Настоящая методика предназначена для контроля состояния, мониторинга и диагностики агрегатов с приводным электродвигателем по измерениям потребляемого электродвигателем тока. В качестве объектов диагностики могут быть использованы находящиеся в эксплуатации и не выработавшие назначенный ресурс агрегаты с собственными электродвигателями, изготавливаемые или ремонтируемые электродвигатели, а также механизмы или их узлы, приводимые во вращение электродвигателем, входящим в состав как диагностируемого агрегата, так и испытательного стенда, обеспечивающего принудительное вращение объекта диагностики.
Методика может использоваться автономно для оценки состояния собственно электродвигателя и нагруженного на него механизма и совместно с методиками диагностики машин и механизмов по вторичным процессам, в частности по вибрации, тепловому излучению и составу смазки, для детальной диагностики и долгосрочного прогноза состояния агрегатов с электроприводом.
Методика основана на результатах многолетних исследований, направленных на разработку методов и средств глубокой диагностики вращающегося оборудования по проходящим в них виброакустическим и электромагнитным процессам. Она определяет список обнаруживаемых дефектов, основные диагностические признаки их появления, измеряемые диагностические параметры в сигналах тока, рекомендуемые порядок проведения работ, средства измерения и анализа, правила определения пороговых значений.
Барков А.В., Баркова Н.А., Борисов А.А., Федорищев В.В., Грищенко Д.В.
Оглавление
1. Общие положения................................................................................................. 5
2. Обнаруживаемые неисправности........................................................................ 7
3. Диагностические признаки и параметры............................................................. 8
3.1 Ток бездефектного электродвигателя............................................................... 8
3.2. Диагностические признаки дефектов асинхронного двигателя......................13
3.3. Диагностические признаки дефектов синхронного двигателя....................... 15
3.4. Диагностические признаки дефектов двигателя постоянного тока.............. 17
3.5. Диагностические признаки дефектов механизмов с одной линией вала...... 18
3.6. Диагностические признаки дефектов многовальных механизмов................. 22
4. Необходимые виды измерений и анализа тока электропривода..................... 28
4.1. Общие требования к измерениям тока.......................................................... 28
4.2. Требования к измерительным преобразователям........................................ 32
4.3. Требования к анализирующим приборам (анализаторам спектра)..............34
5. Определение пороговых значений..................................................................... 37
5.1. Пороговые значения для контроля и диагностики по одиночным
измерениям............................................................................................................. 37
5.2. Уточнение порогов в задачах мониторинга и групповой диагностики.......... 40
6. Рекомендуемые состав действий и их последовательность
при контроле, мониторинге и диагностике агрегатов по току двигателя................................................................................................................ 43
6.1. Диагностика агрегата в номинальном режиме работы................................. 43
6.2. Диагностика агрегата на стенде с собственным электродвигателем.......... 45
6.3. Диагностика на стенде при вращении от двигателя стенда......................... 45
7. Рекомендуемая отчетность............................................................................... 46
Список использованных источников...................................................................... 48
Приложение 1. Типовые области применения методики. Примеры
идентификации дефектов ...................................................................................... 49
Приложение 2. Примеры составления отчётов..................................................... 53
Приложение 3. Выбор измерительного преобразователя................................... 60
П.3.1. Делители напряжения.................................................................................. 60
П.3.2. Измерительные трансформаторы тока...................................................... 61
П.3.3. Преобразователи тока с датчиками Холла..................................................63
П.3.4. Гибкие трансформаторы тока..................................................................... 65
П.3.5. Комплектация системы диагностики преобразователями тока................ 66
1. Общие положения
1.1. Настоящая методика используется для контроля состояния, мониторинга и диагностики агрегатов с приводными двигателями переменного и постоянного тока при постоянной частоте их вращения в одном и том же установившемся режиме работы по результатам периодических измерений спектров переменного тока и/или переменных составляющих постоянного тока.
