Методы и способы измерения вибрации. Вибрационная диагностика.

Вибрация машин - это возвратно-поступательное движение машин или узлов машин. Любой компонент, который совершает возвратно-поступательное движение или колебания, испытывает вибрацию.

Откуда возникают периодические силы, вызывающие вибрацию машин?

Ослабление конструкции является одной из причин вибрации машин. Ослабленные компоненты машин могут приводить к тому, что нормальные уровни вибрации увеличиваются и превышают допустимые пределы. Откуда возникают периодические силы, вызывающие вибрацию машин?

Резонанс. Машины также совершают колебания с определенной частотой. Скорость, с которой машина совершает колебания без воздействия на неё внешних сил, называется собственной частотой колебаний. Собственная частота колебаний машины - это наиболее характерная скорость колебаний машин или та частота, с которой эта машина «предпочитает» вибрировать. Если на машину будет действовать внешняя периодическая сила с частотой близкой к её собственной частоте колебаний, амплитуда колебаний будет постепенно увеличиваться. В этом случае машина, испытывает резонанс. Откуда возникают периодические силы, вызывающие вибрацию машин?

При совпадении частоты внешней силы и частоты собственных колебаний тела амплитуда вынужденных колебаний резко возрастает. Такое явление называют механическим резонансом. Явление резонанса может быть причиной разрушения машин, зданий, мостов, если собственные их частоты совпадают с частотой периодически действующей силы.

Поставим диагноз! Для осуществления качественного мониторинга вибрации машин нужно понимать, для чего вообще необходим мониторинг вибрации. Мониторинг вибрационных характеристик машин даёт нам представление о техническом состоянии машины. Вы можете использовать эту информацию для выявления развивающихся проблем, планирования работ по ТОиР.

# Что такое спектр вибрации ? Спектр – это графическое представление частот, на которых компоненты машины совершают колебания с определенной амплитудой.

# Двухуровневый контроль состояния агрегата

Пример двухуровневого контроля состояния агрегата

Диагностика оборудования Механическая вибрация определяется процессами, которые приводят к появлению сил, действующих на определенных частотах. В результате вибрация проявляется на тех же частотах, что и действующие силы, но во многих случаях в спектре присутствуют и колебания на других частотах. Появление этих и других частот, которые обычно являются гармониками частоты действия вынуждающей силы или ее боковыми полосами, связано с нелинейностью конструкции машины. Появление гармоник и боковых полос - первый признак ухудшения состояния машины.

Диагностика оборудования Обычно при анализе спектра различают 3 группы составляющих вибрации: гармоники, несинхронные составляющие и субгармоники. Гармоники представляют собой пики на частотах, кратных частоте цикла действия (частоте вращения) машины; по ним можно делать выводы о дисбалансе, несоосности или ослаблении соединений. Несинхронные составляющие наблюдаются на частотах, некратных частоте вращения; анализ этой группы составляющих позволяет обнаруживать дефекты, например, элементов подшипников качения и ремней. Субгармоники - составляющие, которые лежат ниже частоты вращения. Они могут быть обусловлены такими явлениями как вихри в масляном клине подшипника, дефекты ременной передачи, чрезмерное ослабление соединений или стук в машине.

Преобладает первая гармоника на частоте вращения Показан типичный спектр вибрации машины, имеющей дисбаланс и/или расцентровку. Часто предполагается, что именно эти две причины являются основными в появлении проблем, связанных с вибрацией. Они определяются по наличию в спектре нескольких первых гармоник частоты вращения. Для того, чтобы отличить дисбаланс от несоосности, иногда прибегают к измерениям фазы. Силы, связанные с дисбалансом, вызывают вибрацию, максимальную в направлении наименьшей жесткости конструкции. Это можно использовать при выявлении ослабления крепления машины, трещины в опоре и т.д. как для горизонтально, так и для вертикально расположенных машин Дисбаланс

Пример обнаружения дисбаланса

Несоосность

Пример обнаружения расцентровки

Ослабление механических соединений Многочисленные высшие гармоники, кратные частоте вращения, являются признаками ослаблений в соединениях, а при сильном развитии этого дефекта в спектре наблюдаются и субгармоники.

