Основные понятия и терминология технической диагностики

   При отсутствии штатного температурного контроля, с  помощью ИК-прибора измеряется температура протекающего через подшипники масла.

   Определение температуры на поверхности коробки  выводов электродвигателя, позволяет  в ряде случаев выявлять некачественные контактные соединения выводов обмоток.

   При оценке работоспособности водяных охладителей  мощных электродвигателей снимается  тепловое поле на поверхности корпуса  последних, со стороны входящего  и выходящего воздуха, а также  по окружности корпуса электродвигателя.

   На  поверхности корпуса электродвигателя не должны проявляться аномальные перегревы, возможными причинами которых могут  быть: витковые замыкания в катушках, дефекты стали статора, локальные  нарушения охлаждающего воздуха.

   Приведенные выше возможности тепловидения делают подобный метод обследования практически  основным при выявлении различных  источников неоправданных тепловых потерь в ходе энергосберегающих  мероприятий.

   Инфракрасная  диагностика имеет такие достоинства  как:

   - получение такой информацию об объектах обследования, которую получить другим методом невозможно или технически настолько сложно, что теряется экономическая целесообразность работы;

   - тепловидение дает возможность проведения обследования большого количества объектов в кратчайшие сроки и с минимальными затратами;

   - обследования проводятся без вывода из эксплуатации объекта диагностики и при его номинальных параметрах работы;

   Широкий спектр применения метода и бесконечный  перечень объектов и единиц оборудования, подлежащего обследованию, позволяет  эффективно использовать тепловизионную систему как в целях энерго- и ресурсосбережения, так и для повышения надежности и эффективности работы инженерных систем, снижения аварийности, повышения уровня безопасности оборудования, снижения затрат на его эксплуатацию. 

   ЛЕКЦИЯ 5

   Вибрационные  методы диагностирования СТС.

   Для выявления  дефектов, вызванных электромеханическими процессами, можно выделить вибродиагностику. Выбор конкретной методики вибродиагностики зависит от структурного, функционального и вибрационного состояния объекта. Например, при диагностике элементов конструкции объекта в основном используют возбуждение в них затухающих колебаний и анализ изменений собственных частот, декремента затухания или добротности колебаний испытуемого элемента. При диагностике электрических машин анализ базируется на сравнении измеренных спектров вибраций с эталонными. Часто используется спектральный анализ акустического шума и превышение им некоторого порогового значения, а также анализ его корреляционных функций. Заслуживает внимания метод, позволяющий определять уровень вибраций с учетом изменения нагрузки машины.  

   Вибрация, ее измерение и  анализ

   Вибрация  и шум - естественные процессы, протекающие  в машинах и оборудовании, и  возбуждаются они теми же динамическими  силами, которые являются причинами  износа и разных видов дефектов.

   Естественно, что вибрация и шум трансформируются друг в друга на границах газовой  и твердых сред, а человек непосредственно  воспринимает звук, и лишь в ограниченном низкочастотном диапазоне - вибрацию.

   За  переход вибрации в шум отвечает колебательная скорость, которая  прямо пропорциональна звуковому  давлению в воздухе около вибрирующей  поверхности. Поэтому и нормы  на вибрацию, как правило, ограничивают колебательную скорость машин и  оборудования.

   Но  вибрационный контроль и вибрационная диагностика - разные практические задачи. В диагностике дефект определяется колебательной силой, действующей  в зоне дефекта, а сила связана  линейно с колебательным ускорением, а не со скоростью. Поэтому в диагностике  часто пользуются измерениями виброускорения, а для вибрационного контроля машин дополнительно измеряют и виброскорость, причем лишь в ограниченном низкочастотном диапазоне.

   Для измерения  вибрации, как правило, используются датчики виброускорения, работающие на пьезоэффекте. В таких датчиках электрический заряд на выходе пропорционален действующей на датчик силе. Лишь в ряде стационарных систем контроля вибрации крупных машин с подшипниками скольжения используются датчики колебательного смещения, встраиваемые в подшипник (по два датчика на подшипник). Эти датчики позволяют измерять траекторию движения центра вала в подшипниках (его орбиту) и, тем самым, непосредственно определять величину износа вкладышей.

