Шрифт:

Многоканальные системы мониторинга состояния и онлайн диагностики серии СМД-4. ПРИЛОЖЕНИЕ А - Используемые виды анализа сигналов

 Содержание

alt   1  2  3   4   5   6   7   8   9   10  alt
 

В агрегатах с узлами вращения наибольший объем диагностической информации сосредоточен в их вибрации, а также в силовом токе электрических машин. Кроме этого часть диагностической информации содержится в параметрах, характеризующих нестабильность частоты вращения узлов агрегата, поэтому к основным сигналам, анализируемым системой СМД-4, относятся сигналы вибрации и тока (напряжения), а также импульсы, формируемые датчиком углового положения ротора.

Результаты измерений других видов сигналов с медленно изменяющимися параметрами, используемые системой в конкретных задачах мониторинга и диагностики, не требуют жесткой (до миллисекунд) синхронизации во времени, поэтому температура и другие параметры узлов агрегата контролируются внешними устройствами. Данные текущих измерений величины этих параметров и скорости их изменения передаются непосредственно в сервер по измерительной сети Ethernet.

Анализ вибрации во всех точках контроля проводится параллельно и с максимально возможной скоростью, как в установившихся, так и в переходных режимах работы контролируемых агрегатов. Для получения требуемой информации может выполняться:

  • анализ формы сигнала вибрации и его составляющих разной природы,
  • частотный анализ сигнала вибрации и колебаний мощности его составляющих,
  • пространственный (по точкам контроля) анализ отдельных составляющих вибрации.

Имеется возможность измерения и анализа акустического шума, возбуждаемого агрегатом в газовых и жидких средах, однако из-за повышенной сложности выделения из таких сигналов необходимой диагностической информации вместо контроля собственно акустического шума измеряется и анализируется высокочастотная вибрация узлов агрегата.

Анализ силового тока электрической машины, а также напряжения ее питания – это, прежде всего, их спектральный анализ, а также анализ процессов, модулирующих основную составляющую тока.

Из параметров вращения узлов агрегата традиционно измеряется частота вращения и скорость ее изменения, однако в отдельных случаях импульсы с датчика оборотов могут использоваться для проведения синхронного анализа вибрации или тока, а также для анализа процессов, модулирующих частоту вращения ротора.

Основой мгновенного контроля состояния агрегата является широкополосный анализ вибрации. Он проводится для получения стандартных оценок вибрации и анализа формы вибрации на установившихся и переходных режимах работы, являясь, тем самым, основой простейших СМД-4 базового  уровня.

Для этого в каждой точке контроля вибрации измеряются:

  • уровни вибрации (виброускорения, виброскорости или виброперемещения) в стандартизованных полосах частот 2-1000Гц, 10-1000Гц и 10 -2000Гц, и других,
  • СКЗ и пиковое значение виброускорения по огибающей сигнала в двухоктавных полосах частот 25-100Гц, 100-400Гц, 400-1600Гц, 1600-6400 Гц и 6400 Гц-25600 Гц
  • третьоктавный спектр виброускорения в диапазоне частот от 0,6 Гц до 25000 Гц

Первый вид анализа обеспечивает стандартизованную оценку вибрации агрегата. Второй вид (анализ формы) позволяет выделять в узлах агрегата вибрацию ударного происхождения из-за разного вида дефектов и сравнивать ее мгновенную мощность со средней мощностью вибрации в разных диапазонах частот, т.е. обнаруживать удары, оценивать их величину и место возникновения. Так, на рис. А.1. приведены графики зависимости мгновенной мощности вибрации подшипникового узла (огибающей вибрации) от времени в трех частотных диапазонах. Признаки сильных ударов наблюдаются в среднечастотном, а не в высокочастотном диапазоне, т.е. в данном примере источником опасных ударов является не контролируемый подшипник, а другой узел агрегата.

Форма огибающей вибрации подшипникового узла на выходе двухоктавных фильтров в разных частотных диапазонах

Рис. А.1 – Форма огибающей вибрации подшипникового узла на выходе двухоктавных фильтров в разных частотных диапазонах

Третий вид анализа (широкополосный спектр вибрации) обеспечивает обнаружение изменений текущей мощности вибрации во всех диапазонах частот, т.е. отвечает за любые изменения состояния контролируемого агрегата, влияющие на его вибрацию и шум.

Скорость обновления результатов измерения может устанавливаться, начиная от 8 раз в секунду, что позволяет контролировать мгновенное состояние агрегата в переходных режимах работы, в том числе на пусках и скачках нагрузки.

Рассмотренные виды анализа проводятся и стационарными, и мобильными системами СМД-4 первого уровня. Если мобильная система используется для решения задач виброналадки, она может быть дополнена возможностями узкополосного, в том числе синхронного анализа вибрации, требуемого, в частности, для балансировки роторов на месте эксплуатации агрегата.  

Используемое в простейших СМД-4 сочетание широкополосных измерений позволяет ввести в ее состав и модуль автоматической диагностики, основанный на пространственном (по точкам контроля) сопоставлении результатов анализа, что дает возможность оценить некоторые из часто встречающихся дефектов, такие как неуравновешенность ротора, дефекты соединительной муфты, дефекты подшипников качения.

