ОТД_Краткий курс лекций_2010

не оказаться ни одного, который сам по себе был бы необходимым и (или) дос-

таточным для диагностирования.

Изменения вибрации происходят не только вследствие возникновения дефектов, но и при изменении режимов, а также при переходных процессах на неустановившихся режимах. Для диагностирования дефектов необходимо изу-

чить и учесть закономерности изменения диагностических параметров при из-

менении параметров режима агрегата и на переходных режимах.

Средства вибродиагностики можно подразделить на контрльную, диагно-

стическую и балансировочную виброизмерительную аппаратуру, другие аппа-

ратные и программные средства для контроля вибрации и вибродиагностики производят многие зарубежные и отечественные производители. Из западных фирм наиболее известны «Брюль и Къер», «Шенк», «Эндевко», «Бентли Нева-

да», «Филипс», «Сименс», «Прюфтехник», «CSI», «PREDICT/DLI».

Отечественная аппаратура разрабатывается и внедряется такими произ-

водителями как НТЦ «Виконт», ТОО «Фирма Диамех», ПВФ «Вибро-Центр» и

др. Так, например, фирмой ,Диамех 2000» представлены портативные приборы для измерения и анализа вибрации типа «Кварц», «Топаз», «Агат» и «Янтарь»,

а также программное обеспечение («Диамант-2»).

Виброаппаратура предназначается для измерения параметров вибрации в контролируемых точках машины.

Контрольная виброаппаратура предназначается для измерения парамет-

ров интенсивности вибрации в контролируемых точках машины, а контрольно-

сигнальная также для сигнализации и отключения машины по предельным зна-

чениям этих параметров. В зависимости от объекта измерения параметрами ин-

тенсивности вибрации обычно являются: для неподвижных частей (опор) —

СКЗ виброскорости в мм/с либо размах виброперемещения в мкм, либо пиковое значение виброускорения в м/с2 для заданного диапазона частот (например, от

10 до 1000 Гц); для вибрации валов - размах виброперемещения относительной либо абсолютной вибрации.

51

Диагностическая и исследовательская виброаппаратура предназначается для специальной обработки вибрационного сигнала и измерения разнообразных параметров вибрации: дискретизации и аналого-цифрового преобразования

(АЦП) сигнала, снятия амплитудно-фазочастотных характеристик вибрации,

определения гармонического спектра вибрации в линейном и логарифмическом масштабах, амплитуд и фаз гармоник, кратных частоте вращения и других па-

раметров вибрации, а также для запоминания исходных данных и результатов их обработки.

Балансировочная виброаппаратура предназначена по крайней мере для измерения амплитуды и фазы оборотной вибрации и частоты вращения балан-

сируемого ротора. Для балансировки ответственных и сложных роторных сис-

тем целесообразно использовать многоканальную балансировочную аппарату-

ру, позволяющую при непрерывном изменении частоты вращения ротора (раз-

вороте или выбеге) снимать АФЧХ вибрации одновременно на нескольких опо-

рах. Современные процессорные балансировочные приборы содержат про-

грамму для расчета корректирующих масс.

Вибрация преобразовывается в электрический сигнал посредством датчи-

ка, связанного с объектом измерения.

Для измерения абсолютной вибрации подшипников и других невращаю-

щихся элементов машины в качестве вибрационных датчиков в настоящее вре-

мя практически повсеместно используются пьезоэлектрические. Источником электрического сигнала таких датчиков является пьезочувствительный элемент.

Для измерения перемещений, в частности относительной вибрации валов,

используется совсем иной по используемым физическим эффектам вибродат-

чик – вихретоковый.

Измерение вихретоковым методом основано на регистрации изменений электромагнитного поля в зависимости от зазора между торцом датчика, со-

держащего обмотку, через которую проходят вихревые токи, и электропрово-

дящей поверхностью объекта измерения.

52

Выходной электрический сигнал направляется в измерительный блок.

Измерительный блок осуществляет обработку сигнала в соответствии с реали-

зуемыми функциями прибора и формирует и индицирует значения измеряемых параметров.

Рассмотрим блок-схему измерительного блока для измерения СКЗ вибро-

скорости (рис. 2.19).

