WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

В третьей главе определены контрольные точки измерения вибрации, параметры замеров и средства измерения.

Обследованию подвергались консольные насосы в общем количестве единиц. Замеры производились в каждой точке насосного агрегата в горизонтальном, вертикальном и осевом направлении каждые 30 дней в течение года.

Определение технического состояния по вибрационным параметрам производились как по содержанию соответствующей информации в текущий момент времени, так и на основе анализа изменений ее во времени. Был произведен подбор наиболее оптимальных вибропараметров, способствующих выявлению различных видов дефектов. Производился сбор данных в виде спектров (определялось среднеквадратичное значение виброскорости в диапазоне от 3 до 2500 Гц с числом линий в спектре 800 и 1600) и временных сигналов (регистрировался сигнал в режиме ускорения длительностью 160 мс). Для получения стабильной картины результатов на одном и том же насосе измерения повторялись многократно, а результаты подвергались статистической обработке.

В качестве средства измерения был выбран прибор - спектроанализатор фирмы CSI-2120, который позволяет производить сбор, хранение и анализ спектральных данных с дальнейшей их передачей в базу данных MASTERTREND. Программа позволяет создавать цифровые полотна данных формы волны вибросигналов, необходимые для дальнейшей обработки при помощи методов детерминированного хаоса, в частности, создания фазовых портретов.

В четвертой главе приводятся исследования фазовых портретов, полученных на основе форм волны вибросигналов насосных агрегатов с различными видами и степенью развития дефектов подшипников качения.

В данной работе задача сводилась к построению фазовых портретов, характеризующих поведение системы. На основе амплитудно-временных сигналов «элементарных» искусственных сигналов, а затем и реальных сигналов виброускорения строились реконструированные аттракторы. Для этого временная последовательность развертывалась в ряд наборов с последовательно возрастающими сдвигами (разностью фаз). Эти наборы и представляли собой ряд дискретных переменных, необходимых для составления фазового портрета.

Для построения фазовых портретов на основе форм волны вибросигналов была использована программа IMPROS на языке OBJECT PASCAL визуальной среды программирования DELPHI. Внешний вид диалогового окна программы представлен на рисунке 4.

Рисунок 4 - Внешний вид диалогового окна программы IMPROS для построения фазовых портретов Анализ статистических данных, собранных службой вибродиагностики в результате обследований группы НКО одного из НПЗ за последние четыре года, показал, что из всей совокупности дефектов в большинстве случаев только один приводит к аварийной ситуации. При этом, по мере развития, его амплитудные значения вибрации начинают преобладать над остальными. Это влияет на детерминированность сигнала, которая начинает определяться характером этого дефекта и динамикой его развития, что, в свою очередь, определяет вид аттрактора.

Показателем, свидетельствующим о развитии дефекта при построении фазовых портретов, является рост значения масштабного коэффициента, значение которого равно разности максимального и минимального значений амплитуды исследуемой последовательности виброускорения.

Если в роторном оборудовании развивается не один дефект или степень развития дефекта незначительна, то в этом случае фазовый портрет выглядит как шумовой сигнал, пример которого представлен на рисунке 5, а. Для анализа такого фазового портрета требуется разработка рекомендаций по очистке сигнала от шумовой составляющей. С этой целью применялся программный пакет MATLAB 6.0. Объем выборки оцифрованной формы волны при этом должен содержать не менее чем 210 (1024) значений.

Масш.

Масш.

коэф.

коэф.

6,15,б а Рисунок 5 – Фазовый портрет исходного (а) и очищенного от шума (б) сигнала подшипника с раковиной на наружной дорожке качения Для очищения сигнала от шума использовалось дискретное вейвлетпреобразование сигнала (инструментарий программы Wavelet 1-D, вызываемый по команде wavemenu). По результатам спектрального анализа выбиралась частота развивающегося дефекта, характер которого требовалось установить, и, по необходимости, отфильтровывался сигнал в этой области.

Проведенными исследованиями было определено, что идентификация дефектов подшипников по фазовым портретам достигается при следующих параметрах очищения сигнала: тип вейвлета db3, число уровней дискретизации от пяти до восьми. Максимальный уровень дискретизации – одиннадцать, использовался для более точной локализации детерминированной составляющей в определенном частотном диапазоне. В качестве примера на рисунке 6 представлен зашумленный и очищенный сигнал, содержащий дефект подшипника.

а б Рисунок 6 - Исходная (а) и очищенная от шума (б) форма волны (тип вейвлета db3, число уровней дискретизации – восемь) Из рисунка 5, б видно, что при очищении сигнала от шумовой составляющей происходит преобразование фазового портрета в крестообразную форму. Это объясняется тем, что во временном сигнале, содержащем дефекты подшипников, возникают ударные импульсы. Однако при очищении сигнала уменьшается значение масштабного коэффициента, что приводит к снижению истинного значения дефекта. Кроме того, форма фазового портрета в виде крестообразной формы не позволяет определить принадлежность дефекта к какому-либо конструктивному элементу подшипника (сепаратор, тела качения, дорожки качения).

На следующем этапе исследований проводилась оценка возможности определения дефекта подшипника при построении фазового портрета по узкому диапазону высокочастотного ударного импульса.

На рисунке 7 приведена форма волны, представленная в виде зависимости виброускорения от числа оборотов вала (рисунок 7, а) и, для наглядности, в виде зависимости виброускорения от значения выборки сигнала (рисунок 7, б).

Значение виброускорения (G) составляет 9,81 мм/с2.

На рисунке 7, б видны три участка с максимальными всплесками вибрации, помеченные буквой А. Для каждого участка, представленного в виде отдельного диапазона на рисунке 8, был построен соответствующий фазовый портрет, показанный на рисунке 9.

A A A -------9 А ---12 А А -200 400 600 800 0 1 2 3 4 5 6 7 Число оборотов вала Значение выборки сигнала а б Рисунок 7 – Исходная форма волны вибросигнала, полученная с помощью программ MASTERTREND (а) и IMPROS (б) 6 5 2 1 0 --1 --2 ---3 ---4 ---5 ---6 -920 940 960 980 1 240 260 280 300 320 580 600 620 Значение выборки сигнала Значение выборки сигнала Значение выборки сигнала а б в а – 270-300; б – 610-640; в – 950-Рисунок 8 - Узкополосные участки исходной формы волны вибросигнала в а б а – 270-300; б – 610-640; в – 950-Рисунок 9 – Фазовые портреты, построенные по соответствующим узкополосным участкам. Масштабный коэффициент 14,Схожесть формы фазовых портретов, построенных по выделенным ударным импульсам, свидетельствует о том, что в агрегате присутствует процесс с повторяемостью развивающегося дефекта. Поскольку ударные импульсы появляются при различных видах дефектов и при изменении качества смазки, на данном этапе идентификация принадлежности дефекта какому-либо конструкВиброускорение, 1/G, мм / с Виброускорение, 1/G, мм / с Виброускорение, 1/G, мм / с Виброускорение, 1/G, мм / с Виброускорение, 1/G, мм / с тивному элементу подшипника невозможна, а, следовательно, этот подход может быть использован только для контроля состояния узла в течение длительного времени. Данный недостаток можно устранить при дополнительном анализе частоты появления импульсов во временном сигнале.

Зная частоту вращения ротора и время записи вибрационного сигнала, можно определить число импульсов, попавших в исследуемый сигнал. Используя формулы для расчета основных частот подшипниковой вибрации, рассчитываются частоты появления ударных импульсов во временном сигнале для различных конструктивных элементов подшипника и проверяется их наличие в форме волны исходного сигнала. Например, на рисунке 7, а форма волны содержит число импульсов, соответствующих дефекту сепаратора.

Подобным образом были построены фазовые портреты для дефектов других конструктивных элементов подшипника и установлено, что каждый дефект имеет характерную форму фазового портрета. Также необходимо отметить, что по мере развития дефекта форма фазового портрета изменяется. При этом увеличивается значение масштабного коэффициента. Например, на рисунке 10 показано изменение фазовых портретов для дефекта сепаратора после его развития.

б в а а – 115-135; б – 475-495; в – 830-Рисунок 10 - Фазовые портреты, построенные по соответствующим узкополосным участкам. Масштабный коэффициент 24,Данный метод анализа формы волны эффективен на начальной стадии зарождающихся дефектов, когда в вибросигнале шумовая составляющая и импульсы от других видов дефектов проявляются слабо. Он позволяет отметить время зарождения дефекта и служить сигналом для проведения дополнительных обследований агрегата.

Однако очень часто в форме волны вибросигнала отсутствуют явные ударные импульсы, хотя на спектре присутствуют составляющие, характеризующие наличие дефектов в агрегате. В таком случае можно использовать другой подход определения дефектов в подшипниках качения, основанный на сравнении фазового портрета исследуемого насосного агрегата с фазовым портретом, соответствующим предельному состоянию конструктивного элемента.

Для построения фазовых портретов конструктивных элементов подшипников в предельном состоянии были определены значения амплитуды, соответствующие основным частотам подшипниковой вибрации, которые, в свою очередь, были рассчитаны по общеизвестным формулам для подшипников, применяемых на исследуемых агрегатах. На рисунке 11, а показано наложение на спектр сетки частот подшипниковой вибрации, соответствующих дефекту сепаратора. Значение амплитуды пика на частоте 20 Гц (по которому произошло наложение) использовалось для построения «искусственного» спектра (рисунок 11, б), соответствующего этому дефекту.

