Новости Основы Диагностика Средства Литература О сайте

ПРИМЕРЫ ИЗ ВИБРОДИАГНОСТИКИ ОБОРУДОВАНИЯ

(В БИБЛИОТЕКУ ИНЖЕНЕРА-ДИАГНОСТА).

Перевод - В.А.Смирнов,
гл. инженер фирмы "ИНКОТЕС", к.т.н.
Представленные материалы содержат практические примеры использования спектрального анализа для выявления различных неисправностей различного электроприводного оборудования. Материалы взяты из библиотеки спектров (ffT Signal Library), формируемой фирмой PRUFTECHNIK AG. Сектры указанной библиотеки получены с помощью прибора VIBROSPECTв ffT

Вступительное слово переводчика

      Представленные материалы адресованы, прежде всего, инженерам-диагностам, имеющим определенный опыт и навыки в диагностировании технического состояния энергомеханического оборудования с помощью виброизмерений. Ценность представленной информации, на наш взгляд, состоит в том, что в очень наглядной форме и без излишних комментариев показана связь между конструктивными особенностями различных агрегатов, полученными на них вибрационными характеристиками и присутствующими неисправностями.

      Целый ряд спектров для различных типов рассмотренного оборудования можно использовать в качестве "вибрационных эталонов" конкретных неисправностей конкретного оборудования. Но при этом следует иметь в виду, что приведенные спектры получены с использованием определенных параметров спектрального анализа, заложенных в приборе VIBROSPECTв ffT , в том числе различных "окон взвешивания" временных сигналов (см. Приложение 1), поэтому уровни гармоник, которые используются для описания неисправностей, могут отличаться от приведенных, если используется другая виброанализирующая аппаратура. Перенос "вибрационных эталонов" на применяемые в каждом конкретном случае виброанализирующие приборы следует осуществлять с учетом систематической погрешности, вносимой применением различных "окон взвешивания", методов усреднения и параметров входных усилителей вибросигналов.

      Следует помнить, что сравнивать можно только данные, полученные в идентичных условиях и при идентичных параметрах анализа.

      В приложении 1 приведены основные параметры и краткое описание "окон взвешивания" наиболее часто применяемых для анализа вибрационных сигналов. Обработка с помощью окон используется в спектральном анализе для управления эффектами, обусловленными наличием боковых ("паразитных") лепестков в спектральных оценках вибрационных сигналов, получаемых с помощью дискретного (точечного) Фурье-преобразования. При вычислении линейчатого (не непрерывного) спектра сигнала, имеющего конечную длину выборки происходят искажения ("просачивание энергии") в местах "сшивки" отдельных выборок. Для уменьшения этих искажений и применяется процедура "взвешивания" во временной и частотной областях. При этом применение различных окон- это по сути поиск компромисса между улучшением разрешения по частоте и уменьшением величины искажения уровней спектральных оценок.

Принятые сокращения:

Точка измерения (ТИ).

Смещение валов (С) :
      вертикальное направление (В);
      поперечное направление (П).

Раскрытие муфт (излом оси валопровода) (Р) :
      вертикальная плоскость (В);
      горизонтальная плоскость (Г).

1. Пример расцентровки № 1

Рис. 1.1. Электроприводной центробежный насос.

Агрегат
Мощность- 75 кВт;
Число оборотов- 1495 об/мин
Частота вращения (fn) = 24,92 Гц.
Точки измерения (ТИ)
Подшипниковая стойка эл.дв. со стороны муфты, осевое направление.
Вибрационные признаки
2-я и 3-я гармоники частоты вращения (fn), наиболее четко проявляются в осевом направлении.

Рис.1.2. Спектр виброскорости получен с помощью окна Ханна, без использования режима огибающей.

Исходная расцентровка валов

С      -      В=0.23 мм,            П= -0.07 мм.                  Р      -      В=1.14 мм/100мм,             Г= -0.03мм/100мм.

Механическая причина

      Расцентровка валов компрессора и эл.двигателя.

Проведенные мероприятия по устранению

      Проведена подцентровка с помощью лазерного прибора OPTALIGN, особое внимание было уделено устранению влияния на показатели расцентровки изменений температурного режима агрегата.

Вибрационные признаки
Спектр после подцентровки

Рис.1.3. Спектр виброскорости после подцентровки (окно Ханна, без использования режима огибающей).

Расцентровка валов после коррекции

С      -            В=0.03 мм,         П= -0.00 мм.              Р      -       В=0.04 мм/100мм,       Г= 0.04мм/100мм.

2. Пример расцентровки № 2

Рис.2.1. Большой вентилятор на одном из заводов по подготовке воды в Германии.

Агрегат
Мощность- 1800 кВт
Число оборотов- 4658 об/мин
Частота вращения (fn) = 77.64 Гц.
Точки измерения (ТИ)
Подшипниковая стойка вентилятора со стороны муфты, вертикальное и поперечное направления.

Вибрационные признаки
Преобладание гармоник 1-й и, особенно, 2-й частоты вращения (fn).

Рис.2.2. Спектр виброскорости получен с помощью окна Ханна, без использования режима огибающей.

Механическая причина

      Расцентровка между валами вентилятора и редуктора.

Проведенные мероприятия по устранению

      Проведена подцентровка с помощью лазерного прибора OPTALIGN, особое внимание было уделено устранению смещения валов ( с учетом влияния на показатели расцентровки изменений температурного режима и динамического прогиба вала вентилятора).

3. Пример расцентровки № 3


Рис 3.1. Нагнетающий вентилятор на ТЭЦ.

Агрегат
Мощность- 2800 кВт;
Число оборотов- 595 об/мин
Частота вращения (fn) = 9.92 Гц.
Точки измерения (ТИ)
Подшипниковая стойка вентилятора со стороны муфты, вертикальное и поперечное направления.

Вибрационные признаки
Ряд роторных гармоник частоты вращения (fn) вплоть до 11-й кратности.

Рис.3.2 Спектр виброскорости получен с помощью окна Ханна, без использования режима огибающей.

Механическая причина

      Радиальный прогиб вала нагнетающего вентилятора (изгиб вала). Из-за трения в муфте, соединяющей валы вентилятора и эл.двигателя возникала прецессия вала в подшипнике (периодическое, с частотой вращения, изменение ц.т. вала относительно центра подшипника в пределах зазора в подшипнике).

Проведенные мероприятия по устранению

      Проведена замена вала вентилятора.

Вибрационные признаки
Временной процесс (вибрация) по виброускорению. Типичный сигнал ударного взаимодействия с периодом 100.8 мс (1000:9.92), равный одному обороту вала.

Рис.3.3. Измерения сигнала проведены с помощью окна Ханна, без использования режима огибающей

4. Пример расцентровки № 4


Рис. 4.1. Приводной эл.двигатель конвейера угольного рудника.

Агрегат
Мощность- 1800 кВт
Число оборотов- 995 об/мин
Частота вращения (fn) = 16.58 Гц.

Точки измерения (ТИ)
Подшипниковая стойка эл.двигателя со стороны муфты, осевое направления.

Исходная расцентровка валов

Редуктор-промежуточный вал
С      -            В=1.50 мм,                 П= 0.73 мм.
Р      -            В=1.26 мм/100мм,      Г= -0.68мм/100мм.

Эл.дв.- промежуточный вал
С      -            В=0.18 мм,                        П= 0.06 мм.
Р      -            В=-0.11 мм/100мм,            Г= -0.22мм/100мм.

Вибрационные признаки
Очень высокая осевая вибрация подшипниковой стойки эл.двигателя со стороны промежуточного вала, в спектре доминирует 1-я гармоника (fn). Осевая вибрация правого подшипника промежуточного вала определяет высокую осевую вибрацию подшипника эл.двигателя со стороны промежуточного вала.

Рис.4.2. Спектр виброскорости получен с помощью окна Ханна, без использования режима огибающей.

Механическая причина

      Расцентровка валов редуктора и промежуточного вала, промежуточный вал определяет вибрацию эл.двигателя.

Проведенные мероприятия по устранению

      Проведена подцентровка с помощью лазерного прибора OPTALIGN. Сначала центровались валы редуктора и промежуточного вала, затем- эл.дв. и промежуточного вала.

5. Пример расцентровки № 5

Рис. 5.1. Вакуумный (вытяжной) вентилятор.

Агрегат
Мощность- 45 кВт
Число оборотов- 2988 об/мин
Частота вращения (fn) = 49.8 Гц.

Точки измерения (ТИ)
Подшипниковая стойка вентилятора со стороны муфты, поперечное направления.

Вибрационные признаки
Преобладание гармоник 1-й гармоники частоты вращения (fn) и видимые высшие гармоники fn., вплоть до 10-й кратности.

Рис.5.2. Спектр виброскорости получен с помощью окна Ханна, без использования режима огибающей.

Механическая причина

      Радиальный прогиб (изгиб) вала вентилятора

Проведенные мероприятия по устранению

      Замена вала вентилятора.

6. Пример расцентровки № 6


Рис. 6.1. .Приводной эл.двигатель экструдера грануляторной установки.

Агрегат
Мощность- 4500 кВт
Число оборотов-1494 об/мин
Частота вращения (fn) = 24.90 Гц.

Точки измерения (ТИ)
Подшипниковая стойка эл.двигателя со стороны муфты, поперечное направление.

Вибрационные признаки
Высокий уровень 2-й гармоники (fn).

Рис.6.2. Спектр виброскорости получен с помощью окна Ханна, без использования режима огибающей.

Исходная расцентровка валов

Редуктор-эл.двигатель.

С      -
Р      -
В=-0.30 мм,
В=-0.27 мм/872мм,
П=-0.50 мм.
Г= -0.06мм/872мм.

Механическая причина

      Расцентровка валов редуктора и эл.двигателя. Превалирует радиальное смещение валов, этим и определяется высокий уровень 2-й гармоники в поперечном направлении.

Проведенные мероприятия по устранению

      Проведена подцентровка с помощью лазерного прибора OPTALIGN.

