Основные направления в развитии портативных приборов для измерения параметров вибрации

Автор: Сидоров Владимир Анатольевич

(Сидоров В.А., Сотников А.Л.//Энергетическая безопасность России. Новые подходы к развитию угольной промышленности: Труд VII международной научно - практической конференции - Кемирово: ННЦ ГП-ИГЛ им А.А.Скочинского, ИУУ СОРАН, Куз ГТУ, ЗАО КВК "Экспо - Сибирь", 2005. 172-176. )

        В настоящее время проблема оценки текущего состояния механического оборудования промышленных предприятий приобретает все более актуальный характер. Необходимость знания фактического состояния оборудования диктуется: возможностью снижения затрат на техническое обслуживание и ремонт, заботой о сохранении основных промышленных фондов, исключением внеплановых остановок технологического процесса, обеспечением технологической безопасности. Традиционно техническое состояние механического оборудования оценивается по значениям параметров вибрации. Разработанные стандарты [1] рекомендуют ежедневно контролировать общие уровни вибрации, а через 600 – 1200 часов работы оценивать интенсивность основных источников колебаний.
        Решение указанных проблем, связанных с контролем технического состояния механических систем невозможно осуществить субъективными методами. Необходимым является использование приборных методов диагностирования на различных уровнях контроля. Среди средств технического диагностирования, используемых для диагностики механического оборудования, по уровню решаемых задач и приборной реализации можно выделить: портативные, анализаторы и встроенные системы контроля.
        Портативные средства технического диагностирования реализуют измерение одного или нескольких диагностических параметров, характеризуются малыми габаритами и отсутствием обмена данных с компьютерными системами. К их преимуществам относятся: быстрота процесса измерения, простое обслуживание и управление, оперативное и наглядное получение информации в виде одиночного результата, низкая стоимость. Область применения – оперативный контроль технического состояния оборудования работниками ремонтных служб и технологическим персоналом.
        Анализаторы вибрации позволяют провести распознавание неисправностей при использовании аппарата спектрального анализа и использовании компьютерных технологий и экспертных систем. Переносной прибор выступает в роли мобильного устройства для сбора и предварительного анализа данных, а компьютер и программное обеспечение позволяет проводить более глубокие исследования на основе анализа трендов и экспертных систем. Применение анализаторов оправдано при специализации процессов контроля, высокой квалификации специалистов, обеспечения качества проводимых измерений. Область применения – специализированные подразделения промышленных предприятий по экспертизе технического состояния, наладке механического оборудования.
        Встроенные системы используются при необходимости постоянного контроля технического состояния оборудования. Высокая стоимость, один из недостатков встроенных систем, определяется не только стоимостью аппаратной части, но и затратами на поддержание системы в работоспособном состоянии. Это ограничивают объём использования встроенных систем 10 % эксплуатируемого оборудования.
        Наиболее широкое распространение в следующие годы должны получить портативные средства диагностирования с ограниченным внедрением анализирующих технологий и систем постоянного контроля технического состояния. Среди портативных приборов для измерения параметров вибрации как отдельные направления можно выделить: стетоскопы, приборы для оценки состояния подшипников качения, приборы для балансировки роторов в собственных опорах, виброметры. В работе рассматриваются основные направления в развитии портативных приборов технического диагностирования предназначенных для контроля параметров вибрации.

        Шумы механизмов, являющиеся следствием механических колебаний деталей, давно используются для оценки их технического состояния. Упругие волны, порождающие акустические колебания легко распространяются по корпусным деталям. Прослушивание акустических шумов, возникающих при работе механизма, наиболее распространенный метод определения состояния работающего оборудования. Для этого используется технический стетоскоп, состоящий из металлической трубки и деревянного наушника (рисунок 1). Требования по прослушиванию шумов механизмов включены во все правила технического обслуживания и инструкции по эксплуатации оборудования. Наиболее эффективным является сочетание полученной качественной картины технического состояния с количественной оценкой параметров вибрации. Это позволяет соединить субъективное мнение с объективной информацией, что обеспечивает достаточную точность при постановке диагноза.
        Сейчас, при прослушивании шумов, используют электронные стетоскопы. Щуп прибора устанавливается на корпусе механизма. Электрический сигнал, снимаемый с пьезоэлектрического датчика, подаётся на усилитель звуковой частоты, а затем в наушники. По частоте и силе звука судят о наличии повреждений в контролируемом механизме и об их характере. Это единственный метод, который в наиболее полной мере использует «субъективизм» специалиста.

