2.1. Вибродиагностическое обследование и оценка технического состояния узлов механической части вентиляторов
2.1. Вибродиагностическое обследование
и оценка технического состояния узлов
механической части вентиляторов 
2.1.1. Основные понятия и определения
Из возможных измеряемых значений (амплитуда перемещений Sа, эффективная скорость колебаний Vэф, ускорение) для оценки технического состояния рекомендуется использовать скорость колебаний (скорость вибрации) Vэф (мм/с), поскольку этот параметр наиболее полно характеризует энергию колебательного процесса.
Максимальное значение эффективной скорости вибрации, измеренное на функционально важной точке машины (в особенности на подшипниках), называется интенсивностью вибрации. Она является показателем опасности вибрации и позволяет оценить механические повреждения, возникшие в машине.
Из рассмотрения подобия в механике следует, что аналогичные друг другу машины, сгруппированные по мощности на валу, создают механические колебания, которые в первом приближении можно оценить как эквивалентные. Это основополагающее допущение взято за принцип деления интенсивности вибрации на качественные интервалы для различных групп машин.
На основе результатов только широкополосных измерений (например, в диапазоне 10 - 1000 Гц) нельзя обнаружить изменения состояния машинного оборудования, до того как увеличивающаяся амплитуда определенной гармоники достигнет уровня составляющей с самой большой амплитудой (обычно на частоте вращения ротора) в рассматриваемом частотном диапазоне.
Путем же сравнения спектров механических колебаний опор электродвигателя и вентилятора (рис. 1) <*> можно своевременно обнаружить изменения технического состояния оборудования по увеличению уровня одной из компонент колебательного процесса. Это связано с тем, что различным конкретным дефектам соответствуют определенные комбинации различных гармоник в общем спектре вибронагруженности (табл. 1).
--------------------------------
<*> Рисунки и чертежи не приводятся.
Таблица 1
ИДЕНТИФИКАЦИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ (ВЕРОЯТНЫЕ
ПРИЧИНЫ КОЛЕБАНИЙ В СПЕКТРЕ ВИБРОНАГРУЖЕННОСТИ)
┌─────────┬──────────────────────────────────────────────────────┐ │Причина │ Частоты соответствующих колебаний │ │возникно-├─────┬───────┬───────┬───┬─────┬───┬────┬───────┬─────┤ │вения │< 0,4│(0,4 - │(0,5 - │fp │ 2fp │nfp│раз-│ очень │(1 - │ │колебаний│fp │0,5)fp │1,0)fp │ │ │ │ные │высокие│2)fc │ ├─────────┼─────┼───────┼───────┼───┼─────┼───┼────┼───────┼─────┤ │ 1 │ 2 │ 3 │ 4 │ 5 │ 6 │ 7 │ 8 │ 9 │ 10 │ ├─────────┼─────┼───────┼───────┼───┼─────┼───┼────┼───────┼─────┤ │Дисбаланс│ │ │ │ X │ 0 │ 0 │ │ │ │ ├─────────┼─────┼───────┼───────┼───┼─────┼───┼────┼───────┼─────┤ │Расцент- │ │ │ │ X │ X │ 0 │ │ │ │ │ровка │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ ├─────────┼─────┼───────┼───────┼───┼─────┼───┼────┼───────┼─────┤ │Перекос │ │ 0 │ │ X │ 0 │ 0 │ │ │ │ │фундамен-│ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │та │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ ├─────────┼─────┼───────┼───────┼───┼─────┼───┼────┼───────┼─────┤ │Перекос │ 0 │ 0 │ 0 │ X │ 0 │ │ │ │ │ │корпуса │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │подшипни-│ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ка │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ ├─────────┼─────┼───────┼───────┼───┼─────┼───┼────┼───────┼─────┤ │Осевое │ 0 │ 0 │ 0 │ X │ 0 │ 0 │ │ │ │ │биение │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ротора │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ ├─────────┼─────┼───────┼───────┼───┼─────┼───┼────┼───────┼─────┤ │Дефекты │ │ │ │ │ │ │ X │ 0 │ │ │подшипни-│ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ка каче- │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ния │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ ├─────────┼─────┼───────┼───────┼───┼─────┼───┼────┼───────┼─────┤ │Дефекты │ │ X │ X │ X │ X │ │ │ │ │ │упорного │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │подшипни-│ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ка │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ ├─────────┼─────┼───────┼───────┼───┼─────┼───┼────┼───────┼─────┤ │Увеличен-│ │ │ │ X │ X │ X │ │ │ │ │ные зазо-│ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ры в под-│ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │шипнико- │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │вых узлах│ │ │ │ │ │ │ │ │ │ ├─────────┼─────┼───────┼───────┼───┼─────┼───┼────┼───────┼─────┤ │Электро- │ X │ │ │ │ │ │ │ │ │ │магнитная│ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │асиммет- │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │рия рото-│ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ра │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ ├─────────┼─────┼───────┼───────┼───┼─────┼───┼────┼───────┼─────┤ │Фазовая │ │ │ │ │ │ │ │ │ X │ │асиммет- │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │рия │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ ├─────────┼─────┴───────┴───────┴───┴─────┴───┴────┴───────┴─────┤ │Резонансы│ В зависимости от конструкции │ ├─────────┼─────┬───────┬───────┬───┬─────┬───┬────┬───────┬─────┤ │Аэродина-│ │ │ │ 0 │ │ X │ │ 0 │ │ │мические │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │силы │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ ├─────────┼─────┼───────┼───────┼───┼─────┼───┼────┼───────┼─────┤ │Дефекты │ │ X │ │ │ │ │ │ │ │ │подшипни-│ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ков │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │скольже- │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ния │ │ │ │ │ │ │ │ │ │ └─────────┴─────┴───────┴───────┴───┴─────┴───┴────┴───────┴─────┘
Примечание. X - характерная частота колебаний; 0 - частоты колебаний, которые могут возникнуть дополнительно к характерным частотам; fp - частота вращения ротора; fc - частота тока в сети.
2.1.2. Измерительно-регистрирующая аппаратура
Измерительно-регистрирующая аппаратура, которая состоит из измерительного преобразователя (датчика), усилительного преобразователя и показывающего прибора, должна отвечать следующим требованиям:
измерительный преобразователь должен быть избирательным по направлению измерений (коэффициент искажения не более 5%);
соотношение массы измерительного преобразователя и местной колеблющейся массы объекта исследования не должно превышать 10%;
предел погрешности измерительно-регистрирующего тракта не должен превышать 10% (в частотном диапазоне 10 - 1000 Гц не должен превышать 2%);
частотный диапазон должен охватывать все частотные компоненты, имеющие решающее значение для оценки интенсивности вибрации (не уже чем 2 - 1000 Гц, предпочтительно 1 - 10000 Гц);
динамический диапазон должен охватывать все возможные значения амплитуд отдельных компонентов (не уже чем 0 - 200 мм/с);
показывающий (регистрирующий) прибор должен иметь квадратическую характеристику для отображения СКЗ скорости вибрации;
иметь возможность узкополосного анализа спектра вибрационных процессов аппаратурным или алгоритмическим (на основе быстрого преобразования Фурье) методами;
иметь возможность накапливать информацию об измеренных процессах для дальнейшей передачи в персональный компьютер и отображения ее на твердых носителях;
климатическое исполнение должно соответствовать условиям проведения измерений.
Этим требованиям отвечают следующие комплексы вибродиагностической аппаратуры:
анализаторы CUO60 или "Топаз" с системой прогнозируемого обслуживания "Диамант" (Диамех, Россия);
анализаторы DC-7B или WATCHMAN с экспертной диагностической системой ExpertALERT (DLI, США);
анализатор 2400 с экспертной системой MasterTREND (CSI, США);
анализатор Microlog 6100 с диагностической системой PRISM2 (Palomar, США);
анализатор CF-1200 (ONO SOKKI, Япония);
система COMPASS (B&K, Дания).
Для анализа технического состояния подшипников качения могут быть использованы:
анализатор "Кварц" или коллектор данных "Малахит" с системой прогнозируемого обслуживания "Диамант" (Диамех, Россия);
прибор АЛ-2-3 (ПКФ ЭП, Россия);
анализатор ударных импульсов А2011 (SPM, Швеция);
сборщик данных VIBROTIP (Pruftechnik, Германия).
Могут быть использованы и другие аппаратурно-программные комплексы, отвечающие вышеперечисленным требованиям.
2.1.3. Проведение измерений
Перед назначением контрольных точек необходимо снять контурную характеристику для выявления наиболее информативных точек, то есть таких, в которых регистрируемый сигнал имеет наибольшую величину. Контрольные точки указываются на кинематической схеме контроля (пример их размещения указан на рис. 2) и должны быть четко помечены на корпусе обследуемой машины, чтобы все измерения проводить в одном и том же месте. Это связано с тем, что если путь распространения механических колебаний от точки возбуждения (вала, шестерни и т.д.) до точки регистрации не имеет идентичного коэффициента затухания, то дефекты одинакового характера могут создавать различные по форме и амплитуде сигналы на измерительном преобразователе и, следовательно, могут быть причиной различных интерпретаций и заключений. При этом следует назначать контрольные точки на корпусах вдали от ребер жесткости, а также местных концентраторов напряжений и деформаций, где происходит сильное искажение сигналов.
Параметры вибрации должны измеряться на всех подшипниковых опорах в трех ортогональных направлениях по отношению к геометрической оси ВГП: вертикальном, горизонтальном и осевом.
Вертикальная компонента вибрации должна измеряться на верхней части крышки подшипника над серединой длины его вкладыша.
Горизонтальная компонента вибрации должна измеряться напротив середины длины вкладыша подшипника на верхней крышке в непосредственной близости от горизонтального разъема.
Осевая компонента вибрации должна измеряться напротив середины толщины вкладыша подшипника на торце верхней крышки в непосредственной близости от горизонтального разъема.
Если верхняя крышка подшипника не имеет жесткой связи с вкладышем или имеются другие конструктивные особенности, препятствующие установке датчика в точках, указанных выше, допускается проводить измерения параметров вибрации в других точках корпуса подшипника, жестко связанных с опорной частью вкладыша и не имеющих резонансов в диапазоне частот 10 - 1000 Гц.
Время наблюдения за результатом измерений каждой из компонент на каждой контрольной точке должно быть не менее 30 с. Число отсчетов результата измерения СКЗ скорости вибрации - не менее трех.
2.1.4. Оценка интенсивности вибрации
2.1.4.1. В качестве нормируемого параметра вибрации устанавливается среднеквадратическое значение скорости вибрации в рабочей полосе частот 10 - 100 Гц. Если вибрационные процессы представлены сложными колебаниями в диапазоне от 2 до 10 Гц, то вводится дополнительное условие по ограничению размаха колебаний 2Sа.
Техническое состояние ВГП оценивается по наибольшему значению одной из компонент вибрации, измеренной по п. 2.1.3.
2.1.4.2. Интервалы интенсивности вибрации для оценки общего состояния ВГП приведены в табл. 2 и 3.
Группа I - электродвигатели, жестко соединенные с исполнительной машиной, мощностью до 150 кВт.
Группа II - средние машины мощностью до 300 кВт только с вращающимися элементами, установленные на специальных фундаментах.