7. Пример по подшипникам № 1


Рис. 7.1. Вентилятор в системе вентиляции.

Агрегат
Мощность- 680 кВт
Число оборотов-370 об/мин
Частота вращения (fn) = 6.17 Гц.

Точки измерения
Подшипниковая стойка вентилятора со стороны свободного конца, поперечное направление.

Вибрационные признаки
Гармоники 1-й и 2-й кратностей частоты перекатывания по внутреннему кольцу (fi). имеют значимый уровень в спектре огибающей. Боковые полосы вокруг (fi) с шагом, равным (fn) [(fi- fn) и (fi+fn)].

Рис.7.2. Спектр виброускорения. Анализ проведен с использованием окна Flat Top, фильтрации (детектирования) огибающей, 8-ми кратного линейного усреднения.

Характерные частоты

частота вращения сепаратора
fc
2,56 Гц
частота перекатывания по наружному кольцу
fo
40,99Гц
частота вращения тел качения
fr
34,66 Гц
частота перекатывания по внутреннему кольцу
fi
57,67 Гц

Механическая причина

      Развитый дефект (разрушение дорожки) внутреннего кольца подшипника. Боковые поло-сы возникают, когда тела качения прокатываются по дефектам, при этом зона максимальной нагрузки на тела качения то совпадает, то не совпадает с местом расположения дефектов.

Проведенные мероприятия по устранению

      Проведена замена подшипника.

8. Пример по подшипникам № 2

Рис. 8.1. Вытяжной вентилятор.

Агрегат.
Мощность= 75 кВт.
Число оборотов= 2985 об/мин. fn = 49.75 Гц.
Точки измерения (ТИ)
Подшипник вентилятора со стороны привода, поперечное направление.

Вибрационные признаки
Гармоники 1-й, 2-й, 3-й и 4-й кратности от частоты перекатывания по наружному кольцу (fo), характеризующие его разрушение.

Рис.8.2. Спектр виброускорения. Анализ проведен с использованием окна Flat Top, фильтрации (детектирования) огибающей, 5-ти кратного линейного усреднения.

Характерные частоты

частота вращения сепаратора
fc
19,06 Гц
частота перекатывания по наружному кольцу
fo
152,45 Гц
частота вращения тел качения
fr
201,07 Гц
частота перекатывания по внутреннему кольцу
fi
245,55 Гц


Механическая причина

      Серьезное повреждение внешней дорожки качения подшипника. Значимый уровень гармоник, кратных частоте fo соответствует ряду серьезных дефектов на внешней дорожке качения.

Проведенные мероприятия по устранению

      Замена подшипника.

9. Пример по подшипникам № 3

Рис.9.1. .Вытяжной вентилятор

Агрегат
Мощность= 75 кВт.
Число оборотов= 2985 об/мин.
fn = 49.75 Гц.
Точки измерения (ТИ)
Подшипник вентилятора со стороны привода, поперечное направление.

Вибрационные признаки
Гармоники 1-й, 2-й, 3-й, 4-й и 5-й кратности от частоты вращения (fn), максимальный уровень имеет 4-я гармоника. Боковые полосы вокруг указанных роторных гармоник с шагом 6.5 Гц.



Рис.9.2. Спектр виброскорости. Анализ проведен с использованием окна Flat Top, без использования анализа огибающей.

Характерные частоты

частота вращения сепаратора
fc
19,06 Гц
частота перекатывания по наружному кольцу
fo
152,45 Гц
частота вращения тел качения
fr
201,07 Гц
частота перекатывания по внутреннему кольцу
fi
245,55 Гц

Механическая причина

      Чрезмерный износ внешней дорожки качения и, как результат, разболтанность подшипника со стороны привода, которая привела к нестабильности вращения вала вентилятора и гармоникам, кратным (fn).
      Боковые полосы с шагом 6.5 Гц возможно соответствуют резонансной частоте подшипника, которая проявляется в результате "разболтанности" подшипника.
      Преобладание 4-й гармоники (fn) связано с резонансом с частотой вращения тел качения -fr.

Проведенные мероприятия по устранению
      Замена подшипника (возможно следовало заменить и корпус подшипника. Кроме того, необходимо проверить фиксацию (стопорение) подшипника.

10. Пример дисбаланса № 1


Рис. 10.1. Экспериментальная установка дробления немецкой горнорудной Академии.

Агрегат
Мощность= 50 кВт.
Число оборотов= 1670 об/мин.
fn = 27.83 Гц.
Точки измерения (ТИ)
Подшипник со стороны свободного конца дробилки, поперечное направление.

Вибрационные признаки
Очень высокий уровень 1-й гармоники частоты вращения (fn).



Рис.10.2. Спектр виброскорости. Анализ проведен с использованием окна Ханна, без использования анализа огибающей.

Механическая причина

      Центр тяжести ротора дробилки смещен относительно его геометрического центра, в результате чего возникает сильный дисбаланс, который и проявляется на частоте (fn).

Проведенные мероприятия по устранению

      Проведена балансировка ротора дробилки.

Рис.10.3. Диаграмма проведения балансировки (измеряемый параметр- виброскорость. Анализ проведен с использованием окна Ханна, без использования анализа огибающей.

