Системы мониторинга и диагностики серии СМД-4. Технология построения и использования. Работа СМД-4 в режиме детального мониторинга состояния
Содержание
Это третий из основных режимов работы СМД-4, как средства мониторинга состояния, в котором используется наиболее полный объем информации, выделяемый из сигналов вибрации.
В первом режиме работы – непрерывного контроля вибрации – сигналы вибрации делятся не на компоненты разного происхождения, а на широкополосные составляющие в разных частотных областях, причем в большинстве случаев для оценки вибрационной опасности с регламентированными порогами сравнивается уровень вибрации лишь в самой нижней, стандартной полосе частот.
Во втором режиме работы - общего мониторинга состояния – из вибрации дополнительно выделяются импульсные компоненты, отвечающие за появление в агрегате сил ударного происхождения в разных частотных областях, а для оценки состояния по импульсным компонентам и непрерывно измеряемым уровням вибрации в широких полосах частот применяется технология автоматического построения и адаптации порогов состояния.
В третьем режиме работы – детального мониторинга состояния объем выделяемой из вибрации диагностической информации резко увеличивается за счет деления сигналов на периодические, случайные и ударные компоненты с контролем не только их мощности (уровня), но других изменяющихся во времени характеристик, с детальным анализом их формы и спектрального состава. Но это требует подробного описания не только режимов работы объекта мониторинга, но и его конструктивных особенностей, позволяющих сформировать в СМД-4 расчетную модель вибрации бездефектного объекта. Естественно, что для каждого из контролируемых параметров применяется технология автоматического построения и адаптации порогов состояния.
Задача описания объекта детального мониторинга состояния заключается в расчете частот всех периодических составляющих вибрации (и тока), которые определяются конструктивными характеристиками узлов конкретного агрегата и их связами друг с другом. Конечный результат описания – определение периодов (частот) каждой из периодических колебательных сил, которые могут действовать в контролируемом агрегате, через связи с базовыми частотами – частотами вращения механически несвязанных роторов. В большинстве агрегатов базовая частота – одна, и это частота вращения ротора привода (турбины или электродвигателя), но при наличии в агрегате, например, гидромуфты или магнитной муфты со скольжением, базовых частот уже две, а при использовании в агрегате нескольких механически не связанных турбин, например, газовых, их может быть и три. Каждая из базовых частот может либо измеряться специальными датчиками с высокой точностью, либо, если в рабочем режиме агрегата она изменяется незначительно, задаваться с относительно небольшой погрешностью (до трех-пяти процентов).
Любая действующая в агрегате периодическая колебательная сила может быть источником ряда гармонических составляющих в спектре вибрации или огибающей ее высокочастотных компонент, и каждая из значимых составляющих этого ряда должна быть обнаружения и идентифицирована.
Кроме базовых рядов гармонических составляющих, в спектре вибрации агрегатов с механическими передачами могут появляться «связанные» по частоте ряды из-за работы «промежуточных» валов, частоты вращения которых жестко связаны с соответствующей базовой частотой, а также «вложенные» ряды, частоты которых пропорциональны базовой или связанной (лопастные ряды, зубцовые и т.д.).
Необходим контроль еще одной группы рядов гармонических составляющих со своими основными частотами, не очень точно определяемыми соответствующими значениями базовых и связанных частот. Это, прежде всего, «магнитные» и «подшипниковые» ряды, причем каждый подшипник качения при соответствующих дефектах может быть причиной появления трех основных рядов, а каждый ряд – содержать еще и «вложенные» ряды. Частоты подшипниковых рядов привязываются к частотам вращения соответствующих валов, т.е. к основным частотам базовых и связанных рядов, и могут изменяться на 1-3% в зависимости от износа подшипника и действующей на него нагрузки.
У базовых, связанных и вложенных рядов по мере износа соответствующих узлов агрегата могут появляться и субгармонические ряды. Кроме этого колебательные силы, действующие в одних узлах агрегата, могут существенно менять величину колебательных сил в других узлах того же агрегата, модулируя по величине колебательные силы и возбуждаемую ими вибрацию. Все это, с одной стороны, дополнительно усложняет описание периодических составляющих вибрации агрегата, а, с другой стороны, обнаружение появляющиеся в процессе эксплуатации новых рядов составляющих вибрации агрегата является основой более высокой эффективности детального мониторинга и глубокой диагностики с обнаружением дефектов на ранней стадии их развития.
