СРАВНИТЕЛЬНЫЕ
ХАРАКТЕРИСТИКИ СБОРЩИКОВ-СПЕКТРОАНАЛИЗАТОРОВ ФИРМ-ПРОИЗВОДИТЕЛЕЙ
Соколов
Д.В., ЗАО "Промсервис"
При
проведении диагностирования вращающегося оборудования по параметрам вибрации,
прежде всего, необходимо получать достоверные измерения виброакустических
сигналов в контрольных точках. Для этого нужно помимо соблюдения правил
установки датчиков использовать приборы-спектроанализаторы, которые отвечают
определенным требованиям.
В настоящее время, ряд российских фирм разрабатывают
и производят оборудование, предназначенное для измерения характеристик
виброакустических сигналов. Имея общее назначение, эти приборы значительно
отличаются между собой по предоставляемым возможностям и удобству в эксплуатации.
Поэтому, перед тем как остановить выбор на том или ином устройстве, необходимо
предварительно провести их сравнительный анализ и оценить в какой мере
удовлетворяют они уровню задач, предъявляемых виброакустической диагностикой.
К необходимым возможностям, которыми должны обладать
приборы, анализирующие вибрацию, относятся:
-
проведение
анализа временных характеристик сигналов и анализа временной развертки
сигналов (режим осциллографа);
-
проведение
спектрального анализа вибрации, т.е. осуществление разделения вибрации
на частотные составляющие в широком диапазоне частот (от долей Герца
до 20 кГц), с возможностью выбора различных частотных поддиапазонов;
-
проведение
спектрального анализа огибающих высокочастотных сигналов вибрации,
с возможность перестройки средней частоты полосового фильтра и выбором
различных пределов частотного диапазона;
-
обеспечение
достаточной разрешающей способности, до 1600 линий/спектр;
-
обеспечение
усреднений по спектральным характеристикам;
-
оценка
выбросов в сигнале вибрации, т. е. определение пик-фактора (отношение
пикового и среднеквадратичного значений);
-
определение
общего уровня вибрации в полосе частот, требуемой стандартами вибрационного
контроля;
-
проведение
измерений по маршруту;
-
возможность
передачи накопленных измерений в компьютер для их дальнейшей обработки.
Дополнительные функции, которыми бы желательно должны
обладать приборы, являются балансировка роторов в собственных опорах,
наличие графического жидкокристаллического дисплея, возможность загрузки
маршрута измерений из компьютера.
На сегодняшний день, наиболее известными и широко представленными
на рынке сборщиками-спектроанализаторами виброакустической информации,
из изготавливаемых в РФ, являются: "ПР-200А" (НТЦ "Приз" г. Москва), "Кварц"
и "Топаз" (ООО "Диамех" г. Москва), "СК-2300" (ИТЦ "Оргтехдиагностика"
г. Москва), "СД-11" (АО "ВАСТ" г. Санкт-Петербург), "СМ-3001" и "ДСА-2001"
(ООО "Инкотес" г. Нижний Новгород), "Диана-2" и "Атлант-8" (ПВФ "Вибро-Центр"
г. Пермь).
Все указанные приборы являются сложными программно-аппаратными
комплексами, созданными на базе микропроцессорных модулей. Использование
микропроцессоров, позволило (при сравнительно небольших размерах) реализовать
в устройствах широкий спектр измерительных и вычислительных возможностей,
проводить различные виды анализа сигналов вибрации, а также рассчитывать
дополнительные параметры виброакустических характеристик (СКЗ, пик-фактор
и т.д.).
Тем не менее, только часть из перечисленных сборщиков-спектроанализаторов
отвечает всем основным требованиям, предъявляемым при проведении вибродиагностики.
Другие устройства обладают необходимыми возможностями лишь частично.
Основные сравнительные характеристики приборов приведены
в таблице 1 (ценовые характеристики приборов не рассматриваются).
Таблица
1.
Характеристика |
ПР-200А
|
СД-11
|
Кварц,
Топаз
|
СК-2300
|
СМ-3001
|
ДСА-2001
|
Атлант-8
|
Диана-2
|
Частотный
диапазон в режиме измерения спектров |
0.05
Гц - 20 кГц
|
0.02
Гц - 25.6 кГц
|
0.3
Гц - 10 кГц
|
0.5
Гц - 20 кГц
|
4
Гц - 20 кГц
|
10
Гц -16 кГц.
|
5
Гц - 5 кГц
|
до
10 кГц
|
Количество
частотных диапазонов |
9
|
11
|
10
|
8
|
7
|
8
|
_
|
_
|
Измерение
спектров огибающих |
есть
|
есть
|
есть
|
есть
|
есть
|
есть
|
нет
|
нет
|
Кличество
отсчетов в спектре |
400
800 1600
|
400
800 1600
|
100
200 400 800 1600
|
400
800 1600 3200
|
200
400 800 1600
|
250
500 1000 2000 2500
|
100
- 3200
|
400
800
|
Количество
каналов для подключения пьезоакселерометров |
2
|
1
|
1
(только свои дат.)
|
2
(только свои дат.)
|
3
|
2
|
8
|
2
|
Количество
каналов подключения датчиков по напряжению |
1
|
1
|
1
|
8
|
3
|
2
|
8
|
_
|
Коммутатор |
-
|
4-16
|
4,8,16
|
-
|
-
|
-
|
-
|
-
|
дополнительные
измерения |
СКЗ,
пик-фактор, режим осциллографа
|
СКЗ,
Пик, Пик-Пик
|
СКЗ,
эксцесс, выбег
|
-
|
Амплитуда
и фаза
|
Кепстр,
корреляция, фазовые характеристики
(20 функций БПФ)
|
_
|
_
|
Балансировка |
есть
|
есть
|
есть
|
есть
|
есть
|
есть
|
есть
|
есть
|
Графический
дисплей |
есть
|
есть
|
есть
|
есть
|
нет
|
есть
|
есть
|
есть
|
Время
работы от аккумуляторов |
8
|
10
|
8
|
8
|
6
|
4
|
4
|
8
|
длина,
мм |
280
|
225
|
180
|
245
|
296
|
315
|
н.д.
|
180
|
ширина,
мм |
135
|
150
|
170
|
165
|
96
|
325
|
н.д.
|
165
|
высота,
мм |
65
|
45
|
75
|
47
|
36
|
110
|
н.д.
|
35
|
Масса,
кг |
1.7
|
1.7
|
1.8
|
2.0
|
1.0
|
4.5
|
6.0
|
1.1
|
Данные таблицы 1 не полностью отражают особенностей
приборов при эксплуатации, и нуждаются в дополнительном пояснении.

Фиг. 1.
Например, анализатор "Диана-2" (фиг. 1) - компактный,
удобный в использовании прибор позволяет синхронно регистрировать вибросигналы
по двум каналам, и по третьему каналу одновременно может проводиться регистрация
сигнала с отметчика фазы. Но, при этом, максимальное частотное разрешение
по спектрам составляет 800 линий. Такого разрешения оказывается не достаточно
при определении ряда дефектов электромагнитной системы электрических машин.
"Диана-2", не измеряет спектры огибающих. Это означает, что в значительной
степени уменьшается возможность прибора выявлять дефектные подшипники,
тем более распознавать конкретные виды неисправностей (например, износ
наружного кольца). Также, частотного диапазона 10 кГц, бывает недостаточно
при диагностировании высокоскоростных машин с мультипликаторами.

Фиг. 2.
Преимуществом виброанализатора СМ-3001 (фиг. 2) по сравнению
с "Диана-2" является взрывозащитное исполнение по классу 1ExibIIAT4, и
измерение вибрации одновременно по 3-м каналам (по двум каналам синхронно,
и последовательно с ними по 3-ему каналу). Могут измеряться СКЗ, АМП,
ПИК-ПИК, спектр огибающей в полосах 3, 6 и 12 кГц. К неудобству в эксплуатации
можно отнести отсутствие графического дисплея, поэтому нельзя, например,
при измерениях отслеживать качество спектральных характеристик, вид которых
является одним из критериев правильной установки датчиков.

Фиг. 3.
Восьмиканальный синхронный регистратор-анализатор вибросигналов
"Атлант-8" (фиг.3) выполнен на базе notebook и измерительного блока. Применение
персонального компьютера позволило существенно улучшить такие характеристики
сборщиков как количество подключаемых каналов (разновидность прибора "Атлант-8М"
имеет 16 входных каналов с последовательным опросом) и внутренний объем
памяти. Но, вместе с тем, появились ограничения на условия эксплуатации.
Например, при использовании в запыленных помещениях, от попадания пыли
может выйти из строя клавиатура. Частотный диапазон, поставляемых с анализатором
вибродатчиков, составляет 5-5000 Гц. Как отмечалось во вступлении, этот
диапазон должен составлять от долей Герц до двадцати килогерц. Это связано
с тем, что как в данном случае, нижний предел частотного диапазона 5 Гц
не позволяет прибору в полном объеме проводить обследование тихоходных
машин, когда частоты вращения валов составляют Герцы, и доли Герц (например,
в бумажной промышленности). Значение границы верх него частотного диапазона
5000 Гц также снижает возможности прибора при диагностировании быстроходных
машин.

Фиг. 4.
Измерительная система ДСА-2001 (фиг.4) еще одно решение
на базе персонального компьютера notebook. Преимуществом данного прибора
по сравнению с "Атлант-8" является взрывобезопасное исполнение по классу
ExibIIA и возможность синхронного измерения по двум каналам. Недостатком
устройства является ограничение частотного диапазона десятью Герцами снизу
и десятью килогерцами сверху. Это, как и в случае "Атлант-8", не позволяет
в полной мере проводить обследование низкооборотных и быстроходных машин.