 
мм/с
фаза
Вес груза
Угол установки
0
42,61
42°
 
 
1
27,18
105,2
2
22,05
78°
106,1
76°
3
12,92
71°
58,0
4
4,67
237°
76,0
5
3,15
280°
8,0
180°
6
2,619
292°
6,0
180°
7
0,87
233°
10,0
180°
8
2,271
337°
3,4
207°

Диаграмма балансировки

      Одноплоскостная балансировка методом "обхода" грузом на частоте 1596 об/мин для уменьшения уровня гармоники на частоте вращения (fn). Окончательный результат получен на 8-м шаге, когда при переходе от 7-го к 8-му шагу улучшений уже не наблюдалось

11. Пример дисбаланса № 2


Рис. 11.1. Циркуляционный вентилятор/эл. двигатель.

Агрегат
Мощность=75 кВт.
Число оборотов эл.двигателя nm= 1480 об/мин, fm= 24.67 Гц
Число оборотов вентилятора nf= 1036 об/мин, ff= 17,27 Гц
Точки измерения (ТИ)
Подшипник эл.двигателя со стороны привода, поперечное направление.

Вибрационные признаки
Очень высокий уровень поперечной вибрации на подшипнике эл.двигателя на частоте вращения вентилятора (ff).

Рис.11.2. Спектр виброскорости. Анализ проведен с использованием окна Ханна, без использования анализа огибающей.

Механическая причина

      17.27 Гц- частота вращения вентилятора, характеризует эксцентриситет ременного шкива вентилятора. Поскольку подвеска эл.двигателя относительно податливая, двигатель после включения совершает возвратно-поступательные и поперечные колебания на частоте вентилятора.

Проведенные мероприятия по устранению

      Замена шкива вентилятора.

12. Пример ассиметрии магнитного поля № 1

Рис. 12.1. Электродвигатель магнитного компрессора

Исходная расцентровка валов

С      - В=-0.10 мм, П=0.13 мм.
Р      -  В=-0.27 мм/100мм, Г= 0.09мм/100мм.

Агрегат
Мощность=37 кВт.
Число оборотов n= 2975 об/мин, fn= 49.6 Гц.
Точки измерения (ТИ)
Подшипник эл.двигателя со стороны компрессора, поперечное направление.

Вибрационные признаки
Гармоники (fn) от 1-й до 6-й кратности. 2-я гармоника (fn) расположена близко от 2-й гармоники 50 Гц, сети переменного тока. 2-я гармоника (fn) имеет очень маленький уровень в спектре вибрации по сравнению со 2-й гармоникой сети. Для разделения этих гармоник потребовалось проведение анализа с высоким разрешением (1600 линий спектра, разрешение 0.25 Гц), т.к. частота 2х fn=99.2Гц, а частота 2х fvac= 100Гц.

Рис.12.2. Спектр виброскорости. Анализ проведен с использованием окна Ханна, без использования анализа огибающей.

Механическая причина

      Дисбаланс ротора эл.двигателя приводит к вибрации на частоте (fn).
      Гармоника 100 Гц является результатом асимметрии магнитного поля эл.двигателя, это может быть причиной асимметрии электрического поля, но, в данном случае, статор эл.двигателя был поврежден в результате коробления опорных пластин.
      Наличие в спектре гармоник 3-й...6-й кратностей от (fn) является следствием плохого крепления агрегата в целом на опорных пластинах (ослабление крепежных болтов, коробление (деформация) пластин).
      Расцентровка валов не достаточно сильная, чтобы генерировать высокую 2-ю гармонику (fn), кроме того резиновые прокладки под опорными лапами достаточно сильно демпфируют вибрацию.

Проведенные мероприятия по устранению

      Перемонтаж агрегата относительно опорных пластин. Балансировка ротора эл.двигателя, новая центровка.

13. Пример ассиметрии магнитного поля № 2

 


Рис. 13.1. Нагнетающий насос на ТЭЦ.

Агрегат
Мощность=680 кВт.
Число оборотов n= 744 об/мин, fn= 12.4 Гц.
Точки измерения (ТИ)
Подшипник эл.двигателя со стороны насоса, осевое направление.

Вибрационные признаки
Очень высокий уровень осевой вибрации подшипника эл.двигателя. В спектре доминирует гармоника 2х50Гц и ее 2-я и 3-я гармоники, вокруг которых в качестве боковых полос раположены гармоники fn



Рис.13.2. Спектр виброскорости. Анализ проведен с использованием окна Ханна, без использования анализа огибающей.

Механическая причина

      Осевая ассиметрия магнитного поля эл.двигателя, т.е. ротор смещен относительно статора в осевом направлении. В результате чего магнитное поле статора стремится втянуть ротор в центр поля, и, как следствие, возникает высокая осевая вибрация.

Проведенные мероприятия по устранению

      Осевое центрирование полей ротора и статора.

14. Пример по зубчатой передаче № 1

Рис. 14.1. Агрегат для распиливания горной породы. Диаметр алмазного круга D= 2700мм.

Агрегат
Мощность= 90 кВт.
n1= 1496 об/мин       f1 = 24.78Гц
n2 = 272 об/мин       f2 = 4.51 Гц
ff=198.25 Гц (частота зацепления)
t1=8- кол. зубьев ведущей шестерни,
t2=44- кол. зубьев ведомой шестерни.
Точки измерения (ТИ)
Корпус редуктора, осевое направление, против несущего вала алмазного круга.

Вибрационные признаки
В спектре доминируют 3-я и 4-я гармоника частоты зацепления (ff). Боковые гармоники вокруг 3-й и 4-й гармоник (ff) с шагом, равным частоте вращения ротора (f1).

Рис.14.2. Спектр виброскорости. Анализ проведен с использованием окна Ханна, без использования анализа огибающей.

Механическая причина

      Погрешность бокового зазора зацепления, вследствие неточности осевой регулировки положения валов, дает проявление на частотах 3-й и 4-й гармоник частоты зацепления (ff). Боковые полосы возникают вследствии разрушения 2-х зубьев ведущей шестерни (выбоина 7 мм в диаметре на боковой поверхности одного зуба и выбоина 5 мм на вершине другого зуба), которое ведет к локальному перераспределению нагрузки вследствие погрешностей зацепления.

Проведенные мероприятия по устранению

      Замена ведущей шестерни и регулировка бокового зазора зацепления.

15. Пример по зубчатой передаче № 2


Рис. 15.1. Одноступенчатый редуктор (прямозубая передача).

Агрегат
Мощность= 72 кВт.
n1= 941 об/мин       f1 = 15.69 Гц
n2 = 372 об/мин       f2 = 6.19 Гц
ff=470.67 Гц (частота зацепления)
t1=30- кол. зубьев ведущей шестерни,
t2=76- кол. зубьев ведомой шестерни.

Точки измерения (ТИ)
Корпус подшипника ведущего вала со стороны свободного конца, поперечное направление.

Вибрационные признаки
При нормальном вращении проявляется 3-я гармоника частоты зацепления (ff), а также повышение уровня в полосе 1000...3000 Гц.


Рис.15.2. Спектр виброускорения. Анализ проведен с использованием окна Ханна, без использования анализа огибающей.

Механическая причина

      Односторонний износ кромки зубьев со стороны нормального вращения.

Проведенные мероприятия по устранению

      Замена изношенной шестерни.

Вибрационные признаки
При обратном вращении, гармоники частоты зацепления (ff) исчезают и уровень в полосе 1000...3000Гц уменьшается

Рис.15.3. Спектр виброускорения. Анализ проведен с использованием окна Ханна, без использования анализа огибающей.

16. Пример по зубчатой передаче № 3


Рис. 16.1. Большой вентилятор с планетарным редуктором.

Агрегат
Мощность= 1800 кВт.
fm = 24.69 Гц,       ff= 77.41 Гц      fp= 75.47 Гц
nm=1481 об/мин. - частота вращения эл.двигателя.
nf= 4644 об/мин.- частота вращения вентилятора.
np= 4528 об/мин.- частота вращения топливного насоса 2.
ft1=2863.3 Гц- частота зацепления планетарного редуктора.
ft2=2641.12 Гц- частота зацепления топливного насоса
fb=1857.6 Гц- лопаточная частота вентилятора.
ft3=1629.1 Гц- зубцовая частота зубчатой муфты.
t1=37- кол. зубьев ведомой шестерни планетарного редуктора,
t2=39- кол. зубьев сателлита редуктора,
t3=116- кол. зубьев ведущей шестерни редуктора,
t4=107- кол. зубьев ведущей шестерни эл.дв.
t5=35- кол. зубьев ведомой шестерни топливного насоса 1
t6=35- кол. зубьев ведомой шестерни топливного насоса 2.

Точки измерения (ТИ)
      Корпус подшипника вентилятора со стороны редуктора, поперечное направление.

Вибрационные признаки
Гармоники 1-й и 2-й кратностей на частоте вращения вентилятора ff. 1-я и 2-я гармоники ft1. Боковые гармоники вокруг частоты ft2 с шагом, равным частоте вращения топливного насоса 2.
Дополнительный пик на частоте 4099 Гц с боковыми гармониками, имеющими шаг, равный частоте вращения вентилятора ff(см. рис. 16.2)
.

Рис.16.2. Спектр виброускорения. Анализ проведен с использованием окна Ханна, без использования анализа огибающей.

Вибрационные признаки
Спектр с высоким разрешением (режим Zoom).

Pис.16.3. Спектр виброускорения. Анализ проведен с использованием окна Ханна, без использования анализа огибающей.

Механическая причина

      Гармоника на частоте 2х ft2 связана с повреждением зубьев приводных шестерен топливных насосов. Боковые гармоники fp х N вокруг ft2 связаны с эксцентриситететом ведомой шестерни одного из топливных насосов. Также эти боковые гармоники связаны с резонансным возбуждением частотой вращения вентилятора ff , особенно 2-й его гармоникой (расцентровка валов), т.к. частота вращения вентилятора и частота вращения топливных насосов оцень близки. Частота 4099 Гц - условно называемая - частота "механической обработки"(machine frequency) связана с погрешностями изготовления планетарной передачи (см. пример №4 по зубчатым передачам).

Проведенные мероприятия по устранению

      Подцентровка валов. Регулировка боковых зазоров зацепления топливных насосов. Возможно даже следует изменить частоту вращения топливных насосов.

17. Пример по зубчатой передаче № 4

Рис. 17.1. Большой вентилятор с планетарным редуктором.

Агрегат
Мощность= 1800 кВт. fm = 24.69 Гц, ff= 77.41 Гц fp= 75.47 Гц
nm=1481 об/мин. - частота вращения эл.двигателя.
nf= 4644 об/мин.- частота вращения вентилятора.
np= 4528 об/мин.- частота вращения топливного насоса 2.
ft1=2863.3 Гц- частота зацепления планетарного редуктора.
ft2=2641.12 Гц- частота зацепления топливного насоса
fb=1857.6 Гц- лопаточная частота вентилятора.
ft3=1629.1 Гц- зубцовая частота зубчатой муфты.
t1=37- кол. зубьев ведомой шестерни планетарного редуктора,
t2=39- кол. зубьев сателлита редуктора,
t3=116- кол. зубьев ведущей шестерни редуктора,
t4=107- кол. зубьев ведущей шестерни эл.дв..
t5=35- кол. зубьев ведомой шестерни топливного насоса 1
t6=35- кол. зубьев ведомой шестерни топливного насоса 2.

Точки измерения (ТИ)
      Корпус подшипника вентилятора со стороны редуктора, поперечное направление.

Вибрационные признаки
Очень высокий уровень виброускорения на частоте 4099 Гц, которая не связана ни с одной из частот зацепления или их гармониками (см. рис. 17.2).


Рис.17.2. Спектр виброускорения. Анализ проведен с использованием окна Ханна, без использования анализа огибающей.

Механическая причина

      Частоты зацепления всегда в той или иной степени присутствуют в спектре вибрации зубчатой передачи Частота 4099 Гц- так называемая частота "механической обработки" (fM), связана с погрешностями червячной фрезы, используемой для окончательной обработки внутренних зубьев ведущей шестерни редуктора. Такие дефекты возникают при нарезке зубьев и связаны с погрешностями шага зуборезных фрез. Они проявляются в спектрах вибрации в виде зубцовых частот зуборезных фрез, когда изготовленная шестерня устанавлена в редуктор и находится в нагруженном состоянии в процессе работы. В данном случае этот дефект связан с изготовлением ведущей шестерни редуктора, для изготовления которой использовалась фреза, имеющяя 166 зубьев, отсюда 4099/166= 24.69 Гц (fs),- получаем частоту вращения ведущей шестерни редуктора.

Проведенные мероприятия по устранению

      Перенарезка внутренних зубьев ведущей шестерни планетарного редуктора с использованием более точного зуборезного станка.
(Рекомендация преимущественно для изготовителей- периодическая инспекция зуборезных механизмов с целью обеспечения постоянства их показателей точности или контрольная выборочная проверка выпускаемой продукции.

18. Пример по зубчатой передаче № 5

Рис. 18.1. Главная коробка передач прокатного стана с двухступенчатой передачей.

Агрегат
Мощность= 1600 кВт. fn1 = 15.62 Гц, fn2= 3.99 Гц fn3= 1.26 Гц
n1=937 об/мин. - частота вращения ведущего вала.
n2= 239.4 об/мин.- частота вращения промежуточного вала.
n1= 75.7 об/мин.- частота вращения ведомого вала.
t1=35- кол. зубьев ведущей шестерни,
t2=137- кол. зубьев 1-й ступени промежуточного вала,
t3=43- кол. зубьев 2-й ступени промежуточного вала,
t4=136- кол. зубьев выходного вала коробки передач.

Точки измерения (ТИ)
      Подшипник приводного вала коробки передач, вертикальное направление.

Вибрационные признаки

      Очень высокий уровень виброскорости на частоте (fM ) 380.3Гц ее 2-й и 3-й гармоник. Эти частоты не связаны ни с одной из частот зацепления коробки передач или их гармониками. Боковые гармоники вокруг указанных частот с шагом, равным частоте вращения ведущего вала fn1 (см. рис. 18.2).

Рис.18.2. Спектр виброскорости. Анализ проведен с использованием окна Ханна, без использования анализа огибающей.

Частоты зацепления

1-й ступени - fE1 =546.7 Гц.
2-й ступени- fE2= 171.6 Гц.

Временной процесс
Ярко выраженный модуляционный процесс несущей частоты fM (период равен 2.63 мс) частотой вращения ведущего вала fn1 (период равен 64 мс). Это также четко проявляется в шумовом сигнале, генерируемом агрегатом в процессе работы.

Рис.18.3. Измерение проведено без использования режима огибающей.

Механическая причина

      Частота 380.3 Гц fM является частотой "мехмнической обработки" обоих шестерен 1-й ступени ведущего вала (аналогично примеру №4 по зубчатым передачам).
Боковые гармоники являются следствием эксцентриситета одной из шестерен 1-й ступени ведущего вала, это также следует из рассмотрения временного процесса.

Проведенные мероприятия по устранению

      Перенарезка зубьев шестерен 1-й ступени ведущего вала. Проверка и устранение эксцентриситета шестерен 1-й ступени.

19. Пример турбулентности № 1

Рис. 19.1. 4-х ступенчатый центробежный компрессор.

Агрегат
Мощность= 80 кВт.
Частота вращения n=1494 об/мин fn = 24.91 Гц,
Лопаточная частота компрессора fb= 224.2 Гц (рабочие колеса компрессора имеют по 9 рабочих лопаток).
Точки измерения (ТИ)
Подшипник компрессора со стороны привода, поперечное направление.

Вибрационные признаки
Сравнительно высокий уровень лопаточной гармоники компрессора fb. Кроме того, боковые гармоники с шагом равным частоте вращения вала fn .


Рис.19.2. Спектр виброскорости. Анализ проведен с использованием окна Ханна, без использования анализа огибающей.

Механическая причина

      Высокий уровень лопаточной гармоники связан с турбулентностью в рабочем тракте компрессора и с проблемами динамики рабочего тела, протекающего через компрессор, из-за дополнительных препятствий на входе в рабочее колесо компрессора. Такие явления сопровождаются срывным обтеканием рабочих лопаток. В этом случае характер взаимодействия потока и рабочих лопаток становится ударным, что приводит к появлению гармоник с частотой "следования" лопаток (лопаточным гармоникам).
      Частота лопаточных гармоник определяется как: fb = n (число лопаток) х fn (частота вращения). При совпадении числа лопаток и числа источников срыва потока на диаметре рабочего колеса компрессора наблюдается явление так называемого параметрического резонанса потока.
      Боковые гармоники являются следствием радиального и осевого взаимодействия потока в ступенях рабочего колеса компрессора.

Проведенные мероприятия по устранению

      Локализация и устранение источников (очагов) турбулентности потока на входе в компрессор. Корректировка сборки ротора компрессора в части более правильной центровки ступений относительно друг друга.

20. Пример резонанса № 1

Рис. 20.1. Экспериментальная дробилка Немецкой горнорудной академии.

Агрегат
Мощность = 50кВт.
fn = 6.67-35.00 Гц.
n= 400-2100 об/мин.
Точки измерения (ТИ)
Подшипник дробилки со стороны свободного конца, поперечное направление.

Вибрационные признаки
Амплитуда вибрации резко возрастает, начиная с частоты вращения 1730 об/мин, при этом фаза меняется на 180°.

Рис.20.2. Диаграмма Боде и фазовая диаграмма, полученные при пуске-останове агрегата. Измеряемый вибрационный параметр- виброскорость. (На диаграмме- Резонанс ротора на частоте 1730 об/мин)

Механическая причина

      Экспериментальный ротор дробилки имел несколько меньший диаметр, что привело к снижению 1-й критической скорости ротора(частота вращения 1730 об/мин), которая попала в рабочий частотный диапазон. Это и привело к скачку уровня вибрации именно начиная с указанной частоты.

Проведенные мероприятия по устранению

      Проведение балансировки ротора на более высоких частотах вращения, установка более жесткого ротора, для того, чтобы сдвинуть его критическую частоту в более высокочастотную область, за рамки рабочего частотного диапазона.

21. Пример резонанса № 2

Рис. 21.1. Агрегат для распиливания гранита. Диаметр алмазного круга D= 1200 мм

Агрегат
Мощность = 55кВт.
t1 = 20- количество зубьев ведущей шестерни.
t2 = 40- количество зубьев ведомой шестерни.
f1 = 24.93 Гц. n1= 1496 об/мин.
f2 = 12.47 Гц. n2= 748 об/мин.
Точки измерения (ТИ)
Корпус редуктора, осевое направление.

Вибрационные признаки
Резкое увеличение вибрации на частоте f2 , равной 610 об/мин и в диапазоне оборотов 710-760 об/мин на диаграмме "старт-стоп"

Рис. 21.2. Диаграмма Боде и фазовая диаграмма, полученные при пуске-оставе агрегата. Измеряемый вибрационный параметр- виброскорость. (На диаграмме- 748 об/мин- номинальная частота вращения алмазного диска).

Механическая причина

      Номинальная частота вращения диска (748 об/мин) расположена как раз в диапазоне резонанса ротора (критической частоты вращения- 710-760 об/мин). Это приводит к увеличению вибрационной нагрузки на алмазный круг и существенно увеличивает скорость его износа.

Проведенные мероприятия по устранению

      Изменение рабочей частоты вращения с помощью изменения частоты вращения эл.двигателя для избежания работы в области резонанса ротора, или использование передачи с другим передаточным отношением (отношение 20:40 слишком велико) для изменения рабочей частоты вращения в более высокочастотную область.

Приложение 1. ОКНА ВЗВЕШИВАНИЯ,
применяемые для спектрального анализа вибрационных сигналов.

