Глава 4. Расчет основных установок виброанализатора.

Основной задачей глубокой диагностики агрегатов является поиск дефектов с определением их вида и величины и с прогнозом безопасной работы агрегата на длительный отрезок времени. Для этого с помощью виброанализатора измеряется и анализируется вибрация агрегата в каждой из контрольных точек на его неподвижных частях.

Диагностика механических узлов агрегата производится по спектру вибрации на низких и средних частотах (автоспектру), а также по спектру огибающей высокочастотной вибрации, предварительно выделенной из сигнала вибрации высокочастотным широкополосным фильтром. Диагностика электромагнитной системы электрической машины производится только по автоспектру вибрации.

Кроме диагностики проводится вибрационный мониторинг агрегата по автоспектрам вибрации от 2 до 800 Гц или до более высоких частот, позволяющий более точно определять момент времени, когда вибрация машины становится недопустимо большой и необходима срочная остановка агрегата для обслуживания или ремонта.

Диагностические измерения в каждой точке контроля вибрации механических узлов включают в себя измерение одного или двух автоспектров вибрации, из которых один, с верхней граничной частотой не менее 800 Гц. используется и для вибрационного мониторинга, а также одного или двух спектров огибающей высокочастотной вибрации. Для диагностики электромагнитной системы измеряются автоспектры вибрации, но в каждой точке контроля на корпусе электрической машины измерения проводятся в двух направлениях - радиально к оси вращения и по касательной к корпусу (тангенциальное направление).

К установкам виброанализатора, выбираемым для проведения диагностических и мониторинговых измерений, следует отнести два основных параметра измеряемых спектров вибрации и/или огибающей ее высокочастотных составляющих, а имении граничные частоты спектров и частотное разрешение в спектре. Кроме этого при измерениях спектра огибающей вибрации выбираются еще два параметра виброанализатора - центральная частота и ширина фильтра, выделяющею высокочастотную вибрацию для измерения спектра ее огибающей.

Критерий выбора граничной частоты спектра индивидуален для каждого вида узлов диагностируемого оборудования: подшипников качения и скольжения, шестерен зубчатых передач, рабочих колес насосов и вентиляторов, электромагнитных систем, электрических машин, и т.д.

Граничные частоты измеряемых автоспектров вибрации и спектров огибающей высокочастотных составляющих определяются исходя из требований измерения такого минимального количества информативных гармоник вибрации диагностируемого узла, которое обеспечит обнаружение каждого из возможных его дефектов, а частотно! разрешение - исходя из требований разделения информативных спектрапьнмч составляющих спектра по частоте для точного определения их амплитуд и часто i Основные требования, предъявляемые к верхним граничным частотам спектров, используемых для диагностики, приводятся в таблице 5.1.

 

Таблица 5.1. Требования, предъявляемые к верхним граничным частотам диагностических спектров

№	Диагностируемый узел или оборудование	Верхняя граничная частота автоспектра *	Верхняя граничная частота спектра огибающей высокочастотной вибрации *
	Подшипник качения	, но или , но (Выбирается наиболее значения)	Или (Выбирается наиболее значения)
	Подшипник скольжения	, но
	Зубчатая передача	, но или в соответствии с требованиями, предъявляемыми к подшипникам, если их граничная частота больше.	или в соответствии с требованиями, предъявляемыми к подшипникам, если их граничная частота больше.
	Электромагнитная система асинхронного двигателя	Для первого спектра, измеренного в радиальном направлении , но Для второго спектра, измеренного в тангенциальном направлении: , но Для третьего спектра, измеренного в радиальном направлении:
	Электромагнитная система синхронной машины	Для первого спектра, измеренного в радиальном направлении: , но Для второго спектра, измеренного в тангенциальном направлении: , но
	Электромагнитная система машины постоянного тока	Для первого спектра, измеренного в радиальном направлении: , но Если , то Для второго спектра, измеренного в тангенциальном направлении: , но
	Насосные агрегаты, нагнетатели и вентиляторы	, но Если N<9, то , но не меньше 800Гц	, Если N<9, то

 

· Во всех случаях после определения в соответствии с данной таблицей верхней граничной частоты спектра выбираются значения, наиболее близкое (в сторону увеличения) из ряда принятых для данного анализатора значения граничных частот. Для виброанализаторов СД-11 (СД-12 и СД-21) ряд стандартных граничных частот: 25, 50, 100, 200, 400, 800, 1600, 3200, 6400, 12800 и 25600 Гц.

