Техническая диагностика

СТРАТЕГИИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ОБОРУДОВАНИЯ

1. Обслуживание по отказам. Основная стратегия до 50-х годов ХХ века. Суть стратегии состоит в том, что замена отказавших деталей осуществлялась только после отказа оборудования, выхода его из строя в случайные моменты времени. Трудоемкость восстановления в этом случае тоже величина случайная.

Достоинства: Обеспечивается почти полное использование ресурса отдельных деталей, так как элементы эксплуатируются до отказа.

Недостатки: 1) Сложные системы (трубопроводы) невозможно обслуживать по данной стратегии, так как это опасно, убыточно, влечет за собой длительный простой оборудования. 2) Показатель безотказности остается низким в связи с отсутствием работ по предотвращению отказов. 3) Аварийный ремонт сопровождается большими материальными издержками.

В настоящее время обслуживание по отказам применяется ограниченно, только в определенных областях. Например, при эксплуатации погружных электроцентробежных насосов, долот.

2. Планово-предупредительный ремонт (ППР) - ремонт, при котором периодичность, последовательность и объем ремонтных работ регламентируется нормативно-технической документацией, независимо от технического состояния оборудования через заранее назначенные промежутки времени. ППР осуществляется в соответствии с планом-графиком, например:

где    ТО – техническое обслуживание;

СР – средний ремонт;

КР – капитальный ремонт.

ППР – главная стратегия эксплуатации с 1960-х гг. до 2000 г. До перестройки ППР был удобен, так как запасных деталей много, проблем с заменой износившихся узлов нет.

Данная стратегия имеет 2 разновидности: с учетом наработки до отказа в межремонтном периоде и без учета наработки до отказа. В первом случае возникает необходимость корректировки графиков ППР.

По этой стратегии при планировании используют календарный и регламентный методы. Календарный метод заключается в проведении ТО в зависимости от срока службы оборудования, то есть календарного времени их эксплуатации. Этот метод применяется для оборудования, находящегося в эксплуатации в режиме ожидания (задвижки, вентиляторы). Регламентный метод состоит в проведении ТО по достижении определенной наработки, при которой происходит выработка ресурса.

Достоинства: 1) способствует поддержанию работоспособности оборудования и предупреждает выход его из строя. 2) Ликвидирует стихийность ремонтных работ. 3) Обеспечивает планомерную работу ремонтных служб предприятий, своевременную подготовку необходимых трудовых и материальных ресурсов.

Недостатки: 1) ППР – избыточен, так как заранее неизвестно, как часто будет эксплуатироваться данный агрегат. 2) Низкий коэффициент использования деталей из-за частых снятий. 3) Недоиспользование индивидуальных ресурсов подавляющего большинства деталей.

3. Эксплуатация по техническому состоянию – эксплуатация, при которой решение о сроках и виде обслуживания осуществляется на основе данных непрерывного или периодического контроля. Бригада ремонтников осматривает агрегат и если его состояние неудовлетворительное, то есть приближающееся к какому-либо предельному уровню, то, выяснив причины, устраняет неисправности. То есть это направленный ремонт.

В настоящее время в ОАО «Татнефть» данная стратегия является основной, так как эксплуатация по техническому состоянию – радикальный путь повышения надежности и эффективности использования узлов и деталей оборудования.

При этом значительно сокращаются трудозатраты на обслуживание, сокращается расход дорогостоящих узлов и деталей. Средняя наработка деталей узлов между заменами увеличивается в 1,5-2 раза, удельные приведенные затраты на техобслуживание и ремонт сокращаются в 1,5 раза.

Стратегия эксплуатации по техническому состоянию может иметь 2 разновидности: Первая характерна для ремонта по потребности без диагностирования состояния агрегата, когда имеются параметрические отклонения выше допустимого. Вторая – для ремонта по потребности с диагностированием состояния или дефектовкой, когда отклонения фактического значения параметра состояния равно предельно допустимому. 

Недостатки: необходимо иметь квалифицированный персонал, который занимается осмотром агрегатов, иметь специальное диагностическое оборудование.

        

ФОРМЫ ОРГАНИЗАЦИИ РЕМОНТА

1. Ремонт своими силами. Раньше такая форма использовалась часто. Однако такая организация требует наличия необходимого для ремонта оборудования.

2. Сервисное обслуживание. На сегодняшний день – это основная форма организации ремонта. Она позволяет сократить затраты на эксплуатацию, так как в сервисе уже имеется оборудование для ремонта.

3. Фирменное обслуживание применяется в том случае, если оборудование уникальное.

ВИБРОДИАГНОСТИКА

Вибрационная диагностика - метод диагностирования технических систем и оборудования, основанный на анализе параметров вибрации, либо создаваемой работающим оборудованием, либо являющейся вторичной вибрацией, обусловленной структурой исследуемого объекта. Вибродиагностика решает задачи по выявлению причин повышенного уровня вибрации агрегатов и обнаружению скрытых дефектов конструкций. Это основной метод контроля состояния машин (теоретически исправная машина не вибрирует). Вибродиагностика проводится специалистами с помощью приборов, которые позволяют достоверно определить характер и степень вибрации, а затем причины этих проявлений.

Основные положения

Колебания – малые движения вокруг положения равновесия. Колебательные движения широко распространены, являются сутью всей механики. Различают:

· Свободные колебания – колебания под действием внутренней силы, возвращающей тело в исходное положение. К таким силам относятся сила тяжести, сила упругости, сила сопротивления. В реальных условиях свободные колебания всегда затухающие. Ярким примером свободных колебания является колебания груза, прикреплённого к пружине, или груза, подвешенного на нити.

· Вынужденные колебания – колебания, протекающие в системе под влиянием внешнего периодического воздействия. Такие колебания имеют незатухающий характер. Неизбежные потери энергии на трение компенсируются подводом энергии от внешнего источника периодически действующей силы. Примеры вынужденных колебаний: колебания иглы швейной машины, поршня в цилиндре автомобильного двигателя

· Автоколебания - незатухающие колебания под действием непериодических внешних сил (сил постоянного характера), причём амплитуда и период колебаний определяются свойствами самой системы. Примерами автоколебания могут служить колебания, совершаемые маятником часов. В этом случае сила действует вниз, а маятник качается.

· Параметрические - колебания, которые вызываются изменением параметров системы (например, массы).

Резонанс - явление резкого возрастания амплитуды вынужденных колебаний, которое наступает при приближении частоты внешнего воздействия к одной из собственных частот конструкции. Это явление наблюдается при выбеге электродвигателя, раскрученного вхолостую. В определенный момент начинают дребезжать стекла, затем по мере снижения оборотов ротора начинают вибрировать трубы, начинает ходить пол. Любая система рано или поздно становится резонансной.

Биения –  явление, возникающее при наложении двух гармонических колебаний близкой частоты и выражающееся в периодическом уменьшении и увеличении амплитуды суммарного сигнала. Частота изменения амплитуды суммарного сигнала равна разности частот двух исходных сигналов.

Биения возникают от того, что один из двух сигналов постоянно отстаёт от другого по фазе и в те моменты, когда колебания происходят синфазно, суммарный сигнал оказывается усилен, а в те моменты, когда два сигнала оказываются в противофазе, они взаимно гасят друг друга. Эти моменты периодически сменяют друг друга, по мере того как нарастает отставание  (Рис.1).

Рис. 1. График колебаний при биениях

Биения звука можно слышать при настройке струнного музыкального инструмента по камертону. Если частота струны незначительно отличается от частоты камертона, то слышно, что звук пульсирует — это и есть биения. Струну нужно подтягивать или ослаблять так, чтобы частота биений уменьшалась. При совпадении высоты звука с эталонным биения полностью исчезают. Биения звука также можно услышать при игре на музыкальных инструментах, например пианино или гитаре, когда различной высоты звуки создают интервалы и многозвучия (аккорды).

Еще биения возникают при одновременной работе 2-х вентиляторов, двигателей, на насосных агрегатах с асинхронными двигателями при наличии одновременно механической и электромагнитной неисправности. Так как частота вращения двигателя 49 Гц, а частота питающей сети 50Гц и при наличии неисправностей возникают биения с частотой 1Гц.

Рассмотрим свободные колебания струны, закрепленной по концам (Рис. 2). Если отклонить струну от положения равновесия по синусоиде, то форма колебаний будет сохраняться, такая форма называется собственной формой. Частоты, на которых реализуются собственные формы колебаний, называются собственными частотами (гармониками).

Рис. 2. Собственные формы колебаний струны.

Основной тон – это первая собственная частота f₁,

Вторая собственная частота f₂=2*f₁,

Третья собственная частота f₃=3*f₁.

Например, при отклонении струны арфы ее форма далека от синусоидальной (ближе к треугольной), но ее можно представить в виде суммы синусов, разложенных в ряд Фурье. При этом спектр колебаний будет таким, как показано на рис. 3.

   А

                                                       

      f₁               f₂                 f₅       f

Рис. 3. Спектр колебаний струны

Амплитуда основного тона намного больше второй и третьей гармоник. Набор всех гармоник дает тембр инструмента. У каждого музыкального инструмента свой тембр.

Рассмотрим явление резонанса на примере останова двигателя (Рис. 4).

t, c

t_рез

_выбег

t_рез

   _разгон     

                              f₁    f_рез        f_раб                  f, Гц

         Рис. 4. Зависимость времени работы от частоты

При разгоне двигатель быстро проходит резонансные частоты и время резонанса t_рез маленькое, двигатель не успевает сильно раскачаться. При выбеге нет тормоза, существует большая инерция, поэтому двигатель выключается долго. Значит, время прохождения резонансных частот t_рез при останове намного больше, чем при разгоне. Следовательно, двигатель сильно вибрирует и может разрушиться. Чтобы этого избежать, необходимо резко затормозить.

Если рабочая частота меньше основной, то есть f_раб<f₁, конструкция жесткая. В таких конструкциях резонанса нет, однако их используют редко, так как в них возникают проблемы с подшипниками (их приходится часто менять).

Основные неисправности насосного

оборудования

Насосный агрегат собирается на раме, которая в свою очередь крепится на фундаменте. В процессе эксплуатации под действием вибрации происходит расслабление соединений, появляются трещины.

Причины расслабления:

- релаксация соединений;

- присутствие загрязнений на соединениях;

- шероховатость – со временем происходит срезание вершин;

- коррозия – под воздействием внешних условий(вода, кислород и т.д.) происходит разрушение оборудования.

Для устранения расслабления соединений проверяют затяжку болтовых соединений гаечным ключом, молотком или виброметром. Виброметр – это прибор предназначенный для контроля и регистрации виброскорости, виброускорения, амплитуды и частоты синусоидальных колебаний различных объектов. Если соединения не расслаблены, то это одно целое и вибрация должна быть примерно одинакова. Если вибрация разная, то необходима подтягивать.

Причины трещин:

- механические усилия: при сборки агрегата возможно соединение деталей с натягом, тогда прибегают к механическим усилиям. Чтобы обеспечить хорошую посадку деталей, но при этом возникают небольшие трещины, которые впоследствии увеличиваются. Например, в трещины попадает вода, а при снижении температуры происходит набуханием материала;

- усталость: если напряжения в металле малы, то он проработает долгое время (при большом запасе прочности). Прибор показывает колебания: если трещин нет, то синусоидальная кривая будет ровной, а если есть, то нет.

Обычно трещины появляются на раме агрегата. Рама бывает мягкой и жесткой. Если резонансная частота агрегата меньше рабочей частоты (f_рез<f_раб), рама мягкая, если наоборот, то жесткая. Если рама мягкая, то трещины появляются на самой раме, если жесткая, то на лапах насоса, на двигателе. Для устранения трещин на раму приваривают пластинку. Стараются использовать мягкие рамы. На мягкой раме редко выходят из строя подшипники, нет трещин на корпусе эксплуатирующих машин, но рама сама быстро старится (срок службы 5-10 лет).

Кавитация – еще одна из причин вибрации центробежных насосов. В передней части насоса создается разряжение и насос засасывает воду, так образуются пузырьки, которые прилипают к поверхности рабочего колеса, когда сила удерживающая этот пузырек становится меньше, чем сила потока, то он отрывается, унося с собой 2-3 молекулы металла. Таким образом, на лопастях рабочего колеса появляются раковины, происходит выкрашивание.

При переходе от нормального режима работы насоса к режиму с газовой кавитацией происходит резкое возрастание вибрации, которое становится менее интенсивным в области паровой кавитации. Газовая кавитация вызывает рост вибрации, в основном, в диапазоне частот 1…10 кГц. Начальные стадии паровой вибрации проявляются в диапазоне 5…30кГц и выше, а ее дальнейшее развитие приводит к возбуждению интенсивной вибрации во всем звуковом диапазоне частот.

Подшипники качения

Подшипники качения – это узел, требующий постоянного контроля.

Подшипники зарубежной фирмы SKF, являются самыми точными и имеют широкой распространение.

Эффект бриннеллирования: для бриннеллирования подшипников характерны щелчки или стуки, частота которых примерно в два раза меньше частоты вращения колеса, поскольку ролики движутся медленнее.

Бринеллирование является следствием действия больших сил, вдавливающих тела качения (шарики или ролики) в кольцо подшипника. При этом на дорожке образуются углубления. Бринеллирование вызывает вибрация, действующая на корпусную деталь, в которую установлен подшипник или вращающийся вал. Внешним признаком бринеллирования является наличие на поверхности беговой дорожки подшипника небольших вмятин, делающих ее похожей на стиральную доску. Работа дефектного подшипника сопровождается сильным шумом низкого тона. Бринеллирование можно предотвратить, используя при установки подшипника только давление вместо ударов. Если ударных нагрузок невозможно избежать как при установки, так и в процессе эксплуатации, тогда необходимо использовать подшипники, предназначенные для более высоких нагрузок.

Подшипники качения, имеющие повреждения на дорожках, телах качения или сепараторе генерируют силы, которые передаются на внешний корпус подшипника и окружающую его конструкцию. Эти силы могут быть по своей природе периодическими, непериодическими или случайными и часто проявляются на высоких частотах вибрации.
        Дефекты подшипника проявляются на характерных частотах, одни из которых связаны с его геометрическими параметрами, а другие являются чисто случайными. Например, вибрационные характеристики, показанные на рисунке, были сняты на машине с неисправным шариковым подшипником. Как видно на графике, в спектре ускорения проявляются высокочастотные составляющие.

График зависимости энергии импульсов от времени показывает, насколько высокочастотные вибрации подшипника нерегулярны или случайны по своей природе. Подобные графики, полученные с помощью виброанализатора, позволяют оценить "скачки" амплитуды и частоты.
      Подшипник с дефектами может генерировать вибрацию на 4-х типах частот:

- на роторных частотах, кратных частоте вращения;

- на собственных частотах;

- на суммарных и разностных частотах;

- на случайных частотах.

Рис. 5. Вибропараметры поврежденного подшипника:

а) зависимость энергии пиков от времени;

б) спектр виброускорения.

Надежная работа подшипников качения невозможна без соответствующего смазывания, которое препятствует непосредственному контакту между телами качения, дорожками качения и сепараторами. Смазочный материал также препятствует износу и защищает поверхности подшипника от коррозии. Поэтому выбор оптимального смазочного материала и способа смазывания не менее важен, чем правильное обслуживание. Выбор смазочного материала зависит, главным образом, от условий эксплуатации, т.е. диапазона температур и скоростей вращения, а также влияния окружающей среды. Оптимальные температурные условия достигаются тогда, когда для надежной работы подшипника требуется минимальное количество смазочного материала. Однако, когда смазочный материал выполняет дополнительные функции, такие как уплотнение или отвод тепла, может потребоваться его дополнительное количество.

