Как метод вибродиагностики вращающихся механизмов (электродвигателей, турбин и т.д.)

Для анализа вибрационных или акустических сигналов вращающихся механизмов чаще всего используются не частотные, а порядковые спектры. Порядковый спектр содержит данные об амплитуде и/или фазе сигнала в функции от порядка гармоники частоты вращения. Это означает, что независимо от скорости вращения механизма составляющая порядка гармоники или субгармоники остается на одной и той же анализируемой линии. Описанный метод называется “слежение”, так как предполагает отслеживание значений частоты вращения, результаты которого используются для анализа данных. Так как большинство действующих на механизм динамических нагрузок связаны с частотой вращения, процедуры интерпретации результатов и диагностирования неисправностей благодаря использованию порядкового анализа могут быть значительно упрощены.

Классическая проблема размывания частотных составляющих под влиянием колебаний скорости вращения механизма также решается путем применения порядкового анализа. В ситуациях, когда наблюдается объединение частотных составляющих стандартного частотного анализа, применение функции порядкового анализа только облегчит постановку правильного диагноза.

Особый интерес представляет анализ вибраций, возникающих на этапе разбега или выбега вращающегося механизма; в этом случае структурные резонансные колебания возбуждаются под влиянием основной или других гармоник частоты вращения механической системы. Возможность определения критических скоростей при заданных стандартных режимах вращения вала особенно важна при эксплуатации таких агрегатов, как электродвигатели, турбины и генераторы.

Примененив БПФ анализатор, работающий в стандартном режиме выборки с фиксированной частотой выборки (т.е. не в режиме слежения), и построив спектральную диаграмму для скорости вращения механизма на отдельных заданных этапах, можно получить так называемую диаграмму Кэмпбелла. Эта диаграмма представляет собой трехмерный график, на котором изображена зависимость уровней вибраций как функции частоты вращения от скорости вращения (об/мин) механизма (вертикальная ось). Это означает, что гармонические составляющие появляются на радиальных линиях, проходящих через точку 0 Гц, 0 об/мин, а структурные резонансы размещаются на вертикальных прямых (линии постоянной частоты). Таким образом, график имеет большое практическое значение. Однако этот график имеет и некоторые недостатки, к которым относится явление размывания составляющих, связанное с тем, что использование для отдельных спектров временного окна создает определенный разброс скорости. Энергия составляющих оказывается распределенной по нескольким линиям. Больше всего это относится к составляющим высокочастотного спектра, например, таким, как характерные для частоты зацепления зубьев зубчатой передачи, которые могут оказаться размытыми настолько, что элементы структур боковых полос оказываются потерянными для анализа. Это представляет главную причину того, почему вместо указанного метода применяется порядковый анализ [6].

В процессе проведения порядкового анализа значения временной записи указываются в оборотах [ОБ], а не в секундах [с], а соответствующий БПФ спектр описывается через порядки [ПОР], а не единицы частоты [Гц]. Аналогично разрешающей способности дельтаF [Гц] частотного спектра, которая равна 1/T, где T [с] - это количество секунд на каждую БПФ-запись, разрешающая способность следящего анализа, дельта пор [ПОР] равна 1/об, где об [ОБ] – это количество оборотов на одну БПФ запись. Для анализа данных при значении “об” один или более оборотов на запись, спектральная разрешающая способность равна или выше 1 ПОР. В результате анализа оказывается возможным получить порядковый спектр с высоким разрешением, в котором отдельные порядки или доли порядков соотнесены непосредственно с различными частями вращающегося механизма. Акцент делается на порядках. В целом, можно сказать, что проведение следящего анализа с использованием БПФ анализатора представляет собой анализ, при котором гармоническая модель вибросигнала вращающегося механизма независимо от колебаний скорости вращения стабилизирована в пределах отдельных линий. Это означает, что вся энергия отдельной гармоники сконцентрирована на одной линии и имеется возможность избежать характерного для стандартного аналитического метода размывания частотных компонентов.

Рассмотрим некоторые аспекты использования порядкового анализа для диагностики состояния турбогенератора на этапе выбега. Поступление вибросигналов (характерных для ускорения) с подшипников генератора и турбины было зарегистрировано одновременно с фиксацией тахометрического сигнала Фотоэлектрического тахометрического зонда, выдающего информацию о частоте вращения вала. Значительная продолжительность этапа выбега позволила применить метод порядкового анализа. Было проанализировано 20 нижних гармоник вибросигнала, поступившего на этапе выбега. Порядковый спектр для частоты вращения 2513 об/мин показаны ниже на рис. 3.14.

Рис. 3.14. Порядковый спектр турбогенератора для частоты вращения

2513 об/мин ( на графике видны только 3 значимых порядка).

На рис. 3.15. изображен трехмерный график зарегистрированных спектров вертикального вибросигнала, поступившего с подшипника генератора. Отчетливо просматривается изменение уровня первых 3 гармоник, что указывает на наличие характерных резонансных компонентов. Например, четко видно присутствие этих компонентов на основной гармонике в промежутке 950 об/мин - 1050 об/мин, что скорее всего вызвано также второй гармоникой в диапазоне 475 об/мин -525 об/мин.

Рис. 3.15. Трехмерный график изменения порядкового спектра турбогенератора для частоты вращения2513 об/мин.

На оси скорости вращения, представляющей собой плоскость порядка гармоник, гиперболических кривых видны составляющие постоянной частоты, предположительно вибрации другого машинного оборудования, поступившие через основания этих механизмов(т.е. помеха). Кривые построены с учетом равенства c x n = f x 60, где c - скорость вращения в об/мин, n -порядок гармоник, а F - частота в Гц. На рис. 3.16 приведено несколько примеров кривых составляющих постоянной частоты. Обратите внимание на явление размывания составляющих постоянной частоты. Этот график имеет важное практическое значение, так как дает возможность одновременного графического представления на экране всех частотных составляющих

Рис. 3.16. Кривые составляющих постоянной частоты.

В общем случае обеспечить выполнение порядкового анализа можно тремя методами:

• Частотный порядковый анализ.

• Порядковый следящий анализ.

• Следящий порядковый фильтр.

Первые два из указанных методов используют данные в реальном масштабе времени, а третий представляет собой метод с заключительной обработкой данных. Результаты измерений с применением любого из трех методов выражаются выходным сигналом в виде порядкового спектра, содержащего данные о фазе.

Метод частотного порядкового анализа, использующего фиксированное значение частоты выборки, имеет ряд преимуществ, к которым относятся быстрота и простота его применения. Однако этот метод имеет и недостатки: во-первых, метод частотного порядкового анализа можно использовать только в ограниченном диапазоне значений скорости вращения и, во-вторых, этот метод не применим для точного извлечения порядков в связи с характерным для него явлением размывания составляющих.

Порядковый следящий анализ, использующий метод повторной выборки, позволяет избежать явления размывания составляющих, что делает этот метод применимым для извлечения высших порядков. Однако быстродействие рассматриваемого метода по сравнению с предыдущим ниже, что связано с необходимостью выполнения более сложных расчетов.

Поиск по сайту: