2.2. Вибродиагностическое обследование и оценка состояния узлов механической части ШПМ
2.2. Вибродиагностическое обследование
и оценка состояния узлов механической части ШПМ 
2.2.1. Основные положения
Рекомендации по проведению виброизмерений (РВИ) предназначены для проведения обследования и оценки фактического состояния ШПМ и разработки рекомендаций по ремонту и эксплуатации данного вида оборудования.
Контроль параметров вибрации, характеризующих фактическое техническое состояние ШПМ, осуществляется во время эксплуатации, а также после монтажа и ремонта.
РВИ устанавливают два вида измерений параметров механических колебаний:
контрольные измерения;
диагностические измерения.
Контрольные измерения предназначены для оценки технического состояния узлов ШПМ по общему уровню вибрации без выявления дефектов и причин их возникновения.
Диагностические измерения предназначены для выявления дефектов и причин их возникновения, оценки и прогнозирования степени развития дефектов и разработки рекомендаций по их устранению.
РВИ применяются совместно с другими нормативно - техническими документами:
по проведению ремонтных и монтажных работ;
эксплуатационному обслуживанию;
оценке технического состояния оборудования другими диагностическими методами (трибодиагностика, параметрическая диагностика и т.п.).
2.2.2. Основные требования к проведению диагностических измерений
2.2.2.1. Виды и объем диагностических измерений определяются целями диагностических обследований, выполняются по разработанным методикам и программам с привлечением специальной диагностической аппаратуры и вычислительных средств.
2.2.2.2. Приборное оснащение.
Для проведения работ необходимы следующие приборы:
персональный компьютер;
виброизмерительный частотный анализатор;
накопитель информации.
2.2.2.3. Измеряемые величины:
виброскорость;
виброперемещение;
виброускорение.
2.2.2.4. Диапазоны измерений контролируемых параметров вибрации должны соответствовать данным табл. 1.
Таблица 1
КОНТРОЛИРУЕМЫЕ ПАРАМЕТРЫ ВИБРАЦИИ ШПМ
┌─────────┬────────────┬─────────────────┬───────────────────────┐ │Контроли-│ Частотный │ Динамический │ Погрешность измерений │ │руемый │диапазон, Гц│ диапазон ├──────────┬────────────┤ │параметр │ │ │по частоте│по амплитуде│ ├─────────┼────────────┼─────────────────┼──────────┼────────────┤ │ Vе │ 10 - 1000 │0,1 - 30 мм/с │ │ │ ├─────────┼────────────┼─────────────────┼──────────┼────────────┤ │ Sа │ 1 - 300 │0,01 - 3 мкм │ +/- 3% │ +/- 6% │ ├─────────┼────────────┼─────────────────┼──────────┼────────────┤ │ a │ 10 - 5000 │(0,1 - 30)g │ │ │ └─────────┴────────────┴─────────────────┴──────────┴────────────┘
2.2.2.5. В качестве основного вида специальных диагностических измерений используется измерение амплитуд и частот спектральных составляющих вибросигнала (спектральный анализ) в диапазоне частот от 1 до 5 кГц.
Фильтрация специальных составляющих осуществляется узкополосным фильтром или численными методами с погрешностью +/- 3% по частоте. Допускается использование 1/12 октавных фильтров.
Измеряемые значения должны определяться с погрешностью <= +/- 6%.
2.2.2.6. В качестве дополнительных средств анализа при специальных диагностических измерениях допускается применение анализа огибающих и орбит, кепстрального и вейвлет - анализа вибрационных сигналов.
2.2.2.7. С применением спектрального анализа вибросигналов диагностическим центром проводятся следующие работы:
снятие спектральных характеристик вибрации диагностируемого оборудования при стационарном режиме его работы;
снятие режимных (разгон - торможение) характеристик;
снятие контурных характеристик;
определение собственных частот агрегатов ШПМ.