Износ подшипника сопровождается выкрашиванием поверхностей беговых дорожек и шариков. В результате, перекатывание шариков сопровождается многочисленными хаотическими ударами, что приводит к появлению вибрации в широком диапазоне частот 200…1000Гц. Вибрация радиальная нестабильная, временами может исчезать и зависит от нагрузки.

Подшипник скольжения

Подшипники скольжения могут быть неразъемными и разъемными. В первом случае в узел подшипника входят цельный корпус, втулка и соединительная деталь, а во втором — разъемный корпус, два вкладыша и соединительная деталь. Втулку или вкладыши изготовляют, как правило, из антифрикционного материала. Соединительной деталью могут служить вал, палец, цапфа, короткий валик.

При сборке подшипников скольжения важно добиться точности геометрических размеров и хорошего состояния трущихся поверхностей деталей, а у многоопорных валов, кроме того, соосности и минимальной ступенчатости подшипников, а также достаточно полного прилегания шеек вала к несущей (рабочей) части подшипника.

При замене отдельных втулок неразъемных подшипников новыми, чтобы не производить дополнительную обработку отверстия втулки после ее запрессовки в корпус (шабрением, разверткой или чистовой расточкой), необходимо:

• точно выдержать натяг. При слишком большом натяге форма отверстия втулки искажается. Это может привести к тому, что прилегание шейки вала к подшипнику окажется неудовлетворительным, а зазор «на масло» в подшипнике будет слишком мал;

• втулку перед запрессовкой в корпус сориентировать так, чтобы отверстия в ней, служащие для подвода смазки в подшипник, совпали с аналогичными отверстиями в корпусе;

• монтаж втулки в корпусе желательно выполнять, нагревая корпус или охлаждая втулку, если чертежом предусмотрен значительный натяг. При выполнении этой операции вручную или при помощи пресса нужно применять хотя бы несложные приспособления, обеспечивающие направление усилия строго по оси втулки и предотвращающие ее перекашивание. После запрессовки втулка должна быть закреплена от проворачивания (штифтом, винтом, резьбовым стопором и т.п.), если такое крепление предусмотрено чертежом.

Увеличение зазоров ведет к возможности смещения положения вала в процессе работы. Вал «гуляет» в подшипнике. Вибрация радиальная, неустойчивая во времени; растет с увеличением нагрузки. В спекторе вибрации много гармоник оборотной частоты, являющихся следствием периодических ударов вала о вкладыш. При значительном увеличении зазоров горизонтальная вибрация подшипников может существенно уменьшиться – шейка вала не достает до стенок вкладышей. При этом вертикальная вибрация превышает горизонтальную. Характерный спектр такого дефекта показан на рисунке.

Рис. 6. Спектр вибрации агрегата с увеличенным зазором в подшипнике скольжения

Увеличенный натяг вкладышей: вал сильно зажимается. Появляется радиальная вибрация на частоте, превышающей оборотную в несколько раз. Уровень вибрация зависит от нагрузки. Подшипник греется. При замене подшипника скольжения необходимо сделать контрольный пуск агрегата, чтобы проконтролировать возможный дефект, ввиду возможности тяжелой аварии за счет перегрева подшипника скольжения и расплавления баббита.

Нарушение режима смазки подшипника скольжения: вибрация наблюдается на частотах от одной пятой до половины оборотной частоты, радиальная, неустойчивая во времени, зависит от вязкости масла, температуры. Явление достаточно редкое на нефтепромысловых предприятиях.

Изменение геометрии подшипника скольжения. В процессе работы агрегата вследствие износа возможно появление эллипсности шейки вала. В результате за один оборот ротор дважды поднимается и дважды опускается, что ведет к появлению вибрации на частоте, равной двойной оборотной. Вибрация радиальная, преобладает по вертикали, со временем может, как увеличиваться, так и уменьшаться. Вибрация, в основном, только на дефектном подшипнике, на другие не передается. Возможно образование и более сложных поверхностей с соответствующим изменением частоты.

 Момент пуска – самый плохой момент, так как первые обороты происходят без смазки. Перед пуском открывают крышку агрегата и орошают маслом узлы для облегчения пуска.

Резонанс

Это явление очень хорошо наблюдается на БКНС при выбеге электродвигателя, раскрученного вхолостую. В некоторый момент начинают интенсивно дребезжать стекла, затем по мере снижения оборотов начинают вибрировать трубы и батареи отопления, затем начинает ходить пол и т.д. Работа насосного агрегата в режиме резонанса губительна для агрегата.

Другим примером вынуждающих сил являются электромагнитные силы, возникающие вследствие эксцентриситета, допущенного при сборке машины, отклонений формы поверхности статора и ротора и др. Параметры возмущающих сил зависят от параметров магнитной системы, частоты вращения, числа зубцов ротора и статора, технологических дефектов изготовления и сборки магнитной системы. Характерным признаком электромагнитной неуравновешенности является наличие в спектре всплесков на частотах кратных 50 Гц /50,100,150../.

