Разработчики и изготовители машин и механизмов в рамках создания новой продукции, а также доработки и периодических испытаний серийной продукции анализируют, как правило, протекающие в них рабочие процессы. Вибрация выпускаемой продукции, как и воздушный шум, если они удовлетворяют действующим санитарным и техническим нормам, их, обычно, не интересуют. Это и понятно - новейшие конструктивные решения, как правило, позволяют создавать продукцию, удовлетворяющую этим нормам с определенным запасом. Если и возникают проблемы - то из-за нарушения технологий изготовления, за выполнением которых на передовых предприятиях ведется жесткий контроль. Соответственно, при отсутствии нарушений технологии изготовления продукции эти нормы позволяют иметь существенный «запас» для разделения зон бездефектного и дефектных состояний, который резко тает после монтажа объекта на месте его эксплуатации и, далее, после нескольких обслуживаний и, тем более, текущих ремонтов. Как следствие, по мере роста наработки разделять бездефектное и дефектное состояния машин и оборудования становится все сложнее, а использовать для такого разделения критерии «общего уровня» вибрации и шума - все безнадежнее. Особенно сложно решать эту задачу, если контролируемый агрегат и в бездефектном состоянии имеет близкий к нормам уровень вибрации и шума вследствие высокой частоты вращения в номинальном режиме работы.

В результате после монтажа машин и механизмов, а также в процессе их эксплуатации возникают технические проблемы, решить которые без измерения, контроля и анализа вибрации, как и других вторичных процессов, а также без глубокого знания объектов контроля, практически невозможно. Их решением обычно занимаются не разработчики машин и механизмов, а специалисты по контролю (мониторингу) состояния и диагностике машин. Международными стандартами по этим вопросам определены и используемые для решения виды вторичных процессов в машинах и механизмах, а именно акустические (вибрация, реже шум и акустическая эмиссия), тепловые (не относящиеся к рабочей среде) и электромагнитные (не совпадающие с частотой рабочего поля и тока). Именно по ним (с учетом результатов контроля рабочих процессов) и выполняется глубокая диагностика и долгосрочный прогноз состояния указанных объектов, И именно вопросы глубокой диагностики и долгосрочного прогноза состояния вращающегося оборудования являются основными в научно-практической деятельности Северо-Западного учебного центра. Кроме указанных вторичных процессов для контроля состояния машин и механизмов может выполняться и анализ смазки, однако развитие этого направления не входит в задачи Учебного центра.

К проблемам, решаемым путем измерения и анализа вторичных процессов в работающих машинах и механизмах, относятся:

• контроль нормируемых параметров вторичных процессов и выявление причин их неудовлетворительного состояния,
• косвенный контроль характеристик объекта и параметров рабочих процессов по параметрам вторичных процессов,
• контроль текущего состояния с обнаружением и идентификацией опасных изменений состояния объекта,
• обнаружение и мониторинг развития дефектов, долгосрочный прогноз состояния объекта.

Наибольший опыт специалистами Учебного центра накоплен в решении задач измерения, контроля и анализа вибрации работающих машин и механизмов с узлами вращения. При этом контроль вибрации обычно выполняется на предмет ее соответствия техническим или санитарным нормам, а ее анализ является составной частью гораздо более широкого класса задач.

Мониторинг параметров вибрации

Первой и наиболее простой из таких задач является мониторинг параметров вибрации. Под таким мониторингом обычно понимается наблюдение за изменениями выбранных параметров вибрации во времени, а эти изменения могут быть либо плавными, либо скачкообразными. Сложности такого мониторинга определяются номенклатурой контролируемых параметров (в том числе и количеством точек контроля) и задаваемой точностью их измерения, но не сложностью анализа измеряемой вибрации.