Примечание: в данной таблице приняты следующие обозначения:

- верхняя граничная частота спектра, (или ),- частота вращения диагностического узла, - частота перекатывания тела качения по наружному кольцу, - частота перекатывания тела качения по внутреннему кольцу, - частота зацепления для редуктора, - зубцовая частота для асинхронного двигателя, - зубцовая частота синхронного двигателя, - зубцовая частота якоря машины постоянного тока, - коллекторная частота машины постоянного тока, - частота питающего напряжения, - лопастная частота для насосных агрегатов, нагнетателей и вентиляторов, N- количество лопастей насоса, вентилятора и нагнетателя.

Требование, предъявляемое к верхней граничной частоте автоспектра > 800 Гц,

обусловлено тем фактом, что в соответствии с рекомендациями ГОСТа Р ИСО 10816 «Контроль состояния машин по результатам измерений вибрации на невращающихся частях» верхняя граничная частота автоспектра вибрации для вибрационного мониторинга узлов агрегата не должна быть менее 800 - 1000 Гц. Таким образом, выполнение этого требования для автоспектра при диагностических измерениях позволяет не проводить дополнительно мониторинговых измерений.

Обеспечение необходимого частотного разрешения в спектрах сводится к выбору в измеряемых спектрах такого количества линий (частотных полос), чтобы между ближайшими информативными составляющими спектра было не менее 3-4 линий. В спектрах вибрации машин с подшипниками качения ближе всего расположены составляющие гармонических рядов с сепараторной частотой подшипника, т.е. kf_c, где Именно необходимость разделения этого ряда на отдельные гармонические составляющие определяет частотное разрешение в спектрах измеряемой вибрации машин с подшипниками качения. В спектрах вибрации машин с подшипниками скольжения по частоте ближе всего расположены составляющие гармонического ряда kf_ep/2,

определяемого частотой автоколебаний ротора в подшипниках. Поэтому у машин с подшипниками скольжения измеряются спектры вибрации с числом частотных полос, позволяющим разделить по частоте составляющие этого ряда.

Таким образом, наиболее общим критерием по выбору частотного разрешения в спектре можно считать такое правило, при котором первая гармоника частоты вращения диагностируемого узла попадает в 8-ую частотную полосу (линию).

Если в одном автоспектре вибрации возможности виброанализатора не позволяю! совместить три требования - по верхней граничной частоте спектра для диагностики, по верхней граничной частоте спектра для мониторинга и по частотному разрешению, следует измерять два автоспектра. Первый из них, более высокочастотный, hmcci наибольшую граничную частоту и максимально доступное разрешение по частоте, втором низкочастотный спектр должен иметь максимальное частотное разрешение, которое н таких случаях увеличивается с 8 линий на частоту вращения до 12 линий, т.е. в полтора раза больше. Как правило, граничная частота второго спектра должна удовлетвори 11. требованиям к диагностике подшипников, а, при наличии зубцовых составляющих, граничная частота второго спектра по возможности увеличивается до , где - зубцовая частота.

Аналогичное решение о замене одного спектра огибающей на два принимается и том случае, если не удается одновременно обеспечить требования по верхней граничит! частоте спектра для диагностики по огибающей вибрации, и требования по частотному разрешению в спектре огибающей.

Алгоритм определения основных установок виброанализатора при диагностик! разных узлов агрегата содержит следующие операции:

- выбор типа диагностируемого узла,

- расчет частот основных составляющих вибрации узла для максимальной и минимальной из возможных частот вращения агрегата,

- определение максимальной частоты вибрации, требуемой для диагностики (таблица 5.1.) для максимальной частоты вращения агрегата,

- выбор верхней граничной частоты основного автоспектра вибрации (ближайшей | сторону увеличения разрешенной частоты анализатора к результатам предыдущего расчета или 800 Гц, если расчет дает меньшую величину)

- определение предельного частотного разрешения в выбранном спектре дни минимальной скорости вращения агрегата и, при невозможности обеспечить нужна

разрешение путем использования максимального числа линий в спектре, расчет граничной частоты второго спектра,

- выбор верхней граничной частоты основного спектра огибающей вибрации для максимальной частоты вращения агрегата,

- определение предельного частотного разрешения в спектре огибающей, сравнение с требуемым разрешением на минимальной частоте вращения агрегата и, при необходимости, определение верхней граничной частоты и разрешения по частоте во втором спектре огибающей вибрации,

- выбор центральной частоты и ширины полосы фильтра для выделения высокочастотной вибрации, используемой для измерения спектра ее огибающей.

