11. Средства анализа вибрации и тока для оперативной диагностики
Мониторинг вибрации машин и оборудования проводится по единому параметру (уровню) вибрации, измеряемому в одной из заданных регламентирующими документами полосах частот во всех регламентированных точках контроля. Но при переходе к мониторингу состояния и диагностированию машин и механизмов по вибрации требуется ее предварительное разделение на периодические, случайные и импульсные компоненты. Этот факт и определяет структуру средств анализа вибрации для таких систем. Разделение вибрации на периодические и случайные компоненты чаще всего производится по узкополосному спектру сигнала, а выделение импульсных компонент – по форме сигнала с выхода широкополосных фильтров. Из-за слабых потерь при распространении низкочастотной вибрации количественно разделить вибрацию двух и более одинаковых машин, установленных на одном фундаменте, удается лишь на частотах выше 3-5Гц. Таким образом диагностировать машины и механизмы с использованием всей совокупности эффективных алгоритмов анализа низкочастотной вибрации можно при частоте вращения порядка 200 об/мин. и выше. Эффективная вибродиагностика машин с меньшей частотой вращения также возможна, но с применением косвенных алгоритмов, опираясь, в основном, на анализ более высокочастотной импульсной вибрации ударного происхождения.
С учетом изложенного средства анализа вибрации механизма с узлами вращения должны измерять узкополосный спектр вибрации с частоты 0,5 – 2Гц до частот не менее 10кГц с разрешением по частоте не хуже 10% от частоты вращения для последующего определения спектральной плотности гармонических и случайных составляющих. Кроме этого необходимо обеспечивать фильтрацию сигнала несколькими широкополосными фильтрами, в том числе и предусмотренными в действующих стандартах виброконтроля, с определением мощности или среднеквадратичного значения выделенных составляющих, а также характеристик импульсных компонент сигнала, прежде всего его пиковых значений.
Анализировать узкополосные спектры вибрации проще при стабильной частоте вращения, а при нестабильных частотах вращения механизмов для мониторинга состояния должны применяться другие виды разделения сигнала на компоненты разной частоты. Наиболее часто для такого разделения используется широкополосный спектральный анализ сигнала, в первую очередь третьоктавный, позволяющий оценивать текущее состояние объекта на всех режимах работы, в том числе и переходных. Таким образом, в стационарной системе мониторинга и оперативной вибродиагностики механизмов с узлами вращения можно ограничиться анализом импульсных составляющих вибрации на выделенных фильтрами высоких частотах с параллельным широкополосным и узкополосным спектральным анализом низкочастотных и среднечастотных составляющих вибрации.
Следует также учесть, что мониторинг состояния машин и механизмов по току электропривода, а наиболее эффективен он для объектов с асинхронным приводом, требует спектрального анализа с более высоким разрешением по частоте, определяемым частотой скольжения двигателя. По этой причине затрачиваемое на диагностические измерения тока электропривода время может быть больше времени измерения вибрации.
Все указанные виды анализа вибрации и тока реализованы, например, в универсальном цифровом блоке анализа электрических сигналов (БАЭС, рис.5.), в функции которого входит и преобразование аналоговых сигналов в цифровой вид.
Рис.5. Блок анализа электрических сигналов, параллельно измеряющий и анализирующий широкополосные (до 25кГц) сигналы с датчиков вибрации (тока) по 4 каналам, сигнал с датчика частоты вращения и сигналы с 4 датчиков температуры (мощности, давления и т.п.). Результаты анализа, выдаваемые в измерительную сеть, приведены в правой части рисунка.
Время обновления на выходе БАЭС результатов анализа зависит от требуемой величины разрешения в измеряемом спектре широкополосного сигнала и в большинстве практических случаев не превышает 2 секунд. Именно такие измерители использованы в разработанных ООО «Вибротехника» необслуживаемых корабельных системах оперативной диагностики и их общепромышленных аналогах.
Вместо универсального блока цифрового анализа входных электрических сигналов может использоваться и компьютер с программой онлайн анализа сигналов в цифровом виде, поступающих из задействованной для диагностики группы цифровых измерительных каналов с датчиками вибрации, тока, температуры и других процессов. Результаты онлайн анализа, в свою очередь, передаются в программу мониторинга и оперативной диагностики.
Кроме онлайн анализа периодически могут проводиться и другие виды анализа сигналов, требуемые для обнаружения зарождающихся дефектов, а их результаты могут поступать в независимую программу диагностики зарождающихся дефектов, где автоматически или с помощью эксперта может ставиться долгосрочный прогноз безотказной работы, необходимый для перехода на обслуживания агрегатов по фактическому состоянию.