Ослабление соединений

Пример обнаружения ослаблений крепления шкива

Лопастные частоты В центробежных насосах всегда отчетливо видна лопаточная составляющая, и она возрастает в случае появления дефектов лопастей, таких как деформации, трещины или поломки. На рисунке показан такой спектр, где PV- обозначает лопаточную частоту, т.е. частоту вращения, умноженную на число лопаток колеса насоса. Кавитация представляет собой сугубо случайный процесс, который в спектре вибрации проявляется не в виде дискретных частотных составляющих, а в виде непрерывного шума. Колебания шестеренчатых насосов часто содержат значительные составляющие зубцовой частоты, уровень которых сильно зависит от нагрузки.

Лопаточные частоты

Кавитация и рециркуляция

Биения

Зубчатая передача нормальное состояние

Зубчатая передача равномерный износ

Зубчатая передача дефект зубьев

Зубчатая передача несоосность

Резонанс

Каскад спектров Каскад спектров на разгоне мотор-компрессора с подшипниками скольжения. Присутствует масляный вихрь на частоте 0.4Х. Масляные вихри в слое смазки сопровождаются появлением составляющей, лежащей несколько ниже половины частоты вращения и несинхронной с ней. Обычно она присутствует в слабонагруженных подшипниках скольжения с увеличенным зазором. Другой режим нестабильности смазки возникает, когда вследствие завихрений возбуждается собственная (критическая) частота механических колебаний. Это очень опасный, разрушительный тип вибрации, который наблюдается во время разгона машины. Он всегда в той или иной степени присутствует в спектре, даже когда частота вращения много выше собственной частоты.

Электрические дефекты

Диагностика электрических машин

Пример обнаружения дефекта электрической машины

Пример диагностики подшипника качения

FTF: Fundamental Train Freq. - Сепараторная частота CPS: Cycles Per Second – Циклов в секунду, Частота в Гц BSF: Ball Spin Freq. – Частота тел качения BPFI: Ball Pass Frequency Inner (Inner ring) – Частота внутреннего кольца BPFO: Ball Pass Frequency Outer (Outer ring) – Частота наружного кольца

Расчет характерных частот подшипника качения

Методы диагностики подшипников качения 1. По низкочастотной вибрации машины в целом. ( обнаружение плавных неровностей поверхностей качения, разрушения сепаратора) 2. По среднечастотной вибрации подшипниковых узлов. (обнаружение перегрузок при монтаже, развитых раковин поверхностей качения при эксплуатации) 3. По высокочастотной вибрации подшипниковых узлов. (обнаружение зарождающихся дефектов поверхностей трения качения и скольжения по силам трения). 4. По ультразвуковой вибрации неподвижных элементов подшипника. (обнаружение дефектов смазки и зарождающихся дефектов поверхности качения неподвижного кольца) 5. По сверх ультразвуковой вибрации неподвижных элементов подшипника ( обнаружение дефектов смазки и старения металла неподвижного кольца)

Диагностика подшипников по силам трения Метод огибающей высокочастотной вибрации Метод рассчитан на совместный анализ как сил трения, так и ударных импульсов в подшипниках качения Силы трения Ударные импульсы 2 к Гц 30 к Гц 8 к Гц

Преимущества высокой частоты 1. Измеряем локальную вибрацию, отстраиваемся от помех от других узлов и машин 2. Высокочастотная вибрация рассматривается, как несущая, что позволяет надежно измерять очень низкочастотные явления и частоты, которые нет возможности измерить традиционными методами 3. Проводятся относительные измерения, что позволяет по одному измерению судить о величине дефекта, даже без сравнения с историей или однотипными машинами.

Метод огибающей ВЧ вибрации: исходный сигнал

Метод огибающей: исходный спектр

Метод огибающей: область фильтрации

Метод огибающей: профильтрованный сигнал

Метод огибающей: выделение огибающей

Метод огибающей: спектр огибающей

Метод огибающей: определение гармоник спектра огибающей

Метод огибающей: модуляция огибающей

Метод ударных импульсов SPM Физическая реализация

Метод ударных импульсов SPM Источники возникновения импульсов

Метод ударных импульсов SPM Реализация алгоритма

Контролируемые величины при методе SPM

Параметры вибрации – измерение и анализ Виброметры и виброметры-балансировщики серии BALTECH VP и «Протон-Баланс-II» Стационарные виброметры Тахометры Переносной вибродиагностический комплекс CSI 2140 Стационарные системы виброконтроля «Протон-1000»

ООО «Балтех» Россия, Санкт-Петербург, , ул. Чугунная, 40 Тел/Факс: (812) Internet: