2.2. Дефекты в роторных машинах, приводящие к росту оборотной гармоники вибрации

Механические ослабления (люфт)

Чаще всего вибрация при механических ослаблениях вызывается соударениями вращающихся деталей между собой или подвижных элементов ротора с неподвижными. Возможны также соударения неподвижных элементов, вызванные источником внешних динамических нагрузок, например, дебалансом. Из за чего, механические ослабления элементов системы «ротор-подшипники» сопровождаются появлением множества нестандартных сил.

При диагностике механических ослаблений большую роль играет выбор направления измерения вибрации. Таким образом, диагностическим признаком механических ослаблений является рост амплитуд высших гармоник, среди которых в некотором частотном диапазоне происходит резкое увеличение мощности.

Вибрация фундамента

При снижении жесткости внутренней структуры фундамента, отдельных его элементов, нарушении связей между ними или при наличии трещин усиливается вибрация фундамента. Такой дефект приводит к тому, что в вибрационном спектре увеличивается амплитуда оборотной гармоники, наведенная дебалансом ротора. Но в отличие от «чистого дебаланса» рост амплитуды оборотной гармоники происходит только в одном из направлений, в направлении максимального снижения жесткости фундамента.

Одним из методов диагностики этого дефекта является измерение СКЗ виброскорости на крышке подшипника и в местах крепления подшипника к фундаменту в трех направлениях. Для хорошего фундамента отношение этих величин в каждом направлении не должно сильно отличаться и примерно равняться 2. Уменьшение этого отношения до 1,4-1,7 свидетельствует о неудовлетворительной работе фундамента. Если же отношение оказалось равным 2,5-3,0, то либо фундамент работает идеально, либо ослаблены анкерные связи. Нарушение жесткости фундамента или других элементов крепления машины может диагностироваться и по резкому изменению амплитуды вибрации по высоте.

Уменьшение жесткости или обрыв анкеров также приводит к повышению вибрации машины на оборотной частоте. Обычно этот дефект становится заметным после того, как в машине появился источник интенсивных динамических нагрузок (дебаланс, расцентровка и т.д.). Амплитуда вибрации анкеров в этом случае значительно больше амплитуды вибрации фундамента.

Вибрация подшипников скольжения

При перекосе или излишней подвижности баббитовых вкладышей несамоустанавливающихся подшипников скольжения в вибрационных спектрах происходит увеличение амплитуд первых двух гармонических составляющих. Этот рост особенно заметен в осевом направлении. Дальнейшее развитие дефекта и рост амплитуд начальных гармоник приводят к разрушению вкладышей, появлению задиров шейки вала и необходимости аварийной остановки машины. Часто этот дефект сопровождается и небольшим изгибом шейки вала.

Сравнение СКЗ виброскорости в осевом и радиальном направлениях позволяет выявить преимущественное влияние осевой вибрации и определить ось перекоса вкладыша. Еще более полную информацию о дефекте можно получить, анализируя зависимость СКЗ виброскорости от угла в плоскости, перпендикулярной оси агрегата. Для получения этой зависимости меняют угловую координату установки датчика на крышке или корпусе подшипника в соответствующей плоскости.

Вибрация подшипников качения

При работе подшипников качения в вибрационных спектрах появляется ряд характерных гармоник, частота которых однозначно связана с конструктивными параметрами подшипника и оборотной гармоникой. Основными из характерных гармоник являются гармоники с частотами внешней и внутренней обойм, сепаратора и тел качения. Увеличение амплитуды характерной гармоники свидетельствует о нали­чии дефекта в соответствующем элементе подшипника, рост которого определяет ресурс подшипника.

Все характерные частоты подшипника обычно модулируются оборотной гармоникой, что приводит к появлению вокруг них боковых гармоник. По мере роста дефекта число и амплитуда боковых гармоник увеличиваются. Часто дополнительная мощность вибрации оказывается сосредоточенной не в характерной гармонике, а вокруг нее в возникающих зонах повышенной вибрации, причем в достаточно широком частотном диапазоне.

С ростом амплитуды оборотной гармоники даже небольшие дефекты подшипника могут приводить к большим динамическим нагрузкам и резкому сокращению его ресурса.

Изгиб вала

Достаточно развитый дефект типа «изгиб вала» обычно приводит, как уже упоминалось, к резкому увеличению вибрации на оборотной частоте в осевом направлении и аварийной остановке машины. Последней стадией этого процесса является недопустимое увеличение зазоров в подшипниках и их разрушение.

При диагностике изгиба вала обычно рассматриваются два случая:

• изгиб вала вблизи подшипника (изгиб шейки вала);

• изгиб вала между подшипниками.

При изгибе шейки вала, в отличие от дебаланса, фаза оборотной гармоники в вертикальном и поперечном направлениях будет отличаться на 90° или 270°. Это означает, при диагностике изгиба большую помощь может оказать одновременная регистрация вибросигналов в двух направлениях.

При изгибе вала зависимость СКЗ виброскорости от угла в плоскости, перпендикулярной оси вращения, имеет достаточно круглую форму. Чаще всего это эллипс с горизонтальным расположением большой оси, что связано с различной податливостью подшипниковой опоры в различных направлениях.

При изгибе вала между подшипниками происходит изменение распределения масс по длине ротора, что ведет к увеличению массы дебаланса и росту вибрации на оборотной частоте. При этом фаза оборотной гармоники не меняется.

Наиболее достоверными диагностическими признаками изгиба вала между подшипниками являются:

• СКЗ виброскорости в радиальных направлениях велико и различается не более чем на 30 %;

• в спектре осевой вибрации присутствует оборотная гармоника, но возможно наличие второй и третьей гармоник с максимальными амплитудами;

• фазы оборотных гармоник в осевом направлении на обеих подшипниковых стойках отличаются всегда на 180°.

Таким образом, для диагностики роторных машин недостаточно измерения вибрационного спектра в одном направлении. Информация об амплитудах гармоник вибрации в одном направлении не может служить основанием для определения типа дефекта. Необходимо иметь информацию об амплитудах и частотах вибрации в трех направлениях. Эта информация должна быть дополнена зависимостью изменения СКЗ виброскорости от угла в различных плоскостях, а в ряде случаев и синхронным изменением спектров, позволяющем оценить относительную фазу соответствующей гармоники.