2.2.2.8. На стационарном режиме работы спектральные характеристики вибрации определяются в штатных точках контроля (п. 2.2.3):
после пуска агрегата в эксплуатацию и завершения процесса приработки (снятие опорных спектров);
после проведения контрольных измерений, свидетельствующих о появлении дефекта;
перед остановкой ШПМ на ремонт и (или) наладку;
при экспертном обследовании технического состояния ШПУ.
2.2.2.9. Снятие опорных спектров проводится в целях регистрации амплитуд спектральных составляющих, характеризующих бездефектное состояние ШПМ.
2.2.2.10. Опорные спектры, если их компоненты не превышают уровня "предупреждение" (табл. 2), принимаются в качестве опорных масок для оценки технического состояния агрегатов ШПМ.
Таблица 2
ОПОРНЫЕ МАСКИ ДЛЯ ОЦЕНКИ СТЕПЕНИ ОПАСНОСТИ
СПЕКТРАЛЬНЫХ СОСТАВЛЯЮЩИХ МЕХАНИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ
┌─────────────────────┬──────────────────────────────────────────┐ │ Спектральные │ Уровень амплитуды спектральных │ │ компоненты │ составляющих │ │ ├───────────────────┬──────────────────────┤ │ │ "Предупреждение" │ "Тревога" │ ├─────────────────────┼───────────────────┼──────────────────────┤ │Общий уровень │ 5,6 │ 9,7 │ ├─────────────────────┼───────────────────┼──────────────────────┤ │Субгармоники │ 0,3 │ 0,5 │ ├─────────────────────┼───────────────────┼──────────────────────┤ │fвр │ 4,5 │ 7,1 │ ├─────────────────────┼───────────────────┼──────────────────────┤ │(2 - 3)fвр │ 2,7 │ 5,4 │ ├─────────────────────┼───────────────────┼──────────────────────┤ │> 3fвр │ 1,8 │ 3,6 │ └─────────────────────┴───────────────────┴──────────────────────┘
2.2.3. Проведение диагностических измерений
2.2.3.1. Контрольные измерения предусматривают проведение измерений и регистрацию контролируемых диагностических параметров вибрации во всех штатных точках измерения (рис. 1).
Эл. двигатель Редуктор Барабан
┌┐┌────────────┐┌┐ ┌┐ ┌─────┐┌┐ ┌─────┐
┤├┤ ├┤├───┤├───┤├─┤ ├┤├ │ │
└┘└────────────┘└┘ └┘ │ │└┘4 │ │
1 2 ┌┐3│ │┌┐ ┌┐ │ │┌┐
┤├─┤ ├┤├───┤├───┤├─┤ ├┤├
└┘ │ │└┘5 6└┘ │ │└┘7
12│ │ │ │
┌┐┌────────────┐┌┐ ┌┐ │ │┌┐ │ │
┤├┤ ├┤├───┤├───┤├─┤ ├┤├ │ │
└┘└────────────┘└┘ └┘ └─────┘└┘ └─────┘
11 10 9 8
Эл. двигатель Редуктор Барабан
┌┐┌────────────┐┌┐ ┌┐ ┌─────┐┌┐
┤├┤ ├┤├───┤├───┤├─┤ ├┤├
└┘└────────────┘└┘ └┘ │ │└┘9
1 2 ┌┐3│ │┌┐
┤├─┤ ├┤├ ┌─────┐
└┘ │ │└┘10 │ │
4│ │ │ │
┌┐ │ │┌┐ ┌┐ │ │┌┐
┤├─┤ ├┤├───┤├───┤├─┤ ├┤├
└┘5└─────┘└┘6 7└┘ │ │└┘8
│ │
│ │
│ │
└─────┘
1
Эл. двигатель ┌─┴─┐
└─┬─┘
┌──┴──┐
│ │
│ │
│ │
│ │
│ │
└──┬──┘
┌─┴─┐2
└─┬─┘
─┴─
─┬─
┌─┴─┐
11└─┬─┘
┌──┴──┐
┌┐│ │┌┐
┤├┤ ├┤├
9└┘│ │└┘3
┌──────┐ ┌┐│ │┌┐
│ │ ┤├┤ ├┤├
│ │ 10└┘│ │└┘4
┌┐│ │ ┌┐ ┌┐│ │┌┐
┤├┤ ├─┤├─┤├──┤├┤ ├┤├
8└┘│ │7└┘ └┘└─────┘└┘
│ │ 6 5
│ │ ┌┐
└──────┘ Редуктор ┤├ - точки контроля
Барабан └┘ подшипников
Рис. 1. Схема контроля вибрации
Результаты контрольных измерений должны быть зафиксированы в журнале регистрации совместно с рабочими параметрами ШПМ, при которых проводились измерения (направление движения сосуда, потребляемая мощность, частота вращения ротора приводного двигателя, скорость движения сосуда).
