Основные понятия и терминология технической диагностики

   Суть  метода огибающей состоит в следующем. Силы трения, возбуждающие высокочастотную случайную вибрацию, стационарны только при отсутствии дефектов. В бездефектных узлах трения стационарна и случайная высокочастотная вибрация. Ее мощность постоянна во времени. При появлении дефектов (см. рис.6.2), приводящих даже к частичному "продавливанию" смазки, изменяются периодически во времени силы трения или возникают удары, возбуждающие высокочастотную вибрацию. Так же удары могут появиться, если смазка не очень хорошая и ее слой легко "рвется".

   Рис.6.2. Высокочастотный случайный амплитудно-модулированный сигнал  

   Таким образом, при наличии дефектов величина сил трения и мощность вибрации изменяется во времени, т.е. появляется модуляция  мощности высокочастотной вибрации (рис.6.2).

   Глубину модуляции m случайного амплитудно-модулированного сигнала вибрации x(t) можно определить в процентах, используя среднее значение огибающей  ,

    ,               (6.1)  

   где  ,   - максимальное и минимальное значение огибающей сигнала, соответственно.

   При изменении  вида дефекта частота модуляции  изменяется. Чем больше степень развития дефекта, тем больше становится глубина  модуляции. Следовательно, частота  модуляции определяет вид дефекта, а глубина модуляции - степень  его развития. В качестве примера  на рис.6.3 приведены временные сигналы вибрации подшипника исправного а), с износом б) и с раковиной на поверхности трения в). Таким образом, наиболее полная информация содержится в огибающей высокочастотного сигнала. Спектры огибающей вибрации подшипника исправного а), с износом б) и с раковиной на поверхности трения в) представлены на рисунке 6.4.

   

   Рис.6.3. Временные сигналы высокочастотной вибрации подшипника качения.

   

   Рис.6.4. Спектры огибающей высокочастотной огибающей. 

   Как видно  из рисунка, в спектре огибающей  случайной вибрации бездефектного  подшипника отсутствуют гармонические  составляющие. В спектре огибающей  вибрации подшипника с износом видна  одна сильная гармоническая составляющая, указывающая на плавное и периодическое  изменение мощности сигнала вибрации. В подшипнике с ударными импульсами мощность высокочастотной вибрации изменяется скачками и в спектре  ее огибающей присутствует уже ряд  кратных по частоте гармонических  составляющих.

   В спектре  огибающей высокочастотной вибрации можно наблюдать за развитием  одновременно всех имеющихся дефектов по величинам превышения гармонических  составляющих на определенных частотах над фоном. Таким образом, появляется возможность определения парциальных  глубин модуляции, т.е. глубин модуляции  для каждого из имеющихся дефектов. Это позволяет определять степень  развития всех дефектов и идентифицировать их вид. Следовательно, имеется возможность  прогнозировать состояние диагностируемого узла, т.к. каждый вид дефекта имеет  свою скорость развития.

   Глубина модуляции m связана с разностью   уровней гармонической и случайной составляющей спектра огибающей (см. рис.6.2) выражением:

    ,         (6.2)  

где:  f_A - ширина полосы спектра огибающей;  
f_ф - ширина полосы фильтра, выделяющего высокочастотную вибрацию

   Значительное  повышение качества получаемых результатов  диагностики определяется не только использованием нового метода анализа  вибрации, но и повышением объема накапливаемой  информации. В частности, метод ударных  импульсов требует измерения  вибрации за время порядка 2-3 оборотов диагностируемого узла, а для использования  метода огибающей необходимо проводить  измерения в течение 50-100 оборотов, т.е. время измерения вибрации в  низкооборотных машинах может составлять несколько минут.

   На  результаты диагностики подшипников  качения по спектру огибающей  вибрации сильное влияние оказывает  качество смазки. Так, например, из-за плохой смазки могут происходить разрывы  масляной пленки, которые по своим  признакам похожи на признаки раковин  на дорожках или телах качения. Поэтому  в тех случаях, когда диагностика  подшипников производится по однократному измерению, целесообразно контролировать и спектр вибрации подшипникового узла с использованием эталона по группе одинаковых машин. В этом случае по совокупности результатов измерений  спектра вибрации и спектра огибающей  удается простыми методами исключить  возможные ошибки в идентификации  дефектов при однократных измерениях вибрации любого подшипника качения  на любом этапе его жизненного цикла. 

   Особенности диагностики подшипников  скольжения.

   Подшипники  скольжения диагностируются практически  всегда по совместным измерениям спектра  низкочастотной вибрации и спектра  огибающей высокочастотной вибрации подшипника, возбуждаемой силами трения.

   Дефекты подшипников скольжения обнаруживаются по трем основным признакам.

   1. По  флуктуациям толщины и места  расположения масляного клина,  которые модулируют случайную  вибрацию низкочастотным случайным  процессом. В результате в спектре  огибающей появляется подъем  на низких частотах.

   Рис.6.5. Спектр огибающей высокочастотной вибрации подшипника скольжения с износом  
(обнаружение по нестабильности масляного клина)

   2. По  появлению автоколебаний вала  в подшипниках, что является  источником вибрации на субгармониках частоты вращения. Это 1/2 или 1/3 частоты вращения.

   Рис.6.6 Спектр огибающей вибрации подшипника скольжения с автоколебаниями вала

   3. По  появлению ударов (сухих и гидродинамических). В этом случае в спектре  огибающей высокочастотной вибрации  подшипника появляется ряд слабо  затухающих составляющих, кратных  частоте вращения вала.

   Рис.6.7. Спектр огибающей вибрации подшипника скольжения  
без дефектов (а), и при наличии в нем ударов (б). 
 

   ЛЕКЦИЯ 7

   Тепловизионная диагностика.

   Применение  тепловизионной диагностики основано на том, что наличие некоторых видов дефектов высоковольтного оборудования вызывает изменение температуры дефектных элементов и, как следствие, изменение интенсивности инфракрасного (ИК) излучения, которое может быть зарегистрировано тепловизионными приборами. Важно, чтобы измерялось собственное излучение обследуемого объекта, связанное с наличием и степенью развития дефекта. При проведении диагностики необходимо учитывать коэффициент излучения поверхности обследуемого объекта, а также угол между осью тепловизионного приемника и нормалью к излучающей поверхности. При проведении измерений однотипных объектов необходимо располагать тепловизионный приемник на одинаковом расстоянии и под одинаковым углом к поверхности объекта.

   При обнаружении  более нагретых зон необходимо, прежде всего, оценить, не являются ли они следствием разницы в коэффициентах излучения, не связано ли это с наличием отверстий  или расположенных под углом  плоскостей.

   Присутствие дефекта выявляется сравнением температуры  аналогичных участков поверхности  аппаратов, работающих в одинаковых условиях нагрева и охлаждения. Характер и степень развития большинства  дефектов могут быть установлены  только после дополнительных измерений  и в результате анализов, позволяющих  оценить состояние каждой из тепловыделяющих  конструкционных частей аппарата в  отдельности.

   Обследованное электрооборудование:

1. все типы контактных соединений;
2. ошиновки открытых распределительных устройств (ОРУ);
3. присоединений к линейным выводам аппаратов;
4. разъемные контактные соединения разъединителей;
5. внутренние контактные соединения камер воздушных и маломасляных выключателей;
6. изоляторы экранированных токопроводов генераторного напряжения, шинных мостов автотрансформаторов и трансформаторов, опорные металлические конструкции шинных мостов;
7. подвесные и опорные фарфоровые изоляторы;
8. вентильные разрядники и ограничители перенапряжений (ОПН);
9. измерительные трансформаторы тока;
10. измерительные трансформаторы напряжения - электромагнитные и емкостные;
11. конденсаторы связи;
12. высокочастотные заградители.

 

   Физические  основы тепловизионных обследований.

   Инфракрасное  излучение (ИИ) испускается всеми  телами при любой температуре, отличной от абсолютного нуля. Как и другое излучение, оно может поглощаться  телами, помещенными на его пути, и превращаться в теплоту. ИИ является частью оптического излучения и  занимает в спектре электромагнитных колебаний диапазон от 0.76 до 1000 мкм. Спектр теплового излучения твердых  тел характеризуется непрерывным  распределением излучения по всему  диапазону с единственным максимумом, положение которого зависит от температуры  тела и определяется законом смещения Вина, согласно которому длина волны  максимального излучения λ max обратно пропорциональна абсолютной температуре тела Т:

   λ max = b/T,              (7.1)

   где b – постоянная Вина, равная 0.2898 см·град.

   Инфракрасную  область спектра принято делить на четыре части: ближнюю, среднюю, дальнюю  и очень далекую. Такое деление  связано с особенностями прохождения инфракрасного излучения через атмосферу, которая в значительной степени ослабляет излучение определенных частей спектра за счет рассеяния и поглощения его молекулами водяного пара, углекислого газа и озона. Участки спектра ИИ, на которых инфракрасные лучи проходят через атмосферу с незначительным ослаблением, называют атмосферными окнами.

   Важно заметить также, что земная атмосфера пропускает через атмосферные окна до 65% солнечного излучения в инфракрасной области спектра. Исходя из расчетов спектральной плотности излучения реальных объектов при температуре, близкой к 300 К (27 °С), а также учитывая пропускание атмосферы, установлено, что оптимальным является окно 8..13 мкм, что и используют при конструировании тепловизионных приборов. В этом окне для расстояний, с которых производится выявление дефектов высоковольтного оборудования, атмосфера практически не ослабляет интенсивности инфракрасного излучения. Начиная с 14 мкм поглощение ИИ компонентами атмосферы становится настолько сильным, что в спектральном диапазоне 14..200 мкм атмосфера практически непрозрачна для инфракрасных лучей.

   При оценке интенсивности инфракрасного излучения большое влияние на результаты оказывает угол между нормалями к поверхности излучения и осью оптической системы приемника. Чем больше этот угол, тем меньшая часть потока ИИ попадает на площадку приемника. Это обстоятельство необходимо учитывать при выборе точки расположения тепловизионных приборов, стараясь расположить оптическую ось приемника по возможности перпендикулярно излучающей поверхности.

   Тепловизионное обследование желательно проводить при отсутствии солнца (в облачную погоду или ночью), при минимальном воздействии ветра и в период максимальных токовых нагрузок. При проведении инфракрасного контроля должны учитываться следующие факторы и параметры:

   • коэффициент  излучения материала ε , определяющий отношение спектральной плотности излучения данного объекта к спектральной плотности излучения абсолютно черного тела при заданной температуре;

   • солнечная  радиация;

   • скорость ветра;

   • расстояние до объекта;

   • значение токовой нагрузки;

   • тепловое отражение.

   Рассмотренные свойства и особенности инфракрасного  излучения определяют следующие методические рекомендации при выявлении дефектов высоковольтного оборудования:

   • измерения  необходимо проводить при отсутствии прямого солнечного излучения, тумана или дождя;

   • необходимо учитывать коэффициент излучения поверхности обследуемого объекта, а также угол между осью тепловизионного приемника и нормалью к излучающей поверхности. 

   ЛЕКЦИЯ 8