В предыдущей главы мы выяснили, что основным инструментом анализа вибрации является спектр. Когда мы измеряем вибрацию машин, мы обычно измеряем спектр вибрации, поскольку данный параметр дает важную информацию о техническом состоянии машины и позволяет определить возможные причины вибраций. Именно поэтому крайне важно, чтобы спектр вибрации отображал достоверную информацию.

Какие условия необходимо соблюдать для выполнения точного измерения вибрации?

Как и для каких типов машин нужно выполнять измерения?

В данном разделе мы ответим на эти вопросы. После прочтения данной главы Вы узнаете:

• Какие машины нуждаются в контроле за вибрацией?

• Как правильно устанавливать датчик вибрации.

• Как правильно задавать параметры измерения вибрации.

• Как правильно выполнять измерения вибрации.

Какие машины нуждаются в контроле за вибрацией?

В первую очередь, необходимо выполнять мониторинг критического оборудования. Ведь, к примеру, нецелесообразно обследовать сначала людей с идеальным состоянием здоровья, а затем переходить к тем пациентам, которые действительно нуждаются в лечении. То же самое касается мониторинга технического состояния оборудования. Во избежание непредвиденных и дорогостоящих поломок регулярный мониторинг вибрации требуется выполнять для следующих машин:

• Машины, которые требуют дорогостоящего, длительного или сложного ремонта;
• Машины, которые выполняют очень важные функции в производственном процессе или работе предприятия в целом;
• Машины, которые часто выходят из строя;
• Машины, надежность которых крайне важна;
• Машины, которые влияют на безопасность людей и состояние окружающей среды.

Как работает датчик вибрации?

Для точного измерения вибрации необходимо правильно устанавливать датчик вибрации на измеряемый объект. Существует несколько видов датчиков для измерения вибрации, наиболее широко применяемым является акселерометр, так как он имеет множество преимуществ по сравнению с другими типами датчиков.

Акселерометр – это датчик, который генерирует электрический сигнал, пропорциональный величине ускорения вибрирующего объекта, на котором установлен датчик.

Ускорение вибрирующего компонента – это быстрота изменения скорости вибрирующего компонента.

Сигнал ускорения, генерируемый акселерометром, поступает в инструмент, который, в свою очередь, преобразует его в сигнал виброскорости. В зависимости от выбора пользователя, сигнал может быть представлен в виде временного сигнала или спектра вибрации. Спектр виброскорости получают из временного сигнала виброскорости с помощью алгоритма Быстрого Преобразования Фурье.

Ниже представлен простой пример сбора данных вибрации.

Как правильно устанавливать датчик вибрации?

Большинство машин состоят из нескольких вращающихся компонентов. Моторы насосы, компрессоры, вентиляторы, ленточные конвейеры, редукторы представляют собой вращающиеся механизмы, которые часто используются в машинах.

Большинство вращающихся механизмов имеют подшипники, которые поддерживают вес вращающихся частей и воспринимают нагрузку, связанную с вращательным и колебательным движением. Как правило, подшипники воспринимают большую часть нагрузки, поэтому неудивительно, что в подшипниках часто возникают поломки и проявляются первые признаки неисправностей.

В связи с этим, измерение вибрации выполняют, как правило, на подшипниках, на которые устанавливают акселерометр.

Поскольку заключение о техническом состоянии машин составляется на основе полученных данных измерения, необходимо очень внимательно относиться к процедуре сбора данных. Важно помнить, что точность измерения данных значительно зависит от способа установки акселерометра на измеряемый объект.

Каким образом нужно устанавливать акселерометр для получения точных данных измерения?

Ниже даны основные принципы:

1. Акселерометр необходимо устанавливать как можно ближе к подшипнику

Представьте, что доктор слушает Ваше сердце через толстый слой одежды, при этом поместив стетоскоп в области почек, а не сердца. В таком случае Вы, вероятнее всего, усомнились бы в точности поставленного диагноза.