0. 5 1.0. 4 А А А А А А А А А А А 0. 4 0.0. 3 0. 3 0.0. 2 0. 2 0.0. 1 0.2 0. 1 0. 0 0 50 100 150 200 250 300 50 100 150 200 250 300 Частота, Гц Частота, Гц а б Рисунок 11 – Спектры реального (а) и «искусственного» (б) сигнала с дефектом сепаратора Аналогичным образом были получены «искусственные» спектры остальных дефектов конструктивных элементов подшипника и соответствующие им сигналы с использованием обратного преобразования в программе MATLAB 6.0.

На их основе были построены «элементарные» фазовые портреты, представленные на рисунке 12.

Виброскорость, мм / с Виброскорость, мм / с а б в г Рисунок 12 – Элементарные фазовые портреты «искусственных» сигналов, соответствующие дефектам сепаратора (а), тел качения (б), наружного кольца (в), внутреннего кольца (г) Отработка представленного выше подхода при оценке технического состояния подшипников качения была проведена на основе анализа вибросигнала на конкретном примере с развитым дефектом подшипника. Для этого поочередно складывались реальный сигнал, спектр которого показан на рисунке 13, а, и искусственно созданные сигналы для дефектов конструктивных элементов подшипника с амплитудой, равной величине максимального пика, показанного горизонтальной стрелкой. В качестве примера на рисунке 13, б приведен спектр, полученный сложением реального спектра и спектра «искусственного» сигнала, соответствующего дефекту внутренней дорожки качения. По полученным в результате сложения сигналам были построены фазовые портреты.

По мере необходимости сигналы очищались от основных несущих частот, способствующих зашумлению фазового портрета. Построенные фазовые портреты сравнивались с соответствующими «элементарными» фазовыми портретами. В результате сравнения было определено, что данном случае подшипник содержит дефект внутренней дорожки качения (рисунок 14). Данный вывод был подтвержден в результате визуального осмотра подшипника после остановки агрегата. Фотография дефектного участка представлена на рисунке 15.

3. 3 3. 3. 0 3. 2. 7 2. 2. 4 2. 2. 1 2. 1. 8 1. 1. 5 1. 1. 2 1. 0. 9 0. 0. 6 0. 0. 3 0. 0 0 5 0 0 1 0 0 0 1 5 0 0 2 0 0 0 2 5 0 0 0 5 0 0 1 0 0 0 15 0 0 2 0 0 0 2 5 0 Частота, Гц Частота, Гц а б Рисунок 13 – Спектры вибрации реального (а) и суммированного сигнала (б) а б а - элементарный сигнал; б – суммированный сигнал Рисунок 14 - Фазовые портреты дефектного подшипника.

Масштабный коэффициент 20,Рисунок 15 – Дефект на внутренней дорожке качения Виброускорение, 1/G, мм / с Виброускорение, 1/G, мм / с Данная методика применялась для идентификации дефектов на ранней стадии развития. С этой целью был выбран насосный агрегат с зарождающимся дефектом сепаратора, частоты которого показаны стрелками на рисунке 16.

Периодически проводились замеры вибрации, производилась предварительная очистка сигнала от основных рабочих частот с использованием подобранных ранее параметров очистки (вейвлет Добеши, число дискретизации 11).

При этом шумовая составляющая не исключалась.

1. 0. 0. 0. 0. 0 50 100 150 200 250 Частота, Гц Рисунок 16 – Спектр вибрации с зарождающимся дефектом сепаратора Далее строились фазовые портреты на основе суммы реального и «искусственного» сигнала, соответствующего дефекту сепаратора.

Изменение фазовых портретов в процессе развития дефекта сепаратора показано на рисунке 17. Видно, что фазовый портрет начинает приобретать форму, соответствующую дефекту сепаратора, с момента, когда амплитуда частоты, относящаяся к его вибрации, превышает шумовую составляющую в 2,раза.

Результаты работы легли в основу создания комплексной методики оценки технического состояния подшипников качения центробежных насосных агрегатов, включающей в себя как элементы стандартных методов, так и метода реконструированных фазовых портретов, основанного на применении элементов теории детерминированного хаоса.

Виброскорость, мм / с 0. 2 0. 2 0. 1 0. 1 0. 0 0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0 3 5 Частота, Гц а 0. 2 0. 2 0. 1 0. 1 0. 0 0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0 3 5 Частота, Гц б 0. 2 0. 2 0. 1 0. 1 0. 0 0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0 3 5 Частота, Гц в 0. 2 0. 2 0. 1 0. 1 0. 0 0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0 3 5 Частота, Гц г Рисунок 17 – Спектры и соответствующие им фазовые портреты развивающегося дефекта сепаратора при соотношении амплитуд частот пика к шуму 1,5 (а), 2 (б), 2,5 (в), 4,5 (г) Виброскорость, мм / с Виброкорость, мм / с Виброскорость, мм / с Виброскорость, мм / с

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»