Новости Основы Диагностика Средства Литература О сайте

Программное обеспечение для стандартной
оценки технического состояния машин

Стеценко А.А., Бедрий О.И., Долгов Е.А., Стеценко О.А.,
«НТЦ «Диагностика», г. Сумы


При создании полустационарной системы мониторинга и диагностики машин и оборудования, позволяющей периодически оценивать техническое состояние их составных частей, а также прогнозировать остаточный ресурс до предельного состояния необходимо программное обеспечение. В статье дано описание пакета программ, в котором реализован метод оценки интенсивности основных виброакустических источников машин.

Для стандартной оценки технического состояния составных частей машин используются программы: «Спектр», «Управление базой данных», «Паспорт» и «Графика». С их помощь можно производить анализ узкополосных спектров виброскорости и виброускорения, записанных анализаторами-сборщиками данных; создавать и хранить базу данных контролируемых агрегатов; производить оценку технического состояния, а также прогнозирование остаточного ресурса по контролируемым параметрам.

Программа «Спектр» предназначена для проведения анализа узкополосных спектров виброскорости и виброускорения, записанных при помощи анализаторов вибрации-сборщиков данных. В настоящее время программа работает со следующими сборщиками данных: 2900 и 2800 (Larson & Davis); «Топаз» и «Кварц» («Диамех», г. Москва); «АС-3200» (ИТЦ «Вибродиагностика», г. Северодонецк), но может быть адаптирована и под другие анализаторы.

Программа содержит данные по различным объектам контроля: модель агрегата, составные части; точки контроля вибрации; количество рабочих колес и число их лопастей, количество зубчатых колес и число их зубьев; частота вращения ротора составной части объекта; код подшипника (для подшипников качения).

Анализ спектров виброскорости (рис. 1) и виброускорения (рис. 2) производится путем определения интенсивности основных виброакустических источников (авторское свидетельство № 1659761, приоритет 6 апреля 1987 г., патент Украины № 13540 «Способ виброакустической диагностики механизмов», класс G01M7/00). При этом на спектрах производится выделение разными цветами определенных виброакустических источников, таких как гармоники оборотной частоты, субгармоники, полуторные частоты, гармоники лопаточных и зубцовых частот, различные экстремумы спектра (не связанные с частотой вращения), частоты возбуждаемые подшипниками качения (основные и связанные с возникновением в них различных дефектов).

Рис. 1. Анализ спектра виброскорости
Рис. 2. Анализ спектра виброускорения

В программе реализованы различные функции для углубленного анализа спектров, а именно:

  • управляемый курсор с автоматическим определением наименования, уровня и частоты отдельных виброакустических источников;
  • создание сводных таблиц (а также отдельных - таблиц гармоник, экстремумов, лопаточных и зубцовых, подшипниковых частот) по результатам анализа всех виброакустических источников, по всем точкам контроля составной части объекта (табл. 1 и табл. 2);
  • возможность анализа любого частотного диапазона (верхнюю и нижнюю границу частоты можно установить независимо от их значения, установленных на анализаторе-сборщике данных);
  • возможность выделения различного уровня (относительно общего уровня спектра) узкополосных и широкополосных локальных экстремумов;
  • возможность отображения информации (на спектре и в таблицах) в различных единицах измерения: линейные или логарифмические.

Табл. 1. Результирующие таблицы, создаваемые программой «Спектр» при обработке спектра виброскорости
Интенсивность ВАИ
Обьект-4HNN143, Насос, частота-49.6 Признак-V
Предприятие-ОНПЗ, Цех -УКР, № -ЦК1, Обследование-01.01, Дата  - 06.05.01, Время - 11:32:13