   Для измерения  шума используются микрофоны с различными способами преобразования звукового  давления в электрический сигнал. Для диагностики машин иногда используются направленные микрофоны, позволяющие определять направление  на точку излучения шума. Практически  микрофоном можно дистанционно измерять вибрацию объекта, а конкретно величину виброскорости.

   Крайне редко пользуется для диагностики измерениями шума, так как в воздушной среде смешивается практически без потерь шум от многих источников, и детально анализировать шум конкретного источника крайне сложно в присутствии других источников шума. Кроме того, задачу выделения конкретных составляющих шума, обусловленных появлением дефекта, усложняют при распространении возможные его преломления, многократные отражения и т.п.

   Есть  еще одна причина, по которой не рекомендуется  активно использовать шум для  диагностики машин. Эта причина - необходимость учета формы колебаний  объекта в непосредственной близости от места возникновения дефекта. Здесь значительный вклад как в вибрацию, так и в шум вносят псевдосоставляющие сложных форм, т.е. те, которые по мере удаления от источника трансформируются в простую (волновую) форму. При измерении шума на расстоянии информация, имеющаяся в псевдошуме или псевдовибрации, пропадает.

   После преобразования сигнала вибрации (шума) в электрический сигнал, последний  необходимо тщательно анализировать, получая, а не теряя диагностическую информацию. К анализирующим приборам в диагностике предъявляются самые жесткие требования. К типовым операциям, которые должны выполнять приборы, анализирующие вибрацию, следует отнести:

   Определение уровня (общего) вибрации в полосе частот, требуемой стандартами вибрационного  контроля и в требуемых стандартами  единицах измерения.

   Спектральный  анализ вибрации, т.е. разделение вибрации на составляющие разной частоты, определяемые природой колебательных сил.

   Анализ  колебаний мощности отдельных составляющих вибрации, предварительно выделенных из сигнала вибрации. Это, как правило, анализ спектра огибающей случайного высокочастотного сигнала вибрации.

   Анализ  формы сигнала вибрации, т.е. анализ временной развертки сигнала (работа в режиме осциллографа).

   Следует отметить, что далеко не все из выпускаемых  относительно простых анализирующих  приборов могут выполнять все  указанные виды анализа, по крайней  мере, с необходимым для диагностики  качеством.

   Качество  и единицы измерения  вибрации

   Диагностика - это, в основном, поиск слабых компонент  сигнала на фоне сильных. Различаются  слабые и сильные компоненты обычно и по частоте. По мощности эти компоненты могут различаться в 106 раз, поэтому измеряют не их мощность, а амплитуду, и различие между слабыми и сильными компонентами снижается до величин, порядка 103 раз. Но слабую компоненту необходимо не только обнаружить, но и определить ее свойства. Поэтому анализатор сигнала должен без каких-либо переключений обеспечивать динамический диапазон анализа порядка 104 раз. Добавим еще и то, что машины могут иметь, например, из-за разной частоты вращения, разную максимальную амплитуду вибрации, отличающуюся до 100 раз. Тогда очевидно, что хороший прибор без смены датчика должен иметь динамический диапазон измерений порядка 106 раз.

   Чтобы было удобно сравнивать составляющие вибрации, так сильно отличающиеся друг от друга, в акустике принято  отображать их величины в логарифмическом  масштабе.

   Две составляющие, отличающиеся по мощности в 10 раз, принято  считать в логарифмическом масштабе отличающимися на 10 децибел. Если посмотреть различие амплитуд этих составляющих - то оно другое. В акустике различие амплитуд составляющих в 10 раз в  логарифмическом масштабе соответствует 20 дБ. Осталось увязать точки отсчета  конкретных единиц виброускорения, виброскорости, вибросмещения, звукового давления и децибелов. В соответствии со стандартами МЭК:

   1 м/с2 = 120 дБ виброускорения,

   1 мм/с  = 120 дБ виброскорости,

   1 мкм  = 120 дБ вибросмещения,

   20 Па = 120 дБ звукового давления.