Сигнал от пьезоакселерометра после предусилителя направляется в час-

тотный фильтр, состоящий из фильтра низких частот (ФНЧ) и фильтра высоких частот (ФВЧ). ФНЧ срезает верхние частоты сигнала, превышающие высшую частоту заданного частотного диапазона, а ФВЧ - нижние. Фильтр формирует заданную амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) прибора. Для боль-

шинства случаев в соответствии с действующими нормами диапазон измеряе-

мых частот соответствует 10-1000 Гц.

Рис. 2.19 Блок-схема измерительного блока для контрольно-сигнального прибора измерения СКЗ внброскорости:

1 – фильтр ФНЧ и ФВЧ; 2 – интегратор ; 3 – детектор СКЗ; 4 – реле пре-

дельных значений; 5 – индикатор; а, б. в – выходы, соответственно, виброско-

рости (линейный), СКЗ виброскорости, контактов реле предельных значений

Для систем вибродиагностики используется более широкий частотный диапазон. После фильтрации сигнал попадает в интегратор, где виброускорение интегрированием превращается в виброскорость. Далее сигнал, пропорцио-

нальный виброскорости, направляется в детектор среднеквадратических значе-

ний, в котором осуществляется преобразование мгновенных значений за задан-

53

ный короткий интервал времени в СКЗ. На выходе из детектора получаем по-

стоянное напряжение, пропорциональное измеряемому параметру. Это напря-

жение используется для формирования сигналов задаваемых предельных зна-

чений СКЗ, а также преобразуется с помощью индикатора в читаемое числовое значение параметра.

Для измерения амплитуды и фазы оборотной гармоники вибрации, а так-

же частоты вращения ротора большинство современных приборов использует опорный сигнал с оборотной частотой, генератор которого связан непосредст-

венно с вращающимся ротором. Источником опорного сигнала обычно являет-

ся метка на роторе, как правило, совмещаемая с 0° шкалы, по которой отсчиты-

вается угловое положение корректирующих масс на роторе; метка воздействует на специальный импульсный датчик, располагающийся в непосредственной близости от ротора, датчик генерирует опорный сигнал. Метка представляет собой углубление или выступ на поверхности ротора, при этом в импульсном датчике используется индукционный либо вихретоковый принцип. Может ис-

пользоваться оптически контрастная метка, наносимая на поверхность краской либо специальной липкой лентой с высоким коэффициентом отражения по-

верхности; в этом случае в качестве импульсного используется фотодатчик.

Прибор, использующий опорный сигнал, обычно контролирует регулярность поступления импульсов опорного сигнала и достаточность их уровня.

Самыми совершенными средствами вибродиагностики являются автома-

тические и автоматизированные системы. В таких системах на основе компью-

терных технологий наилучшим образом осуществляется обработка необходи-

мой информации и реализуются известные алгоритмы диагностирования.

В состав аппаратного комплекса автоматизированной системы контроля вибрации и вибродиагностики (АСКВД) входит измерительная аппаратура,

средства преобразования и передачи данных, компьютерные средства, средства сигнализации, средства визуализации.

Особое место в АСКВД занимают средства защиты агрегата по вибрации.

Система защиты отделена от АСКВД, но при правильном построении системы

54

она использует ту же виброизмерительную аппаратуру, что и АСКВД. Сраба-

тывание защиты по вибрации должно воздействовать на АСКВД таким обра-

зом, чтобы в базу данных АСКВД был записан массив информации, позволяю-

щий осуществить последующий анализ причины срабатывания защиты. Эта функция АСКВД не нужна, если вся информация, позволяющая ретроспектив-

но воспроизвести происходящие на машине процессы, заносится в базу данных постоянно и непрерывно.

Измерительная аппаратура представляет виброизмерительную аппарату-

ру и специальные измерительные средства. Виброизмерительная аппаратура включает в себя аппаратуру вибрации опор и аппаратуру относительной вибра-

ции валов.

Эта аппаратура одновременно осуществляет диагностические, контроль-

но-сигнальные и защитные функции. Специальные измерительные средства предназначены для измерения невибрационных параметров, в частности накло-

нов корпусов и линейных перемещений корпусов. Специальными являются также виброизмерительные приборы для нестандартных измерений вибрации:

относительной вибрации корпусов, вибрации статорных элементов и др. В ряде случаев специальная аппаратура используется для измерений, которые обычно осуществляются штатными средствами контроля агрегата, если эти средства не имеют нормализованных электрических выходов.

Средства преобразования и передачи данных включают в себя соедини-

тельные кабели, согласующие устройства, мультиплексоры (быстродействую-

щие коммутаторы), аналого-цифровые преобразователи, шины передачи циф-

ровой информации, магнитные носители информации (серверы), интерфейсы ввода цифровой информации.

Ввод параметров режима агрегата (температуры, расходы пара и воды,

параметры электрической и тепловой нагрузки и многие другие) осуществляет-

ся путем передачи цифровой информации из автоматизированной системы управления технологическим процессом (АСУТП) агрегата, а при отсутствии

55

таковой путем соответствующей коммутации штатной аппаратуры с системой вибродиагностики.

Компьютерные средства в простейшем случае реализуются компьютером с видеомонитором, клавиатурой и принтером. Такой состав средств позволяет осуществлять функции обработки и хранения информации, экспертные функ-

ции и функции визуализации и печати. В специальных случаях упомянутый компьютер дополняется программируемыми процессорными модулями (ППМ),

оборудованием для подключения к компьютерной сети и другими средствами.

Конкретная конфигурация комплекса компьютерных средств определяется су-

ществующей инфраструктурой компьютерного обеспечения оборудования, ко-

личеством одновременно обслуживаемых агрегатов, наличием или отсутствием компьютерной сети, а также принятой концепцией компьютерного обеспечения АСКВД.

В заключение, учитывая специфику данного учебного пособия, следует отметить некоторые особенности возникновения виброакустических явлений при движении жидких и газовых сред по проточным частям нагнетателей.

Вследствие особых физических свойств жидкостей и газов, в насосах и нагнетателях возникают определенные вибрационные явления [2].

При протекании жидкости через кольцевые уплотнения вращающегося вала и колес вследствие вязкости жидкости в щелях образуется клин с нелиней-

ными характеристиками жесткости. Прецессия вала внутри кольцевой щели вызывает появление поперечных (неконсервативных) возмущающих сил, кото-

рые по природе своей близки к силам в смазочном слое подшипников скольже-

ния. Особым следствием нелинейности жидкостного клина является зависи-

мость собственной частоты колебаний вала от расцентровки его внутри уплот-

нения: чем больше расцентровка, тем жестче клин и тем выше собственная час-

тота колебаний вала. Это приводит к тому, что вблизи резонансов вследствие расцентровок могут усиливаться некоторые гармонические составляющие виб-

рации из-за настройки на резонанс. Известны случай чрезмерных вибраций с

56

частотой вращения и двойной оборотной частотой на мощных насосах вследст-

вие расцентровок по уплотнениям.

При протекании жидкости через щели в арматуре либо в гидропяте насо-

са появляются условия для возникновения автоколебаний, природа которых связана с инерционными и вязкими свойствами жидкости, подвижностью кла-

панов и затворов, а также с упругой податливостью трубопроводов и емкостей,

в которые подается жидкость.

Автоколебания могут иметь разную частоту, обычно от нескольких герц до десятков герц, и не всегда сопровождаются ударами. В ряде случаев при этом возникают весьма интенсивные колебания трубопроводов, что наиболее опасно для крупных трубопроводов высокого давления.

На границе состояний жидкости (вода – пар) возникают явления, связан-

ные с вскипанием и конденсацией жидкости. Хорошо известны гидроудары в паропроводах при их прогреве и кавитация в насосах. При местном образова-

нии условий для вскипания вследствие соответствующего соотношения давле-

ния и температуры жидкости возникает паровой пузырь (каверна), который мгновенно исчезает при повышении давления,

При течении потока жидкости или газа внутри нагнетателя, рабочие и на-

правляющие лопатки в роторных нагнетателях и двигателях образуют в рабо-

чей среде кромочные следы, создающие динамические вибрационные возмуще-

ния с частотой лопаток (так называемая "лопастная частота"). Эти частоты можно обнаружить прежде всего в спектрах вибрации жидкостных насосов.

