ВиброДиагностика | ВиброКонтроль

Главная » Методы неразрушающего контроля » ВиброДиагностика | ВиброКонтроль

Вибродиагностика оборудования и подшипников. Виброналадка и балансировка

Вибродиагностика – это метод неразрушающего контроля, основанный на анализе вибрации оборудования для выявления дефектов и определения технического состояния. Этот метод позволяет выявлять проблемы на ранних стадиях, предотвращая серьезные поломки, дорогостоящий ремонт и простои производства. Вибродиагностика является важным инструментом для поддержания надежности и эффективности работы промышленного оборудования в различных отраслях.

Принцип работы вибродиагностики

В основе вибродиагностики лежит принцип, что любое вращающееся или движущееся оборудование создает вибрацию. Характер этой вибрации (частота, амплитуда, фаза) зависит от технического состояния оборудования. Возникновение дефектов, таких как дисбаланс, расцентровка, износ подшипников или зубчатых передач, приводит к изменению вибрационных характеристик. Анализируя эти изменения, можно диагностировать состояние оборудования и выявлять потенциальные проблемы.

Преимущества вибродиагностики

Раннее обнаружение дефектов: позволяет выявлять дефекты на ранних стадиях, когда они еще не привели к серьезным поломкам.
Предотвращение аварий: своевременное обнаружение проблем позволяет предотвратить аварийные остановки оборудования и связанные с ними убытки.
Снижение затрат на ремонт: обнаружение дефектов на ранних стадиях позволяет проводить плановый ремонт, который обходится значительно дешевле, чем аварийный.
Продление срока службы оборудования: регулярная вибродиагностика позволяет поддерживать оборудование в оптимальном состоянии и продлевать его срок службы.
Оптимизация графиков технического обслуживания: вибродиагностика позволяет проводить техническое обслуживание оборудования по состоянию, а не по заранее установленному графику, что позволяет снизить затраты на обслуживание и повысить эффективность работы.
Повышение надежности и безопасности: вибродиагностика позволяет повысить надежность и безопасность работы оборудования, снизить риск травматизма.

Методы вибродиагностики

Существует несколько методов вибродиагностики, каждый из которых имеет свои особенности и применяется для решения определенных задач:

Амплитудный анализ: измерение и анализ амплитуды вибрации на различных частотах. Позволяет выявлять дефекты, вызывающие общую повышенную вибрацию, такие как дисбаланс и расцентровка.
Частотный анализ (спектральный анализ): разложение вибрационного сигнала на составляющие частоты с помощью быстрого преобразования Фурье (БПФ). Позволяет выявлять конкретные дефекты, такие как износ подшипников, зубчатых передач и другие.
Временной анализ: анализ вибрационного сигнала во временной области. Позволяет выявлять ударные нагрузки, трещины и другие дефекты, вызывающие импульсные вибрации.
Фазовый анализ: измерение и анализ фазы вибрации в различных точках оборудования. Позволяет выявлять расцентровку, деформации и другие дефекты, связанные с изменением геометрии оборудования.
Огибающая спектра: метод, используемый для выявления дефектов подшипников качения на ранних стадиях.

Оборудование для вибродиагностики

Для проведения вибродиагностики используется специализированное оборудование, включающее:

Вибродатчики (акселерометры): преобразуют механические колебания в электрический сигнал.
Виброанализаторы: измеряют и анализируют вибрационные сигналы.
Программное обеспечение: используется для обработки, анализа и визуализации данных вибродиагностики.
Стробоскопы: используются для визуального наблюдения за вращающимися частями оборудования.

Этапы проведения вибродиагностики

Процесс вибродиагностики обычно включает следующие этапы:

Определение контрольных точек: выбор точек на оборудовании, в которых будут проводиться измерения вибрации.
Сбор данных: измерение вибрации в контрольных точках с использованием вибродатчиков и виброанализаторов.
Анализ данных: обработка и анализ собранных данных с использованием специализированного программного обеспечения.
Диагностика состояния оборудования: определение технического состояния оборудования на основе анализа вибрационных характеристик.
Выдача рекомендаций: разработка рекомендаций по ремонту или замене оборудования.
Мониторинг состояния: регулярное проведение вибродиагностики для отслеживания изменений в состоянии оборудования.

Применение вибродиагностики

Вибродиагностика широко применяется в различных отраслях промышленности, включая:

Энергетика: диагностика турбин, генераторов, насосов, компрессоров и другого энергетического оборудования.
Нефтегазовая промышленность: диагностика насосов, компрессоров, трубопроводов и другого оборудования, используемого при добыче, переработке и транспортировке нефти и газа.
Химическая промышленность: диагностика насосов, компрессоров, реакторов и другого химического оборудования.
Металлургия: диагностика прокатных станов, конвейеров, насосов и другого металлургического оборудования.
Транспорт: диагностика двигателей, трансмиссий, подшипников и других узлов транспортных средств.
Производство: диагностика станков, насосов, вентиляторов и другого производственного оборудования.

