Вибродиагностика дефектов подшипников скольжения
Содержание
Дефекты подшипников скольжения или колебательной системы, состоящей из ротора и подшипников скольжения, обнаруживаемые в эксплуатируемых агрегатах по вибрации, это:
-
нарушение требуемых свойств смазочного слоя,
-
опасное изменение нагрузки на подшипник,
-
прекос вкладышей подшипников,
-
износ подшипника скольжения (преимущественно вкладышей),
Основным следствием дефектов подшипников скольжения являются связанные друг с другом недопустимые изменения сил трения в подшипнике и жесткости масляного слоя. Проявляются эти изменения в виде нестабильности положения (траектории) оси ротора, изменении параметров случайной вибрации, возбуждаемой силами трения, а в предаварийной ситуации – в виде появления ударной вибрации подшипников из-за разрывов масляного слоя.
Развитые дефекты проявляют себя в виде автоколебаний ротора в подшипниках и/или роста случайных и импульсных составляющих высокочастотной вибрации. Начинают проявляться дефекты подшипников скольжения по мере развития с нестабильности жесткости смазки, приводящей к флуктуациям величины и фазы составляющих вибрации ротора, прежде всего на частоте его вращения, а также с нарушения ламинарности потока смазки в зоне основной нагрузки на него, приводящего к появлению импульсной вибрации вкладышей.
В качестве основных признаков опасных дефектов подшипников скольжения в роторных машинах чаще всего используется два. Первый – появление и рост автоколебаний ротора (гармонических составляющих вибрации в диапазоне частот от трети до половины частоты вращения ротора) с превышением их величиной экспериментально устанавливаемого порога. Автоколебания ротора возникают при росте сил трения, снижении статической или повышения динамической нагрузки на подшипник. Частота автоколебаний зависит от типа подшипника скольжения, и при принудительной подаче смазки под давлением (толщина слоя более 100мкм) обычно составляет 0,45- 0,49 частоты вращения ротора. В подшипниках с масляной ванной слой смазки тоньше и частота автоколебаний чаще всего принудительно синхронизируется неуравновешенным ротором с частотой, равной половине частоты вращения ротора. Кроме этого в агрегатах, работающих за критикой, автоколебания могут возникнуть и на собственной частоте колебаний ротора в подшипниках, т.е. приблизительно на одной трети частоты его вращения.
Второй из основных признаков – рост высокочастотной вибрации (обычно выше 5-10кГц) подшипникового узла. Контроль высокочастотной вибрации позволяет идентифицировать дефектный подшипник, так как именно в нем будет обнаруживаться ее максимальный рост.
Дополнительных признаков дефектов подшипников скольжения в сигнале вибрации, которые могут использоваться для их обнаружения до возникновения автоколебаний или ударов в результате «сухого» контакта поверхностей скольжения – несколько. Первый – нестабильность фазы оборотной вибрации ротора (нестабильность амплитуды обнаружить гораздо сложнее) из-за флуктуаций жесткости масляного слоя. Второй – рост составляющих широкополосного спектра предварительно выделенной случайной вибрации подшипникового узла. Третий – появление импульсных составляющих вибрации из-за срывов потока смазки в нескольких высокочастотных полосах. Четвертый – амплитудная модуляция высокочастотной случайной вибрации подшипников скольжения с тонким (менее 100мкм) слоем смазки.
Основные дефекты подшипников скольжения, приводящие к медленным флуктуациям жесткости смазочного слоя, а также к автоколебаниям ротора в подшипниках, могут обнаруживаться как по абсолютной вибрации (виброускорению) неподвижных частей подшипниковых узлов, так и по низкочастотной относительной вибрации (виброперемешению) вала в подшипниках. Виброперемещение вала обычно измеряется в агрегатах с системой быстродействующей аварийной защиты по положению и/или относительному виброперемещению вала в опорах на основе датчиков относительного положения и/или виброперемещения вала (проксиметров). Но для полной диагностики подшипников скольжения нельзя отказываться от анализа высокочастотной вибрации (виброускорения) неподвижных частей подшипника, которая дает основную информацию о свойствах сил трения и ударных импульсов, появляющихся при разных дефектах.
Еще одним независимым признаком дефектов подшипников скольжения агрегатов с электроприводом является модуляция тока двигателя. Практически все дефекты начинаются с нестабильности масляного слоя в подшипнике и, как следствие, нестабильности сил трения, т.е. нестабильности нагрузки на электродвигатель. Нестабильность нагрузки приводит к нестабильности потребляемого тока, и, несмотря на ее малую величину, обычно не превышающую 0,1% от номинального тока, использование современных средств измерения и анализа тока позволяют обнаружить его нестабильность от 0,001%.
Такие возможности анализаторов позволяют обнаруживать по спектру тока нестабильность сил трения в подшипниках скольжения существенно раньше, чем по результатам измерения нестабильности фазы составляющей вибрации на частоте вращения ротора. Так, например, на рис.15.3. приведен спектр тока электродвигателя с подшипниками скольжения, в котором обнаруживается модуляция тока из-за нестабильности сил трения с частотами около трети частоты вращения двигателя.
Рис.15.3. Спектр тока асинхронного электродвигателя с допустимым износом подшипников скольжения. Частота вращения электродвигателя – 24,9Гц.
При ранней диагностике подшипников скольжения по нестабильности тока двигателя необходимо учитывать два фактора. Первый – невозможность локализовать дефектный подшипник без дополнительного анализа высокочастотной вибрации. Второй – трудности диагностирования агрегатов с рабочими колесами, работающими в жидкости, которые наряду с подшипниками могут являться источниками как нестабильной нагрузки на двигатель, так и автоколебаний ротора в подшипниках
Точки измерения вибрации подшипников – те же, что и для диагностики ротора, т.е. на его опорах вращения.
Содержание