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
|Точка| Lv|Lоб|Lоб1|Lоб2|Lоб3|Lпол|Lсг| Lч| Lл|Lлб|Lлк| Lс|Lэ|Lло1|Lло2|Lлб1|Lлб2|Lлб3| Субгармоники |     № Полуторной   |  Частоты   |
|     |   |   |    |    |    |    |   |   |   |   |   |   |  |    |    |    |    |    +--------------+       частоты      |экстремумов,|
|     |   |   |    |    |    |    |   |   |   |   |   |   |  |    |    |    |    |    |0.25 0.33 0.50|                    |     Гц     |
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
|3 - В|100|100|  91|  96|  93|  66| 57| 97| 90| 86| 92| 84| 0|  90|  62|  86|  56|  41|  54   53   49|1,2,3,4,5,6,7,8,9,10|            |
|3 - П|100|100|  89|  98|  89|  69| 57| 98| 89| 83| 90| 90| 0|  89|  45|  79|  46|  40|  52   53   53|1,2,3,4,5,6,7,8,9,10|            |
|3 - О| 92| 91|  83|  89|  84|  64| 51| 89| 77| 73| 78| 82| 0|  77|  47|  70|  46|  40|  49   45   45|1,2,3,4,5,6,7,8,9,10|            |
|4 - В|100|100|  78|  97|  96|  75| 50| 98| 61| 63| 65| 89| 0|  61|  42|  63|  37|  38|  43   47   44|1,2,3,4,5,6,7,8,9,10|            |
|4 - П|100|100|  94|  98|  88|  74| 56| 98| 80| 72| 81| 89| 0|  80|  33|  69|  36|  43|  45   55   45|1,2,3,4,5,6,7,8,9,10|            |
|4 - О| 95| 94|  83|  88|  93|  68| 58| 88| 71| 71| 74| 85| 0|  71|  44|  71|  52|  50|  53   55   52|1,2,3,4,5,6,7,8,9,10|            |
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Гармоники
Обьект-4HNN143, Насос, частота-49.6 Признак-V
Предприятие-ОНПЗ, Цех -УКР, № -ЦК1, Обследование-01.01, Дата  - 06.05.01, Время - 11:32:13

         Точка   1   2   3   4   5   7   8
 3 - Вертикал.  91  96  93  75  77  90  86
 3 - Поперечн.  89  98  89  86  84  89  79
 3 - Осевое     83  89  84  74  74  77  70
 4 - Вертикал.  78  97  96  90  61  61  63
 4 - Поперечн.  94  98  88  86  81  80  69
 4 - Осевое     83  88  93  79  66  71  71

Экстремумы отсутствуют.

Полуторные/субгармоники
Обьект-4HNN143, Насос, частота-49.6 Признак-V
Предприятие-ОНПЗ, Цех -УКР, № -ЦК1, Обследование-01.01, Дата  - 06.05.01, Время - 11:32:13

