Комплекс балансировочный многоканальный КБМ-4. Презентация

Разработчик – ООО «Вибротехника», г. Санкт-Петербург.

Балансировка является важнейшей технологической операцией при производстве, обслуживании и ремонте оборудования с узлами вращения. Самой распространенной является операция уравновешивания отдельных узлов вращения и двухопорных роторов на балансировочном станке при номинальной или пониженной (например, для отдельных узлов или гибких роторов) частоте вращения. Технические средства такой балансировки хорошо отработаны и выпускаются многими производителями, а результат балансировки оценивается по остаточным неуравновешенности или дисбалансу ротора.

Балансировка роторов на месте эксплуатации решает близкую к уравновешиванию ротора задачу - снижения вибрации отдельной машины или агрегата в целом на частоте вращения ротора, а ее результат оценивается по вибрации (виброперемещению или виброскорости) на этой частоте. Технические средства балансировки на месте делятся на две основные группы – для простейших машин с двухопорными жесткими роторами и для сложных агрегатов. Первые обеспечивают измерения амплитуд и фаз вибрации на частоте вращения ротора в исходном состоянии на фиксированной частоте вращения и расчет балансировочных масс для каждой плоскости коррекции на роторе по исходной вибрации и вибрации на промежуточных пусках машины с устанавливаемыми в плоскостях коррекции пробными массами. Вторые дополнительно обеспечивают расчет балансировочных масс, оптимальных для нескольких режимов работы агрегата, в том числе с многоопорными и гибкими роторами, когда вибрация на частоте вращения изменяется со сменой режима, а также решают ряд важных сопутствующих задач.

Эффективность современного комплекса для балансировки сложных агрегатов на месте максимальна, если он, во-первых, использует поэтапные (по плоскостям коррекции) алгоритмы балансировки с минимизацией числа пробных пусков, во-вторых, не требует стабильной скорости вращения агрегата при проведении измерений и, в-третьих, обеспечивает качественное решение следующих сопутствующих задач:

• контроля вибрации агрегата, в том числе, на пусках с быстрой реакцией на ее опасный рост,
• онлайн анализа вибрации на переходных режимах (смена частоты вращения и нагрузки, прогрев),
• диагностики дефектов колебательной системы агрегат – фундамент (резонансы, ослабления жесткости),
• диагностики причин повышенной вибрации агрегата и источников нецентробежных колебательных сил.

Решение части из сопутствующих задач актуально и для простейших балансировочных комплексов, но тогда в состав этих комплексов должны входить соответствующие средства измерения и анализа вибрации, а также существовать соответствующие методики мониторинга и диагностики.

Разработанный ООО «Вибротехника» балансировочный комплекс КБМ-4 за счет многоканальности измерительной системы и онлайн анализа измеряемой вибрации отвечает всем требованиям к современным комплексам балансировки сложных агрегатов с жесткими и гибкими роторами. Главная его особенность – необходимый для балансировки и диагностики мгновенный анализ вибрации при нестабильных режимах работы – на разгоне, прогреве, выбеге и т.п. А для экспертной диагностики агрегатов по прилагаемым методикам параллельно выполняется запись сигналов вибрации и оборотов, позволяющая проводить их последующий оффлайн анализ.

Комплекс КБМ-4 состоит из группы многоканальных измерителей и компьютера с программой для многоканальной балансировки и диагностики МБД-4 (рис.1). Минимальное количество измерительных каналов вибрации - 4, максимальное - 32. Балансировка может проводиться по измеряемым параметрам виброускорения, виброскорости или виброперемещения. Для диагностики причин повышенной вибрации и источников нецентробежных колебательных сил используются узкополосные спектры виброускорения или виброскорости в каждой точке контроля и совместно по всем точкам.

Рис.1. Структура балансировочного комплекса КБМ-4

В комплексе могут использоваться цифровые устройства измерения вибрации и угла поворота ротора на основе многоканальных аналогово-цифровых преобразователей высокой (24) разрядности с возможностью передачи цифровых потоков в компьютер, выпускаемые многими производителями. На рис.2 приведены устройства, производимые Ассоциацией ВАСТ. Есть положительный опыт использования аналогичных устройств производства фирм National Instrument и Data Translate.

Рис.2. Восьмиканальные и четырехканальные измерители Ассоциации ВАСТ, используемые в комплексе КБМ-4. Связь первого с компьютером – по каналу Ethernet, второго – по USB каналу.

Программа балансировки и диагностики МБД-4 выполняет три независимые функции и имеет три основных модуля. Первый - многоканального контроля и анализа вибрационного состояния агрегата в онлайн режиме для установившихся и динамических (пуск, прогрев, выбег) режимах работы с возможностью параллельной записи сигналов. Второй - оффлайн анализа записанной вибрации, в том числе с определением амплитудно-частотных и фазо-частотных характеристик агрегата в точках контроля, необходимых как для балансировки агрегата на нестабильных частотах, так и для диагностики ограничений на достигаемый результат. Третий – модуль расчета компенсирующих масс, в том числе для многорежимных агрегатов, по данным предшествующих измерений вибрации.

Определяющими эффективность системы КБМ-4 особенностями модуля многоканального контроля и анализа вибрации, во-первых, является скорость - обновление результатов производится каждую секунду, а, при необходимости, несколько раз в секунду. Во-вторых, имеется возможность получать и с той же скоростью обновлять объединенные данные по вибрации агрегата в целом. Такими данными является уровень вибрации в стандартной полосе частот по всем точкам контроля и максимальные уровни каждой частотной составляющей узкополосного спектра вибрации по всем точкам контроля (рис.3).

Рис.3. Результаты онлайн анализа вибрации по агрегату в целом в режиме выбега. Верхнее окно – мгновенный спектр максимумов вибрационных составляющих по всем точкам контроля вибрации. Нижние окна – зависимость частоты вращения агрегата от времени, распределение уровней вибрации в полосе частот 10-1000Гц по точкам контроля и мгновенные узкополосные спектры

Для анализа распределения величин вибрации на частоте конкретной составляющей спектра по точкам контроля достаточно выделить курсором эту составляющую, и ее уровни по всем точкам отражаются в таблице, приведенной на спектре (рис.3).

Модуль оффлайн анализа вибрации, предварительно записываемой в динамических режимах работы объекта, также определяет эффективность комплекса КБМ-4. Основной модуля является одновременный анализ амплитудно-частотных и фазо-частотных характеристик (АЧХ и ФЧХ, см. графики на рис.1.) агрегата во всех точках контроля, позволяющий не только балансировать агрегат на нестабильных частотах вращения, но и определять характеристики колебательной системы, обнаруживая опасные резонансы и ослабления жесткости колебательной системы, в том числе фундаментов. В свою очередь, измерения АЧХ и ФЧХ агрегатов на нестабильных режимах позволяет проводить на месте эксплуатации низкоскоростную балансировку любого агрегата по кратковременным пускам без выхода на высокие скорости вращения, отказываясь от демонтажа и вывоза ротора на балансировочный станок. Соответственно, после низкоскоростной балансировки можно безопасно и с существенно меньшими затратами времени проводить балансировку агрегата в номинальных режимах работы.

Модуль расчета балансировочных масс, кроме оптимизации их параметров, готовит данные для проведения экспертной диагностики ограничений на эффективность балансировки. Это данные по влиянию пробных масс на вибрацию агрегата при разных частотах вращения и разных режимах работы, выбираемых экспертом по результатам измерений АЧХ и ФЧХ агрегата в исходном состоянии и на пробных пусках. Но в отличие от диагностики агрегатов по коэффициентам влияния пробных масс программа предоставляет данные расчета балансировочных масс на каждом из выбранных режимов, см. рис.4. Сравнение результатов расчета компенсирующих масс на каждой из выбранных частот вращения, на каждой выбранной нагрузке и в выбранные моменты прогрева ротора позволяет выявить источник ограничений на эффективность балансировки, например повышенную тепловую неуравновешенность ротора, магнитную, аэродинамическую или гидродинамическую неуравновешенность агрегата. При этом программа автоматически находит возможные ошибки оператора в процессе балансировки, в первую очередь неправильный ввод в программу характеристик устанавливаемых и снимаемых пробных масс, исключая их как возможные источники ограничений эффективности балансировки.

Рис.4. Данные расчета балансировочных масс на разных режимах работы.

Балансировка машин, особенно выработавших значительную часть ресурса, на месте эксплуатации сложна и, как правило, требует предварительной диагностики причин повышенной вибрации. Комплекс КБМ-4 имеет все необходимые опции для ее проведения силами специалиста с минимальной подготовкой. Для этого в рамках документации на комплекс выпущены две методики – «Методика мониторинга вибрационного состояния периодически балансируемых машин», не требующая использования многоканального комплекса КБМ-4, и «Методика диагностики дефектов, ограничивающих эффективность балансировки роторов на месте эксплуатации

Диагностика дефектов, ограничивающих эффективность балансировки агрегатов с использованием комплекса КБМ-4 выполняется по:

• узкополосным спектрам вибрации агрегата в каждой точке контроля и объединенного по точкам контроля спектра максимумов вибрационных составляющих,
• АЧХ и ФЧХ агрегата в точках контроля, определяемых на его выбеге (разгоне),
• по данным синхронных и порядковых спектров.
• по данным расчета компенсирующих масс и ожидаемой эффективности на разных режимах работы агрегата по параметрам вибрации, измеряемой на пробных пусках,

Последний из перечисленных видов диагностики имеет особую ценность для балансировки гибких роторов, работающих в зоне критических скоростей вращения или проходя через критику в процессе разгона.

Таким образом, балансировочный многоканальный комплекс КБМ-4 с любыми видами измерителей оптимален для проведения работ по наладке вращающегося оборудования при обслуживании и ремонте, когда контролируемая вибрация объекта не удовлетворяет нормам, в том числе при отсутствии экспертов по диагностике.

Производители многоканальных средств измерения вибрации и диагностики, используя программу МБД-4 могут не только расширить номенклатуру своей продукции, включив в нее высокопроизводительные средства балансировки машин, но и возможности выпускаемых средств диагностики вращающегося оборудования за счет оптимизации технологии диагностирования по коэффициентам влияния.