Сравнительные характеристики сборщиков-спектроанализаторов фирм-производителей

Соколов Д.В., ЗАО "Промсервис"

При проведении диагностирования вращающегося оборудования по параметрам вибрации, прежде всего, необходимо получать достоверные измерения виброакустических сигналов в контрольных точках. Для этого нужно помимо соблюдения правил установки датчиков использовать приборы — спектроанализаторы, которые отвечают определенным требованиям.

В настоящее время, ряд российских фирм разрабатывают и производят оборудование, предназначенное для измерения характеристик виброакустических сигналов. Имея общее назначение, эти приборы значительно отличаются между собой по предоставляемым возможностям и удобству в эксплуатации. Поэтому, перед тем как остановить выбор на том или ином устройстве, необходимо предварительно провести их сравнительный анализ и оценить в какой мере удовлетворяют они уровню задач, предъявляемых виброакустической диагностикой.

К необходимым возможностям, которыми должны обладать приборы, анализирующие вибрацию, относятся:

• проведение анализа временных характеристик сигналов и анализа временной развертки сигналов (режим осциллографа);

• проведение спектрального анализа вибрации, т.е. осуществление разделения вибрации на частотные составляющие в широком диапазоне частот (от долей Герца до 20 кГц), с возможностью выбора различных частотных поддиапазонов;

• проведение спектрального анализа огибающих высокочастотных сигналов вибрации, с возможность перестройки средней частоты полосового фильтра и выбором различных пределов частотного диапазона;

• обеспечение достаточной разрешающей способности, до 1600 линий/спектр;

• обеспечение усреднений по спектральным характеристикам;

• оценка выбросов в сигнале вибрации, т. е. определение пик-фактора (отношение пикового и среднеквадратичного значений);

• определение общего уровня вибрации в полосе частот, требуемой стандартами вибрационного контроля;

• проведение измерений по маршруту;

• возможность передачи накопленных измерений в компьютер для их дальнейшей обработки.

Дополнительные функции, которыми бы желательно должны обладать приборы, являются балансировка роторов в собственных опорах, наличие графического жидкокристаллического дисплея, возможность загрузки маршрута измерений из компьютера.

На сегодняшний день, наиболее известными и широко представленными на рынке сборщиками-спектроанализаторами виброакустической информации, из изготавливаемых в РФ, являются: "ПР-200А" (НТЦ "Приз" г. Москва), "Кварц" и "Топаз" (ООО "Диамех" г. Москва), "СК-2300" (ИТЦ "Оргтехдиагностика" г. Москва), "СД-11" (АО "ВАСТ" г. Санкт-Петербург), "СМ-3001" и "ДСА-2001" (ООО "Инкотес" г. Нижний Новгород), "Диана-2" и "Атлант-8" (ПВФ "Вибро-Центр" г. Пермь).

Все указанные приборы являются сложными программно-аппаратными комплексами, созданными на базе микропроцессорных модулей. Использование микропроцессоров, позволило (при сравнительно небольших размерах) реализовать в устройствах широкий спектр измерительных и вычислительных возможностей, проводить различные виды анализа сигналов вибрации, а также рассчитывать дополнительные параметры виброакустических характеристик (СКЗ, пик-фактор и т.д.).

Тем не менее, только часть из перечисленных сборщиков-спектроанализаторов отвечает всем основным требованиям, предъявляемым при проведении вибродиагностики. Другие устройства обладают необходимыми возможностями лишь частично.

Основные сравнительные характеристики приборов приведены в таблице 1 (ценовые характеристики приборов не рассматриваются).

Таблица 1.

Данные таблицы 1 не полностью отражают особенностей приборов при эксплуатации, и нуждаются в дополнительном пояснении.