Методы борьбы с резонансом:

- менять частоту двигателя или менять частоту системы. Существуют частотные преобразователи, которые задают частоту двигателю. По цене такие же, как и сам двигатель, но установка таких преобразователей позволяет экономить, так как срок службы увеличивается в 2 и более раз.

- изменение конструкции: увеличение жесткости - f_соб станет больше (наварить пластины); вырезание пластины - f_соб станет меньше; увеличение/уменьшение массы (увеличить массу можно насыпав песка, но это не длительное мероприятие, поэтому приваривают груз).

- динамический гаситель колебаний или антивибраторы применяются в машинах работающих в установившихся режимах для отстройки от резонансных частот. Динамические гасители могут быть выполнены в виде упругого или физического маятника.

Рис. 7. Упругий динамический гаситель

Рассмотрим простейший упругий динамический гаситель. Принцип действия динамического гасителя заключается в создании гасителем силы направленной противоположно возмущающей силе. Настройка динамического гасителя заключается в подборе его собственной частоты: собственная частота гасителя должна быть равна частоте тех колебаний, амплитуду которых необходимо уменьшить («погасить»).

ЦЕНТРОВКА НАСОСНЫХ АГРЕГАТОВ

При работе роторных агрегатов уровень вибрации во многом зависит от правильного сопряжения роторов, входящих в состав агрегата. Роторы должны быть расположены так, чтобы их оси вращения являлись продолжением друг друга без смещения и излома в плоскости сопряжения.

Прогибы роторов насосов и электродвигателей, используемых в  нефтегазодобывающей промышленности, несущественны. Оси вращения роторов насосных агрегатов представляют собой прямые линии, которые должны совпадать. Роторы, валы, для которых выполняется это условие, называют соосными.

Нарушение соосности валов ведет к возникновению многих нежелательных последствий:

- повышенные нагрузки на подшипники, ведущие к преждевременному выходу их из строя;

- преждевременный износ муфт;

- преждевременный износ уплотнений;

- повышенная вибрация;

- преждевременный износ фундаментов;

- повышенное потребление энергии.

Отклонение от соосности осей вращения роторов агрегата называют расцентровкой. Несоосность характеризуется двумя параметрами: углом между осями вращения роторов (угловая расцентровка) и смещением одной оси относительно другой в плоскости сопряжения роторов (радиальная расцентровка).

Центровка — тонкая заключительная сборочная операция, поэтому на стадии ремонта необходимо выявить и устранить все неисправности агрегата и причины расцентровки.

Центровка считается правильной, если значения угловой и радиальной расцентровок (отклонений от соосности) не превышают допустимых значений. Допускаемые отклонения от соосности во многом зависят от конструкции используемой муфты и угловой скорости вращения роторов.

Центровка - тонкая работа 10-100мкм, требуется высокая квалификация (точность смещения одного вала от другого 40-100 мкм).

При поставке агрегированных насосов эту работу выполняет завод-изготовитель. Однако центровка агрегата может нарушиться при транспортировке, а также при деформации тонкостенной фундаментной плиты в результате старения металла или при неравномерном прилегании ее к фундаменту. Схема нарушения соосности валов приведена на рис. 8. В первом случае оси вала смещены в горизонтальной или вертикальной плоскостях, оставаясь при этом параллельными, во втором — они скрещиваются. В обоих случаях, если отклонения превышают определенные величины, агрегат работает ненормально: появляется шум, вибрация, возрастает потребляемая мощность, греются подшипники и муфта. Детали насоса и электродвигателя при такой работе изнашиваются в несколько раз быстрее обычного.

Рис. 8. Схема нарушения соосности валов.

Приборы для центровки: 1.«Гусак». При повороте муфт зазор между двумя гусаками должен оставаться постоянным. При повороте га проволоку действует сила тяжести и получается большая ошибка. Также можно вращать полумуфту тогда сила тяжести не будет действовать.

2. Лазерные приборы используются для центровки оборудования с высокими требованиями на соосность валов. Отклонения от соосности при этом измеряются с точностью 1 мкм. Главным недостатком является дороговизна такого оборудования.

Причины расцентровки:

- просадка подшипников;

- изменение температуры по сезонам, в результате чего, почва либо проседает, либо разбухает и следовательно агрегаты перекашиваются. При изменении температуры необходимо проверить центровку;

- расслабление креплений агрегата;

- проведение работ на агрегате, связанных с разработкой и последующей сборкой узлов, например, замена подшипника.

Признаки расцентровки:

- вибрация на двигателе и на насосе;

- с увеличением нагрузки растет вибрация, с уменьшением – вибрация падает.

-вибрация на оборотной стороне. При больших расцентровках появляется вторая и третья оборотная частота (меньше f_об).

Расцентровка является одной из основных причин повышенной вибрации агрегатов. По результатам исследований было выявлено: причины возникновения вибрации в отечественных электромашинах распределяются следующим образом:

- неуравновешенность – 50 %

- плохая центровка – 30 %

- механические дефекты (кроме центровки) – 17 %

- электромагнитные и прочие – 3 %

Таким образом, несоосность валов агрегатов является одной из наиболее часто встречающихся неисправностей. Однако неисправность, «расцентровка валов», следует рассматривать на только как причину возникновения повышенной вибрации и повышенного износа. Радиальное и угловое смещение осей, как правило, является результатом появления других неисправностей. Такими неисправностями, например, могут быть износ вкладышей подшипников, тепловые деформации подшипников опор, ослабления жесткости фундаментной рамы, разрушение фундамента и т.д. Регулярный контроль соосности валов поможет значительно увеличить срок службы работы агрегата.