1.2. Диагностика собственно двигателей проводится по возникающим в результате дефектов переменным магнитным полям в зазоре электродвигателя и наводимыми этими полями переменными составляющими тока в его обмотках, которые отличаются по частоте от основной частоты потребляемого тока. Подобные переменные составляющие тока могут также быть следствием пульсаций сопротивления в контактах электрических цепей (щеточные узлы двигателей переменного тока и щеточно-коллекторные узлы машин постоянного тока).
1.3. Методика диагностики электродвигателей (и механизмов) по спектрам тока составлена без учета возможных отклонений от синусоидальной формы питающего двигатель переменного напряжения и возможности появления переменных компонент напряжения на выходе источников постоянного тока. При питании электродвигателя напряжением искаженной формы, в частности выходным напряжением статического преобразователя напряжения, изменяющего частоту питающего напряжения и/или приводящего к появлению дополнительных составляющих питающего напряжения с различными частотами, методику следует адаптировать к условиям реальной эксплуатации.
1.4. Глубина диагностики асинхронных и синхронных электродвигателей и двигателей постоянного тока по потребляемому току существенно различается. Максимально возможная эффективность может быть достигнута для асинхронных электродвигателей.
1.5. Диагностика нагруженных на двигатель механизмов производится по появлению (росту) пульсирующих нагрузок на двигатель, которые приводят к появлению (росту) модуляции потребляемого электродвигателем тока. Обнаруживаются дефекты механизмов, приводящие к появлению переменных нагрузок: дефекты рабочих узлов и механических передач.
1.6. Под контролем состояния агрегатов по потребляемому приводным двигателем току понимаются следующие процессы:
- измерение величин переменных составляющих тока, отвечающих за конкретные дефекты в приводном двигателе и нагруженном на него механизме;
- сравнение этих величин, как правило, измеряемых в относительных к основному току единицах, с устанавливаемыми настоящей методикой и корректируемыми в процессе ее адаптации пороговыми значениями;
- принятие решения о необходимости остановки контролируемого агрегата с последующим обслуживанием (ремонтом).
1.7. Под мониторингом состояния по потребляемому току понимается периодическое или непрерывное измерение величин переменных составляющих в спектре тока, отвечающих за конкретные дефекты в приводном двигателе и нагруженном на него механизме с последующим анализом их изменений в процессе эксплуатации. Кроме сравнения этих величин с устанавливаемыми настоящей методикой и корректируемыми в процессе ее адаптации пороговыми значениями производятся следующие действия:
- строятся тренды их изменения;
- определяются и сравниваются с пороговыми значениями скорости изменения;
- прогнозируется возможное время достижения контролируемыми величинами опасных значений.
1.8. Под диагностикой агрегатов по потребляемому току понимается обнаружение и идентификация вида и величины неисправностей и дефектов, возникающих в процессе эксплуатации агрегата и доступных для обнаружения по определяемым настоящей методикой диагностическим признакам и параметрам в токе приводного электродвигателя, с выдачей рекомендаций для планирования обслуживания и ремонта.
1.9. Измерения потребляемого приводным электродвигателем тока, а при необходимости, и напряжения питания, выполняются с использованием штатных или дополнительных измерительных трансформаторов с соблюдением действующих правил безопасности. В исключительных случаях допускается измерение токов с использованием шунтов в силовых цепях питания.
1.10. Спектральный анализатор, используемый для работ по данной методике, должен иметь динамический диапазон не менее 70дБ и обеспечивать измерение спектров тока до частоты не менее 10кГц. Спектры тока при их графическом анализе рекомендуется выводить в логарифмическом по оси амплитуд масштабе, что позволяет проводить сравнение отличающихся по амплитуде в 1000 и более раз составляющих тока разной частоты. Допускается измерение тока в децибелах (дБ), при этом за уровень в 0дБ принимается ток, величиной 10-6А, т.е. величине тока в 1А соответствует 120дБ.