Таблица 2
ПРЕДЕЛЬНЫЕ ЗНАЧЕНИЯ ИНТЕНСИВНОСТИ ВИБРАЦИИ
ДЛЯ МЕХАНИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ
┌─────────┬──────────────────────────────────────────────────────┐ │ Группа │ Класс оценки Vэф, мм/с │ │ машин ├──────────┬──────────────────┬───────────┬────────────┤ │ │ хорошо │ удовлетворительно│ допустимо │недопустимо │ ├─────────┼──────────┼──────────────────┼───────────┼────────────┤ │I │< 0,7 │0,7 - 1,8 │1,8 - 4,5 │> 4,5 │ ├─────────┼──────────┼──────────────────┼───────────┼────────────┤ │II │< 1,1 │1,1 - 2,8 │2,8 - 7,1 │> 7,1 │ ├─────────┼──────────┼──────────────────┼───────────┼────────────┤ │III │< 1,8 │1,8 - 4,5 │4,5 - 11,0 │> 11,0 │ ├─────────┼──────────┼──────────────────┼───────────┼────────────┤ │IV │< 2,8 │2,8 - 7,1 │7,1 - 18,0 │> 18,0 │ └─────────┴──────────┴──────────────────┴───────────┴────────────┘
Таблица 3
ПРЕДЕЛЬНЫЕ ЗНАЧЕНИЯ ИНТЕНСИВНОСТИ ВИБРАЦИИ
ДЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН
┌──────────────┬─────────────────────────────────────────────────┐ │ СКЗ скорости │ Оценка технического состояния │ │ вибрации, ├─────────────────────────────────────────────────┤ │ мм/с │ высота оси вращения электродвигателя H, мм │ │ ├──────────────┬──────────────┬───────────────────┤ │ │80 < H <= 132 │132 < H <= 225│ 225 < H <= 400 │ ├──────────────┼──────────────┼──────────────┼───────────────────┤ │Менее 1,8 │Допустимо │Допустимо │Допустимо после │ │ │после ремонта │после ремонта │ремонта │ ├──────────────┼──────────────┤ │ │ │От 1,8 до 2,8 │Удовлетвори- │ │ │ │ │тельно │ │ │ ├──────────────┼──────────────┼──────────────┤ │ │От 2,8 до 4,5 │Допустимо │Удовлетвори- │ │ │ │ │тельно │ │ ├──────────────┼──────────────┼──────────────┼───────────────────┤ │От 4,5 до 7,1 │Предельно │Допустимо │Удовлетворительно │ │ │допустимо │ │ │ ├──────────────┼──────────────┼──────────────┼───────────────────┤ │От 7,1 до 11,2│Недопустимо │Предельно │Допустимо │ │ │ │допустимо │ │ ├──────────────┤ ├──────────────┼───────────────────┤ │От 11,2 до 18 │ │Недопустимо │Предельно допустимо│ ├──────────────┤ │ ├───────────────────┤ │Более 18,0 │ │ │Недопустимо │ └──────────────┴──────────────┴──────────────┴───────────────────┘
Группа III - мощные машины мощностью свыше 300 кВт только с вращающимися элементами, установленные на высокосогласованных, жестких или тяжелых фундаментах.
Группа IV - мощные машины мощностью свыше 300 кВт только с вращающимися элементами, установленные на низкосогласованных фундаментах.
Согласно расчетам вентиляторы диаметром до 3 м относятся к IV группе машин, а вентиляторы диаметром свыше 3 м - к III группе машин.
Приемка ВГП из монтажа и ремонта допускается, если вертикальная и горизонтальная составляющие интенсивности вибрации на опорах не превышают 1,8 мм/с, а осевая компонента - не более 2,8 мм/с (оценка технического состояния "хорошо"). При наличии составляющих в частотном диапазоне от 2 до 10 Гц размах радиальных колебаний не должен превышать 0,65 мм, а осевых - 0,1 мм.
Длительная эксплуатация ВГП допускается при величине радиальных составляющих интенсивности вибрации подшипниковых опор, не превышающих 4,5 мм/с, и осевой - 7,1 мм/с (оценка уровня технического состояния "удовлетворительно"). При наличии составляющих в частотном диапазоне от 2 до 10 Гц длительная эксплуатация допускается при величине размаха радиальных колебаний, не превышающей 0,1 мм, а осевых - 0,25 мм.