При определении основных установок анализатора следует учитывать и другие факторы, в частности:

- наличие в виброанализаторах типового набора верхних граничных частот в измеряемых спектрах, например, 25, 50, 100, 200, 400, 800, 1600, 3200, 6400, 12800 и 25600 Гц, из которого и выбираются основные установки анализатора,

-наличие в виброанализаторах типового набора широкополосных, преимущественно третьоктавных и октавных фильтров, для выделения высокочастотных компонент и формирования огибающей сигнала вибрации, из которого и выбираются фильтры по правилам, излагаемым ниже,

- возможные ограничения по времени непрерывных измерений вибрации в машинах кратковременного действия или в машинах с переменными режимами работы, не позволяющие измерять спектры с высоким разрешением по частоте. Связано это стем, что при увеличении частотного разрешения анализатора в два раза необходимо в два раза величиватъ время измерений, в течение которого не должны меняться ни частота вращения, ни нагрузка машины.

Широкополосный фильтр, используемый для построения огибающей, выбирается по гремосновным параметрам - по среднегеометрической частоте, по ширине полосы пропускания и по составу спектральных составляющих вибрации в полосе частот выбранного фильтра.

Ориентировочно среднегеометрическая частота полосового фильтра демодулятора может быть выбрана по эмпирической кривой, приведенной на рис. 5.1, в зависимости от частоты вращения диагностируемой машины, а затем скорректирована преимущественно в сторону увеличения. Следует отметить, что данная зависимость лишь и первом приближении отражает истинное значение среднегеометрической частоты

полосового фильтра, выделяющего высокочастотную вибрацию для формирования

спектра огибающей. В значительной степени на выбор влияет еще и конструктивные параметры диагностируемого узла.

При проведении измерений для диагностики зубчатых и цепных передач, при работе которых в зубчатых зацеплениях возникают мешающие диагностике других узлов ударные нагрузки, центральная частота фильтра увеличивается в 1,5 раза.

 

Puc.5.1. Приблизительная зависимость среднегеометрической частоты полосового фильтра демодулятора от частоты вращения...

Ширина полосы пропускания фильтра должна превышать максимальную из верхних граничных частот измеряемых спектров огибающей вибрации. Чаще всего в виброанализаторах используются третьоктавные фильтры, ширина полосы пропускания которых составляет около четверти от их средней (среднегеометрической) частоты, т.е. для третьоктавных фильтров должно выполняться неравенство:

Если неравенство не выполняется, т.е. граничная частота спектра огибающей оказывается больше требуемой, необходимо использовать более широкие фильтры, например октавные, в которых ширина полосы пропускания в три раза больше.

После выбора фильтра для выделения высокочастотных составляющих вибрации необходимо измерить спектр вибрации машины в выбранной точке контроля с максимально возможной для используемого виброанализатора граничной частотой. В спектре вибрации в диапазоне рабочих частот выбранного фильтра не должно быть значительных гармонических составляющих, амплитуда которых в три и более раз (на 10 и более дБ) превышает амплитуду случайных составляющих (фона) в спектре измеренной вибрации. Если такие составляющие есть, необходимо использовать другой фильтр более высокой частоты, в рабочем диапазоне частот которого таких составляющих нет.

Примечание. Рассмотренный способ определения основных установок анализатора не распространяется на один из диагностических спектров вибрации асинхронного двигателя, по которому определяются дефекты ротора, для чего измеряются боковые на двойную частоту скольжения составляющие у вибрации на частоте вращении ротора. Поскольку двойная частота скольжения ротора может составлять доли процента от частоты вращения, для обнаружения боковых составляющих измеряется вибрация в частотном диапазоне до двойной частоты вращения ротора и с числом частотных полос, как правило, равном 1600.