Выявление причин опасного роста вибрации

Вторая задача - выявление причины опасного роста вибрации. При ее решении, на первый взгляд, не используются сложные виды анализа, так как максимальная по величине составляющая вибрации выделяется из сигнала вибрации достаточно просто. Но задача такого выделения - это лишь первый работ по выявлению причины недопустимого роста этой составляющей вибрации. Ведь даже в типовом случае роста вибрации машины на частоте вращения ротора причин такого роста, кроме увеличения неуравновешенности ротора, может быть более десятка. А определить ее можно на основе глубоких знаний процессов функционирования машин конкретного вида, а также процессов формирования колебательных сил и контролируемой вибрации, с использованием сложных методов вибрационного анализа, далеко не всегда поддающихся автоматизации. Часто приходится обращаться к наиболее сложным приемам вибрационного анализа и диагностики, сначала выявляя все развитые и зарождающиеся виды дефектов, и лишь затем переходя от дефектов к возбуждаемой ими вибрации машины.

Выявление опасных дефектов

Третья задача - выявление опасных дефектов, которые далеко не всегда и не на всех этапах развития влияют на наиболее сильные составляющие вибрации, тока двигателя или температуру дефектных узлов. Но в то же время большинство дефектов приводит к изменениям других составляющих, и эти составляющие доступны для измерения типовыми средствами анализа вторичных процессов. Таким образом, задача диагностики развитых дефектов не относится к числу самых сложных и может решаться при периодическом мониторинге состояния и диагностировании работающих машин и механизмов по вторичным процессам. Диагностические признаки и параметры развитых дефектов большинства типов машин и механизмов известны, поэтому диагностика сводится к организации процессов выделения и последующего мониторинга диагностических параметров в установившемся режиме работы машин и механизмов, а эти процессы могут выполняться и в автоматическом режиме. Проблемы возникают тогда, когда дефект является не следствием естественного износа и старения, а ошибок человека или когда из-за повышенных нагрузок он начинает лавинообразно развиваться в переходном режиме работы объекта контроля. Разработка методов анализа вибрации в переходных режимах работы с возможностью их автоматизации - одна из основных задач специалистов Учебного центра.

Выявление зарождающихся дефектов

Четвертая задача - выявление зарождающихся дефектов, требующая использования сложных видов анализа вибрации и тока. Решению этой задачи специалисты Учебного центра также посвящают много времени, развивая и автоматизируя различные виды одномерного анализа вибрации и тока во времени и в частотной области, а также многомерного и пространственного анализа вибрации. Ведь только автоматизация используемых видов анализа сигналов вибрации, тока, а, если это необходимо - воздушного и гидродинамического шума, позволяет создавать полностью автоматические системы диагностики с искусственным интеллектом.

Исследования и разработки

Проводимые исследования, основанные на анализе вибрации и тока различных типов машин и механизмов, совершенствование и автоматизация методов и алгоритмов анализа, а также специализированного программного обеспечения позволили создать и постоянно развивать автоматическую систему поузловой глубокой диагностики вращающегося оборудования (на основе программы DREAM). Заканчивается разработка первой системы автоматического мониторинга и диагностики агрегатов в целом для длительной работы в автономном режиме без участия человека (на основе программы ОДА), уже ведутся работы по модификации таких систем для разных отраслей промышленности и транспорта. Проблемы сохраняются преимущественно в одном направлении - в создании автоматической системы выявления источника и причин возможного роста вибрации уникальных агрегатов, прежде всего из-за многообразия этих причин. Вопросы диагностики машин и оборудования во многих задачах виброналадки пока остаются за экспертами, но и для них необходимо развивать многоканальные методы средства глубокого анализа вторичных процессов.

Обсуждение проблем анализа вторичных процессов машин и оборудования

Проблем в анализе вторичных процессов в машинах и оборудовании достаточно много, и по мере их решения в рамках исследований, проводимых специалистами Учебного центра, соответствующая информация будет публиковаться на данном сайте. Приглашаем специалистов, занимающихся вопросами анализа вторичных процессов в работающих машинах и механизмах, к совместному обсуждению конкретных ситуаций как в рамках форума, так и в рамках публикаций в электронном журнале сайта.