   Вибросмещение, виброскорость и виброускорение, измеренные в одной точке и выраженные в децибелах, совпадают только на одной частоте - 1000 рад/с или 159 Гц. 

   ЛЕКЦИЯ 6

   Особенности диагностирования подшипников качения.

   Многие  годы диагностика машин и их узлов  по высокочастотной вибрации не развивалась  из-за отсутствия эффективных методов  ее анализа. Но в 1968 году шведские специалисты  предложили свой метод анализа высокочастотной  вибрации, чувствительный к появлению  микроударов при контакте элементов трения в подшипниках качения. Впоследствии он получил название "Метод ударных импульсов". Для выполнения такого вида анализа высокочастотной вибрации были созданы специализированные измерительные приборы, которые из-за их небольшой стоимости и в настоящее время являются самыми распространенными средствами контроля состояния подшипников качения.

   Суть  метода ударных импульсов состоит  в том, что наличие даже зарождающихся  дефектов в подшипнике приводит к  появлению высокочастотных импульсов  и, следовательно, к увеличению пиковых  уровней в высокочастотном сигнале  вибрации, при этом его среднеквадратичные уровни, в общем случае, могут  даже оставаться неизменными. Таким  образом, отношение пикового и среднеквадратичного  значения, которое называется пик-фактором, является диагностическим признаком. В случае отсутствия ударных импульсов величина пик-фактора высокочастотной вибрации подшипника качения меньше пяти, а при наличии ударных импульсов этот показатель может быть выше десяти. Принцип действия метода ударных импульсов можно проиллюстрировать на примере высокочастотных временных сигналов вибрации (рис.6.1) исправного подшипника качения а) и подшипника с раковиной на поверхности качения б).

   Рис.6.1. Временные сигналы высокочастотной вибрации подшипника качения  
а) исправный подшипник, б) подшипник с раковиной на поверхности качения  

   Метод ударных импульсов и реализующие  его достаточно простые приборы, измеряющие пик-фактор вибрации в диапазоне  частот выше 25 КГц, широко используются для контроля состояния подшипников качения. Этот метод является чувствительным к даже зарождающимся дефектам, однако не все дефекты в подшипниках качения сопровождаются появлением ударных импульсов. Так, дефекты, которые не приводят к продавливанию слоя смазки, например, дефекты монтажа, не могут быть обнаружены методом ударных импульсов. Но хорошо известно, что эти дефекты в значительной степени влияют на ресурс подшипников качения. В виду того, что ударные импульсы могут появляться при различных видах дефектов, а также и при изменении качества смазки, этот метод не дает возможности идентифицировать вид дефекта. Кроме того, метод ударных импульсов не позволяет осуществлять долгосрочный прогноз в виду невозможности определять вид дефекта, а, как известно, различные дефекты имеют разные скорости развития. И еще одна существенная особенность метода ударных импульсов - это наличие ударных импульсов в высокочастотной вибрации исправных низкооборотных подшипников с частотой вращения ниже 50-100 оборотов в минуту, что принципиально затрудняет использование этого метода и снижает его достоверность.

   Следовательно, метод ударных импульсов позволяет  контролировать состояние подшипников  качения, но не диагностировать его.

   Недостаточная эффективность прогноза развития дефектов методом ударных импульсов и  резкое снижения достоверности диагностики для низкооборотных машин явилось причиной поиска более эффективных методов обнаружения зарождающихся дефектов и прогноза их развития.

   В 1978 году специалистами г. Санкт-Петербурга был предложен метод диагностики, который по аналогии с уже существующими методами получил название "Метод огибающей". Этот метод, в котором анализируется не сама высокочастотная вибрация, а низкочастотные колебания ее мощности, позволил снять практически все ограничения, характерные для метода ударных импульсов, значительно расширил область использования методов диагностики машин по высокочастотной вибрации, повысил достоверность результатов диагностики и, что особенно важно, качество долгосрочного прогноза состояния диагностируемого оборудования.