ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

"Опубликованные статьи СИДОРОВА Александра Владимировича"

ВЫБОР КОНТРОЛЬНЫХ ТОЧЕК ИЗМЕРЕНИЯ ОБЩЕГО УРОВНЯ ВИБРАЦИИ

Сидоров В.А., Авакумов С.И., Сидоров А.В.

Измерение вибрационных параметров в настоящее время является основным средством технического диагностирования для получения информации о фактическом состоянии механического оборудования. Одной из важнейших задач виброметрии, обеспечивающей точность постановки диагноза, является выбор точек и направлений измерения вибрации. Вопросы, связанные с выбором контрольных точек измерения общего уровня вибрации, а также результаты проведенного для этого эксперимента рассмотрены в статье.

Измерение вибрационных параметров в настоящее время является основным средством технического диагностирования при получении информации о фактическом состоянии механического оборудования. Одной из важнейших задач виброметрии, обеспечивающей точность постановки диагноза, является выбор точек и направлений измерения вибрации.

Существующий стандарт ГОСТ ИСО 10816-1-97 [1] регламентирует измерение общего уровня вибрации в трех взаимно перпендикулярных направлениях (рисунок 1). Точки измерения при этом следует выбирать на подшипниках, корпусах подшипников или других элементах конструкции, которые в максимальной степени реагируют на динамические силы и характеризуют общее вибрационное состояние машины.

Рисунок 1 – Точки и направления измерения виброскорости согласно ГОСТ ИСО 10816-1-97

Практическая реализация этих рекомендаций не всегда однозначно позволяет определить техническое состояние оборудования. Так, например, показательным является отношение одноименных составляющих среднеквадратичного значения виброскорости. Для подшипниковых узлов машин стационарного режима работы, измеренное в различных точках в пределах рекомендаций, это отношение может достигать нескольких раз. Возникает вопрос, по какому из результатов выполнять оценку технического состояния оборудования и принимать решение на его ремонт?

В процессе развития повреждений некоторые направления могут оставаться нечувствительными к изменению технического состояния вследствие анизотропии упругих свойств подшипниковых опор, различного характера взаимодействия нагрузок и погрешностей монтажа. Так, зазор между кольцом подшипника и корпусом делает данное направление нечувствительным к измерению ударных импульсов, наличие выработки посадочных мест наоборот приводит к увеличению ударных нагрузок и увеличению высокочастотных составляющих при циркуляционном нагружении подшипника.

Рассматривая причины возникновения вибрации, необходимо обратить внимание на следующую упрощенную модель колебательных процессов (рисунок 2), которые характеризуются многократным поочередным возрастанием и убыванием некоторого параметр во времени.

Рисунок 2 – Физический маятник (гармонический осциллятор)

В качестве параметров влияющих на величину вибрации, выделяют:

Так как масса машины в процессе работы, как правило, не изменяется, а силы постоянны при установившемся режиме работы, то основным фактором, который оценивается при измерении общего уровня вибрации, является жесткость системы в конкретном направлении. Отсюда следует, что изменение технического состояния связано с изменением жесткости системы. Вопрос о выборе наиболее информативных точек и направлений измерения целесообразно рассматривать как поиск участков, жесткость которых изменяется сильнее других при изменении состояния машины.

Решение может быть выполнено двумя путями: теоретико-логическим - на основе известной конструкции машины, а также сил, действующих в ней, и практическим – на основе опытных данных. Первый способ решения задачи трудно реализуем вследствие необходимости учета многих разнородных факторов, зачастую неоднозначно определяемых конструкцией. Поэтому с целью выявления наиболее информативных точек измерения общего уровня вибрации проведен ряд экспериментов. Схема точек, в которых проводились измерения, приведена на рисунке 3. При этом правая сторона (параметры с индексами «п») считается стороной набегания ротора, ротор в процессе вращения накатывается на эту сторону.

Рисунок 3 – Схема точек измерения при проведении эксперимента

Для установления закономерностей распределения вибрации были проведены измерения вибрации по установленной схеме для подшипниковых узлов турбокомпрессоров. Измерения проводились прибором VibrationPen CMVP50 в следующих точках (рисунок 3):

На основании полученных в ходе эксперимента данных сделаны следующие выводы.

1. Вертикальная составляющая. Значения виброскорости со стороны набегания ротора при его вращении, как правило, выше, чем с противоположной стороны (75%). Это может быть связано с возникновением колебаний от воздействия сил набегающего ротора, которые стремятся прижать машину в точке опоры.
2. Горизонтальная составляющая. Распределение наибольших значений при измерении виброскорости в горизонтальном направлении относительно равномерное и предпочтение любой из точек измерения не может носить строгий характер (в 56% случаев наибольшие значения виброскорости были зафиксированы со стороны набегания ротора, 44% - с противоположной стороны). Это объясняется тем, что вибрация для горизонтальной составляющей измерялась с двух противоположных сторон на одном уровне (с одинаковой жесткостью), при этом дополнительные силы, которые были бы различны для двух сторон, отсутствуют.
3. Осевая составляющая. Подавляющее большинство случаев (89%) свидетельствует о наибольшей вибрации в верхней точки при измерении виброскорости в осевом направлении. Характер распределения значений виброскорости для данного направления имеет ярко выраженную овальную форму (рисунок 4). Прежде всего, это может быть обусловлено консольностью расположения верхней точки измерения, а, следовательно, наименьшей жесткостью.

Рисунок 4 – Распределение значений виброскорости для осевого направления при 4-х измерениях

Высказано предположение о том, что, зная распределение значений виброскорости по направлениям, характерное для нормально работающего механизма, для данного конкретного механизма можно составить диаграмму распределения виброскорости, на основании которой судить об отклонениях в работе исследуемой машины. Количество точек и направлений измерения непосредственно связано с подробностью картины распределения виброскорости. Так распределение виброскорости для осевого направления при 20 точках измерения имеет иную форму (рисунок 5).

Рисунок 5 – Распределения виброскорости в осевом направлении при 20-ти измерениях

Данные при этом могут быть представлены таким образом, чтобы динамика изменения контролируемых параметров наиболее визуально читаемо отражала процессы, имеющие место в самой машине. Это в свою очередь повышает точность постановки диагноза при определении технического состояния агрегатов. Определение рационального направления при измерении виброускорения требует учета действующих сил и может меняется после ремонтных воздействий.

Перечень ссылок

1. ГОСТ ИСО 10816-1-97. Контроль состояния машин по результатам измерения вибрации на невращающихся частях. – М.: Изд-во стандартов. – 13 с.

Аввакумов С.И., Сидоров В.А., Сидоров А.В. Выбор контрольных точек измерения общего уровня вибрации // Вибрация машин: измерение, снижение, защита / Материалы 2-й Международной научно-технической конференции. - Донецк: ДонНТУ, 2004. - 160 с. – С. 73-76.