1.11. Достоверность диагностики вращающегося оборудования с электроприводом может быть существенно повышена при совместной диагностике по потребляемому току и вибрации. Вибрационная диагностика, проводимая с использованием той же анализирующей аппаратуры, во-первых, позволяет уточнить, в каком из одинаковых, синхронно вращающихся механизмов (узлов), приводимых во вращение одним двигателем, находится обнаруженный дефект; во-вторых, ряд дефектов в начальной стадии развития (в первую очередь, дефектов подшипников качения) практически не обнаруживается по току привода.
2. Обнаруживаемые неисправности
2.1. В асинхронных электродвигателях по потребляемому току могут быть обнаружены следующие неисправности:
- электрической части ротора, включая обрывы и электрическую несимметрию беличьей клетки (обмотки ротора), замыкания пластин активного сердечника;
- электрической части статора, включая обрывы и электрическую несимметрию силовой обмотки, замыкания пластин активного сердечника и несимметрию питающего напряжения;
- формы воздушного зазора, включая статический и вращающийся (динамический) эксцентриситеты с возможностью идентификации случаев, сопровождающихся частичным магнитным насыщением активного сердечника;
- подшипников в виде недопустимого износа (опосредовано), приводящего к флуктуациям формы воздушного зазора;
- других узлов, приводящих к перегрузке двигателя, которая сопровождается недопустимым ростом величины скольжения и/или искажением формы основного магнитного поля в зазоре;
- источников питания, приводящих к искажению формы питающего двигатель напряжения, в том числе из-за конструктивных особенностей статических преобразователей напряжения, несимметричных и нелинейных нагрузок в цепи питания электродвигателя.
2.2. В синхронных электродвигателях по потребляемому току могут быть обнаружены следующие неисправности:
- обмотки возбуждения, пусковой обмотки (при ее наличии) и формы зазора;
- электрической части статора, включая обрывы и несимметрию силовой обмотки, замыкания пластин активного сердечника, несимметрию питающего напряжения;
- других узлов, приводящих к перегрузке двигателя, сопровождающейся искажением формы основного магнитного поля в зазоре;
- щеточно-контактного узла.
2.3. В электродвигателях постоянного тока по потребляемому току могут быть обнаружены следующие неисправности:
- обмотки возбуждения и зазоров между основными и дополнительными полюсами, а также якорем;
- электрической части якоря и щеточно-коллекторного узла;
- механических элементов коллектора и щеток.
2.4. В нагруженных на электродвигатель механизмах у агрегатов, имеющих одну линию вала, по потребляемому двигателем току могут быть обнаружены следующие неисправности:
- несоосность валов, соединяемых муфтами в линию вала, и дефекты муфты (в том числе фрикционной или гидравлической), приводящие к несоосности валов под действием крутящего момента, или к проскальзыванию (нестабильному скольжению);
- перекосы опор вращения;
- дефекты насаженных на вал (ротор) рабочих узлов, таких как лопасти рабочих колес, эксцентрики (вместе с нагруженными на них клапанами и т.п.), поршни(вместе с цилиндрами цилиндро - поршневой группы) и т.д.;
- несимметичность зазоров между вращающимися и неподвижными элементами(при их контакте с неподвижными частями или при наличии рабочей среды, например жидкости между ними);
- увеличенный износ подшипников, приводящий к автоколебаниям или повышенному бою вала;
- увеличенный момент сопротивления нагруженного на двигатель механизма (по перегрузке электродвигателя с соответствующими изменениями электромагнитного поля в его зазоре).
2.5. В нагруженных на электродвигатель механизмах у агрегатов, имеющих две или более линии валов с разной частотой (или направлением) вращения, по потребляемому двигателем току могут быть обнаружены следующие неисправности механических передач и ведомых валов:
- ременных передач (шкивов, их посадки на вал, ремня и сцепления);
- зубчатых и цепных передач (шестерен, их посадки на вал, зацеплений, цепи);
- несоосность выстраиваемых в одну линию ведомых валов;
- перекосы ведомых валов и их опор вращения;
- дефекты насаженных на ведомые валы рабочих узлов;
- износ подшипников механических передач (опосредованно, по изменениям характеристик передачи, в частности зубчатого зацепления).
