Программное обеспечение для экспресс анализа и расширенного исследования причин вибрации машин

Для проведения оперативной диагностики на месте эксплуатации машин необходим быстрый анализа вибрационных характеристик. При уточнении причин нарушений нормального функционирования машин, выявленных при стандартной обработке узкополосных спектров, требуется проведение дополнительных исследований. Для решения этих задач было разработано программное обеспечение, состоящее из следующих программ: «Экспресс-Анализ», «Валопровод», «Динамика», «Стержневые конструкции», «Газодинамика» и «Теплофизика». Каждая из программ позволяет исследовать отдельные процессы, происходящие в машине, и решить вопрос о причинах вибрации, а также возможных путях ее снижения.

Программа «Экспресс-Анализ» предназначена для оперативной оценки технического состояния обследованных составных частей объектов контроля по нормативным общим значениям параметров вибрации, и по изменению текущих значений параметров вибрации относительно базовых (устанавливаемых пользователем), а также для анализа и сравнения узкополосных спектров (рис. 1).

Программа позволяет производить одновременный просмотр нескольких спектров в разных окнах, формирует на ПК каталог данных обследованных агрегатов с предварительным просмотром спектра и сведений о точке измерения (тип измерения, станция, агрегат, точка, дата, время, количество линий, пределы измерения, тип спектра, общий уровень). Оценка технического состояния составных частей по нормативным значениям вибрации и по ее изменению производится при просмотре каталога измерений (для оценки используется три цвета: зеленый — хорошо, желтый — допустимо, красный — недопустимо).

Программа «Валопровод» предназначена для расчета критических частот валопровода и определения форм колебания, а также исследования влияния на них конструктивных и эксплуатационных изменений валопровода. Критические частоты вращения рассчитываются как собственные частоты поперечных колебаний балки переменной жесткости. Расчет выполняется методом начальных параметров в матричной форме. Для расчета конструкция разбивается на участки постоянной жесткости так, что абсолютно жесткие опоры, упругие опоры, шарниры, сосредоточенные массы и моменты инерции присоединенных деталей расположены на правых границах участков.

Результаты расчетов — формы критических частот валопровода — представляются в графическом виде с указанием значения частоты. На рис. 2 приведен пример расчета значений критических частот и форм колебаний ротора компрессора.

Программа «Динамика» предназначена для расчета амплитуд и динамических усилий в заданных сечениях ротора. Она позволяет строить амплитудно-частотные характеристики колебаний заданного сечения ротора; вычислять траекторию перемещения заданной точки вала. В качестве факторов возбуждающих колебаний могут быть: остаточная статическая неуравновешенность, приведенная к одному или нескольким сечениям ротора; радиальная и угловая несоосность валов машины и привода; радиальная сила на ротор со стороны прокачиваемой среды. Программа позволяет также учесть анизотропию упругих и демпфирующих свойств подшипников и щелевых уплотнений.

Программа «Стержневые конструкции» предназначена для расчета стержневых конструкций, и позволяет решать статическую задачу и задачу о собственных колебаниях пространственных стержневых конструкций, состоящих из стержней имеющих следующие типы форм поперечного сечения: швеллер, коробка из двух швеллеров, труба, прямоугольник, коробчатый замкнутый прямоугольник, двутавр из двух швеллеров. При расчете конструкции на статику можно учитывать влияние на нее сосредоточенных, распределенных и температурных нагрузок. При расчете собственных частот можно учитывать влияние продольных усилий в стержнях на изменение значений частот. Эту программу целесообразно применять для расчета трубопроводов, т.к. они также являются стержневой конструкцией состоящей из труб различного диаметра. Задачи решаются методом конечных элементов.

Результаты работы программы показаны на примере исследования трубопровода четырехрядной поршневой компрессорной установки. На рис. 3 представлена форма деформированного состояния трубопровода, с указанием участков с низким коэффициентом запаса прочности.

В табл. 1 приведены значения продольных сил, напряжений от изгибающих моментов и перерезывающих сил и значения коэффициентов запаса прочности для наиболее опасных участков трубопровода. На рис. 4 приведена форма собственных колебаний трубопровода компрессорной установки близкая к девятой гармонике оборотной частоты.

Имея данные, представленные на рис. 3, 4 и в табл. 1, можно оценить влияние статических нагрузок на трубопровод, и, изменив параметры исследуемой конструкции (увеличив прочность отдельных звеньев, изменив жесткость опор и т.д.), усилить слабые звенья трубопровода. Кроме этого можно произвести отстройку трубопровода от возможного резонанса (изменив расположение и свойства опор, и т.д.).

Программа «Газодинамика» предназначена для расчета параметров, необходимых для построения размерных газодинамических характеристик (объемного расхода, политропного напора, внутренней мощности), безразмерных (коэффициентов расхода, напора, мощности, политропного КПД), а также приведенных к заданным условиям газодинамических характеристик турбомашин. Программа рассчитывает термодинамические параметры газа на входе и на выходе из турбомашины, а также перед сужающим устройством.

Программа «Теплофизика» предназначена для расчета теплофизических свойств рабочих тел компрессорного оборудования (газов и газовых смесей). Программа позволяет рассчитать термические, калорические и переносные свойства гомогенных газообразных веществ в интервале температур от -40°С до +350°С. База данных охватывает 26 веществ: инертные газы, двухатомные и многоатомные неорганические соединения, предельные и непредельные углеводороды, а также воздух, хлор, азот и др. По заданным давлению и температуре, программа обеспечивает расчет следующих теплофизических характеристик: плотность, коэффициент сжимаемости, производные от давления, показатель адиабаты, скорость звука, внутреннюю энергию, энтальпию, энтропию, изохорную и изобарную теплоемкости, динамическую и кинематическую вязкости, а также теплопроводность.