Фиг. 5.
Следующий виброанализатор - СК-2300 (фиг. 5). Прибор
обладает всем спектром необходимых возможностей для проведения виброакустической
диагностики. Максимальное разрешение в режиме измерения спектров составляет
3200 линий/спектр. Может иметь специальные исполнения для работы во взрывоопасных
зонах класса В1а и В1г с паро-воздушными смесями класса IIа температурных
групп Т1..Т4, а также влагонепроницаемое исполнение (IP68). К неудобствам
в эксплуатации можно отнести необходимость перезагрузки программного обеспечения
в прибор с компьютера, при переходе от режима измерений параметров вибрации
к проведению балансировки. Другой особенностью устройства, способной вызвать
затруднения при проведении измерений, является возможность использования
только поставляемых с прибором датчиков-пьезоакселерометров, которые имеют
площадь основания 14 см2. Это влечет за собой определенные сложности при
постановке датчиков на поверхность с большим радиусом кривизны, или ребра
жесткости и фланцы узлов механических устройств.

Фиг. 6.
СД-11 (фиг. 6) - анализатор, который также реализуюет
весь спектр необходимых возможностей. Дополнительно имеет встроенную справочную
систему по работе с прибором. Помимо основных характеристик позволяет
вычислять СКЗ, пик и пик-пик. Предусмотрена установка автоотключения.
Может поставляться с коммутатором на 4-16 каналов с последовательным опросом.
К недостаткам прибора можно отнести отсутствие модификации во взрывозащищенном
исполнении. Также, нужно отметить, что данный прибор представляет собой
полностью закрытую систему. Это означает, что результаты измерений могут
быть приняты и обработаны в компьютере только программным обеспечением,
представленным разработчиками. Это исключает возможность дополнительного
исследования измеренных характеристик другими программными продуктами,
что в некоторых случаях может оказаться желательным.
Виброанализатор "КВАРЦ" (фиг. 7) и его исполнение в
другом конструктиве "ТОПАЗ" (фиг. 8) позволяют измерять как основные,
так и дополнительные характеристики (эксцесс нижних, верхних частот, разгон/выбег).
Предусмотрен режим измерения ZOOM. Существует модификация "ТОПАЗ-В", которая
представляет собой взрывозащищенный вариант прибора "КВАРЦ" по классу
1ExibsIIAT4X. Приборы могут эксплуатироваться только с пьезоакселерометрами
моделей PA023, PA033, PA034 и PA050. Предусмотрена возможность подключения
четырех, восьми и шестнадцати канальными коммутаторами с последовательным
опросом каналов. Имеется установка автоотключения. Особенностью устройств
является дополнительная загрузка с компьютера программы балансировки.
Другой особенностью виброанализаторов является ограничение соотношения
верхней и нижней частот измеряемых спектров (максимальное значение составляет
100 к 1). На практике это означает, что в ряде случаев появляется необходимость
в проведении дополнительных измерений. Например, при обследовани и многоступенчатого
редуктора, частоты вращения валов последних ступеней могут составлять
доли Герц, например 0.2 Гц, а частоты зубчатых зацеплений десятки Герц,
например 40 Гц. При этом, диапазон измеряемых приборами спектров будет
составлять, 0.1 - 10 Гц и 0.5 - 50 Гц, вместо 0.05 - 50 Гц как в ПР-200А.

Фиг.
9.
Спектроанализатора ПР-200А (фиг. 9), еще один прибор,
реализующий весь перечень необходимых возможностей для проведения вибродиагностики.
Позволяет измерять и анализировать временные и спектральные характеристики,
рассчитывать СКЗ и пик-фактор. Имеет модификацию ПР-200Ex во взрывозащищенном
исполнении по классу 2ExeseIIТ5Х. Программа балансировки не нуждаются
в дополнительной загрузке с компьютера (как в "СК-2300", или "Кварц",
"Топаз"). Основным отличием данного прибора является чрезвычайная простота
в управлении, связанная с отсутствием сложной иерархии вложенных меню,
как в "СК-2300", "СД-11" или "Кварц", "Топаз". Все управление прибором
сводится к нажатию нескольких кнопок. Позволяет проводить пакетный сбор
данных по маршруту. Это означает, что по нажатию одной клавиши все измерения,
которые должны быть проведены в точке, выполняются автоматически (нет
необходимости вручную запускать измерения разных частотных диапазонов,
как это реализовано в других сборщиках).
Со временем, приведенные в примерах спектроанализаторы,
будут безусловно совершенствоваться и претерпевать изменения. Будут меняться
их технические характеристики и функциональные возможности.
|
 |
|
|