников не предназначены для компенсации осевых усилий и поэтому быстро выходят из строя.

Ослабление прессовки пакета стали ротора, ведет к увеличению вибрации на частоте действия электромагнитных сил и появлению зубцовой частоты с боковыми полосами, сдвинутыми друг относительно друга на частоту действия электромагнитных сил.

Контроль технического состояния электродвигателей должен проводиться при нагрузке не менее 70% от номинальной, так как при контроле на холостом ходу, возможно, выявить только некоторую часть проблем. Основным признаком того, что диагностируемый дефект имеет электромагнитную причину, является мгновенное исчезновение его признаков в спектре вибрации после отключения электродвигателя от сети.

Своевременное определение и устранение дефектов электромагнитной системы электродвигателей возможно только с применением анализаторов спектра вибрации с высокой разрешающей способностью.

Это необходимо для четкого разделения в спектре - частоты вращения поля в зазоре и частоты питающей сети от частоты вращения ротора, частоты электромагнитных сил от гармоник частоты вращения ротора, частоты скольжения ротора и боковых полос.

Каждому этапу экономического и технического развития предприятия, уровню производственной культуры - соответствуют свои методы и средства обслуживания и ремонта технологического оборудования.

Предприятие, где основным орудием труда ремонтников является лом, кувалда и гаечный ключ обречено на использование технологии «по регламенту» (ППР), которая обычно плавно трансформируется в технологию - «до поломки», что как ни странно, обычно устраивает как изготовителей оборудования, так и непосредственных исполнителей и руководителей ремонтных служб предприятий.

Изготовитель при формировании эксплуатационной и ремонтной документации имеет возможность и естественно закладывает, известный только ему, «запас» как по срокам, так и по объемам необходимых работ по обслуживанию и ремонту, защищая себя этим от рекламаций. В свою очередь ремонтные служба и в особенности их руководители имеют гарантированные объемы и минимум ответственности. В большинстве случаев при поломке к ним нет никаких обоснованных претензий - они вовремя и в полном объеме делают все, что положено по регламенту. Однако механизм как всегда «не вовремя» ломается, причины остаются не выясненными, виновных нет, ждем, что у нас поломается завтра.

Основная идея ППР, что остаточный ресурс механизма определяется только временем его эксплуатации не находит подтверждения на практике, носит явно выраженный затратный характер, а в сочетании со сдельной оплатой труда ремонтников - просто разорительна.

В настоящее время основным источником существенного повышения конкурентоспособности, рентабельности и прибыльности предприятия является снижение эксплуатационных затрат на производстве.

Решению данного вопроса способствовало развитие микропроцессорной и компьютерной техники, разработка на их базе методов и средств контроля и анализа текущего технического состояния оборудования, внедрение технологии обслуживания оборудования «по фактическому состоянию».

Суть технологии состоит в том, что обслуживание и ремонт производятся в зависимости от реального текущего технического состояния механизма, контролируемого в процессе эксплуатации без каких-либо разборок и ревизий на базе контроля и анализа соответствующих параметров.

Для механизмов роторного типа (турбины, электродвигатели, генераторы, насосы, вентиляторы, редукторы и т. д.) широкое распространение во всём мире получили методы контроля, базирующиеся на измерении параметров вибрации. Обусловлено это тем, что вибрационные сигналы несут в себе всю информацию о состоянии механизма и его кинематических связей. При появлении, каких либо факторов вызывающих отклонения от нормального состояния механизма, мы наблюдаем реакцию на их воздействия по изменению соответствующих вибрационных параметров, которые в силу своей высокой информативности и чувствительности отражают происходящие с механизмом перемены. При этом определяются реальные причины происходящих изменений в каждой конкретной ситуации, принимаются обоснованные решения по их устранению.

Сравнительный анализ различных методов обслуживания оборудования роторного типа, показал, что:

При обслуживании «по регламенту»:

- Не менее 50% обслуживаний выполняется без фактической их необходимости;

- Для большинства машин при этом не снижается частота выхода их из строя, более того, надежность работы после обслуживания с разборкой и заменой деталей, часто снижается;

- Не обоснованная фактическим состоянием замена узлов и деталей с большим остаточным ресурсом;

- Около 70% дефектов вызвано производством работ по обслуживанию.

При обслуживании «по фактическому состоянию»:

- Предприятие имеет объективные данные о текущем техническом состоянии оборудования;

- Не нарушается нормальная работа механизма из-за не обоснованного вмешательства человека;

- Технически достоверно определяются необходимые сроки и объемы ремонтных и наладочных работ, контролируется качество их выполнения.

Используемые при этом технические средства, как правило, позволяют не только контролировать состояние механизмов, но и обеспечивают решение задач по оперативной наладке в процессе эксплуатации и ремонта.

Очевидно, что данная технология является более прогрессивной, позволяет сократить эксплуатационные расходы, повысить ресурс и надежность оборудования, однако для ее внедрения необходимо достаточно точное приборное и методическое обеспечение. Из приборов, на базе которых формируется и эффективно используется на предприятиях технология обслуживания «по состоянию», хотелось бы отметить - анализатор спектра вибрации 795М производимый в г. Николаеве фирмой «Сервис технологических машин» совместно с НПП «Контест». Основные технические характеристики прибора ставят его в ряд современных диагностических средств, высокая разрешающая способность позволяет точно выявить любой дефект на месте эксплуатации механизма.

Возможности выполнения многоплоскостной динамической балансировки в собственных опорах, измерения амплитуд частотных характеристик (АФЧХ) на режимах разгона/выбега, контроль подшипников по огибающей и методу ударных импульсов существенно расширяют возможности использования прибора при ремонте и наладке.

Приборы просты в эксплуатации и могут использоваться инженерно техническим персоналом, занимающимся эксплуатацией и ремонтом оборудования.



Заключение

Новое поколение систем диагностики автомобильного оборудования по вибрации дает возможность в короткие сроки определить причину неисправности. технический оборудование вибрационный

Для этого не требуется на все виды оборудования устанавливать дорогостоящие стационарные системы непрерывного мониторинга. Достаточно использовать переносные мобильные системы мониторинга и глубокой диагностики, позволяющие обнаруживать практически все виды дефектов на стадии зарождения, за много месяцев до аварии, и своевременно планировать сроки и объемы ремонта.

Начать работу по внедрению систем нового поколения можно на любом этапе эксплуатации оборудования, а обслуживать такие системы, автоматически ставящие диагноз и долгосрочный прогноз технического состояния объектов контроля, может персонал без специальной диагностической подготовки, после ознакомления с работой системы в течение нескольких дней.

Размещено на Allbest.ru