 Устранение:

- для центровки по вертикали используют подкладывание под агрегат специальных калибровочных пластин.

- для центровки по горизонтали используют специальные механизмы с шагом резьбы 2,5 мм. Для того чтобы подвинуть агрегат на 1 мм необходимо повернуть на (10/25)*360^о = 144^о.

ДИСБАЛАНС РОТОРА

Вибрации, возникающие при работе машин и механизмов, создают дополнительные нагрузки на детали, увеличивают их износ, снижают срок службы изделий, оказывают неблагоприятное физиологическое воздействие на организм человека. В процессе изготовления и эксплуатации деталей и узлов возникают условия, нарушающие симметрию и приводящие к неуравновешенности. Для уменьшения неуравновешенности при изготовлении, ремонте, эксплуатации производят балансировку тел вращения путем изменения их массы или геометрии.

Если имеется противодействие вращению то подшипник не ощущает вращения, и сели возникает неуравновешенность то возникает сила кот раскачивает машину:

где d – дисбаланс (дебаланс).

Существует 5 классов точности балансировки по ГОСТ. Наши машины относятся ко 2 классу точности балансировки, но сейчас делают по 3 классу из за сильного шума.

Качество балансировки сильно влияет на работу машины.

Для балансировки детали в двигателе шлифуют, убирают массу, затем тщательно балансируют и «красная» зона становиться рабочей, следовательно и возрастает скорость.

При изготовлении на заводе производят балансировку, но через некоторое время эксплуатации возникает дисбаланс.

Причины возникновения дисбаланса:

Нагрев двигателя. В пазах находится медная проволока (обмотка) – стержни ротора. При нагреве ( когда двигатель перегрет) медь расширяясь выходит из пазов. При охлаждении назад может на вернуться так как  не дойдя в обратное положение сдвинулась с места, вследствие чего возникает дисбаланс. Перегрев (перегрузка) на агрегатах возникают при частых пусках. В момент пуска подается большой ток, который в сотни раз больше обычного и обмотка нагревается до большой температуры около 60^о  С. Если двигатель не запускается с первого раза, автоматикой он отключается или запускается заново, если опять не запустился нагрев уже до 100^о С, с третьего раза ротор запускается но температура уже 180^о С. Любой пуск является стрессом для двигателя, по возможности нужно обеспечить как можно меньше пусков. Для этого используют муфты, если необходимо дать нагрузку то через муфту включается агрегат, если же нагрузка не нужна то муфту разъединяют а двигатель при этом не выключают. Ресурс двигателя составляет примерно 3000 пусков. Разрешается  2 холодных пуска, если не запустился, третий пуск запрещен, о также один горячий пуск, если не запускается то необходимо выявить причину, о в это время запустить резервный. Время остывания двигателя: t_ост = 3 ч.

ДИСБАЛАНС НАСОСА

  Одним из самых отрицательных явлений сказываемых на дисбалансе насосов являются длительные простои. Некоторые насосы не сливают жидкость, следовательно, скорость коррозии разная, вследствие чего после замены масла возникает сильная вибрация при пуске. Поэтому необходимо время от времени проворачивать ротор насоса, о также добавлять ингибиторы коррозии.

Для балансировки можно применить метод трех пусков. Данный способ применяют в тех случаях, когда отметку фазы получить нельзя. При этом используют виброизмерительную аппаратуру для определения амплитуды колебаний корпуса или бесконтактные датчики, измеряющие перемещения ротора. При первом запуске определяем амплитуду  вибрации с начальным (исходным) дисбалансом ротора. Затем в плоскости коррекции устанавливаем пробную массу , запускаем ротор и определяем новую амплитуду колебаний корпуса. Эту операцию повторяем еще 2 раза, устанавливая  на одном и том же радиусе, но под различными углами. Полученным трем амплитудам присваиваются номера в следующей зависимости: A1>A2, A1>A3. После этого строим векторную диаграмму дисбалансов (рис. 9.) .

                                     

Рис. 9. Векторная диаграмма дисбалансов при способе трех пусков

Получаем систему треугольников, в каждом из которых неизвестна одна сторона Ап, но стороны равны между собой и пропорциональны. На основании теоремы косинусов:

А₁²=А₀²+А_п² – 2А₀А_пcos;                                                                    (1)

A₂²=А₀²+А_п² – 2А₀А_пcos( – );                                                          (2)

A₃²=А₀²+А_п² – 2А₀А_пcos( - ).                                                          (3)

где  - угол между первым и вторым положением пробной массы;

 - угол между первым и третьим положением пробной массы;

 Угловое положение  для постановки корректирующей массы относительно положения первой пробной массы (в том же направлении, по которому отмечают,  и ) определяем по зависимости полученной из первых трех выражений:

;                              (4)   

Величину А_n находим после подстановки значения  в одно из тех же выражений, или из их разности:

;                                                               (5)

на основании чего находим и величину корректирующей массы из соотношения

.                                                                                           (6)

Если балансировку выполнять удалением массы , то место коррекции находят под углом  + 180°.

