Методи спектрального аналізу, вібродіагностика машин, практична вібродіагностика, спектральна

Автор admin в Лютий 8, 2017 . Опубліковано Pages

Практична вібродіагностика машин, що обертаються, проводиться як через вимірювання різних параметрів вібрації (СКЗ, пік-фактор, ексцес), так і за допомогою методів спектрального аналізу (аналіз автоспектрів, спектрів огинаючої, аналіз PeakVue, кепстральний аналіз, модальний аналіз та ін.). При цьому основним і найбільш інформативним інструментом вібродіагностики є методи спектрального аналізу, тому, кажучи «вібродіагностика машин», передусім мають на увазі їхню спектральну вібродіагностику.

Підготовка до спектральної вібродіагностики

Для отримання якісних спектрів, а також для спрощення їх подальшої інтерпретації за правилами спектральної вібродіагностики необхідно до початку вимірювань провести цілу низку допоміжних робіт:

зібрати максимальну інформацію про досліджувану машину: дані щодо вібрації (якщо вони є) за попередній період, дані щодо останнього ремонту та усунених/не усунених дефектів.
створити маршрут вимірювання вібрації з нумерацією вимірів від провідного механізму до веденого. При цьому точки вимірів вибирають не тільки на підшипникових вузлах, як цього вимагає ДСТУ ISO 10816, але і в місцях підвищених вібрацій і місцях можливих резонансів.
знаючи частоту обертання ротора машини та геометричні розміри її вузлів та деталей, розрахувати характерні частоти можливих дефектів:

частоти дефектів підшипників кочення та підшипників ковзання;
частоти дефектів зубчастого зачеплення;
частоти лопаток робочого колеса;
частоти дефектів ременних передач.
можливі резонансні частоти.

встановити пріоритетність можливих дефектів за ступенем тяжкостівикликаних ними наслідків;

створити алгоритм пошуку дефектів у порядку зменшення ймовірностей виникнення різних відмов, характерних для певного симптому.

Аналіз спектрів вібрації машини

Перевірка наявності «лижного схилу»

Рис.1 Тимчасова реалізація (а) та спектр (б) вібросигналу

У багатьох випадках спектр вібросигналу (рис.1,б) характеризується швидким спадом піків у низькочастотній ділянці, званим ще «лижним схилом». Така поведінка спектра може спостерігатися або у разі некоректно проведених вимірювань, або при великих переміщеннях або зіткненнях у вузлах та конструкції машини. Для перевірки наявності ударних імпульсів необхідно звернутися до форми сигналу (рис.1, а), і в нашому випадку можна говорити, що «лижний схил» обумовлений ударними імпульсами.

Аналіз рівня шуму

Підвищений шум у спектрі вібросигналу викликається ударами та силами тертя, але також може бути наслідком невдалого виміру вібрації. Для визначення джерела підвищеного шуму, як і у разі визначення причин виникнення «лижного схилу», необхідно звернутися до форми вібросигналу.

Діагностичні ознаки електричних несправностей машини

Якщо низькочастотної частини спектру вібрації спостерігається зростання двох піків, віддалених друг від друга на 3-10 Гц, це вказує на електричні дефекти двигуна (ексцентричність ротора-статора, «м'яка лапа» тощо.).

Аналіз гармонік частоти обертання ротора

Рис.2 Гармоніки частоти обертання ротора у програмі BALTECH—Expert

Багато дефектів механічного походження проявляють себе на гармоніках частоти обертання ротора (див. рис.2), і за їх наявністю, а також через їх порівнянняамплітуд можна будувати висновки про джерелі вібрацій.

Якщо спектрі домінує перша гармоніка (1Х на рис.2) частоти обертання ротора, то:

при вимірах у радіальному (горизонтальному) напрямку – це, найімовірніше, пов'язане з дисбалансом ротора, вигином або ексцентриситетом валу (для балансування застосовуйте недорогий прилад «ПРОТОН-Баланс-ІІ»);
при вимірах в осьовому напрямку – це, найімовірніше, пов'язано з дисбалансом консольного ротора або неспіввісністю валів (у цьому випадку необхідно виконати лазерне центрування валів системою «КВАНТ-ЛМ»);
при вимірах у радіальному (вертикальному) напрямі – це, найімовірніше, обумовлено гнучкою чи ослабленою основою чи пов'язані з резонансом.

Наявність у спектрі кратних гармонік 2X, 3X і 4X оборотної частоти вказує на можливу неспіввісність валів або перекоси підшипників.

Наявність у спектрі гармонік більш високої кратності, а також підвищення загального рівня шуму може бути спричинена зносом та ослабленням кріплення вузлів або деталей машини.

Наявність та зростання гармонік вищої кратності (6X, 15X і т.д.) (див. рис.3), званих ще синхронними, викликається такими несправностями:

пошкодженнями лопаток чи лопатей робочого колеса насосів, компресорів, вентиляторів тощо – на лопатковій (лопатевій) частоті, кратній кількості лопаток (лопатей);

дефектами зубчастих передач – на частоті зубчастого зачеплення;

дефектами електродвигунів - на частоті, кратній кількості полюсів ротора, пазів статора та ін.)

Рис.3 Синхронні гармоніки оборотної частоти

Наявність і зростання субгармонік (з частотою менше 1Х) (див. рис.4) оборотної частоти зазвичай спостерігаються при дефектах ремінної передачі (гармоніки зчастотою, кратною частотою цієї передачі), турбулентності (широкий пік), пошкодженнях обойми підшипника кочення, «масляному вихорі» в підшипниках ковзання або вібраціях від іншої машини.

Рис.4 Спектр субгармонік частоти обертання ротора

Наявність гармонік, оточених бічними смугами, свідчить про наявність певного типу дефекту (див. рис.5):
якщо амплітуда гармонік зі збільшенням кратності зменшується, і при цьому також неоднакові амплітуди бічних смуг, то це може бути пов'язане з обмеженням обертання - торкання рухомих елементів.
якщо в спектрі є такі сильно виражені гармоніки, то вони свідчать про наявність дефектів ударного походження;
постійна наявність бічних смуг вказує на періодичне зростання/зменшення коливальних внутрішніх сил, і причин такої їхньої поведінки може бути досить багато.

Рис.5 Гармоніки оборотної частоти з бічними смугами