Отвечая на первый вопрос, следует отметить, что использование метода спектрального анализа вибрации в большинстве случаев не является необходимостью. Это связано с тем, что на начальном этапе обследования целесообразнее получить общую оценку технического состояния имеющихся машин, на основе которой разделить парк оборудования на три-четыре группы с различной степенью риска отказа. Пример такого разделения приведен в таблице 1 (для наглядности группы соотнесены с зонами технических состояний согласно [2]). На основании результатов предварительного обследования может быть сделан вывод о целесообразности проведения дальнейшего анализа с применением методов спектрального анализа вибрации.
Как видно из таблицы 1, использование метода спектрального анализа является целесообразным только в том случае, когда имеется один или несколько выраженных дефектов, на развитие которых можно влиять. Изменение динамики развития дефектов служит мерилом эффективности применяемых ремонтных воздействий, а значит и достоверности спектрального исследования, первостепенной задачей которого является установление не столько факта наличия дефекта, сколько причин, вызвавших его появление и влияющих на развитие.
В связи с этим второй вопрос, поставленный выше, имеет смысл перефразировать следующим образом. Существует ли относительно простой метод, лишенный недостатков спектрального анализа вибрации, который позволит получить общую оценку технического состояния? Соразмерным ответом в данной ситуации может быть использование метода оценки технического состояния механического оборудования по общему уровню вибрации. Согласно [2] оценка технического состояния машин по общему уров-ню вибрации подразумевает определение некоторого параметра вибрации (как правило, среднего квадратичного значения виброскорости). Максимальное значение, полученное в результате измерения на каждой опоре в трех взаимно перпендикулярных направлениях, сравнивают с границами четырех зон, установленных исходя из международного опыта проведения исследований и эксплуатации.
Поскольку вибрация конкретной машины зависит от размеров, дина-мических характеристик вибрирующих деталей, способа монтажа и назначения, при выборе границ зон необходимо учитывать условия, влияющие на ее вибрационное состояние [3]. С этой целью при оценке технического состояния машин по общему уровню вибрации вводится понятие «класс машины». В случае, если для конкретной машины не найдено однозначное соответствие тому или иному классу, путем экспертной оценки ее относят к классу, наиболее близкому по характеристикам.
Метод оценки технического состояния механического оборудования по общему уровню вибрации стандартизирован, прост, имеет ряд про-граммно-аппаратных решений, что обеспечило его широкое распространение. Однако следует отметить и ряд допущений, которые позволяют оспорить получаемые результаты. Например, не всегда возможно однозначно отнести конкретную машину к тому или иному классу, хотя в базовом стандарте [2] указано на непосредственную связь границ технических состояний с классом машины. Кроме того, в [3] утверждается, что при нормальной работе машины горизонтальная составляющая параметров вибрации, как правило, имеет максимальное значение, а осевая – минимальное, что связано с отличием жесткости машины и ее проницаемости для вибросигнала в различных направлениях. Таким образом, можно говорить о необходимости учета направления измерения вибрации при сравнении с границами зон техниче-ских состояний. Предлагаемый ниже метод оценки технического состояния механиче-ского оборудования по потерям мощности на вибрацию позволяет отказаться от процедуры определения класса машины и выработать единую систему границ зон технических состояний. Положенная в основу метода гипотеза заключается в том, что поскольку назначение класса в первую очередь связано с мощностью машины, а класс определяет значения границ зон технических состояний, то правомерно предположить о наличии непосредственной связи между мощностью машины, вибрацией и зонами технических состояний. Другими словами, техническое состояние может быть определено в зависимости от того, какая часть мощности машины расходуется на вибрацию.
Для оценки технического состояния механического оборудования по потерям мощности на вибрацию необходимо наличие спектров виброскорости (м/с) в частотном диапазоне от fн до fв, где fн, fв – нижняя и верхняя частотные границы измерения вибрации соответственно, Гц. Измерения выполняются с разрешением N линий в диапазоне. Требования по выбору точек измерения, а также к условиям проведения измерений в остальном соответствуют рекомендациям, приведенным в [2]. На момент начала анализа подразумевается наличие трехмерного массива данных X, элементами xijk которого являются значения амплитуды виброскорости на частоте fk
по направлению j
(где V соответствует вертикальному направлению, H – горизонтальному, A - осевому) в точке i, принадлежащей обследуемому элементу машины. Под элементом машины подразумевается совокупность узлов и деталей, связанных с одним вращающимся валом в собственных опорах. Для каждого направления j каждой точки i рассчитывается удельная мощность вибрации, Вт/кг:
где mi – масса элемента машины, приходящаяся на опору в точке i; Kj – коэффициент, характеризующий степень ослабления вибрационного сигнала в направлении j. Определяется относительная величина потерь мощности на вибрацию:
где Pп – мощность, получаемая элементом машины.Далее найденное значение относительной величины потерь мощности на вибрацию соотносится с границами зон технических состояний, на основании чего делается вывод о техническом состоянии элемента машины. К достоинствам метода оценки технического состояния механического оборудования по потерям мощности на вибрацию следует отнести:
• связь эксплуатационных характеристик с процессами развития дефектов, имеющих место при работе оборудования, и, в конечном итоге, с вибрацией как параметром технического состояния;
• исключение сомнительной процедуры отнесения обследуемой машины к тому или иному классу, неверное определение которого критично влияет на достоверность получаемых диагнозов;
• учет анизотропии распространения вибрации в различных направлениях измерения, а также ослабления при прохождении вибрационного сигнала от источника к датчику;
• наличие единственного параметра, на основании которого ставится общий диагноз по элементу машины, что позволяет шире дифференцировать зоны технических состояний, а также плотнее связать последние с необходимыми воздействиями;
• простота реализации с использованием как программных, так и исключительно аппаратных средств, что свидетельствует о возможности непосредственного применения в стационарных диагностических системах.
Тем не менее, нельзя не отметить также и те вопросы, которые требуют дальнейшего или дополнительного исследования в рамках метода оценки технического состояния механического оборудования по потерям мощности на вибрацию:
• обоснование выбора частотных границ измерения вибрации fн и fв, а также разрешения, количества линий N в диапазоне измерения;
• определение коэффициентов Kj, характеризующих степень ослабления вибрационного сигнала в направлениях измерения вибрации;
• нормирование границ зон технических состояний по параметру e, относительной величине потерь мощности на вибрацию.
В целом метод оценки технического состояния механического обору-дования по потерям мощности на вибрацию призван стать тем долгождан-ным и необходимым звеном в процессе анализа технического состояния машин, которое позволит не только значительно повысить эффективность применения метода спектрального анализа вибрации, но и точнее исследовать связь процессов развития дефектов с их проявлением на этапе эксплуатации в виде вибрации.
1. Голуб Е.С., Мадорский Е.З., Розенберг Г.Ш. Диагностирование судовых технических средств: Справочник. – М.: Транспорт, 1993. – 150 с.
2. ГОСТ ИСО 10816-1-97. Контроль состояния машин по результатам измерений вибрации на невращающихся частях. Часть 1: Общие требования. – Введ. 01.07.99. – М.: ИПК Изд-во стандартов. – 18 с.
3. Техническая диагностика механического оборудования / Сидоров В.А., Кравченко В.М., Седуш В.Я. и др. – Донецк: Новый мир, 2003. – 125 с.