Задачу онлайн диагностики по вибрации и току решают расширенные СМД-4, в первую очередь, на стабильных режимах работы агрегата. Для этого недостаточно использовать широкополосный анализ вибрации в разных частотных диапазонах с делением ее на стационарные и импульсные составляющие. Необходимо дополнительно, во-первых, делить стационарную вибрацию на периодические и случайные составляющие, во-вторых определять периодичность появления импульсных составляющих, и, в-третьих, контролировать, при необходимости, силовой ток электродвигателя. Эта задача решается путем спектрального анализа собственно вибрации (виброускорения), спектрального анализа огибающей виброускорения в нескольких диапазонах частот и в каждой точке контроля, а также спектрального анализа тока электрической машины. Время обновления результатов анализа спектров по сравнению с параллельно выполняемым широкополосным анализом вибрации может быть увеличено и составить более одной секунды. Типовой список измеряемых спектров включает в себя:

  • спектр вибрации до ~ 500-ой гармоники частоты вращения с количеством спектральных полос более 5000,
  • спектр вибрации до ~ 30-ой гармоники частоты вращения с количеством спектральных полос более 5000,
  • спектры огибающей вибрации до ~ 50-ой гармоники частоты вращения, выделенной фильтрами, как минимум в двух полосах частот (1600-6400Гц и 6400-25600Гц)

Спектр вибрации и спектр огибающей вибрации в одной из точек контроля агрегата в качестве примера приведены на рис. А.2. и А.3.

Спектр вибрации подшипникового узла дутьевого вентилятора с автоматически идентифицированными рядами характерных гармонических составляющих

 

Рис. А.2 – Спектр вибрации подшипникового узла дутьевого вентилятора с автоматически идентифицированными рядами характерных гармонических составляющих.

 Спектр огибающей вибрации подшипникового узла дутьевого вентилятора с автоматически идентифицированными рядами характерных гармонических составляющих

Рис. А.3 – Спектр огибающей вибрации подшипникового узла дутьевого вентилятора с автоматически идентифицированными рядами характерных гармонических составляющих.

            Обработка каждого спектра его разделением на гармонические и случайные составляющие в базовой системе СМД-4 выполняется автоматически. Для анализа случайных составляющих формируется их октавный спектр на частотах от 100 Гц, затем уровень каждой составляющей в каждой точке контроля сравнивается со своими порогами.

            Базовая система обеспечивает автоматическое определение частот и величин всех гармонических составляющих в спектрах. Далее по всему списку гармонических составляющих, обнаруживаемых в спектрах, ведется автоматический поиск гармонических рядов и модулирующих его составляющие периодических функций. Для такого поиска при конфигурировании системы необходимо задавать основные частоты ожидаемых рядов, рассчитываемые по известным конструктивным характеристикам агрегата. Количество таких рядов в агрегатах со связанными механическими передачами валами может составлять десятки.

            Каждый автоматически обнаруженный ряд делится на группы гармоник по их кратности, для каждой группы определяется средняя величина гармоники, которая сравнивается с порогом. Иногда кроме величины отдельных гармоник ряда, кратного частоте вращения, дополнительно измеряется и сравнивается с порогом фаза этих гармоник.

            Автоматическая диагностика агрегата – это задача, решаемая, преимущественно, стационарными системами СМД-4, для которых четко определены и вид диагностируемого агрегата, и все точки контроля вибрации. Под определенную расстановку датчиков для конкретного вида агрегата представителями производителя СМД-4 составляется диагностический модуль, который дополнительно может адаптироваться к агрегату на этапе опытной эксплуатации системы. В модуль входит несколько составных частей - диагностика ударов по импульсной вибрации, диагностика потоков (и элементов трения) по случайной вибрации, диагностика механических и электромагнитных узлов по периодической вибрации, и, наконец, пространственная диагностика по форме колебаний агрегата с учетом потерь при распространении вибрации.

            Диагностика в стационарной системе выполняется диагностическим модулем, составленным с учетом пространственного расположения точек контроля вибрации. В мобильных системах из-за неопределенности в объектах контроля, невозможности установить датчики вибрации в рекомендованных точках контроля, недостаточности количества измерительных каналов, а также из-за ограничений на время самообучения системы автоматическая диагностика часто заменяется на экспертную, требующую от пользователя диагностической подготовки.

В функции пасширенной системы, кроме анализа вибрации в широких и узких полосах частот, может быть добавлен спектральный анализ тока, анализ модулирующих вращение ротора процессов, а также синхронный анализ вибрации в переходных режимах работы агрегата.

            Так, для выделения диагностических параметров из сигнала тока выполняется его спектральный анализ в диапазоне частот до 5-10кГц. Низкочастотная часть типового спектра тока приведена на рис.А.4.

 

Низкочастотная часть спектра тока асинхронного двигателя с автоматически идентифицированными рядами составляющих модулирующего основной ток процесса

Рис. А.4 – Низкочастотная часть спектра тока асинхронного двигателя с автоматически идентифицированными рядами составляющих модулирующего основной ток процесса

            Если электродвигатель переменного тока приводит во вращение механизм, имеющий низкооборотные узлы вращения, для контроля их состояния по току может анализироваться спектр огибающей основной составляющей тока, предварительно выделенной двухоктавным фильтром 25-100Гц.

            В некоторых случаях, преимущественно при использовании СМД-4 для пусконаладочных работ при введении в эксплуатацию или ремонте сложных агрегатов, используются специальные методы анализа сигналов, такие как порядковый (синхронный) спектральный анализ, взаимно-спектральный, некоторые из многомерных видов анализа. Они относятся к дополнительным видам анализа и реализуются в системе по согласованию с заказчиком.

Содержание

alt   1  2  3   4   5   6   7   8   9   10  alt