Аналогично, при измерении вибрации машин датчик необходимо устанавливать как можно ближе к подшипнику, а именно как можно ближе к осевой линии подшипника, что исключает возможность искажения данных во время измерения.

2. Акселерометр должен быть закреплен надежно

Для получения точных данных измерения акселерометр должен в точности повторять колебательные движения машины, на которой он установлен. Для этого акселерометр необходимо устанавливать так, чтобы он не качался и не перемещался. Ненадежно установленный акселерометр генерирует сигналы, искаженные из-за его собственных колебаний.

Существуют несколько способов установки акселерометра, но наиболее распространенным является крепление на магнитное основание, поскольку данный вид монтажа обеспечивает надежность измерения и в то же время удобен для пользователя. Магнитное основание  позволяет надежно фиксировать акселерометр на объект измерения и выполнять измерения сразу на нескольких машинах с помощью одного акселерометра. Установка и снятие акселерометра с помощью магнитного основания требует минимум времени.

Для обеспечения надежной фиксации акселерометра на объект измерения, магнитное основание должно быть ровным и плотно прилегать к поверхности измеряемого объекта. Монтажная поверхность должна быть очищена от мусора, ржавчины и отслоившейся краски.

3. Акселерометр необходимо устанавливать в правильном направлении

В различных ситуациях акселерометр устанавливают в разных направлениях.

Например, для определения параллельной несоосности акселерометр устанавливают на подшипник в радиальном направлении, а для выявления угловой несоосности - в осевом.

Сигнал, генерируемый акселерометром, зависит от направления, в котором установлен датчик, поскольку амплитуда механических колебаний изменяется в различных направлениях.

Монтажная поверхность должна быть магнитной (сталь, никель, кобальт сплавы).

Избегайте ударов и нагрева магнитного основания, поскольку это ведет к ухудшению магнитных свойств.

4. Акселерометр необходимо устанавливать в одной и той же измерительной точке

Для получения надежных данных измерения необходимо использовать один и то же акселерометр и устанавливать его в одной и той же точке измерения. При возможности, всегда выполняйте измерения с помощью одного и того же датчика, установленного в одном и том же месте.

5. Акселерометр необходимо устанавливать на твердых поверхностях

Недопустимо устанавливать акселерометр на гибкие поверхности машины, поскольку это приведет к искажению спектра из-за колебаний гибкой части машины.

Нельзя устанавливать акселерометр на очень легкие по весу объекты, иначе сигнал вибрации будет искажен под действием веса акселерометра. Как правило, общий вес акселерометра и магнита должен быть меньше 10 % от веса измеряемого объекта.

6. Уход за акселерометром

В случае небрежного обращения акселерометр может выдавать некорректные данные. Необходимо очень осторожно крепить акселерометр на монтажную поверхность и следить, чтобы не возникло удара в результате сильного магнитного притяжения. Для этого наклоните магнит и подведите акселерометр к измеряемой поверхности под углом, а после соприкосновения магнита с поверхностью осторожно выпрямите магнит до полного соприкосновения поверхностей.

Для того, чтобы демонтировать акселерометр с измеряемой поверхности ни в коем случае не тяните за акселерометр. Следует обхватить акселерометр вместе с основанием и наклонить в сторону.

Кабель акселерометра не должен закручиваться (переламываться), а должен быть надежно закреплен таким образом, чтобы не допустить его повреждения. Закрученный или свободно перемещающийся кабель может искажать данные спектра вибрации.

7. Личная безопасность

При проведении измерений вибраций необходимо всегда соблюдать меры безопасности. Во время сбора данных вибраций следует учитывать три основных вида опасностей: ушибы движущими частями, поражение электрическим током и повреждения, вызванные магнитными свойствами частей.

Во-первых, во время монтажа акселерометра необходимо следить за тем, чтобы кабель не попадал в движущиеся компоненты. Несмотря на то, что быстроразъёмное соединение сводит данный вид риска к минимуму, нельзя полагаться только на это. Помимо кабеля в движущиеся части может попадать свободная одежда, длинные волосы и ремни.

Во-вторых, ни в коем случае нельзя устанавливать акселерометр на поверхность под напряжением, поскольку это может стать причиной поражения электрическим током.

В-третьих, не держите магнитное основание вблизи чувствительных к магниту предметов, таких как кредитные карты, дискеты, видеоплёнки, кассетные ленты и часы, так как они могут быть повреждены магнитными полями.

Также существуют другие виды опасностей, которые могут возникать при проведении измерений вибрации, поэтому перед началом работ необходимо внимательно ознакомиться с инструкцией по эксплуатации и технике безопасности.

Что такое параметры измерения?

Параметры измерения – это установки, которые определяют способ и характер проведения измерений. Задавая параметры измерения, мы определяем, каким образом будет проводиться сбор и обработка данных. Перед проведением сбора данных вибрации, в первую очередь, необходимо настроить параметры измерения.

Параметры измерения вибрации можно сравнить с критериями «что и как», которые определяет доктор перед тем, как назначить пациенту медицинское обследование.

Давайте рассмотрим, каким образом следует устанавливать параметры измерения перед проведением измерения спектра вибрации. Рассмотрим это на примере использования приборов CSI. Параметры, установленные по умолчанию (за исключением значения Fmax) подходят для проведения большинства измерений вибрации, поэтому чаще всего нет необходимости в настройке параметров.

Так какие же параметры измерения вибрации бывают и что они определяют?

Параметры, используемые при измерении спектра вибрации, можно разделить на 4 класса:

1. Способ сбора данных

2. Объем и продолжительность сбора данных

3. Способ обработки собранных данных

4. Способ представления собранных данных

1. Способ сбора данных

Параметры, которые определяют способ сбора данных, относятся к категории параметров «Trigger type» (Тип измерений) и задаются в поле «Sensor setup» (Настройка датчика).

«Trigger type» (Тип измерений) - это параметр, который определяет характер проведения измерений вибрации. Если данный параметр установлен на «Free run» (Непрерывный), то измерения будут выполняться непрерывно. Если установлено «Single» (Однократный), то будет выполнен только один цикл измерений.

Обычно устанавливают режим «Free run» (Непрерывный).

Параметры «Sensor setup» (Настройка датчика) определяют тип используемого акселерометра. Если используется акселерометр ICP®, который входит в комплект поставки виброприбора CSI 2140, нужно включить опцию «Drive current» (Ток возбуждения), а «Sensitivity» (Чувствительность) акселерометра необходимо настроить в соответствии с данными, указанными в техническом паспорте. «Settling time» (Время установления) - это время установления рабочего режима виброинструмента и акселерометра до начала сбора точных данных. Для точного измерения вибрации данный параметр задается по умолчанию в зависимости от значения Fmax.

2. Объем и продолжительность сбора данных

Параметры, которые определяют объем и продолжительность данных: «Fmax», «Spectral lines» (Спектральные линии), «Overlap» (Перекрытие).

В главе 2 мы отмечали, что чем выше значение Fmax, тем выше частотный диапазон, в пределах которого будет выполняться сбор данных вибрации.

Таким образом, если значение Fmax высокое, спектр вибрации будет отображать высокочастотные данные. Для сбора высокочастотных данных вибрации частота измерения или частота выборки также должны быть высокими. В результате, чем выше значение Fmax, тем ниже будет продолжительность измерения. Чем больше используется спектральных линий, тем больше информации будет собрано. Это означает, что чем больше используется спектральных линий, тем больше данных необходимо собрать, а, следовательно, тем больше требуется времени на проведение измерений.

Какое значение Fmax использовать?

Чем выше скорость вращения машины, тем выше частота колебаний и тем больше должно быть значение Fmax для сбора данных вибрации на высоких частотах.

Для машин, которые не имеют такие компоненты, как зубья шестерни, лопасти вентилятора, крыльчатки насоса и опорные элементы, значение Fmax должно быть в 10 раз выше частоты вращения машины для сбора всей важной информации о техническом состоянии машины.

Например, если скорость вращения составляет 10.000 об/мин, то величину Fmax можно устанавливать на уровне 100.000 Об/мин.

Для машин, которые состоят из таких механизмов, как ЗК, вентиляторы, насосы и роликоподшипники, достаточным значением Fmax будет величина, в три раза выше рабочей скорости.

Например, для зубчатого колеса с 12 зубьями со скоростью вращения 10.000 Об/мин, значение Fmax устанавливают на уровне 360.000 Об/мин. Если необходимое значение Fmax очень высокое, то разрешение спектра будет низким, что ведет к возможной потере данных на низких частотах. Во избежание этого помимо измерений с высоким значением Fmax следует выполнять измерения с низким значением Fmax.

Сколько спектральных линий использовать?

В большинстве случаев достаточно использовать разрешение в 400 спектральных линий. Однако, если значение Fmax высокое, то линии будут распределены по всему частотному диапазону с большими промежутками между собой. Поэтому для предотвращения потери данных сигнала необходимо соблюдать следующее условие: чем выше значение Fmax, тем больше спектральных линий требуется.

Однако чем больше используется спектральных линий, тем выше будет продолжительность сбора данных и тем больше будет использоваться памяти прибора. Поэтому использовать высокое значение Fmax или большое количество спектральных линий стоит только при необходимости.

3. Как обрабатывать данные?

К параметрам, которые определяют способ обработки данных, относятся «Average type» (Тип усреднения), «Number of averages» (Число усреднений), «Window type» (Тип окна).

Представьте, что Вам нужно точно измерить ширину страниц этой книги. Поскольку ширина страниц может изменяться, то Вы бы, скорее всего, замерили не одну страницу, а несколько страниц, после чего рассчитали бы среднее значение.

Подобным образом, при измерении вибрации сначала измеряют несколько спектров, а затем усредняют их для получения среднего спектра. Средний спектр лучше отражает характер вибрации, поскольку в процессе усреднения минимизируются случайные колебания и импульсы, характерные для вибраций машин.

Параметр «Average type» (Тип усреднения) определяет способ усреднения спектров. В большинстве случаев рекомендуется использовать «Linear» (Линейное усреднение).

«Exponential (Экспоненциальное усреднение) обычно используется в том случае, если характер вибраций значительно меняется во времени. «Peak hold» (Удержание пика), в сущности, не подразумевает усреднение, а отображает максимальную амплитуду колебаний для каждой спектральной линии.

Параметр «Number of averages» (Число усреднений) определяет количество спектров, участвующих в усреднении. Чем больше используется спектров в процессе усреднения, тем более четким представляются спектральные пики.

Однако чем больше используется спектров, тем больше требуется данных и, соответственно, тем больше времени уходит на вычисление среднего спектра. В большинстве случаев достаточно использовать 4 спектра для усреднения.

Как правило, собранные данные не используют непосредственно для получения спектра, а сначала преобразуют для компенсации определенных ограничений алгоритма БПФ (преобразование данных в спектр).

Обычно данные преобразуют путем их умножения на соответствующее окно. Это предотвращает «смазывание» или «утечку» спектральных линий.

«Window type» (Тип окна) определяет вид используемого окна. Обычно используют «Hanning window» (Окно Ханнинга). При использовании «Rectangular window» (Прямоугольное окно) данные фактически не будут изменены.

4. Как отображать данные?

Параметры «Display units» (Единицы отображения) определяют способ отображения спектров.Чтобы определить способ отображения спектров, нужно задать масштаб спектра. Масштаб спектра определяет четкость отображения деталей спектра и задается параметрами «Amplitude scale» (Масштаб амплитуды), «vdB reference» (Исходное vdB), «Log range» (Диапазон) и «Velocity max» (Макс.скорость).

В большинстве случаев «Amplitude scale» (Масштаб амплитуды) выбирают «Linear» (Линейный). При выборе линейного масштаба параметры «vdB reference» (Исходное vdB) и «Log range» (Диапазон) устанавливать не нужно. Обычно рекомедуется устанавливать параметр «Velocity max» (Макс.скорость) на «Automatic» (Авто) для автоматического выбора масштаба амплитуд, что обеспечивает четкое отображение спектральных пиков.

Чтобы определить способ отображения спектра, нужно определить «Amplitude type» (Тип амплитуды). В главе 2 мы определили два типа амплитуды – пиковая амплитуда и СКЗ амплитуда.

Если используется пиковая амплитуда, спектр будет отображать максимальный пик амплитуды колебаний на различных частотах. При использовании СКЗ амплитуды спектр будет отображать величину колебаний на различных частотах.В спектре вибрации пиковая амплитуда на определенной частоте равна √2 х СКЗ амплитуду на этой частоте. Таким образом, неважно, какой тип амплитуды используется, поскольку одно значение амплитуды может быть преобразовано в другое.

Рекомендуем всегда использоватьодни и те же значения амплитуды для одних и тех же точек для предотвращения возникновения ошибок. При переходе от СКЗ величины к пиковой в спектре вибрации возникают выраженные подъемы, которые специалист может ошибочно принять за сигналы, генерируемые при наличии повреждений в машинах. С другой стороны, переключение пикового значения амплитуды на СКЗ значение может скрывать реальное повышение амплитуды колебаний.

Наконец, необходимо указывать типы единиц амплитуды и частоты. Выбор единиц зависит от личного предпочтения пользователя, но чаще всего зависит от географического положения.

В Северной Америке в качестве единиц скорости и частоты используются дюйм/сек и kcpm (килоциклы в минуту). В других странах в качестве единиц измерения скорости и частоты обычно используют мм/с и Гц соответственно.

5. Как собирать данные?

Обычно анализ вибраций выполняют не на месте эксплуатации машины, поскольку работать в таких условиях часто опасно и неудобно. Измерения обычно проводят с помощью прибора, а затем выполняют анализ измеренных данных в офисе в спокойной и безопасной обстановке. Для более детального анализа данные можно переносить на компьютер.

На многих предприятиях имеется большое количество критического оборудования, которое нуждается в контроле за вибраций. При этом для тщательного анализа требуется проведение измерения в разных точках машины. Для измерения в каждой точке акселерометры нужно устанавливать, как правило, в разных направлениях и с использованием разных параметров измерения. Таким образом, в течение каждого измерительного цикла требуется снимать множество показаний.

В целях экономии времени измерения обычно проводят сразу на всех машинах, а затем выполняют анализ в офисе.

Важно, чтобы измерения проводились точно и последовательно. Если Вы проводите измерения последовательно и систематично, это минимизирует вероятность путаницы в данных, полученных с разных машин. Смешение данных приводит к неправильным результатам анализа, что может стать причиной дорогостоящих ремонтов.

Возникает вопрос: как можно быть уверенным в том, что измерения выполняются в нужных направлениях, результаты измерений не смешиваются между собой и выполняются все необходимые измерения. Для этого нужно использовать список измерений.

В списке измерений указаны все измерения, которые требуется снять в определенном цикле измерений.

Это подобно списку покупок, в котором указано всё, что Вам необходимо купить. В списке измерений содержатся указания по поводу того, на какой машине и какие измерения необходимо выполнить, в каком направлении и с использованием каких параметров.

 

Список измерений, который содержится в виброприборе vb instrument, немного отличается, однако имеет ту же структуру данных.

В приведенном выше примере указано, что измерения необходимо выполнить на машинах «Двигатель A1», «Редуктор B2», «Ротор B2». «Передняя часть», «Задняя часть», «Выходная сторона» и т.д. - это измерительные точки. «Горизонтальное», «Вертикальное», «Осевое» и «Радиальное» определяют направление измерения, а данные в скобках – это параметры измерения. Обратите внимание, что для механизма «Редуктор B2» нужно снять два измерения с использованием разных параметров. Дополнительная информация о списке измерений содержится в инструкции по эксплуатации к прибору серии VibraPoint .

Во избежание путаницы измерительные точки, указанные в списке измерений, должны иметь уникальные понятные названия. Также необходимо четко маркировать машины и измерительные точки названиями, совпадающими с названиями в списке измерений. При выполнении измерений следите, чтобы направления, в которых устанавливаются акселерометры, соответствовали указанным в списке измерений.

Необходимо снять следующие показания:

Двигатель А1

• Передняя часть (подшипник)

- горизонтальное (Fmax 200 Гц, _ _ _)

- вертикальное (Fmax 200 Гц, _ _ _)

- осевое (Fmax 200 Гц, _ _ _)

• Задняя часть (подшипник)

- горизонтальное (Fmax 200 Гц, _ _ _)

- вертикальное (Fmax 200 Гц, _ _ _)

- осевое (Fmax 200 Гц, _ _ _)

Редуктор В2

• Выходная сторона (подшипник)

- радиальное (Fmax 200 Гц, _ _ _)

(Fmax 8000 Гц, _ _ _)

Редуктор В2

• Ведомый конец (подшипник)

- горизонтальное (Fmax 200 Гц, _ _ _)

- вертикальное (Fmax 200 Гц, _ _ _)

и т.д.

Инженерпо техническому обслуживанию

Не все машины, содержащиеся в списке измерений, могут быть в равной степени важными. Менее критические машины можно контролировать реже. Если для определенного цикла измерений нужно измерить только некоторые машины или некоторые точки, Вы можете помечать эти машины, чтобы измерения выполнялись только на них. Подробная информация об отметке пунктов в списке измерений содержится в руководстве по эксплуатации прибора CSI.

Для обеспечения регулярного сбора данных следует составлять план проведения измерений.

Для большинства машин данные необходимо собирать каждый месяц. Для критического оборудования данные нужно собирать раз в неделю, а для менее важного – раз в два месяца. Для начала рекомендуем придерживаться строгого графика, а затем корректировать его исходя из опыта.

Представьте, что Вы идете в магазин со списком покупок, но при этом не имеете достаточной суммы денег и средства передвижения. Полагаем, такая задача будет бессмысленной.

Аналогично, для проведения вибромониторинга требуется достаточный объем памяти и заряженный аккумулятор. Перед началом сбора данных необходимо убедиться, что аккумулятор заряжен и имеется достаточно свободной памяти в приборе (подробная информация содержится в руководстве по эксплуатации прибора CSI).

Большинство типов вибраций обнаруживается, когда машина находится в установившемся режиме работы и генерирует стабильный сигнал.

Сразу после запуска машины или изменения скорости вращения необходимо подождать некоторое время для того, чтоб машина вошла в установившийся режим

работы перед тем, как начать измерение спектра вибрации, иначе собранный спектр будет содержать недостоверные данные вибрации.

По завершении измерительного цикла рекомендуется переносить собранные данные на компьютер с помощью программного обеспечения IORS:2020. После передачи данных измерения их можно удалить из памяти прибора с тем, чтобы можно было сохранить информацию при последующем сборе данных.

В данном разделе мы узнали, как выполнять измерение вибрации.

Мы узнали, какие машины необходимо контролировать и по каким параметрам машину относят к классу критических.

Мы также рассмотрели принцип работы измерительного прибора и описали функцию акселерометров. Мы подчеркнули важность корректной и надежной установки акселерометров, поскольку от этого зависит точность измеренных данных.

Мы узнали, как задавать параметры измерения; установка параметров измерения определяет способ сбора данных вибрации. К параметрам измерения относятся способ, объем и продолжительность измерения, а также способ обработки и отображения собранных данных.

Мы подчеркнули важность сбора и регистрации данных в последовательном и систематическом порядке. При измерении данных их заносят в список измерений, а затем переносят на компьютер для детального анализа и документирования. Для обеспечения регулярного сбора данных необходимо иметь четкий график проведения измерений.