7.4 Оценка состояния оборудования по значениям в частотных полосах спектра

Ряд методов вибродиагностики основан на том, что определенные механические дефекты по мере развития генерируют вибрацию в определенных частотных полосах, с определенным соотношением величин параметров. Например, рассматривая амплитуды определенных гармоник спектра, полученного в определенном частотном диапазоне, можно установить величину изменения уровня вибрации на частоте, которая определяет степень износа или дефекта ряда деталей и узлов агрегата.

Например, достаточно интенсивная вибрация на лопаточной частоте насоса говорит о нарушении гидродинамики потока, на дробных гармониках частоты вращения ротора о нарушениях жесткости и т.д. Таким образом производя разбиение частотного диапазона измерений на сравнительно узкие, возможно перекрывающиеся частотные полосы и применяя индивидуальные для каждой полосы допустимые значения и критерии можно распознавать появление ряда зарождающихся дефектов:

1) Дисбаланс ротора. Характерными диагностическими признаками дисбаланса ротора являются:

• увеличение первой (несущей) гармоники в спектре – Fr, Гц;

,

где n – частота вращения ротора, об/мин.

• зависимость амплитуды вибрации от частоты вращения ротора ω_р;

• преобладание колебаний в горизонтальном направлении (направлении наименьшей жесткости крепления агрегата).

Рост амплитуды объясняется действием центробежной силы неуравновешенной части, приводящей к поперечной вибрации.

2) Несоосность агрегатов. Диагностическими признаками несоосности (расцентровки) двух смежных агрегатов являются:

• преобладание первой Fr, и особенно второй 2Fr, а также кратных им (kFr, k 2Fr ) гармоник в спектре;

• повышенный шумовой фон;

• преобладание колебаний в горизонтальном или осевом направлении.

Рост вибрации объясняется постоянным взаимным смещением агрегатов в поперечном (или осевом) направлении, при вращении роторов.

3) Нарушения жесткости крепления Диагностическими признаками нарушения жесткости крепления агрегатов являются:

• резкое отличие параметров вибрации на смежных соединенных агрегатах;

• преобладание первой (Fr) и кратных ей гармоник (kFr) в спектре, появление дробных гармоник, повышенный шумовой фон.

• преобладание колебаний в вертикальном и горизонтальном направлении.

Рост кратных гармоник в спектре объясняется хаотическим типом вибрации, при ослаблении крепления роторных машин к фундаменту.

4) Нарушения в соединительной муфте Диагностическими признаками дефектов в соединительных муфтах агрегатов являются:

• появление повышенного уровня вибрации на «зубцовой» частоте муфты, равной , и кратных ей гармониках (kFз) в спектре. Значение z_З соответствует числу зубьев (пальцев) в муфте.

5) Дефекты подшипников качения. Подшипники качения также могут генерировать вибросигналы соответствующие их дефектам. В моменты прохождения через «несущую», нагруженную зону подшипника качения, дефектного элемента или элементов, на временном вибросигнале появляется четко выраженный пик, энергетический импульс. Параметры этого импульса определяются видом, локализацией и степенью развития данного дефекта подшипника. Диагностическими параметрами такого импульса являются его амплитуда и частота повторения.

Для подшипников качения выделяют ряд характерных полос частотного спектра, рост амплитуды на которых свидетельствует об определенном дефекте. К таким частотам относят:

1. F_Н – частота перекатывания тел качения по наружному кольцу

,

где z_К – количество тел качения в подшипнике.

Импульсы на частоте F_Н и ее кратных гармониках, могут указывать на дефект поверхности наружного кольца подшипника (трещина, раковина, задир).

2. Fв – частота перекатывания тел качения по внутреннему кольцу ( );

Импульсы на частоте F_Н и ее кратных гармониках, могут указывать на дефект поверхности внутреннего кольца подшипника.

3. F_С – частота вращения сепаратора ( ). Вибрационная активность на частоте F_С свидетельствует о дефекте сепаратора или тел качения.

4. Fк – частота вращения тел качения.

,

где d_С – диаметр сепаратора подшипника; d_к – диаметр тел качения. Повышение амплитуды вибрации на частоте Fк и ее кратных гармониках, может говорить о дефектах тел качения (сколы, износ, нарушение формы).

Дефектам подшипников качения присущи некоторые особенности.

В частности, характерно появление в сигнале вибрации гармонических частотных составляющих некратных частоте вращения ротора Fr. Обычно на ранней стадии развития дефектов подшипника появляются признаки дефектов только одного из колец и, затем, другого. При одинаковой степени развития дефекта вибрация, вызываемая внутренним кольцом, имеет более низкую интенсивность, чем наружным. По мере износа подшипника далее появляются дефекты тел качения и, наконец, сепаратора.

На осциллограмме вибросигнала (рис.7.3) имеются ударные импульсы и выбросы. Кривая вибрации обычно имеет случайный непериодический характер, однако некоторые импульсы могут быть периодичны.

В спектре достаточно часто частотные составляющие, характерные для дефектов колец, модулируются частотой вращения ротора, приводя к появлению боковых частотных составляющих.

С увеличением износа поверхностей качения и количества локальных дефектов количество и уровень гармонических составляющих, боковых частот и разностных частот возрастают. Появление составляющих вибрации на резонансных частотах других деталей и узлов агрегата обычно говорит о сильном износе подшипника.

Высокий уровень случайной вибрации (широкополосный шум) появляется при значительном нарушении геометрических размеров подшипника. Высокочастотная вибрация сильно затухает при распространении, что позволяет разделять сигналы подшипников разных подшипниковых узлов.

Рис. 7.3. Характеристика спектра вибросигнала подшипника

Проблемы изготовления и монтажа подшипников можно отнести к нулевому этапу развития дефектов подшипников. Проблемы смазки и начальные этапы износа соответствуют первому этапу, когда дефекты зарождаются. Сильный износ и зона углубления физических дефектов подшипников относятся ко второму этапу развития дефектов в подшипниках. Третий этап развития дефектов в подшипниках, их деградация.