Изучаем датчики вибрации

Программное обеспечение

Датчики вибрации цифровые «ЦДВ» имеют встроенное и автономное программное обеспечение (далее — ПО).

Встроенное ПО зашито в микропроцессор, находящийся на измерительной плате датчика, которое обеспечивает математическое преобразование входных данных от емкостных акселерометров в измеряемые величины (СКЗ виброускорения, виброскорости и виброперемещения), а так же управление процессом передачи данных по цифровому каналу связи.

Для обмена данными датчика с компьютером используется автономное ПО, которое отображает цифровые данные, полученные от датчика.

Программное обеспечение датчика включает в себя программу vconfig, предназначенную для настройки и мониторинга параметров датчика.

Защита ПО от преднамеренных изменений обеспечивается средствами операционной системы путем установки пароля для вхождения в файл программы.

Защита ПО от непреднамеренных воздействий обеспечивается функциями резервного копирования.

Идентификация ПО осуществляется при каждом включении датчика путем запуска соответствующего командного файла.

Уровень защиты программного обеспечения от непреднамеренных и преднамеренных изменений в соответствии с Р 50.2.077-2014 — низкий.

Таблица 1 — Идентификационные данные программного обеспечения

Виброметры для измерения вибрации вращающегося оборудования

«ДПК-Вибро» в руке

Виброметр измеряет и оценивает вибрацию агрегатов с вращающимися частями. Это — двигатели, насосы, вентиляторы, генераторы. Вибрация таких агрегатов повторяется с каждым оборотом вала.

Виброметры измеряют интегральное значение вибрации (одно число). Самое популярное значение – СКЗ виброскорости, так как существуют стандарты для определения состояния агрегата по СКЗ виброскорости. Это число пропорционально мощности сил, вызывающих вибрацию агрегата.

Чаще всего вибрация в виброметрах измеряется в диапазоне 10 ÷ 1000 Гц. Этот диапазон указан в ГОСТ и позволяет измерять одинаковое значение вибрации на разных приборах.

Виброметр – это очень полезный прибор для оценки состояния оборудования. Максимальное значение вибрации, при котором состояние агрегата считается аварийным называется Норма. Значение задаётся в паспорте на агрегат или в ГОСТ ИСО 10816-1-97. «Вибрация. Контроль состояния машин по результатам измерений вибрации на невращающихся частях». Сравнение текущей вибрации с нормой позволяет оценить состояние агрегата.

Измерение виброметром

Измерение вибрации виброметром очень быстрое и не требует подготовительных работ. Можно измерить 100 агрегатов за смену с выдачей отчётов о состоянии оборудования на предприятии.

Значения вибрации, измеренные через некоторое время (например, через 1 месяц) позволяют строить прогноз развития вибрации и планировать сроки следующих ремонтов. Это даёт значительную экономию денег, по сравнению с плановыми ремонтами. Такая система планирования ремонтов используется в нашей программе Аврора-2000.

Значение вибрации, измеренное виброметром можно использовать и для диагностики дефектов агрегата. Например, по СКЗ виброскорости отлично диагностируется расцентровка и небаланс. Состояние крепления к фундаменту тоже проще оценить виброметром. Виброметром даже можно балансировать агрегат не используя отметчик фазы (метод трех пусков с пробными массами).

При этом виброметры значительно дешевле виброанализаторов и проще в работе. Однако, для изучения сложных случаев дефектов необходим виброанализатор и опыт вибродиагностики.

Виброручка ViPen

Самые маленькие виброметры имеют размер авторучки и управление одной кнопкой. Такие приборы называют виброручки.

СКЗ виброскорости на экранеVibro Vision-2

Современные виброметры дополнительно имеют режимы измерения спектров и сигналов, память для сохранения замеров и передачи их в компьютер, режим измерения по маршруту, датчики температуры, оборотов и ударных импульсов от подшипников качения.

В виброанализаторах всегда есть режим виброметра. Он делается программно и не удорожает изготовление прибора.

Внутренний и внешний датчик

Виброметры имеют внутренний датчик вибрации, встроенный в корпус прибора или внешний датчик, подключённый к прибору проводом. Внутренний датчик – это компактность прибора, а внешний датчик позволяет измерить вибрацию в труднодоступных местах.

ViPen – виброметр-ручка с оценкой состояния подшипников и температурой

Виброметр-К1 – простой виброметр. Предназначен для проведения измерения вибрации
в размерности СКЗ виброскорости (мм/с) в стандартном диапазоне частот от 10 до 1000 Гц

ДПК-Вибро – компактный виброметр. Кроме вибрации, умеет оценивать состояние подшипников качения, показывать сигналы и спектры и даже хранить их и передавать в компьютер (правда, всего несколько штук)

Vibro Vision – малогабаритный виброметр для контроля уровня вибрации с возможностью анализа сигналов и спектров. Уже устаревший, но всё ещё популярный прибор. Имеет встроенный в внешний датчик

Вибрационные характеристики

При замере вибрации измеряют её вертикальную и горизонтальную составляющие (или как ещё называют осевая и поперечная). Существует несколько понятий вибрационных характеристик, давайте разберемся какими они бывают и в чем измеряются:

• Виброскорость (измеряется в миллиметрах на секунду, мм/с) – величина, характеризующая перемещение точки измерения вдоль оси электродвигателя.
• Виброускорение (измеряется в метрах на секунду в квадрате, м/с 2 ) – прямая зависимость вибрации от силы её вызвавшей. Виброперемещение (измеряется в микрометрах, мкм) – величина амплитуды, показывающая расстояние между крайними точками при вибрации.

При замерах вибрационных характеристик, как правило, замеряют виброскорость, так как она наиболее точно описывает характер проблемы. При этом измеряют не наибольшее значение виброскорости, а её среднеквадратичное значение (СКЗ). По причине того, что все стрелочные приборы по принципу действия (которые использовались ранее) являются интегрирующими. Допустимые нормы вибрации электродвигателей приведены в Правилах эксплуатации электрических станций и сетей (ПТЭ) и в ГОСТ ИСО 10816.

Так как существует множество разнообразных электрических машин ГОСТ Р 56646-2015 поможет разобраться, какой именно стандарт из группы ГОСТ ИСО 10816 применим к конкретному электродвигателю. Например, для компрессоров, двигателей с насосом и других применений электропривода могут быть различные нормы и требования по проведению замеров.

В этих документах приведены основные требования, нормы, рекомендации, классы вибрационного состояния и прочее.

Балансировка роторов «на месте»

Отметчик длябалансировки

При помощи прибора «ViAna-1» можно производить специализированные работы, обычно объединяемые термином «виброналадка вращающегося оборудования». К таким работам чаще всего относят балансировку роторов механизмов в собственных опорах, т. е. производимую без разборки и извлечения ротора из механизма.

Для этого в стандартный комплект поставки прибора «ViAna-1» входит лазерный отметчик фазы вращающегося ротора «ОЛ-4» и встроенное программное обеспечение для одно- и двухплоскостной балансировки. По результатам тестовых пусков прибор определяет массу и угол установки балансировочных грузов для уменьшения вибрации механизма.

Балансировочная программа простая. Это позволяет работать с ней персоналу с минимальной подготовкой. При помощи балансировочной программы и лазерного отметчика даже пользователю с минимальной подготовкой удается эффективно устранять до 80 — 90% всех выявленных небалансов вращающихся роторов.

Производители и модели

Geoquip

Компания Geoquip – крупный английский производитель интегрированных систем охраны периметра. Ассортимент продукции компании ориентирован на создание систем наблюдения, регистрирующих вибрационные признаки попыток проникновения.

GEOQUIP GD5000-1Е и GEOQUIP GD5000-2Е – системы сбора и обработки аналогового сигнала от трибоэлектрического чувствительного элемента с применением частотных фильтров для подстройки к особенностям конструкции и условиям окружающей среды.

GEOQUIP GCMMB-4 – система цифровой обработки данных с трибоэлектрического чувствительного элемента, в которой предусмотрено взаимодействие с TCP/IP сетями и компьютером.

Bosch Security Systems

Bosch Security Systems – структурное подразделение немецкой компании Robert Bosch GmbH, одной из ведущих мировых поставщиков в области промышленных, автомобильных и потребительских товаров, в ассортименте которой есть продукция и беспроводного видеонаблюдения и охранного предназначения.

Описанные модели, представляют собой микропроцессорные однопозиционные устройства, которые позиционируются как средства для защиты широкого спектра конструкций.

ISP SM 90-120 – адресный извещатель, что означает возможность организации охраны с высокой точностью определения места попытки проникновения и/или подключить прибор(ы) к адресным пультам охранных структур.

OPTEX

OPTEX – японская компания, которая разрабатывает и производит звуковые оповещатели, охранные и пожарные извещатели, в том числе и вибрационные.

Представленные модели характеризуются высокими точностью и чувствительностью, обработка сигнала происходит микропроцессорными блоками обработки сигнала.

Модель VIBRO рассчитана для установки на окна и двери, настройка проводится благодаря системе самообучения, что делает монтаж и эксплуатацию максимально простыми.

FD-342 и FD-525 имеют гибкую систему настройки, состоящую из 25 параметров. Предназначены для охраны важных государственных и промышленных объектов, позволяют размещать блок обработки сигналов на расстоянии в 12 (FD-525) -20 (FD-342) километров от охраняемого сооружения.

Технические характеристики

Метрологические и технические характеристики датчиков виброскорости с токовым выходом ДВСТ представлены в таблицах 2, 3.

_Таблица 2._

Таблица 3

ВЫБОР ТРЕТЬОКТАВНОГО ФИЛЬТРА

Надежность и достоверность диагностирования подшипников качения с помощью спектров огибающей имеет сильную зависимость от выбора частотного диапазона контролируемых составляющих вибрации, используемых для измерения диагностических параметров.

Для достижения максимальной эффективности диагностирования дефектов необходимо выбрать такой диапазон в прямом спектре высокочастотного сигнала вибрации. в котором отсутствуют гармонические составляющие и какие-либо другие факторы.

искажающие диагностическую информацию (рис. 4). Посте фильтрации из вибросигнала интересующей нас полосы частот, берут ее огибающую и рассчитывают от нее обычный спектр14

Для получения наивысшей достоверности рекомендуется выполнять несколько основных условий при выборе третьоктавного фильтра детектора огибающей.

рис. 4 «прямой» спектр

Первым условием является использование третьоктавного15 фильтра со среднегеометрической частотой от 2 кГц до 25 кГц, причем дтя тихоходных16 машин имеет смысл выбирать и более низкочастотный третьоктавный фильтр.

Максимум17 спектральной плотности случайной вибрации колец подшипника, возбуждаемой силами трения, приходится на частоты 1-8 кГц. причем, после максимума, ее величина быстро уменьшается с ростом частоты. Одновременно с этим, спектральная плотность случайной вибрации, возбуждаемой ударными импульсами, слабо зависит от частоты и может оставаться приблизительно одного уровня до частот порядка сотен килогерц и более. Оптимальным будем считать такую полосу анализируемых частот, в которой уровни случайной вибрации, вызываемой ударными импульсами и узлами подшипника, имеют приблизительно одинаковые уровни.

Используя высокочастотные фильтры, можно повысить чувствительность к таким дефектам, как раковины на поверхностях качения, понижая при этом эффективность обнаружения других (например, дефектов, возникающих при монтаже подшипников).

14 Так получают спектр огнбаюшей. 15 С увеличением полосы пропускания фильтра увеличивается чувствительность метода, но вместе с этим, возрастает вероятность попадания гармонических составляющих, искажающих спектр огибающей. 16 Тихоходной будем считать машину с рабочей частотой менее 15 Гп 17 Частота максимума спектральной плотности вибрапии. создаваемой силами трения, растет по мере увеличения частоты вращения машины.

Однако, в широком частотном диапазоне (порядка одной-двух октав) соотношения вкладов в случайную вибрацию сил трения и ударных импульсов при сильных дефектах меняется весьма слабо.

Вторым условием является отсутствие в полосе пропускания фильтра интенсивных гармонических составляющих, резонансов, антирезонансов и неоднородной спектральной плотности сигнала вибрации, которые могут исказить результаты диагностирования. Для проверки выполнимости этого условия при выборе точки контроля, нужно взять прямой спектр вибрации в этой точке в полосе частот до 30 кГц и убедиться в отсутствии в выбранной третьоктавной полосе частот гармонических составляющих, которые превышали бы уровень случайных составляющих на 4-6 дБ. как это показано на рис. 4. Если это условие не выполняется, рекомендуется изменить точку контроля или перейти на другой фильтр, частота которого находится в пределах октавы от рекомендуемого значения.

Третьим условием является низкий уровень собственных шумов прибора по сравнению с уровнем полезного сигнала в выбранной полосе. Убедится в выполнении этого требования можно отсоединив датчик от анализатора и оценив уровень фона спектра огибающей. Уровень случайных составляющих при наличии полезного сигнала должен бьггь выше величины, полученной при выключенном акселерометре, более чем на 10 дБ

К существенным ошибкам ведет попадание в анализируемую полосу резонансов элементов подшипника. В этом случае слабые дефекты этого узла могут быть приняты за сильные, а сильные дефекты других узлов — за слабые. Таким образом, диагноз может быть ошибочным как по виду, так и по величине обнаруженных дефектов. В то же время резонанс акселерометра если измерение производится на его частоте, не ухудшает качеств диагностирования в случае, когда он используется вместо третьоктавного фильтра в детекторе огибающей.

Проверку выполнимости всех описанных условий рекомендуется выполнять всего одни раз. при выборе точки контроля вибрации. В дальнейших измерениях можно не учитывать те изменения, которые происходят в процессе эксплуатации машин.

ВИБРАЦИЯ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ — ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ПРИЧИНЫ

Электромагнитные причины вибрации электродвигателя. К электромагнитным причинам вибраций относятся:

короткие замыкания или неправильные соединения в обмотках статоров или фазных роторов;

обрыв в стержнях ротора или в замыкающих кольцах короткозамкнутого двигателя;

биение или деформация стали ротора;

возникновение вибраций зубцов статора и ротора электродвигателя при неудачном соотношении между числом зубцов статора и ротора.

Короткие замыкания в обмотках или их «неправильное соединение создают не симметрию магнитной системы электродвигателя, в результате чего взаимное притяжение ротора и статора становится неравномерным.При коротких замыканиях в обмотке фазного ротора двигатель может вибрировать в такт со скольжением.

В результате биения или деформации стали ротора зазор между ротором и статором при вращении машины все время меняется, магнитный поток в зазоре становится несимметричным, появляется вращающаяся сила одностороннего притяжения между ротором и статором, вызывающая изгиб вала и его колебания или колебательные движения статора при недостаточной жесткости конструкции последнего. В связи с относительно малым зазором колебания ротора могут вызвать и задевание ротора о статор.

Для устранения биения активной стали ротора его необходимо обточить или отшлифовать наждачным кругом. Следует иметь в виду, что увеличение зазора между статором и ротором ухудшает коэффициент мощности двигателя.

Установление причин вибрации электродвигателя.

Чтобы установить причину вибрации, необходимо обследовать электродвигатель и идти путем исключения отдельных причин.

В процессе обследования рекомендуется быстро отключать двигатель от сети и наблюдать за его вибрацией. Немедленное исчезновение вибрации подшипников или корпуса статора после отключения электродвигателя (скорость вращения еще не успела снизиться) при одинаковой величине тока во всех фазах (до отключения) свидетельствует о том, что причиной вибрации является слишком большой зазор между шейками вала и вкладышами, биение стали ротора или короткое замыкание в обмотке фазного ротора.

Если вибрация исчезает немедленно после отключения электродвигателя, но до отключения величина тока во всех фазах различна и двигатель сильно гудит, то причиной вибрации является короткое замыкание или неправильное соединение в обмотке статора.

Если же сразу после отключения электродвигателя вибрация продолжается и исчезает только после значительного снижения скорости вращения его, а ток во всех фазах до отключения одинаков, то вибрация является следствием механических причин, в том числе и слишком малого зазора между шейками вала и вкладышем.

По частоте вибраций во многих случаях можно определить их причину.

Если частота вибраций равна двойной частоте вращения, то причиной вибрации является неправильная центровка агрегата, неисправность соединительной муфты или овальность шеек вала.

Если же причиной вибраций является слишком большой зазор между шейкой вала и вкладышем («наползание» вала), то частота вибраций ниже частоты вращения.

При неуравновешенности вращающихся частей частота вибрации соответствует частоте вращения, а отношение амплитуд вибраций при различных скоростях вращения равно отношению квадратов скоростей.

Источник