Неисправности, выявляемые с помощью методов анализа вибрации

Вот основные типы неисправностей, которые можно выявить с помощью вибродиагностики:

Дисбаланс

Суть: неравномерное распределение массы вокруг оси вращения.
Признаки: повышенная вибрация на частоте вращения, особенно в радиальном направлении. Амплитуда вибрации увеличивается с ростом скорости вращения.
Последствия: повышенный износ подшипников, вибрация конструкции, разрушение оборудования.

Расцентровка

Суть: несовпадение осей вращения соединяемых валов.
Признаки: повышенная вибрация на частоте вращения и ее гармониках (2x, 3x). Вибрация может быть как в радиальном, так и в осевом направлениях. Фазовый сдвиг между показаниями вибродатчиков на разных опорах.
Последствия: повышенный износ муфт, подшипников, вибрация и шум.

Ослабление креплений

Суть: ослабление болтовых соединений, трещины в фундаменте, потеря жесткости конструкции.
Признаки: повышенная вибрация на низких частотах, нелинейные искажения в вибрационном сигнале, “дребезжание”.
Последствия: повышенная вибрация, нестабильность работы оборудования, разрушение конструкции.

Механические повреждения

Суть: трещины, сколы, износ зубьев шестерен, повреждения лопастей вентиляторов или насосов.
Признаки: импульсные вибрации, высокая амплитуда вибрации на частоте вращения поврежденного элемента, “шумы” и нерегулярные пики в спектре.
Последствия: быстрый износ, разрушение оборудования, снижение производительности.

Неисправности подшипников качения

Суть: износ, дефекты тел качения (шариков, роликов), повреждения дорожек качения.
Признаки: появление характерных частот дефектов подшипников в спектре вибрации. Использование методов огибающей спектра для выявления ранних стадий дефектов.
Последствия: повышенный шум, нагрев, вибрация, разрушение подшипника, аварийная остановка оборудования.

Неисправности зубчатых передач

Суть: Износ зубьев, дефекты зубьев, неправильный зазор.
Признаки: Повышенная вибрация на частоте зацепления зубьев и ее гармониках. Модуляция частоты зацепления частотой вращения.
Последствия: Повышенный шум, вибрация, износ зубьев, разрушение передачи.

Гидравлические и аэродинамические проблемы

Суть: кавитация в насосах, пульсации давления в трубопроводах, турбулентность потока в вентиляторах.
Признаки: широкополосный шум в спектре вибрации, импульсные вибрации.
Последствия: снижение производительности, повышенный износ, шум.

Резонанс

Суть: совпадение частоты вынужденных колебаний с собственной частотой оборудования или конструкции.
Признаки: резкое увеличение амплитуды вибрации при определенной скорости вращения.
Последствия: разрушение оборудования, повышенный шум, вибрация конструкции.

Электрические неисправности (в электродвигателях)

Суть: обрыв обмоток, короткое замыкание, дисбаланс напряжения.
Признаки: повышенная вибрация на частоте сети (50/60 Гц) и ее гармониках.
Последствия: перегрев двигателя, снижение мощности, выход из строя.

Неисправности ременных передач

Суть: износ ремней, проскальзывание, неправильное натяжение.
Признаки: вибрация на частоте вращения шкивов и частоте ремня.
Последствия: снижение эффективности передачи, износ ремней, шум.

Методика вибрационного анализа позволяет выявить практически все неисправности, которые могут возникнуть в оборудовании. В некоторых случаях, выводы вибродиагностики подкрепляются дополнительными методами анализа.

Для точной диагностики неисправности необходимо анализировать не только амплитуду и частоту вибрации, но и ее фазу, форму сигнала, а также использовать дополнительные методы анализа, такие как огибающая спектра и кепстральный анализ. Квалифицированный вибродиагност, обладающий опытом и знаниями, может точно определить тип неисправности, ее степень тяжести и дать рекомендации по ремонту или замене оборудования.

Вибрационный анализ

Для анализа вибрации не требуется разбирать или останавливать машину, поэтому это неинвазивный метод. По сути, датчик, преобразующий движение в электрический сигнал, и есть принцип работы анализатора вибрации. Во-вторых, анализатор вычисляет все заранее определенные параметры, а затем сохраняет этот сигнал.

Методы:

амплитудный анализ
частотный (спектральный) анализ
временной анализ
фазовый анализ

Датчики вибрационного анализа

Датчики вибрационного анализа (вибродатчики) — это устройства, преобразующие механические колебания (вибрацию) в электрический сигнал, пригодный для дальнейшей обработки и анализа.

Основные типы:

Акселерометры: наиболее распространенный тип. Измеряют ускорение вибрации. Обладают широким частотным диапазоном и высокой чувствительностью.
Датчики скорости (виброметры): измеряют скорость вибрации. Хороши для низкочастотных измерений.
Датчики перемещения: измеряют перемещение (амплитуду колебаний). Используются реже, в основном для низкочастотных измерений с большим размахом.

Основные характеристики:

Чувствительность: величина электрического сигнала на единицу измерения вибрации (например, мВ/g для акселерометров).
Частотный диапазон: диапазон частот, в котором датчик обеспечивает точные измерения.
Диапазон измерений: максимально допустимая амплитуда вибрации, которую может измерить датчик.
Рабочая температура: диапазон температур, в котором датчик сохраняет свои характеристики.

Выбор датчика:

Выбор датчика зависит от типа оборудования, диапазона частот и амплитуд вибрации, условий эксплуатации (температура, влажность) и требований к точности измерений.

Определение амплитуды

Амплитуда — это максимальное распространение колебания, которое измеряется от самой низкой точки до самой высокой точки формы волны. Фактически, амплитуда связана с количеством движения. С другой стороны, значение RMS (среднеквадратичное значение) описывает количество энергии, содержащейся в этой вибрации. RMS — это наиболее используемый параметр для измерения интенсивности вибрации.

Что такое частота?

Частота измеряет скорость, с которой происходят движения вибрации в секунду Гц (или в минуту CPM). Представьте себе пианино, при условии, что каждая нота соответствует частоте, если вы нажмете несколько клавиш, вы услышите составной звук. Частоты и амплитуды каждой ноты объединяются, чтобы создать сложный сигнал. Точно так же вибрация может быть комбинацией нескольких частот, каждая из которых может подчиняться разной причине.

Точно так же количество компонентов сигнала вибрации может быть таким же большим, как и количество клавиш в пианино, потому что каждая механическая часть имеет свой собственный образец колебаний. Таким образом, каждая машина будет иметь свой собственный след вибрации, и задача специалиста по анализу вибрации — выявить проблемы внутри этого следа.

Что такое БПФ?

БПФ (быстрое преобразование Фурье) — это математический расчет, предназначенный для разложения сигнала на все его частоты. Диаграмма БПФ дает возможность диагностировать неисправности по частотам и оценивать интенсивность каждой из них по амплитуде. БПФ — это фундаментальная единица анализа вибрации.

Как это работает?

Работающие машины и оборудование генерируют вибрации, которые содержат много информации об их состоянии. Для измерения этой вибрации используется виброметр или анализатор. Датчик необходимо установить в соответствующей точке (например, на корпусе подшипника). Прибор измеряет сигнал вибрации, сообщает степень вибрации, а также возможные неисправности машины.

Диагностика вибрации

Обследуя оборудование и машины мы разделяем «низкие и высокие» шумы. Здесь уже идет разделение неисправностей, таких как общее состояние машины, связанное со скоростью вала (низкая частота) и неисправности подшипника / коробки передач (более высокая частота). Для выделения этих неисправностей как раз и используются виброметры и анализаторы.

При выполнении вибродиагностических обследований получают сигналы не только об общем состоянии машины, но также и о состояния ряда ее компонентов. Диагностика вибрации, конечно, достаточно сложна, так как требуется значительный опыт для определения всех источников вибрации, которые генерируются работающей машиной (например, ослабленные фундаментные болты, дисбаланс, несоосность, неисправности лопастей вентилятора, неисправности зубчатой передачи и многое другое).

Мониторинг состояния машин и оборудования

Есть и другие методы оценки состояния неисправностей. Помимо диагностики вибрации есть и другие исследования неразрушающего контроля: ультразвуковое обнаружении, термография и т.д. Все эти методы являются частью мониторинга состояния машин и оборудования. У каждого метода есть свои плюсы и минусы. То, какие методы выбираются (или комбинируются) зависит от поставленной задачи.

Однако, за последние несколько десятилетий было обнаружено и доказано, что вибрационная диагностика является наиболее эффективным и надежным методом для большинства вращающихся механизмов.

Какие машины и с какой периодичностью подлежат вибромониторингу?

Машинам и оборудованию, имеющим решающее значение для производственного цикла, рекомендован регулярный (хотя бы 1 раз в месяц) вибромониторинг.

При плановом техническом обслуживании нет смысла проводить измерения на огромном временном отрезке. Это будет не профилактическое обслуживание, а метод работы до отказа. Представьте, сколько всего может случиться за те же полгода.

Предельные значения вибрации

Есть некоторые предельные значения вибрации, которые можно рассматривать как значения, указывающие на ухудшение состояния машины. Мы можем установить пределы в соответствии с некоторым опытом работы с определенными машинами, и в соответствии с существующими стандартами ISO 10816-3 для этих предельных значений.

Низкочастотные колебания

Все механические неисправности, связанные со скоростью машины, такие как дисбаланс, несоосность и механическая неплотность, считаются низкочастотными колебаниями. Эти колебания измеряются как скорость в мм/с или дюймах/с. С помощью датчика ускорения измеряется значение ускорения, но измеритель (анализатор) может преобразовать это значение в значение скорости). Наиболее распространенный частотный диапазон этого измерения составляет 10 — 1000 Гц. Этот частотный диапазон также применяется в стандартах ISO 10816-3.

Измерение общей скорости

Для отслеживания механических колебаний (связанных со скоростью вала) машины используется измерение общей скорости в мм/с в диапазоне 10-1000 Гц. Это измерение имеет статическое значение, поскольку оно представлено одним числом. Используя специализированное программное обеспечение, мы можем отслеживать это значение во времени и наблюдать за его развитием.

Высокочастотные колебания

Очень важная часть многих машин и оборудования — это подшипник. Из-за своей конструкции подшипники создают колебания на более высоких частотах. Эти колебания измеряются как ускорение в значении «g». Частотный диапазон этого измерения может сильно различаться, и всегда важно знать допустимые параметры конкретного подшипника. Ориентировочно измерение ускорения будет в диапазоне 500 — 16000 Гц.

Общих пределов вибрации подшипников не существует. Почему?
На рынке представлены огромное количество типов подшипников, поэтому определить общие пределы вибрации невозможно, они будут различаться. При этом, на конкретной машине, каждый подшипник работает с разной скоростью и разной нагрузкой. Еще один аспект — как подшипник был установлен в машине.

Измерение общего ускорения

Поэтому вторым измерением, которое включается в наши регулярные измерения оборудования, будет общее ускорение в g в диапазоне 500–16000 Гц. Это снова статическое значение, поскольку оно представлено одним числом.

Резюме

Есть два важных значения, которые нужно регулярно измерять на машинах/оборудовании:

Общая скорость в мм/с — нижний частотный диапазон — указывает на общее состояние машины.
Общее ускорение в g — более высокий частотный диапазон — который указывает на состояние подшипника

Примечание: Нас иногда спрашивают, почему мы используем разные единицы измерения (скорость и ускорение) для этих измерений. Проще говоря, ускорение более чувствительно к высокочастотным колебаниям, а скорость более чувствительна к более низкому частотному диапазону, поэтому стало обычным использование этих двух устройств, поскольку они являются наиболее эффективными для диагностики вибрации.

Приемочные испытания согласно стандартам ISO

Мы не только помогаем в ходе эксплуатации оборудования находить и устранять проблемы в его работе, но и также проводим измерения вибраций при проведении приемочных испытаний:

выполняем вибродиагностику независимо от субподрядчиков и других сторон
измерения вибрации выполняются на нашем оборудовании, которое откалибровано в соответствии с требуемыми стандартами
использование нас в качестве подрядчика при проведении вибрационных испытаний является преимуществом, потому что работа будет выполнена независимой стороной, в лице опытного вибродиагноста-аналитика

Стоимость услуг по вибродиагностике

Цены на проведение вибродиагностики и вибробалансировки зависят от вида и объема работ, а также геолокации объекта.

Вибродиагностика в действии: рабочий процесс на фото

Вибрационный анализ вентиляционных систем

Вибродиагностика и балансировка турбины ТЭЦ на сахарном заводе

Измерение вибраций на роторных дробилках

Вибродиагностика промышленного оборудования

Виброанализ промышленных установок

Вибрационный анализ вентиляционных систем

Вибродиагностика редуктора

Вибрации на роторных дробилках

Вибродиагностика и балансировка турбины ТЭЦ на сахарном заводе

Вибродиагностика насосов

Вибродиагностика генераторов

Виброанализ работы турбины ТЭЦ

Виброанализ вентилятора

Вибродиагностика компрессора чиллера

Виброобследование роторных дробилок

Измерение вибраций на роторных дробилках

Вибродиагностика промышленного оборудования

Обследование вибраций на вентиляторе

Заключение

Вибродиагностика является эффективным и надежным методом неразрушающего контроля, позволяющим выявлять дефекты оборудования на ранних стадиях, предотвращать аварии, снижать затраты на ремонт и продлевать срок службы оборудования. Внедрение вибродиагностики в систему технического обслуживания и ремонта позволяет значительно повысить надежность и эффективность работы промышленного оборудования, обеспечивая стабильность производства и снижение рисков. Регулярное проведение вибродиагностики – это инвестиции в надежность и долговечность вашего оборудования.