         Точка 0,25 0,33  0,5  1.5  2.5  3.5  4.5  5.5  6.5  7.5  8.5  9.5 10.5
 3 - Вертикал.   54   53   49   53   59   59   53   58   56   56   53   50   52
 3 - Поперечн.   52   53   53   48   67   61   53   56   59   55   51   46   49
 3 - Осевое      49   45   45   55   60   54   45   46   44   51   54   41   53
 4 - Вертикал.   43   47   44   60   74   67   54   44   40   43   55   56   47
 4 - Поперечн.   45   55   45   59   72   69   61   51   50   47   48   39   42
 4 - Осевое      53   55   52   54   61   61   48   50   50   48   63   48   58
Табл. 2. Результирующие таблицы, создаваемые программой «Спектр» при обработке спектра виброускорения
Интенсивность ВАИ
Обьект-4VRM200/490G, Компрессор, частота-188 Признак-A
Предприятие-ОНПЗ, Цех -УКР, № -ЦК1, Обследование-01.01, Дата  - 03.08.00, Время - 19:02:47
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
|         Точка|  La| Lоб|  Lл| Lлб| Lлк|  Lз| Lзб| Lзк|  Lс|  Lэ| Nmax| Nmaxш| Lло1| Lло2| Lло3| Lлб1| Lлб2| Lлб3|    Частоты   |
|              |    |    |    |    |    |    |    |    |    |    |     |      |     |     |     |     |     |     |экстремумов,Гц|
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
| 5 - Вертикал.| 102|  93|  80|  83|  85|   0|   0|   0| 101|  92|    1|     0|   78|   69|   73|   75|   63|   66|8181.3        |
| 5 - Поперечн.| 105|  96|  79|  79|  82|   0|   0|   0| 102| 100|    1|     0|   76|   72|   71|   62|   66|   71|7812.5        |
| 5 - Осевое   |  85|  83|  83|  64|  83|   0|   0|   0|  80|  76|    1|     0|   83|   63|   48|   62|   51|   48|2243.8        |
| 6 - Вертикал.|  97|  94|  93|  83|  93|   0|   0|   0|  91|  90|    1|     0|   84|   92|   60|   79|   69|   50|4500.0        |
| 6 - Поперечн.|  99|  94|  91|  79|  91|   0|   0|   0|  95|  94|    1|     0|   82|   90|   67|   76|   67|   69|4500.0        |
| 6 - Осевое   |  88|  86|  85|  65|  85|   0|   0|   0|  81|  80|    2|     0|   85|   70|   46|   56|   58|   47|2243.8;4500.0 |
|  В - Неопред.|  85|  82|  80|  69|  80|   0|   0|   0|  83|   0|    0|     0|   79|   69|   55|   61|   53|   49|              |
|  Н - Неопред.|  90|  81|  79|  74|  80|   0|   0|   0|  89|   0|    0|     0|   78|   64|   54|   67|   60|   55|              |
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Гармоники
Обьект-4VRM200/490G, Компрессор, частота-188 Признак-A
Предприятие-ОНПЗ, Цех -УКР, № -ЦК1, Обследование-01.01, Дата  - 03.08.00, Время - 19:02:47
       Точка   1   2   3   7   9  10  12  13  14  15  16  17  18  20  21  22  23  24  27  29  31  36  38  39  40  41  42  43
5 - Вертикал.  70  58  54  69  71  70  78  75  70  68  77  76  72  72  72  85  72  69  73  71  83  73  81  71  85  73  76  75
5 - Поперечн.  62  68  62  75  62  70  76  62  67  71  60  69  64  68  71  83  67  72  83  74  90  71  76  76  91  77  86  83
5 - Осевое     62  58  54  59  55  62  83  62  62  56  59  58  61  56  57  71  53  63  43  48  62  48  50  43  49  45  42  43
6 - Вертикал.  71  58  51  56  64  76  84  79  75  70  84  69  73  68  62  71  79  92  61  57  63  60  53  52  64  51  57  62
6 - Поперечн.  70  67  56  64  71  89  82  76  65  79  75  73  74  78  70  73  70  90  67  65  66  67  72  70  68  66  63  60
6 - Осевое     66  64  44  63  59  68  85  56  62  54  61  59  60  59  57  64  59  70  52  51  50  46  49  43  50  47  47  48
В - Неопред.   72  56  57  60  55  71  79  61  66  54  59  58  59  57  56  60  64  69  47  50  51  55  56  51  56  52  54  52
Н - Неопред.   38  52  56  65  62  68  78  67  57  57  60  60  61  56  57  67  61  64  65  58  53  54  57  53  53  53  57  58
Экстремумы
Обьект-4VRM200/490G, Компрессор, частота-188 Признак-A
Предприятие-ОНПЗ, Цех -УКР, № -ЦК1, Обследование-01.01, Дата  - 03.08.00, Время - 19:02:47
Обычные экстремумы
           Точка  2243.8  4500.0  7812.5  8181.3
5 - Вертикал.       0       0       0      92
5 - Поперечн.       0       0     100       0
5 - Осевое         76       0       0       0
6 - Вертикал.       0      90       0       0
6 - Поперечн.       0      94       0       0
6 - Осевое         77      76       0       0
В - Неопред.        0       0       0       0
Н - Неопред.        0       0       0       0
Широкополосные экстремумы отсутствуют.
Лопаточные
Обьект-4VRM200/490G, Компрессор, частота-188 Признак-A
Предприятие-ОНПЗ, Цех -УКР, № -ЦК1, Обследование-01.01, Дата  - 03.08.00, Время - 19:02:47

         Точка  1.1б1   1.1о  1.1б2  1.2б1   1.2о  1.2б2  1.3б1   1.3о  1.3б2  1.4б1   1.4о  1.4б2
5 - Вертикал.     68     78     75     72     69     63     65     73     66     79     70     77
5 - Поперечн.     76     76     62     67     72     66     65     71     71     72     71     67
5 - Осевое        50     83     62     53     63     51     49     48     48     45     49     45
6 - Вертикал.     74     84     79     79     92     69     50     60     50     58     63     64
6 - Поперечн.     70     82     76     70     90     67     63     67     69     53     54     51
6 - Осевое        58     85     56     59     70     58     48     46     47     50     50     51
В - Неопред.      64     79     61     64     69     53     53     55     49     58     58     58
Н - Неопред.      61     78     67     61     64     60     59     54     55     70     70     67

Все таблицы, по результатам анализа спектров вибрации контролируемого объекта, записываются и хранятся в базе данных, управление которой производится при помощи программы «Управление базой данных». Программа создает многоуровневую иерархическую структуру (рис. 3): предприятие,  установка или цех, объект контроля, составная часть объекта, номер обследования, показатель режима работы, точка контроля, вибрационные характеристики.

Рис. 3. Структура базы данных объектов контроля предприятия

В функции этой программы входят возможности просмотра и редактирования хранящейся в базе данных информации об объектах контроля, а также удаления отдельных записей, как целого объекта, так и его отдельных составных частей или точек контроля.

Программа «Паспорт» позволяет создавать паспорт технического состояния проточной части турбомашин, зубчатых передач и всех подшипниковых опор объектов контроля по нормативным характеристикам (общим уровням виброскорости и виброускорения, в соответствие с требования ДСТУ 3161-95, ДСТУ 3162-95 и ДСТУ 3163-95) для объектов хранящихся в базе данных. Оценка производится по следующим зонам технического состояния: А - «хорошо», В - «приемлемо», С - «допустимо», D - «недопустимо». Кроме этого определяются существенные изменения (т.е. для значений попавших в зону C и D) общих уровней виброскорости и виброускорения, произошедшие в отдельных точках контроля, по сравнению с нормативными значениями.

Программа также позволяет составлять паспорт технического состояния (табл. 3 и табл. 6) всех элементов составных частей объектов контроля по базовым вибрационным характеристикам (определяемым статистическим методом для каждой конкретной модели объекта контроля, в соответствие с требования ДСТУ 3163-95). Оценка производится также как и по нормативным характеристикам. При этом определяются существенные изменения уровней основных виброакустических источников спектров виброскорости (табл. 4 и табл. 7) и виброускорения (табл. 5 и табл. 8), произошедшие в отдельных точках контроля, по сравнению с базовыми значениями.

Для объектов контроля имеющих подшипники качения, составляет паспорт технического состояния этих подшипников (табл. 9) по базовым вибрационным характеристикам, и определяются существенные изменения уровней основных частот возбуждаемых подшипниками качения по сравнению с базовыми значениями (табл. 10 и табл. 11), а также перечень возможных дефектов и степень их развития (табл. 12).

Табл. 3. Паспорт технического состояния турбомашины по базовым вибрационным характеристикам
Обследов.СЧОценка ТСОценка ТС элемента СЧ
По виброскоростиПо виброускорению
ОП1ОП2УПОП3ОП4УП2ОП1ОП2УППЧОП3ОП4УП2
2.1Д СBBC---BBB----
5.1Д DDDD---BCB----
2.1М1DABCBA-BCD-BB-
5.1М2DBCBBDCBCC-BCC
2.1К CBBB---ABBC---
5.1К DCCC---CBBD---
Табл. 4. Существенные изменения основных виброакустических источников спектра виброскорости турбомашины
НаименованиеСЧЭСЧТочкаВибрационные характеристики
LvLобLо1Lо2Lо3LсгLполLчгLсLэ
ЦК-301ДОП11В25
ОП11П25
УП 1О17
УП 2О122014
ОП22В2414
ОП22П179
ЦК-301 КОП11В139
ОП11П1112
УП 1О 9
УП 2О129
ОП22В1010
ЦК-301МОП22В 910
УП23О 9
УП24О 9
ОП44В9141619
ОП44П 1717
Табл. 5. Существенные изменения основных виброакустических источников спектра виброускорения турбомашины
НаименованиеСЧЭСЧТочкаВибрационные характеристики
LvLобLлоLлбLлкLзоLзбLзкLсLэ
ЦК-301ДОП22П119
ЦК-301КОП11В10
ПЧ2В21091114
ПЧ2Н2191918
ЦК-301МУП1О12
ОП22В14
УП23О151114
ОП44П11
Табл. 6. Паспорт технического состояния поршневого компрессора по базовым вибрационным характеристикам
№СЧОценкаЭСЧ
ВиброускорениеВиброскорость
ОП1ОП2ОП3ОП4ОП5ПдКрЦКл1Кл2Кл3Кл4АБОП1ОП2ОП3ОП4ОП5ПдКрЦАБ
303КП СBBBBBА-------СССВВС---
303Ряд1D------ВВСDCD-------BD-
303Ряд2C------BВCCCB-------BC-
303Ряд3D------BВCCCD-------CD-
303Ряд4C------ABCCCC-------BC-
303АБпдC------------B--------C
303АБр D------------C--------D
303АБц D------------В--------D
Табл. 7. Существенные изменения основных виброакустических источников спектра виброскорости поршневого компрессора
НаименованиеСЧЭСЧТочкаВибрационные характеристики
LvLобLо1Lо2Lо3LсгLполLчгLсLэ
303КППдПдО129
ОП11О 10
ОП22В 9
ОП33В 11 9
303Ряд1ЦЦВ 9
ЦЦП1812
303Ряд2ЦЦП 14
ЦЦО11
303Ряд3КрКрП1116
ЦЦП17
303Ряд4ЦЦО 10
Табл. 8. Существенные изменения основных виброакустических источников спектра виброускорения поршневого компрессора
НаименованиеСЧЭСЧТочкаВибрационные характеристики
LаLобLлоLлбLлкLзоLзбLзкLсLэ
303Ряд1КлКл112
КлКл218
КлКл314
КлКл421
303Ряд2КлКл111
КлКл211
КлКл314
303Ряд3КлКл19
КлКл212
КлКл314
КлКл422
303Ряд4КлКл111
КлКл210
КлКл39
КлКл49
Табл. 9. Паспорт технического состояния подшипников качения насосного агрегата по базовым характеристикам
Пл./№Наим.Сост. частьОбследОценкаОпоры
AV
П1 П2П3П4 П1П2П3П4
Коржи ДНС/НПС1/6НПС120/65-750Двигатель04.01CBC--AA--
Коржи ДНС/НПС1/6НПС120/65-750Насос04.01C--CC--AC
Табл. 10. Существенные изменения частот спектра виброускорения, возбуждаемых подшипниками качения, дБ
Пл./№Наим.Сост. частьОбслед.ЭСЧТочкаВибрационные характеристики (A)
LсLткLнLвLдткLдн Lдв Lпн LпвLишLгткLвдLрш
Коржи ДНС/НПС1/6НПС120/65-750Двигатель04.01П22О10
П22В10
Коржи ДНС/НПС1/6НПС120/65-750Насос04.01П33В10
П33П9
П44П9
Табл. 11. Существенные изменения основных частот спектра виброскорости, возбуждаемых подшипниками качения, дБ
Пл./№Наим.Сост. частьОбслед.ЭСЧТочкаВибрационные характеристики (V)
LсLткLнLвLдткLднLдвLпнLпвLишLгткLвдLрш
Коржи ДНС/НПС1/6НПС120/65-750Насос04.01П44В11111211
Табл. 12. Выводы о техническом состоянии подшипников качения насосного агрегата
Пл./№Наим.Сост. частьОбследЭСЧВозможные дефекты
Коржи ДНС/НПС1/6НПС120/65-750Двигатель04.01П1
П2
Превышения отсутствуют
Дефект тел качения
Коржи ДНС/НПС1/6НПС120/65-750Насос04.01П3
П4
Дефект - волнистость дорожек качения
Дефект внутренней обоймы
Перекос наружного кольца