Рисунок 1 — Анализатор "Диана-2"

Например, анализатор "Диана-2" (рис. 1) - компактный, удобный в использовании прибор позволяет синхронно регистрировать вибросигналы по двум каналам, и по третьему каналу одновременно может проводиться регистрация сигнала с отметчика фазы. Но, при этом, максимальное частотное разрешение по спектрам составляет 800 линий. Такого разрешения оказывается не достаточно при определении ряда дефектов электромагнитной системы электрических машин. "Диана-2", не измеряет спектры огибающих. Это означает, что в значительной степени уменьшается возможность прибора выявлять дефектные подшипники, тем более распознавать конкретные виды неисправностей (например, износ наружного кольца). Также, частотного диапазона 10 кГц, бывает недостаточно при диагностировании высокоскоростных машин с мультипликаторами.

Рисунок 2 — Виброанализатор СМ-3001

Преимуществом виброанализатора СМ-3001 (рис. 2) по сравнению с "Диана-2" является взрывозащитное исполнение по классу 1ExibIIAT4, и измерение вибрации одновременно по 3-м каналам (по двум каналам синхронно, и последовательно с ними по 3-ему каналу). Могут измеряться СКЗ, АМП, ПИК-ПИК, спектр огибающей в полосах 3, 6 и 12 кГц. К неудобству в эксплуатации можно отнести отсутствие графического дисплея, поэтому нельзя, например, при измерениях отслеживать качество спектральных характеристик, вид которых является одним из критериев правильной установки датчиков.

Рисунок 3 — Восьмиканальный синхронный регистратор-анализатор вибросигналов "Атлант-8"

Восьмиканальный синхронный регистратор-анализатор вибросигналов "Атлант-8" (рис.3) выполнен на базе notebook и измерительного блока. Применение персонального компьютера позволило существенно улучшить такие характеристики сборщиков как количество подключаемых каналов (разновидность прибора "Атлант-8М" имеет 16 входных каналов с последовательным опросом) и внутренний объем памяти. Но, вместе с тем, появились ограничения на условия эксплуатации. Например, при использовании в запыленных помещениях, от попадания пыли может выйти из строя клавиатура. Частотный диапазон, поставляемых с анализатором вибродатчиков, составляет 5 — 50000 Гц. Как отмечалось во вступлении, этот диапазон должен составлять от долей Герц до двадцати килогерц. Это связано с тем, что как в данном случае, нижний предел частотного диапазона 5 Гц не позволяет прибору в полном объеме проводить обследование тихоходных машин, когда частоты вращения валов составляют Герцы, и доли Герц (например, в бумажной промышленности). Значение границы верх него частотного диапазона 5000 Гц также снижает возможности прибора при диагностировании быстроходных машин.

Рисунок 4 — Измерительная система ДСА-2001

Измерительная система ДСА-2001 (рис.4) еще одно решение на базе персонального компьютера notebook. Преимуществом данного прибора по сравнению с "Атлант-8" является взрывобезопасное исполнение по классу ExibIIA и возможность синхронного измерения по двум каналам. Недостатком устройства является ограничение частотного диапазона десятью Герцами снизу и десятью килогерцами сверху. Это, как и в случае "Атлант-8", не позволяет в полной мере проводить обследование низкооборотных и быстроходных машин.

Рисунок 5 — Виброанализатор — СК-2300

Следующий виброанализатор — СК-2300 (рис. 5). Прибор обладает всем спектром необходимых возможностей для проведения виброакустической диагностики. Максимальное разрешение в режиме измерения спектров составляет 3200 линий/спектр. Может иметь специальные исполнения для работы во взрывоопасных зонах класса В1а и В1г с паро-воздушными смесями класса IIа температурных групп Т1..Т4, а также влагонепроницаемое исполнение (IP68). К неудобствам в эксплуатации можно отнести необходимость перезагрузки программного обеспечения в прибор с компьютера, при переходе от режима измерений параметров вибрации к проведению балансировки. Другой особенностью устройства, способной вызвать затруднения при проведении измерений, является возможность использования только поставляемых с прибором датчиков-пьезоакселерометров, которые имеют площадь основания 14 см2. Это влечет за собой определенные сложности при постановке датчиков на поверхность с большим радиусом кривизны, или ребра жесткости и фланцы узлов механических устройств.