Турбулентный газовый поток создает сложногармонический спектр воз-

мущений на поверхностях труб и корпусов. Это приводит к шуму и вибрациям тем большим, чем меньше толщина и соответственно жесткость стенок. Интен-

сивность турбулентного шума сильно зависит от скорости газа и его парамет-

ров: она быстро растет при увеличении скорости течения [2].

В воздуходувках и других газовых нагнетателях при определенном соот-

ношении давления и расхода возникает помпаж: давление на выходе резко па-

дает, и газ устремляется из напорного трубопровода в машину. Явление пом-

57

пажа нами специально не рассматривается, поскольку к вибрации имеет лишь косвенное отношение. Как известно, помпаж обычно сопровождается внезап-

ным всплеском вибрации и звукового давления.

Трубопроводы могут иметь ограниченные участки, примыкающие к на-

гнетателю, с длиной, равной или кратной четверти длины водны для опреде-

ленной звуковой частоты, относящейся к контролируемому диапазону частот вибрационного спектра (обычно эта длина равна нескольким метрам). Звуковая частота может лежать вне пределов звукового диапазона (например, составляет

13 Гц). Если внутри машины имеется элемент, который задает данную звуко-

вую частоту (поддерживает механизм автоколебаний), то в трубопроводе воз-

никает стоячая звуковая волна, а на подшипниках и корпусе насоса при этом появляется заметная вибрация со звуковой частотой. Эта частота может быть некратна частоте вращения; она обычно равна собственной частоте некоторого элемента, поддерживающего механизм автоколебаний. Таким элементом может быть, например, рабочее колесо нагнетателя, упругие осевые колебания которо-

го создают пульсацию давления с частотой этих колебаний в трубопроводе со всеми описанными последствиями.

2.2.2. Параметрические методы диагностики

Параметрическая диагностика – это контроль нормируемых параметров оборудования, обнаружение и идентификация их опасных изменений. Она ис-

пользуется для аварийной защиты и управления оборудованием, а диагностиче-

ская информация содержится в совокупности отклонений величин, контроли-

руемых параметров от номинальных или нормирующих значений.

Параметрические методы контроля работоспособности оборудования ос-

нованы на измерении, соответствующем функциональном преобразовании ре-

зультатов измерений и оценке выходных и внутренних параметров объектов контроля [6].

К параметрическим методам относятся методы контроля работоспособ-

ности в целом насосов, электродвигателей и пр. Что касается параметрической

58

диагностики насосных агрегатов, то под нею подразумеваются методы, осно-

ванные на специальной обработке и анализе значений гидродинамических,

термических и других функциональных параметров, измеряемых на работаю-

щем насосном агрегате.

59

3 ДИАГНОСТИКА НАСОСНОГО ОБОРУДОВАНИЯ НПС

Контроль технического состояния насосных агрегатов НПС регламенти-

РД 153-39ТН-008-96. Рассмотрим основные виды диагностических обследова-

ний, применяемых для контроля технического состояния насосов.

3.1Вибрационная диагностика насосных агрегатов

Вибродиагностика позволяет контролировать техническое состояние ма-

гистральных и подпорных агрегатов в режиме непрерывного наблюдения за уровнем вибрации.

Распространение вибрационных методов для диагностики насосного обо-

рудования можно обосновать рядом факторов. Это, в первую очередь, возмож-

ность установки датчиков вибрации на кожухе насоса, при малых габаритах и небольшой массе датчиков. Кроме того, существует возможность постоянного автоматизированного контроля за уровнем технического состояния объекта пу-

тем непрерывного измерения и оценки вибрации. При достижении определен-

ных предельных величин осуществляется автоматическая передача сигнала для аварийной остановки агрегата.

Другим фактором, определяющим широкое распространение вибродиаг-

ностики, является высокая информативность параметров вибрации, позволяю-

щая определять различные источники колебаний. Кроме того, проведение виб-

рообследования агрегатов позволяет контролировать качество монтажных и ремонтных работ.

РД 08.00-60.30.00-КТН-016-1-05 определяет следующие основные требо-

вания по контролю и измерению вибрации насосных агрегатов:

1) все магистральные и подпорные насосные агрегаты должны быть ос-

нащены стационарной контрольно-сигнальной виброаппаратурой (КСА) с воз-

можностью непрерывного контроля в операторной текущих параметров вибра-

60