Программа позволяет производить оценку технического состояния одновременно нескольких объектов (для сравнения) или одного объекта по нескольким обследованиям (для выявления тенденций изменения технического состояния).

Программа «Графика» предназначена для наглядного отображения информации, хранящейся в базе данных объектов контроля, а также для прогнозирования остаточного ресурса. Программа позволяет строить контурную, режимную (рис. 4), сравнительную и временную (тренд) характеристики (рис. 5), а также определяет регрессионную зависимость между двумя выбранными параметрами. С помощью данной программы возможно проведение оптимизации режима работы агрегатов, путем анализа зависимостей вибрационного состояния агрегата от основных показателей его режима работы.

Рис. 4. Зависимость суммарного уровня гармоник лопаточной частоты от перепада давления газа для компрессорного агрегата 4VRM200
Рис. 5. Диаграмма изменения во времени составляющих спектра виброскорости подшипника компрессорного агрегата 4VRM200
(общий уровень (белый), первая гармоника (желтый), вторая гармоника (зеленый), третья гармоника (синий), сумарний уровень субгармоник (коричневый)).

Отображение информации о вибрационном состоянии объектов контроля производится в виде диаграмм или графиков. Соединение точек графиков производится с использованием метода линейного регрессионного анализа - подбирается функция, которая имеет минимальную дисперсию, при этом производится отсев промахов. Для расширенного исследования возможен подбор функции любого порядка по указанию пользователя.

Для прогнозирования остаточного ресурса необходимо построить временную характеристику по параметру вибрационного состояния или показателю режима работы имеющему наихудшее значение с точки зрения надежности. Затем Пользователем задается предельное значение выбранного параметра, и программа определит время, при котором это значение будет достигнуто, при условии сохранения закона его изменения (рис. 6).

Рис. 6. График изменения во времени общего уровня виброскорости подшипника компрессорного агрегата 4VRM200, а также определения времени работы до достижения критического значения

Разработанный пакет программ дает возможность автоматизировать трудоемкость процесса обработки, анализа и оценки данных вибрационного обследования машин в соответствии с требованиями ДСТУ 3161, ДСТУ 3162, ДСТУ 3163 и ДСТУ 2826. Полученные данные позволяют с помощью диагностических словарей и специальных регрессионных зависимостей определить перечень вероятных неисправностей и дефектов составных частей машин, прогнозировать их остаточный ресурс и оптимизировать режим работы.



Условные обозначения основных частот возбуждаемых подшипниками качения

Lcчастота вращения сепаратора;
Lткчастота вращения тел качения;
Lнчастота перекатывания тел качения по наружному кольцу;
Lвчастота перекатывания тел качения по внутреннему кольцу;
Lдткчастота, возникающая из-за дефекта формы тела качения;
Lдвчастота, возникающая из-за дефекта формы внутренней дорожки;
Lднчастота, возникающая из-за дефекта формы наружной дорожки;
Lпвчастота, возникающая из-за перекоса внутреннего кольца;
Lпнчастота, возникающая из-за перекоса наружного кольца;
Lишчастота, возникающая из-за дефектов шарика в виде поясков износа;
Lгткчастота, возникающая из-за гранности тел качения;
Lвдчастота, возникающая из-за волнистости дорожек качения;
Lршчастота, возникающая из-за резонанса шарика.
 
 Ваши отзывы и предложения ждем по адресу: mail@vibration.ru Cайт поддерживается ООО «ИНКОТЕС», 2025