Признаки дисбаланса:

1. Вибрация локальная (например, вибрация только на насосе, если дисбаланс насоса).

2. Вибрация строго на оборотной частоте (одна линия).

3. Стабильность вибрации ( А и φ постоянны). То есть производя замеры раз за разом эти величины изменяются не более чем на 5 % то есть не значительные колебания.

4. С увеличением нагрузки, вибрация фактически уменьшается.

Существуют гибкие и жесткие роторы. У гибких роторов имеется зона нечувствительности, то есть вешать груз при балансировке не достаточно. Поэтому для балансировки гибкого ротора необходимо воспользоваться услугами специалиста.

МУФТЫ

Применение муфт вызвано необходимостью:

- получения длинных валов, изготовляемых из отдельных частей, компенсации небольших неточностей монтажа в относительном расположении соединяемых валов;

- придания валам некоторой относительной подвижности во время работы (малые смещения и перекос геометрических осей валов);

- включения и выключения отдельных узлов;

- автоматического соединения и разъединения валов в зависимости от пройденного пути, направления передачи вращения, угловой скорости, т. е. выполнения функций автоматического управления;

- уменьшение динамических нагрузок.

Современные машины состоят из ряда отдельных частей с входными и выходными концами валов, которые соединяют с помощью муфт.

Муфта, рассчитанная на передачу определённого вращающего момента, поэтому является одним из ответственных узлов. Существует около 30 разных типов. Муфты часто являются источниками вибрации.

Упругая втулочно-пальцевая муфта (рис.10). У упругой муфты имеются стальные пальцы 1 на которые установлены эластичные (резиновые, кожаные и т. п.) втулки 2. Эластичные элементы позволяют компенсировать незначительные осевые (для малых муфт 1—5 мм; для больших муфт 2—15 мм), радиальные (0,2—0,6 мм) и угловые (до 30') смещения валов. Упругие втулочно-пальцевые муфты обладают хорошей эластичностью, высокой демпфирующей и электроизоляционной способностью, просты в изготовлении, надежны в работе. Находят широкое применение, особенно для соединения электродвигателей с исполнительными механизмами (машинами) при d< 150 мм. Материал полумуфт — сталь 35, 35Л или чугун СЧ25; пальцы изготовляют из стали 45.

Рис. 10. Муфта упругая втулочно-пальцевая.

1 — пальцы; 2 — эластичные втулки.

Коническая посадка осуществляет прочную посадку, эластичная втулка нужна для смягчения и компенсации погрешности изготовления.

Все пальцы должны одинаково нести нагрузку.  Если данное условие выполняется, то на подшипник не будет ничего действовать, будет передаваться только вращающий момент. Если работает только один палец,  то сила передается на подшипник, и происходит раскачивание агрегата.

При эксплуатации муфт возникают дефекты, например: резиновая втулка истирается. Её заменяют куском шланга, но так как он жестче, он не может компенсировать нагрузку, вследствие чего агрегат начинает плохо работать.  Также в плохой работе агрегата имеет место непарность полумуфт. На заводе одну муфту разрезают и получают две полумуфты. После того как насос вышел из строя его могут заменить резервным, и на нем будет другая полумуфта, такая же но немного не подходит, и возможно даже не схождение отверстий. Если получилось не схождение, производят запуск, затем замер вибрации, проворачивают на 1/8 оборота, затем заново запуск, замер вибрации, проворачивают на 1/8 оборота и т.д. Проделывают это 8 раз и находят более хорошее положение для полумуфт.

«Вредное качество» у полумуфт: какая бы плохая полумуфта не была, со временем она начинает хорошо работать – эффект притирания (втулка размягчается,  силы переносятся и распределяются).

Перед разборкой необходимо пометить, какой палец, где стоял и каким боком.  Если муфта не устанавливается руками без применения инструмента, значит хорошо работать она не будет, напряжение пройдет где-то через месяц.  

Пальцы в муфте должны быть одинаковыми, не должны отличаться по массе друг от друга больше чем на 2 грамма. На практике часто встречаются пальцы один короче другого.

Признаки дефектов в муфте: (такие же как при расцентровке)

- вибрация с обеих стороны (на двигателе и насосе)

- присутствует оборотная составляющая (возможны 2 и 3 гармоники)

- вибрация растет с увеличением нагрузкой.

Как же различить дефекты муфты от рацентровки? Центровку можно проверять приборами контроля, а у муфты выбирают 2 хороших пальца, примерно одинаковые, и собирают муфту на этих пальцах расположив их друг напротив друга (должно сесть только от руки, без молотка) и запускают агрегат. Если дело было в муфте, то вибрация падает в несколько раз.

Упругие муфты должны иметь небольшой люфт. Если люфт большой то будет большой износ, если люфта нет, то это могут быть очень упругие элементы.

Допуск на качество центровки этих муфт составляет 200-300 мкм.

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ НЕИСПРАВНОСТИ

На насосных и компрессорных станциях, для привода агрегатов используют трехфазный ток. Для двигателей большой мощности используют ток напряжением 6000 В. К двигателю подходят три провода питания. Важной необходимостью является то, что сила тока и напряжение в этих трех проводах должны быть одинаковы. Но встречаются неравномерности этих параметров.