        

        Акустическая картина механизма составляется из совокупности шумов всех элементов. Качество расшифровки и правильность постановки диагноза зависит от квалификации, подготовленности и опыта механика.

        Подшипники качения - неотъемлемая составная часть механизмов. Среди методов оценки технического состояния подшипников наибольшее распространение нашел метод ударных импульсов, предполагающий измерение параметров ударных волн, вызванных столкновением двух металлических тел, на резонансной частоте датчика 28...32 кГц.
        Цифровой прибор для измерения ударных импульсов - индикатор КОНТЕСТ-7711. Регулярные измерения позволяют определить состояние смазки, установить необходимость замены подшипника, обнаружить начало развития повреждения в подшипнике (рисунок 3). В функциях прибора предусмотрена работа в режиме тахометра.

Рисунок 3 – Общий вид прибора КОНТЕСТ-7711  

        Данный класс приборов является специфическим для отечественных производителей и отсутствует в производстве иностранных фирм. Одной из основных причин повышенной вибрации вращающихся машин является дисбаланс. Наличие дисбаланса приводит к ускоренному износу подшипников, валов и других составляющих механизма, повышенному уровню шума, уменьшению к.п.д. Решить эти проблемы возможно путем уравновешиванием роторов на месте эксплуатации.
        Наиболее характерным для данного класса является малогабаритный балансировочный прибор/анализатор МБП-5, (ИТЦ "Вибродиагностика", Украина, г. Северодонецк). Прибор предназначен для измерения параметров вибрации и балансировки роторов в собственных подшипниках (рисунок 4). Прибор обеспечивает: измерение общего уровня параметров вибрации и определения фазового угла с помощью стробоскопа на суперярких светодиодах.

        Портативные виброметры используют пьезоэлектрические датчики и измерительные устройства, реализующие фильтрацию сигнала, интегрирование, получение необходимых характеристик колебательного процесса, цифровую индикацию полученных результатов. Виброметр общего назначения -034 ("Диамех", Россия, г. Москва) наиболее характерен для данной группы приборов. Назначением прибора (рисунок 5) является измерение общего уровня вибросмещения, виброскорости или виброускорения.

Рисунок 5 – Виброметр -034

        Крепление акселерометра предусматривается: на шпильке; на магните; в виде ручного щупа. Иным решением является совмещение датчика с измеритемьным блоком. Это позволяет использовать резонансные явления для регистрации высокочастотных составляющих и оценки состояния подшипников качения.
        Пример - виброметр 50 (фирма  SKF ). Виброметр 50 (рисунок 6) карманный прибор для контроля вибрации машин, как низкочастотных, так и высокочастотных.

Рисунок 6 – Общий вид виброметра 50  SKF 

        Стремление получить объективную информацию о фактическом состоянии механизма всегда требует контроля нескольких, взаимодополняющих диагностических параметров. Реализация процессов измерения при помощи портативных приборов предполагает создание комплектов для диагностирования механического оборудования.

        Измерение одного из параметров вибрации никогда не позволяет установить правильный диагноз. Желательно совмещение, одновременная регистрация параметров вибрации. Дополнительную информацию несут и характеристики колебательных процессов, такие как среднеквадратичное значение, пиковое значение, размах амплитуды. Интерес вызывает одновременный контроль частотных характеристик. Этот путь в настоящее время является наиболее перспективным и информативным в развитии портативных приборов.
        Примером реализации данной концепции служит виброметр 107В (рисунок 7) – малогабаритный, автономный, микро процессорный виброизмерительный прибор. Предназначен для измерения параметров механических колебаний работающего оборудования: виброускорения, виброскорости, виброперемещения, спектрального анализа вибрационных сигналов. Измерения проводятся на не вращающихся элементах – корпусных деталях подшипниковых узлов.
        Наиболее важным аспектом в данном случае является рациональный выбор перечня диагностируемых параметров. Данный набор реализуем как технологическим персоналом, так и специалистами в области виброметрии. С другой стороны использование дополнительных функций усложнит прибор и не повысит достигнутый, оптимальный, уровень информативности.