Не допускается длительная работа ВГП при интенсивности радиальной составляющей интенсивности вибрации хотя бы одного подшипникового узла свыше 7,1 мм/с, а осевой - 11,2 мм/с (оценка уровня технического состояния "допустимо"). Дополнительным условием является ограничение размаха радиальных колебаний величиной 0,25 мм, а осевых - 0,40 мм. При превышении этого нормативного значения необходимо планировать остановку ВГП для проведения ремонтных работ в целях устранения причин повышенной вибрации.
Не допускается работа ВГП при интенсивности радиальной составляющей интенсивности вибрации хотя бы одного подшипникового узла свыше 11,2 мм/с, а осевой - 18 мм/с (оценка уровня технического состояния "недопустимо"). При наличии низкочастотных составляющих (в диапазоне 2 - 10 Гц) не допускается эксплуатация при величине размаха радиальных колебаний более 0,40 мм, а осевых - 0,63 мм.
2.1.4.3. Допустимые уровни отдельных гармоник в спектре вибронагруженности.
По аналогии с ограничителями уровней интенсивности вибрации (10 - 1000 Гц) при широкополосном измерении механических колебаний вводятся ограничения для отдельных спектральных компонент, что связывается с различным уровнем опасности возникновения аварийного отказа оборудования от различных его дефектов. Такие спектральные ограничения называются опорными спектральными масками (рис. 3).
Для опорных спектральных масок вводятся две границы - "предупреждение" и "тревога".
Граница "предупреждение" для составляющих на частоте вращения ротора соответствует нижней границе класса "допустимо" для каждой группы машин (табл. 2), а граница "тревога" вводится для этих составляющих умножением величины границы "предупреждение" на 1,6. Границы "предупреждение" и "тревога" для субгармоник и обертонов вводятся в долях от границ маски на частоте вращения ротора (табл. 4), а для общего уровня интенсивности вибрации границы определяются как СКЗ всех компонентов опорной спектральной маски.
Как видно из табл. 4, граница "тревога" для общего уровня интенсивности механических колебаний оставляет небольшой резерв времени для принятия решения об остановке ВУГП для ремонта.
Таблица 4
ОПОРНЫЕ МАСКИ ДЛЯ ОЦЕНКИ СТЕПЕНИ ОПАСНОСТИ
СПЕКТРАЛЬНЫХ СОСТАВЛЯЮЩИХ МЕХАНИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ
┌──────────┬─────────────────────────────────────────────────────┐ │Спектраль-│ Группа машин │ │ные компо-├─────────────────┬─────────────────┬─────────────────┤ │ненты │ II (Vэф, мм/с) │ III (Vэф, мм/с) │ IV (Vэф, мм/с) │ │ ├─────────┬───────┼─────────┬───────┼─────────┬───────┤ │ │преду- │тревога│преду- │тревога│преду- │тревога│ │ │преждение│ │преждение│ │преждение│ │ ├──────────┼─────────┼───────┼─────────┼───────┼─────────┼───────┤ │Общий │ 3,6 │ 6,5 │ 5,8 │ 10,3 │ 9,2 │ 16,4 │ │уровень │ │ │ │ │ │ │ ├──────────┼─────────┼───────┼─────────┼───────┼─────────┼───────┤ │Субгармо- │ 1,1 │ 2,3 │ 1,8 │ 3,6 │ 2,8 │ 5,7 │ │ники │ │ │ │ │ │ │ ├──────────┼─────────┼───────┼─────────┼───────┼─────────┼───────┤ │fp │ 2,8 │ 4,5 │ 4,5 │ 7,2 │ 7,1 │ 11,4 │ ├──────────┼─────────┼───────┼─────────┼───────┼─────────┼───────┤ │(2 -3)fp │ 1,7 │ 3,4 │ 2,7 │ 5,4 │ 4,3 │ 8,6 │ ├──────────┼─────────┼───────┼─────────┼───────┼─────────┼───────┤ │> 3fp │ 1,1 │ 2,3 │ 1,8 │ 3,6 │ 2,8 │ 5,7 │ └──────────┴─────────┴───────┴─────────┴───────┴─────────┴───────┘
Нижний предел (граница "предупреждение") опорной спектральной маски определяет границу учитываемого динамического диапазона. Это значит, что изменение амплитуд спектральных составляющих ниже этого предела не вызывает опасных последствий.