 Причины разнообразия:

-   двигатель имеет дефекты;

-  нагрузка в линии плохо распределяется, следовательно появляется вибрация с частотой колебаний электрического тока 50, 100, 150, 200, 250 Гц.

При этом f ≈ 50 Гц ( не ровно 50, погрешность 0,1  %).

У асинхронных двигателей частота вращения меньше 50,  и составляет примерно 48,5; 47 Гц, в результате чего происходит так называемое скольжение (отставание).

Если на спектрограмме видно, что вибрация возникает на частотах 50,  100, 150 и т.д., то это означает что имеются электромагнитные неисправности.

Причины электромагнитных неисправностей:

- оборваны стержни;

- проседание подшипников электродвигателя (нарушение воздушного зазора).

После ремонта воздушный зазор стараются сделать равномерным, но в процессе эксплуатации его равномерность вновь нарушается. Для определения неисправности производится замер выбега электродвигателя. Разбирают муфту и запускают двигатель вхолостую. В это время, на приборах замеряют параметры разгона (выбега). Двигатель запущен, ставим датчик вибрации в том направлении, в котором возникает самая большая вибрация. Далее двигатель выключают, обороты падают, происходит и падение вибрации (теоретически должна упасть до нуля), но такое возможно только при жесткой раме, у нас же, рама мягкая, следовательно, будет резонанс, и вибрация будет со скачками (Рис. 11).

Если при отключении двигателя вибрация начинает резко падать, значит, неисправность механическая, т.к. еще не чего не изменилось, а если двигатель только отключили, обороты еще не упали, а вибрация при этом резко снизилась, значит, неисправность электромагнитная.

 Рис. 11. Падение вибрации при выбеге электродвигателя. 1 – теоретически  величина вибрации на жесткой раме; 2 – механическая вибрация на мягкой раме; 3 – электромагнитная вибрация на мягкой раме.

Диагностирование агрегата

Для диагностики агрегата необходимо спланировать свои действия, то есть составить план обследования и диагностирования агрегата. Существуют приборы, в которые можно загрузить маршруты диагностирования агрегата и они сами укажут в какие места необходимо установить датчики и какие необходимо произвести замеры. Затем по полученным данным в более спокойной обстановке можно произвести анализ данных и сделать соответствующие выводы и предписания.

Действия диагноста должны быть выверены, в соответствии с нормами предприятия, необходимо каждое свое измерение документировать (каким прибором производился замер параметров, аттестация прибора и т.д.), также необходимо указывать использованные нормы при проверке. Это поможет в дальнейшем разобраться в ошибках, сформулировать алгоритмы диагностирования, уточнить таблицы неисправностей. На каждый тип агрегата необходимо составлять диагностические таблицы с неисправностями и их характерными признаками. Для каждой неисправности желательно иметь алгоритм по его распознаванию. Чтобы облегчить запись данных необходимо заранее составить формы документов с графами и аккуратно заполнить полученные данные.

Основными задачами технического диагностирования является:

- Оценка состояния опор (осмотр состояния рамы или фундамента агрегата: если будут обнаружены дефекты, то их необходимо заменить или если возможно, то устранить дефекты);

- Оценка общего состояния агрегатов и состоянию отдельных узлов;

- Выявление дефектов, неисправностей агрегата и узлов. Выяснить откуда появляется вибрация: на насосе или двигателе. Если на двигателе или на насосе, то это механические неисправности: дисбаланс, деформация подшипников, задевание, расслабление соединений;

- Прогнозирование остаточного ресурса узлов агрегата;

- Прогнозирование времени и вида очередного обслуживания;

Рекомендуем посмотреть лекцию "Виды рекламных носителей".

- Выработка рекомендаций и заключений о возможности дальнейшей эксплуатации данного агрегата.

Основой технического диагностирования агрегатов является вибродиагностика – диагностирование состояния агрегата по измерениям параметров вибрации его узлов. На интуитивном уровне этот метод используется всеми механиками: о состоянии машины судят по уровню его вибрации и шума. Уровень вибрации агрегата связан с такими эксплуатационными параметрами, как наработка на отказ, межремонтный период и т.д. Наряду с вибродиагностикой используется некоторые другие, прямые или косвенные измерения параметров, определяющих работу узлов агрегата (определение КПД насоса, замер расцентровки агрегата, биение вала и др.).

В зависимости от глубины решаемых задач при проведении диагностического обследования, разделяют вибродиагностику первого, второго и третьего уровней:

Первый уровень – оценка состояния агрегата в целом, соотнесение состояния агрегата (по уровню вибрации) к одному из заранее установленных состояний: «хорошее», «удовлетворительное», «допустимое» и «недопустимое». Диагностирование на этом уровне заключается в сопоставлении замеренных уровней вибрации с уровнями вибраций, установленными ГОСТами, технической документацией, стандартами предприятий;

Второй уровень – оценка состояния отдельных узлов агрегата, включающая в себя: обнаружение дефектов и неисправностей агрегата и его узлов, разработка рекомендаций по улучшению состояния агрегата;

Третий уровень – прогнозирование технического состояния агрегата и его узлов, определение остаточного ресурса и узлов агрегата, планирование времени следующего обслуживания.