Разные из периодических составляющих вибрации агрегатов с узлами вращения проявляются на разных этапах их жизненного цикла. Есть составляющие, определяемые конструктивными особенностями агрегата и всегда присутствующие в его вибрации. Есть составляющие, проявляющиеся при неточностях изготовления деталей и узлов агрегата, есть – при сборке и монтаже агрегата на месте эксплуатации. При решении задач детального мониторинга с оценкой состояния, но без идентификации обнаруженных отклонений можно проводить описание агрегата не полностью, задав частоты базовых рядов гармоник вибрации, связанных с ними рядов, магнитного и подшипниковых рядов, а также, для вложенных в них рядов, коэффициентов вложенности. Тогда при обнаружении дефектов будет регистрироваться изменение состояния, оцениваться степень его опасности, указываться в каких точках контроля и по каким измерениям они обнаружены, но не будет определяться вид дефекта (неидентифицированный дефект). Такой режим работы СМД-4 особенно важен при обнаружении скачков состояния из-за «человеческого фактора», т.е. ошибок управления или обслуживания агрегата, когда явно выраженные признаки конкретного вида дефекта могут отсутствовать. Вполне естественно, что при переводе СМД-4 в режим диагностики необходимо дополнить описание, в том числе, указав ожидаемый коэффициент влияния источника каждой периодической силы (ряда) на вибрацию в конкретной точке ее контроля. Эта работа выполняется специалистом в процессе адаптации СМД-4 к конкретному типу агрегатов при конкретной расстановке датчиков вибрации.
В результате при решении задач детального мониторинга состояния агрегатов с узлами вращения СМД должна проводить в каждой точке контроля вибрации, как минимум, следующие типовые виды измерений:
Непрерывно, в том числе в переходных режимах работы агрегата:
-
уровня вибрации (виброскорости и виброускорения) в стандартной полосе частот
-
пикового и среднего значения огибающей вибрации на выходе широкополосных фильтров (обычно двух),
-
третьоктавных спектров виброускорения (типовой диапазон частот 2Гц-25кГц)
Периодически, с задаваемым интервалом и автоматическим выбором режима работы:
-
третьоктавного спектра случайных компонент виброускорения
-
узкополосных спектров виброускорения (обычно двух с разным частотным разрешением)
-
узкополосных спектров огибающей вибоускорения (обычно двух)
В точках контроля тока (напряжения) непрерывно должны проводиться следующие измерения:
-
третьоктавного спектра (5Гц-10кГц)
-
величины и частоты основной составляющей тока,
Периодически, с задаваемым интервалом и автоматическим выбором режима работы:
-
узкополосных спектров тока (напряжения)
В точках контроля частоты вращения:
-
значения частоты вращения и скорости ее изменения, непрерывно.
Кроме этих видов измерений могут проводиться и использоваться другие, в том числе:
-
спектры виброскорости
-
амплитуды и фазы гармоник вибрации на кратных вращению ротора частотах, в том числе в неустановившихся режимах работы
-
взаимные спектры сигналов, измеряемых разными датчиками.
Результаты проводимых измерений могут быть выведены в информационное окно СМД-4. Так, типовой третьоктавный спектр виброускорения показан ранее, на рис.9, зависимость среднего значения огибающей от времени – на рис.10, спектр виброускорения – на рис.11, а спектр огибающей высокочастотной вибрации – на рис.12.
Рис.10 – Окно результатов измерений. Зависимость среднего значения огибающей вибрации на выходе широкополосного фильтра от времени
Рис.11 – Окно результатов измерений. Спектр виброускорения и зависимость уровня выделенной составляющей от времени.
Рис.12 – Окно результатов измерений. Спектр огибающей выделенной высокочастотным фильтром вибрации и зависимость уровня выделенной составляющей от времени.
При автоматической обработке результатов измерений из спектров вибрации и огибающей ее высокочастотных составляющих выделяется большое количество рядов гармонических составляющих разного происхождения и для каждого определяются параметры, характеризующие базовую частоту, спектральный состав и соотношение амплитуд кратных гармоник. Таких параметров при мониторинге состояния сложных агрегатов может быть более 100 в каждой точке контроля вибрации, но для эффективного мониторинга состояния, проводимого по мощности обнаруженных ударных компонент вибрации и по уровням широкополосных и узкополосных составляющих спектра, используются далеко не все. Наиболее полно большинство из контролируемых параметров применяется в задачах глубокой диагностики агрегатов. Соответственно, для каждого параметра в базе данных СМД-4 формируется группа последовательных накопителей, а для сравнения накапливаемых данных с порогами производится их групповая обработка по единому алгоритму с автоматическим построением и адаптацией пороговых значений.
Текущее состояние при детальном мониторинге определяется по совокупности параметров, определяющих мощность импульсных, периодических и случайных компонент и превысивших порог бездефектного состояния.
Содержание
