| Биография | Автореферат | Библиотека | Ссылки | Отчет | Индивидуальное задание |
В статье рассмотрены вопросы распознавания технических состояний объектов. Рекомендации различных стандартов, в настоящее время, определяют границы различения технического состояния механизма в пределах от 1,6 до 4-х кратного изменения уровня вибрации. Эти границы необходимо уточнять для каждого контролируемого механизма. Высказана гипотеза о соответствии изменения технического состояния характеру физических процессов, протекающих в механизме. На основании анализа результатов измерения вибрации группы дымососов, определены границы различения технического состояния конкретного механизма, связанные с искажением непрерывности функций диагностической меры расстояния Nv, Nv2 в виде ступенчатых минимаксных переходов.
Основная задача технической диагностики – распознавание технических состояний объектов, в условиях ограниченного объема информации [1]. Понятие техническое состояние включает совокупность признаков (параметров), характеризующих изменение свойств объекта в процессе эксплуатации. Теория диагностики предполагает, что объект может иметь множество состояний [2]. Однако практическое использование результатов диагностирования требует ограничения числа классов состояний. Это связано с необходимостью сопоставления распознаваемых классов состояний с рекомендуемыми объемами работ по контролю, техническому обслуживанию, ремонту. Обычно используют четыре класса технического состояния: хорошее, удовлетворительное, неудовлетворительное и аварийное. Возможные варианты: хорошее, приемлемое, допустимое, недопустимое, принятые в стандарте ИСО 2372 [3] аналогичны вышеуказанным. Определение границ различения технических состояний имеет важное значение при решении прикладных задач диагностирования машин. Правильный и своевременный выбор ремонтного воздействия позволяет не только избежать возникновения аварийных ситуаций, но и существенно продлить срок службы механизма.
Основа диагностирования механических систем – контроль вибрации. Эта задача возникла с момента появления первых машин. При работе механизма неизбежны пространственные колебания вращающихся деталей, вызывающие вибрацию опорных подшипников, корпуса. Уровень механических колебаний – главный информативный параметр при диагностировании машин. Практически о работе машины с вибрацией говорят в том случае, если параметры вибрации превышают допустимые значения. Определение допустимых значений вибрации и границ необходимых ремонтных воздействий имеет давнюю историю.
Первые опытные данные по оценке вибрации были собраны Ятесом и Резбоном. Эти данные оформлены в виде нормативных графиков (рисунок 1) [4]. Анализ графиков предложенных Ятесом показывает, что переход от очень спокойного к нормальному состоянию машины соответствует увеличению вибрации в 4 раза; переход от нормального к слегка неспокойному предполагается при увеличении вибрации в 2,6 раза; диапазон между слегка неспокойным состоянием и срочным уравновешиванием составляет 3-х кратное увеличение вибрации. В нормативах Резбона различение состояний имеет стабильный характер и соответствует увеличению вибрации в 1,6 раза.
(а)
(б)
Рисунок 1 - Нормы вибрации:
а) по Ятесу;
б) по Резбону
Рассматривая стандарты по нормированию колебаний валов также находим различия в определении границ технических состояний. Так в нормативах фирмы "Вестингауз" изменение технического состояния предполагает увеличение вибрации в 1,5 либо 2,0 раза, в зависимости от исходного состояния [4]. Стандарт VDI 2056 имеет стабильные границы технических состояний, устанавливающие диапазоны изменения вибрации в 2,5 раза. В стандарте VDI 2056 такой параметр как виброскорость впервые выступил в качестве объединяющего параметра вибросмещения и частоты колебаний.
В более поздних стандартах ИСО 2372, ИСО 3954 и аналогичных виброскорость является основным показателем технического состояния оборудования. В данных стандартах предполагается, что аналогичные машины, сгруппированные по мощности, создают при одинаковом состоянии механические колебания с одинаковым уровнем скорости в частотном диапазоне от 10 до 1000Гц. Шкала оценки интенсивности вибрации стандарта ИСО 2372 (рисунок 2.а) построена исходя из соотношения 1,6 близлежащих диапазонов оценочной классификации. Предполагается, что изменение вибрации в 1,6 раза приводит к существенному изменению вибрационного состояния. Изменение вибрации, в данном стандарте, в 1,62 = 2,56 раза, позволяет утверждать об изменении категории технического состояния.
Однако, аналогичный стандарт оценки вибрации вращающегося оборудования, используемый фирмой "Ниппон стил корпорейшн" (рисунок 2.б) предполагает, что изменение вибрации в 2,0 раза служит основой изменения категории технического состояния.