2.1.5. Периодичность проведения виброконтроля и анализ тенденций
Результаты замеров уровня вибрации при периодическом контроле должны быть занесены в журнал контроля интенсивности вибраций ВГП (Приложение 3).
При оценке интенсивности вибрации ВГП "хорошо" периодичность виброконтроля устанавливается один раз в два года и совмещается с проведением ревизии и наладки ВГП.
При оценке интенсивности вибрации ВГП "удовлетворительно" периодичность виброконтроля устанавливается один раз в год.
При оценке интенсивности вибрации ВГП "допустимо" периодичность виброконтроля назначается оператором виброконтроля в целях получения данных временного изменения уровня вибронагруженности для анализа и прогнозирования технического состояния ВГП.
При интенсивности вибрации ВГП, достигающей верхней границы оценки "допустимо", должно быть проведено вибродиагностическое обследование со снятием временных и спектральных характеристик, что позволит выявить возможные причины возникновения повышенного уровня вибронагруженности. Если одна из спектральных компонент или общий уровень вибронагруженности достигнет границы "тревога" опорной спектральной маски, необходимо планировать остановку ВГП для проведения ремонтных работ.
Рекомендуется проводить вибродиагностическое обследование перед (для определения возможного и необходимого объема ремонтных работ) и после (для определения качества выполненных работ и получения уточненных опорных спектральных характеристик) капитального ремонта ВГП.
2.1.6. Оценка технического состояния ВУГП по параметрам вибрации
По результатам вибродиагностического обследования ВУГП выдается заключение, содержащее оценку технического состояния с указанием возможных дефектов (при оценках технического состояния "допустимо" и "недопустимо"), повлекших за собой повышение уровня интенсивности вибрации.
Оценки соответствуют следующему техническому состоянию:
"хорошо" - сборка узлов вентилятора оптимальна, вероятность появления дефектов на протяжении длительной эксплуатации минимальна (Vэф < 1,8 мм/с, Sа < 0,04 мм);
"удовлетворительно" - сборка узлов обеспечивает минимальную вероятность появления эксплуатационных дефектов на протяжении межремонтного пробега (1,8 мм/с < Vэф < 4,5 мм/с, 0,04 мм < Sа < 0,1 мм);
"допустимо" - повышенная вероятность преждевременного выхода узла из строя, вентиляторная установка требует ремонта, повышенный уровень механических колебаний должен быть устранен (4,5 мм/с < Vэф < 11,2 мм/с, 0,1 мм < Sа < 0,25 мм);
"недопустимо" - дальнейшая эксплуатация может привести к аварийному отказу ВГП (Vэф > 11,2 мм/с, Sа > 0,25 мм).
В заключении должны быть указаны:
дата измерения, фамилии лиц и наименование организации, проводивших измерения;
рабочие параметры ВГП, при которых проводились измерения (производительность, статическое давление перед рабочим колесом, потребляемая мощность, частота вращения ротора приводного двигателя), необходимые для определения рабочей точки;
схема контрольных точек;
значения интенсивности вибраций подшипниковых опор, полученные при измерении;
сведения об использованных аппаратурных и программных средствах.
2.1.7. Требования к операторам виброконтроля
Операторы виброконтроля должны быть обучены и аттестованы в установленном порядке.
