8. Используемые методы идентификации состояния.
Содержание
8.1. Основная группа используемых методов идентификации (оценки причины и величины) обнаруженных изменений состояния механизмов построена на анализе наиболее информативного диагностического сигнала - вибрации контролируемых механизмов в установившемся режиме работы, чаще всего, номинальном. Именно в номинальном режиме механизм работает основную часть своего жизненного цикла и именно на нем происходит развитие основных дефектов вплоть до аварийно опасного, исключающего возможность дальнейшей эксплуатации механизма. Кроме вибрации с помощью простейшей системы мониторинга может осуществляться и контроль температуры отдельных узлов, которая также может использоваться в качестве диагностического сигнала.
8.2. Первая задача идентификации – определение причины ухудшения состояния механизма, обнаруживаемого по результатам периодического измерения и анализа диагностических сигналов или по косвенным признакам. Причиной может быть и медленно развивающийся дефект, и аварийно-опасный дефект (цепочка дефектов), при котором любое изменение режима работы механизма может вызвать быстрый отказ. Соответственно вторая задача – дать оценку опасности обнаруживаемых изменений, с использованием не только величины превышения изменяемым параметром вибрации (температуры) пороговых значений, но и скорости изменения, определяемой по его трендам.
8.3. Возможна идентификация состояния и по однократным измерениям диагностических параметров при их сравнении с заранее известными пороговыми значениями. Необходимые пороговые значения в этом случае устанавливаются двумя основными способами. Первый – задание соответствующих порогов на контролируемый диагностический параметр (зон его допустимых изменений) либо стандартами, либо технической документацией производителя механизма. Второй – определение пороговых значений путем обобщения результатов большой группы измерений диагностических параметров, как это описано в предыдущих разделах.
8.4. Идентификация состояния механизма по однократным измерениям диагностических параметров может производиться на специальных стендах, создаваемых на предприятиях – изготовителях механизмов или их составных частей, на ремонтных предприятиях и в сервисных центрах по обслуживанию перемещаемых технических систем, прежде всего транспортных средств. В таких случаях для идентификации состояния может выбираться специальный режим работы, но стенды в разных сервисных центрах должны обеспечивать один и тот же режим работы (прокручивания) механизма, в частности, режим его обкатки.
8.5. Для идентификации состояния механизмов с узлами вращения даже простейшей системой вибрационного мониторинга необходимо контролировать их вибрацию во всех частотных диапазонах – низкочастотном, среднечастотном, высокочастотном, и ультразвуковом. Количество контролируемых параметров диагностических сигналов объекта в системе мониторинга с возможностью идентификации состояния должно быть достаточно большим, начиная от 30-50, что позволяет обнаруживать дефекты по значительной части их диагностических признаков, каждый из которых может иметь разную эффективность на разных стадиях развития дефектов. Желательно в каждой частотной области контролировать вибрацию в нескольких перекрывающихся полосах частот, т.е. измерять широкополосный спектр вибрации.
8.6. В каждой частотной полосе системой мониторинга должна контролироваться мощность вибрации, но для единства единиц измерения периодической, случайной и импульсной вибрации измеряется, как правило, квадратный корень из ее мощности (среднеквадратичное значение - СКЗ, часто называемое уровнем вибрации).
Естественно, что мощность вибрации в любой из частотных полос может являться суммой мощностей нескольких составляющих разной природы, но, как правило, в зависимости от характеристик и состояния контролируемого объекта, составляющая конкретной физической природы является доминирующей.
В данной методике типовыми диагностическими признаками идентифицируемых дефектов может быть рост гармонических составляющих вибрации на определенных частотах. Реально же контролируется рост вибрации не на отдельных частотах, а в широких, обычно третьоктавных полосах частот, поэтому перед выполнением работ по идентификации состояния необходимо «привязать» частоты основных составляющих вибрации механизма к соответствующим третьоктавным полосам, а для этого необходимо знать граничные частоты каждой из полос измеряемого широкополосного спектра. Необходимая для этого информация приводится в приложении Г.
8.7. Измерение уровня (или мощности) низкочастотной вибрации механизма с разделением ее на группу компонент разной частоты позволяет, во-первых, обнаруживать большую группу наиболее вероятных дефектов, а, во-вторых, в большинстве случаев определить наиболее вероятный вид развитого дефекта. Дополнительное измерение среднечастотной вибрации с разделением ее на группу компонент разной частоты позволяет, во-первых, обнаружить дефекты износа на более ранней стадии развития, а, во-вторых, при обнаружении развитого дефекта по низкочастотной вибрации более точно определить дефектный узел механизма. Независимое измерение высокочастотной и ультразвуковой вибрации, быстро затухающей при распространении по механизму, часто позволяет локализовать место (узел) возникновения дефекта до того, как его развитие станет необратимым. Этому же способствует контроль температуры подшипниковых узлов механизма, и, в частности, бесконтактный контроль температуры вращающихся узлов механических передач, например, соединительных муфт.
8.8. Возникающий или развивающийся в процессе эксплуатации механизма дефект может приводить либо к изменению свойств колебательных сил в одном (группе) узле механизма, либо к уменьшению жесткости элементов механизма или узлов его крепления к фундаменту, либо к изменению жесткости или присоединенной массы фундаментных конструкций. Наибольшие успехи в определении вида и величины дефекта достигаются в том случае, когда дефект изменяет величину или форму колебательной силы в определенном узле механизма, так как эта сила создает доступную для измерения простейшей системой мониторинга вибрацию на определенной частоте и ее гармониках. Гораздо сложнее определяется вид и место возникновения дефекта, влияющего на жесткость колебательной системы, так как при этом могут расти самые неожиданные компоненты вибрации механизма. В связи с этим достаточно часто причина регистрируемого простейшей системой мониторинга изменения вибрационного состояния механизма не может быть однозначно определена и обнаруженный дефект определяется как неидентифицированный. Вопросы локализации такого дефекта и уточнения его вида являются предметом виброналадки механизма.
8.9. Кроме измерения уровня (мощности) разных по частоте компонент вибрации механизмов в профессиональной диагностике анализируются изменения мощности этих компонент во времени, которые могут иметь различные формы – скачки, монотонные изменения, а также периодические, случайные или импульсные флуктуации. Методы анализа медленных, среднескоростных и быстрых изменений мощности выделенных компонент вибрации существенно различаются, усложняя используемые средства измерения и анализа. В простейших системах мониторинга приходится ограничиваться только тремя основными видами анализа таких изменений – обнаружением скачков отдельных параметров вибрации или температуры, построением трендов их медленного монотонного изменения во времени и регистрацией импульсных флуктуаций ударного происхождения в сигнале высокочастотной и ультразвуковой вибрации. Обнаружение скачков вибрации и температуры обычно позволяет обнаружить опасные нарушения в режимах работы механизмов, построение трендов – оценить опасность последствий этих нарушений (по скорости и точности возвращения к исходному состоянию) или прогнозировать развитие имеющихся дефектов, а обнаружение ударных импульсов – контролировать состояние смазки и своевременно обнаруживать дефекты износа подшипников.
8.10. Многообразие методов идентификации разных дефектов на разных стадиях их развития, а также нарушений допустимых условий эксплуатации механизма приводит к необходимости формирования своих правил и алгоритмов идентификации причин регистрируемого изменения состояния для каждого вида механизма. При этом правила идентификации дефектов отдельных узлов, например, подшипников качения, могут быть общими, но при этом учитывать специфику функционирования других узлов механизма. Чем больше разных диагностических признаков используется для идентификации причин изменения состояния механизма, тем точнее решается задача идентификации и тем меньше вероятность принятия ошибочных решений по выводу механизма в ремонт или по прогнозируемой длительности его безотказной работы. В то же время для увеличения количества контролируемых признаков дефектов необходимо усложнять средства измерения и анализа вторичных процессов, а для интерпретации полученных данных – готовить специалистов и в максимально возможной степени автоматизировать процессы обработки получаемой информации, т.е. переходить на использование профессиональных систем диагностики и привлекать к постановке окончательного диагноза экспертов.
Содержание