2.2.3.2. Параметры вибрации должны измеряться на всех подшипниковых опорах в трех ортогональных направлениях: вертикальном, горизонтальном и осевом по отношению к геометрической оси ШПМ.
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 к горизонтальному разъему.
Осевая компонента вибрации должна измеряться напротив середины толщины вкладыша подшипника на торце верхней крышки в непосредственной близости к горизонтальному разъему.
При невозможности проведения измерений по трем направлениям в зоне одного подшипника допускаются измерения по двум направлениям.
Первичные вибропреобразователи (датчики) абсолютной вибрации при периодическом виброконтроле следует крепить к агрегату с помощью магнита или щупа.
Статическая сила сцепления магнита (сила прижатия щупа) с измерительной поверхностью должна обеспечивать динамический и частотный диапазоны измерений, указанные в табл. 1.
Измерительная поверхность на агрегате должна быть ровной, очищенной от ржавчины и краски, шероховатость ее не должна превышать Ra = 2,5.
Не допускается назначение точек контрольных измерений на тонкостенных участках корпусов.
Угол между направлением максимальной чувствительности датчика и направлением измерения не должен превышать 25 град.
При проведении контрольных измерений измерительный кабель не должен подвергаться интенсивным колебаниям и должен быть удален от источников сильных электромагнитных полей.
Периодичность проведения контрольных измерений зависит от технического состояния объекта и устанавливается в п. 2.2.5.
2.2.4. Оценка интенсивности вибрации
2.2.4.1. В качестве нормируемого параметра вибрации устанавливается среднеквадратичное значение виброскорости в рабочей полосе частот 10 - 1000 Гц. Если вибрационные процессы представлены сложными колебаниями в диапазоне от 2 до 10 Гц (шире, чем рекомендовано ISO 2372), то вводится дополнительное условие по ограничению амплитудного значения Sа.
Техническое состояние ШПМ оценивается по наибольшему значению одной из компонент вибрации, измеренной по п. 2.2.3.2.
Оценка технического состояния ШПМ по результатам контрольных виброизмерений при отсутствии эксплуатационных норм, установленных изготовителем оборудования, осуществляется по следующим нормам.
Приемка ШПМ из монтажа и ремонта допускается, если вертикальная и горизонтальная компоненты интенсивности вибрации не превышают 2,8 мм/с, а осевая компонента - не более 4,5 мм/с. При наличии составляющих в частотном диапазоне от 2 до 10 Гц амплитуды радиальных вибросмещений не должны превышать 0,05 мм, а осевых - 0,1 мм.
Длительная эксплуатация ШПМ допускается при интенсивности вибрации подшипниковых опор, не превышающей 4,5 мм/с (оценка уровня технического состояния "удовлетворительно"). При наличии составляющих в частотном диапазоне от 2 до 10 Гц длительная эксплуатация допускается при величине амплитуды вибросмещений, не превышающей 0,1 мм.
Не допускается длительная работа ШПМ при интенсивности вибрации хотя бы одного подшипникового узла свыше 7,1 мм/с (оценка уровня технического состояния "допустимо"). Дополнительным условием является ограничение амплитуды вибросмещений величиной 0,16 мм. При превышении этого нормативного значения необходимо планировать остановку ШПМ для проведения ремонтных работ в целях устранения причин повышенной вибрации.