(а)
(б)
Рисунок 2 - Нормативы виброскорости по стандартам:
а) ИСО 2372;
б) стандарт оценки вибрации, используемый фирмой "Ниппон стил корпорейшн"
В целом рекомендации стандарта ИСО по увеличению уровня виброскорости можно сформулировать так: увеличение вибрации до 1,6 раза – нормально; до 2,5 раз – допустимо; более 4,0 раз – необходимо техническое обслуживание; увеличение более 6-ти кратного – немедленная остановка. Это согласуется с правилом ЦНИИМФа [2], которое гласит – при увеличении уровня вибрации более чем в 3,0…3,5 раза необходимо проведение технического обслуживания.
Возникает естественный вопрос – как определить границы различения технического состояния конкретного механизма. Каким рекомендациям при этом необходимо следовать? Для получения ответа рассмотрим результаты изменения виброскорости 12 дымососов одного из цехов металлургического завода. Конструкция данных дымососов ВЦ–32 представляет собой типичную схему двухопорного вала, установленного на подшипниках скольжения, с межопорным расположением рабочего органа – рабочего колеса. Привод осуществляется при помощи электродвигателя мощностью 500 кВт с частотой вращения 720 мин-1, через втулочно–пальцевую муфту. Срок службы дымососов составлял от 20 до 30 лет. Техническое состояние, в следствие этого, было различным и менялось от хорошего (после ремонта) до аварийного. Измерения виброскорости выполнялись в 4-х точках на подшипниковых узлах валов дымососа и двигателя, в 3-х взаимноперпендикулярных направлениях. Время контроля – более года. Периодичность измерений – еженедельно. Всего выполнено порядка 3000 измерений.
Анализ результатов измерений приведен на рисунке 3, в виде гистограммы зависимости Ni=f(vi), где Ni – количество наблюдений в i-м единичном диапазоне; vi – диапазон измеряемых значений виброскорости. Данный график зависимости описывается распределением Вейбулла:
F(v)=1-exp(-(v/a)b)
с параметрами a=9,33 мм/с; b=1,49. Граница интервала vср+2s=8,4+2*5,76=19,92 мм/с, где vср - среднее значение, s - среднеквадратичное отклонение; включающее более 95% реализаций, очевидно может служить предельно допустимым значением виброскорости для данного механизма. Это значение подтверждается расчетами выполненными при моделировании неисправного состояния. Виброскорость vдоп=21,2 мм/с приводит к разрыву сплошности масляной пленки.
Рисунок 3 - Гистограмма зависимости Ni=f(vi)
Для определения границ различения технических состояний была высказана гипотеза о соответствии изменения технического состояния характеру физических процессов, протекающих в механизме. Например, изменение характера контакта поверхностей подшипника скольжения от жидкостного к полужидкостному режиму смазывания неизбежно вызовет изменение технического состояния. Предположительно, граничные переходы должны быть связаны с искажениями непрерывности функций диагностической меры расстояния Nv, Nv2 в виде ступенчатых минимаксных переходов. Это объясняется работой механизма в зоне неустойчивого равновесия при вибрации соответствующей границам технических состояний. Данное предположение подтвердилось при анализе гистограмм графиков функций Nivi=f(vi), Nivi2=f(vi) (рисунок 4).
(а)
(б)
Рисунок 4 - Гистограммы функций:
а) Nivi=f(vi);
б) Nivi2=f(vi)
Анализ степени отклонения, фактически полученных гистограмм от теоретической функции распределения определил совпадающие на обеих графиках значения граничных состояний: 5,0 мм/с; 12,0 мм/с; 21,0 мм/с; 24,0 мм/с; 26,0 мм/с; 28,0 мм/с; 32,0 мм/с. Для практического использования были приняты следующие границы технических состояний: 0…5,0 мм/с – хорошее; 5,0…12,0 мм/с – удовлетворительное; 12,0…21,0 мм/с – плохое; свыше 21,0 мм/с – аварийное. Более высокие значения границ 24,0 мм/с, 26,0 мм/с, 28,0 мм/с, 32,0мм/с – определяют различение состояний в аварийном диапазоне работы механизма, показывают большое число возможных технических состояний механизма.
Принятое распределение границ предполагает изменение технического состояния при увеличении вибрации в 1,75…2,4 раза. Это согласуется с рекомендациями стандартов, однако указывает на возможные не постоянные коэффициенты ухудшения состояния конкретного механизма. Данные границы являются индивидуальной характеристикой машины и могут быть определены экспериментальным либо расчетным путем.
Использование данных границ при различении технических состояний и определении вида ремонтного воздействия позволило своевременно выполнять техническое обслуживание соответствующее выявленному классу технического состояния. Результат выразился в уменьшении объема ремонтных работ и улучшении технического состояния, проявившемся в снижении общего уровня вибрации по всей группе контролируемых дымососов.
Выводы
Перечень ссылок
Сидоров В.А., Сидоров А.В. Границы различения технических состояний машин // Вибрация машин: измерение, снижение, защита / Материалы Международной научно-технической конференции. - Донецк: ДонНТУ, 2003. - 103 с. – С. 31-37.
| Биография | Автореферат | Библиотека | Ссылки | Отчет | Индивидуальное задание |