Таблица 1. Основные параметры "окон взвешивания", применяемых для спектрального анализа вибрации.

Название окна
Макс. уровень боковых лепестков, -дБ от главного
Эквивалентная ширина главного лепестка функции окна
Коэффициент передачи по мощности
Макс. искажение уровня из-за "просачивания" мощности в боковые лепестки, дБ
1 Прямоугольное
- 13
1
0,88
1
- 3,922
2 Треугольное
- 26
1,33
1,28
0,4902
- 1,823
3 Косинус
- 23
1,23
1,20
-,64
- 2,10
4 Ханна
- 32
1,50
1,44
0,5
- 1,424
5 Хамминга
- 42
1,36
1,30
0,54
- 1,752
6 Чебышева
- 50
1,51
1,44
0,527
- 1,675
7 Гаусса
- 64
1,90
1,79
0,388
- 1,021
8 Кайзера-Бесселя
- 70
1,778
1,69
0,4138
- 1,037
9 ФЛЭТ- ТОП
- 80
3,006
2,987
0,2594
- 0,1
10 Блэкман-Харрис(3-го порядка)
- 71
1,704
1,619
0,424
- 1,135
11 Блэкман-Харрис(4-го порядка)
- 98
1,976
1,871
0,364
- 0,85
12 Блэкман-Харрис улучшенное(4-го порядка)
- 80
1,906
1,808
0,378
- 0,91
13 Экспоненциальное (1/е)
 
1,082
0,921
0,638
- 3,656
14 Экспоненциальное (1/е2)
 
1,313
1,023
0,441
- 3,03
15 Экспоненциальное (1/е3)
 
1,657
1,163
0,326
- 2,35
16 Экспоненциальное (1/е4)
 
2,074
1,358
0,255
- 1,767

Таблица 2. Сравнение функций различных окон взвешивания.

Название окна
Вид окна во временной области
Вид окна в частотной области
Разрешение по частоте 2-х пиков(разность уровней - 50 дБ)
Макс. уровень боковых лепестков, - дБ от главного лепестка
Скорость спадания боковых лепестков, дБ/октава
Эквивалентная ширина главного лепестка функции окна
Полная
-3 дБ от макс.
1Прямоугольное
- 13
6
1
0,88
2 Треугольное
-26
12
1,33
1,28
3 Косинус
-23
12
1,23
1,20
4 Ханна (Cos2)
-32
18
1,50
1,44
5 Cos3
-39
24
1,73
1,66
6 Хамминга
- 42
6 дБ/окт.в диапаз.5 f
1,36
1,30
7 Cos4
- 48
30
1,94
1,86
8 (Cos2) х exp
нет
18 монотонно убывающая
2,02
1,87
9 Чебышева
-50
0
1,51
1,44
10 Гаусса
-64
26
1,90
1,79
11 Кайзера-Бесселя
-70
38,5
1,80
1,71

Таблица 3. Особенности применения некоторых "окон взвешивания".

Прямоугольное-
Применяется для анализа переходных (импульсных) процессов, когда "просачивание энергии" в боковые лепестки не имеет особого значения, или когда частота исследуемого сигнала точно совмещена со средней частотой окна (например при синхронизации от ударного молотка при испытаниях конструкций).
Ханна (Ханнинга)-
Наиболее часто применяемое окно, представляет собой наиболее оптимальный компромисс между разрешением по частоте и "энергией просачивания" в боковые лепестки. Очень часто применяется для анализа шума и исследования частотных характеристик в широком диапазоне частот.
Гаусса-
Одно из первых "окон взвешивания" получивших практическое применение в анализе сигналов. Особенностью этого окна является максимальная энергия сосредоточенная в главном лепестке. Наилучшее применение- детектирование (выделение основного) сигнала.
Кайзера-Бесселя -
Максимально из всех существующих окон подавляет боковые лепестки, имея при этом приемлемую ширину основного лепестка. Имеет классическое применение в спектральном анализе сигналов. Наилучшим образом подходит для разделения 2-х близко расположенных спектральных пиков, имеющих большую разницу в уровнях (широкий динамический диапазон измерений).
Флэт-Топ -
Разработано для получения максимальной точности измерения уровней периодических сигналов. Наилучшее применение- гармонический анализ машин и механизмов.
Блэкмана-Харриса-
Окно, которое имеет полную сходимость (затухание боковых лепестков) в 3-м или 4-м порядке. Позволяет очень быстро рассчитывать спектральные оценки сигналов, что особенно важно при проведении испытаний конструкций на вибростенде.
Экспоненциальное 1, 2, 3, 4 -
Обеспечивает различную степень "демфирования" сигнала-отклика при испытаниях с помощью импульсного (ударного) воздействия. При правильной настройке позволяет без искажений отцифровать затухающий сигнал в пределах окна.

Дополнительная литература

1. Марпл-мл. С.Л. Цифровой спектральный анализ и его приложения: Пер. с англ. - М.: Мир, 1990.

 
 Ваши отзывы и предложения ждем по адресу: mail@vibration.ru Cайт поддерживается ООО «ИНКОТЕС»