Рисунок 6 — Анализатор СД-11

СД-11 (рис. 6) — анализатор, который также реализуюет весь спектр необходимых возможностей. Дополнительно имеет встроенную справочную систему по работе с прибором. Помимо основных характеристик позволяет вычислять СКЗ, пик и пик-пик. Предусмотрена установка автоотключения. Может поставляться с коммутатором на 4-16 каналов с последовательным опросом. К недостаткам прибора можно отнести отсутствие модификации во взрывозащищенном исполнении. Также, нужно отметить, что данный прибор представляет собой полностью закрытую систему. Это означает, что результаты измерений могут быть приняты и обработаны в компьютере только программным обеспечением, представленным разработчиками. Это исключает возможность дополнительного исследования измеренных характеристик другими программными продуктами, что в некоторых случаях может оказаться желательным.

Рисунок 7 — Виброанализатор "КВАРЦ"                                                Рисунок 8 — Виброанализатор "ТОПАЗ"

Виброанализатор "КВАРЦ" (рис. 7) и его исполнение в другом конструктиве "ТОПАЗ" (рис. 8) позволяют измерять как основные, так и дополнительные характеристики (эксцесс нижних, верхних частот, разгон/выбег). Предусмотрен режим измерения ZOOM. Существует модификация "ТОПАЗ-В", которая представляет собой взрывозащищенный вариант прибора "КВАРЦ" по классу 1ExibsIIAT4X. Приборы могут эксплуатироваться только с пьезоакселерометрами моделей PA023, PA033, PA034 и PA050. Предусмотрена возможность подключения четырех, восьми и шестнадцати канальными коммутаторами с последовательным опросом каналов. Имеется установка автоотключения. Особенностью устройств является дополнительная загрузка с компьютера программы балансировки. Другой особенностью виброанализаторов является ограничение соотношения верхней и нижней частот измеряемых спектров (максимальное значение составляет 100 к 1). На практике это означает, что в ряде случаев появляется необходимость в проведении дополнительных измерений. Например, при обследовани и многоступенчатого редуктора, частоты вращения валов последних ступеней могут составлять доли Герц, например 0.2 Гц, а частоты зубчатых зацеплений десятки Герц, например 40 Гц. При этом, диапазон измеряемых приборами спектров будет составлять, 0.1 — 10 Гц и 0.5 — 50 Гц, вместо 0.05 - 50 Гц как в ПР-200А.

Рисунок 9 — Спектроанализатор ПР-200А

Спектроанализатора ПР-200А (рис. 9), еще один прибор, реализующий весь перечень необходимых возможностей для проведения вибродиагностики. Позволяет измерять и анализировать временные и спектральные характеристики, рассчитывать СКЗ и пик-фактор. Имеет модификацию ПР-200Ex во взрывозащищенном исполнении по классу 2ExeseIIТ5Х. Программа балансировки не нуждаются в дополнительной загрузке с компьютера (как в "СК-2300", или "Кварц", "Топаз"). Основным отличием данного прибора является чрезвычайная простота в управлении, связанная с отсутствием сложной иерархии вложенных меню, как в "СК-2300", "СД-11" или "Кварц", "Топаз". Все управление прибором сводится к нажатию нескольких кнопок. Позволяет проводить пакетный сбор данных по маршруту. Это означает, что по нажатию одной клавиши все измерения, которые должны быть проведены в точке, выполняются автоматически (нет необходимости вручную запускать измерения разных частотных диапазонов, как это реализовано в других сборщиках).

Со временем, приведенные в примерах спектроанализаторы, будут безусловно совершенствоваться и претерпевать изменения. Будут меняться их технические характеристики и функциональные возможности.