Не допускается работа ШПМ при значении интенсивности вибрации хотя бы одной из компонент, превышающей 11,2 мм/с (оценка уровня технического состояния "недопустимо"). Дополнительным условием является ограничение амплитуды вибросмещений величиной 0,25 мм. ШПМ должна быть немедленно остановлена.
2.2.4.2. По аналогии с ограничениями уровней вибронагруженности при широкополосном (10 - 1000 Гц) измерении механических колебаний вводятся ограничения для отдельных спектральных компонент (опорные спектральные маски), что связывается с различным уровнем опасности возникновения аварийного отказа оборудования от различных его дефектов.
В качестве опорных спектральных масок принимаются эталонные спектры, полученные при специальных диагностических обследованиях. При этом установленные границы опорных масок принимаются за верхнюю границу "удовлетворительного" технического состояния агрегатов ШПМ.
Для опорных масок вводятся две границы: "предупреждение" и "тревога". Граница "предупреждение" для составляющих в каждом частотном диапазоне вводится умножением величины границы "удовлетворительно" на 1,6 согласно требованиям стандарта ISO 2372, а граница "тревога" - на 2,5. При превышении границы "предупреждение" не допускается длительная эксплуатация ШПМ и требуется проведение специальных диагностических обследований.
Не допускается работа ШПМ при превышении хотя бы одной из компонент вибрации границы "тревога".
2.2.4.3. При отсутствии опорных спектральных масок, полученных при специальных диагностических обследованиях, допускается использовать синтезированные опорные маски, приведенные в табл. 2.
Для субгармоник, находящихся в частотном диапазоне от 2 до 10 Гц, вводится ограничение по общему уровню амплитуды вибросмещений. Граница "тревога" соответствует величине амплитуды субгармоник 0,12 мм, а граница "предупреждение" - 0,08 мм.
2.2.5. Периодичность проведения контроля
Результаты замеров уровня вибрации при периодическом контроле должны быть занесены в журнал контроля вибрационных параметров (Приложение 1).
При интенсивности вибрации в классе оценки "хорошо" периодичность виброконтроля устанавливается один раз в 2 года и совмещается с проведением ревизии и наладки ШПМ.
При интенсивности вибрации ШПМ в классе оценки "удовлетворительно" периодичность контроля устанавливается один раз в год.
При интенсивности вибрации в классе оценки "допустимо" периодичность виброконтроля устанавливается один раз в 3 месяца.
Кроме того, независимо от уровня интенсивности механических колебаний вибродиагностическое обследование должно быть проведено перед (для определения возможного и необходимого объема ремонтных работ) и после (для определения качества выполненных работ и получения уточненных опорных спектральных масок) капитального ремонта ШПМ.
2.2.6. Оценка технического состояния ШПМ по параметрам вибрации
По результатам вибродиагностического обследования ШПМ составляется протокол, содержащий оценку технического состояния с указанием возможных дефектов (при оценке технического состояния "допустимо" или "недопустимо"), повлекших за собой повышение уровня интенсивности вибрации (Приложение 2).
Оценки соответствуют следующему техническому состоянию:
"хорошо" - сборка узлов ШПМ оптимальна, вероятность появления дефектов на протяжении длительной эксплуатации минимальна (Vе, < 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 < Vе < 4,5 мм/с, 0,04 < Sа < 0,1 мм);
"допустимо" - повышенная вероятность преждевременного выхода узла из строя, ШПМ требует ремонта, повышенный уровень механических колебаний должен быть устранен (4,5 мм/с < Vе < 11,2 мм/с, 0,1 < Sа < 0,25 мм);
"недопустимо" - дальнейшая эксплуатация может привести к аварийному отказу ШПМ (Vе > 11,2 мм/с, Sа > 0,25 мм).
В протоколе должны быть указаны:
дата измерения, фамилии лиц и наименование организации, проводивших измерения;
рабочие параметры ШПМ, при которых проводились измерения (направление движения сосуда, потребляемая мощность, частота вращения ротора приводного двигателя, скорость движения сосуда, диаметр барабана);
схема контрольных точек;
значения интенсивности вибраций подшипниковых опор, полученные при измерении;
сведения об использованных аппаратурных и программных средствах.
