Вибрации и колебания в машинах и механизмах


Презентация изнутри:

Слайд 0

Директор по маркетингу и сбыту, к.т.н. Романов Р.А. Вибрации и колебания в машинах и механизмах


Слайд 1

Вибрации и колебания в машинах и механизмах. Вибрацией - (от лат. vibratio - колебание) называют механические колебания в машинах или механизмах. Колебание - движение или изменение состояния, обладающие той или иной степенью повторяемости или периодичностью. Вибрация - эффективный диагностический сигнал колебательные силы возникают непосредственно в месте появления дефекта, а машина «прозрачна» для вибрации вибрация содержит максимальный объём диагностической информации диагностировать можно на месте, без разборки и остановки оборудования


Слайд 2

ГОСТ 24346-80 Вибрация: термины и определения Вибрация – движение точки или механической системы, при котором происходят колебания характеризующих его скалярных величин. Механические колебания – колебания значений кинематической или динамической величины, характеризующей механическую систему Виброперемещение (мкм) - составляющая перемещения, описывающая вибрацию Виброскорость (мм/c) - производная виброперемещения по времени Виброускорение (м/c2) - производная виброскорости по времени Единицы измерения


Слайд 3

Международные единицы измерения


Слайд 4

Величины смещения, скорости и ускорения в стандартных международных единицах связаны следующими уравнениями: 1 м/c2 = 120 дБ виброускорения 1 мм/c = 120 дБ виброскорости 1 мкм = 120 дБ вибросмещения 20 Па = 120 дБ звукового давления Параметры вибрации


Слайд 5

Сила звука (R, дБ)


Слайд 6

Логарифмические единицы дБ – дециБел = 0.1 Бел специальные единицы представления различных физических величин, пришедшие из акустики. Децибелы – аддитивная величина и по определению разница в 20 дБ означает то, что одна величина превышает другую в 10 раз.


Слайд 7

Шкала виброскорости в мм/сек и дБ Логарифмические шкалы и децибелы В технической практике часто применяется логарифмическая шкала частоты, обеспечивающая расширение области низких частот и сжатие области высоких частот и, следовательно, идентичное относительное разрешение по частоте. Логарифмическая шкала также эффективна при графическом представлении амплитуд механических колебаний и к ее преимуществам относится возможность применения относительных единиц при сравнении уровней этих колебаний. Наиболее распространенной относительной единицей, относящейся к логарифмической шкале, является децибел (дБ), определяемый отношением определенного и опорного значений соответствующей величины механических колебаний. Отметим, что для вычисления абсолютных значений из уровней в дБ необходимо определение соответствующего опорного значения.


Слайд 8

Определение уровней в дБ


Слайд 9

Уровень виброскорости в дБ обозначают как VдБ, и определяют его следующим образом: Lv= 20 lg (V/Vo), или     Lv= 20 lg {V/(5х10-8 м/с)} Опорный уровень в 10-9 м/с достаточен для того, чтобы все измерения вибраций машины в децибелах были бы положительными. Указанный стандартизованный опорный уровень соответствует международной системе СИ. Однако он признается в качестве стандарта не во всех станах. Например, в США в качестве опорного берется значение 10-8 м/с. Это приводит к тому, что американские показания для той же виброскорости будут на 20 дБ ниже, чем в СИ. В российских стандартах используется опорный уровень виброскорости 5х10-8 м/с, поэтому российские показания Lv еще на 14 дБ ниже американских. Таким образом, децибел - это логарифмическая относительная единица амплитуды колебаний, которая позволяет легко проводить сравнительные измерения. Любое увеличение уровня на 6 дБ соответствует удвоению амплитуды, независимо от исходного значения. Аналогично, любое изменение уровня на 20 дБ означает рост амплитуды в десять раз.


Слайд 10

Самый простой вид вибрации - это колебание или повторяющееся движение объекта около положения равновесия. Этот тип вибрации называется общей вибрацией, потому что тело перемещается как единое целое и все его части имеют одинаковую по величине и направлению скорость. Положением равновесия называют такое положение, в котором тело находится в состоянии покоя или положение которое оно займет, если сумма действующих на него сил равна нулю Колебательное движение твердого тела может быть полностью описано в виде комбинации шести простейших типов движения: поступательного в трех взаимно перпендикулярных направлениях (х, у, z в декартовых координатах) и вращательного относительно трех взаимно перпендикулярных осей (Ох, Оу, Оz). Любое сложное перемещение тела можно разложить на эти шесть составляющих. Поэтому о таких телах говорят, что они имеют шесть степеней свободы. Простейшее гармоническое колебание Вибрация - это механические колебания тела.


Слайд 11

Параметры вибрации Перемещение – контроль низкооборотных механизмов Виброскорость – мониторинг, нормы вибрации широкого класса механизмов. Конструкционные дефекты Ускорение – контроль и диагностика подшипников, высокооборотные машины


Слайд 12

Вибрация в технике


Слайд 13

Колебательные силы в механизмах.


Слайд 14

Т - период колебаний. F - частота колебаний, = 1/Т.    ? = F х 60,     где F- частота в Гц, т.к. в минуте 60 секунд. Период колебаний - наименьший интервал времени, через который при периодических колебаниях (вибрации) повторяется каждое значение колеблющейся величины (характеризующей вибрацию). В зависимости от быстроты колебаний, период измеряют в секундах или миллисекундах.   Частота колебаний - величина обратная периоду, определяет количество циклов колебания за период, она измеряется в герцах (1Гц= 1/секунду). Когда рассматриваются вращающиеся машины, то частота основного колебания соответствует частоте вращения, которая измеряется в об/мин (1/мин) и определяется как:


Слайд 15

Соотношения между параметрами Соотношения для синусоидальной вибрации между перемещением, скоростью и ускорением S = Sм sin(?t) V = Sм ?cos(?t) A = -Sм ??sin(?t) где ?=2?F – угловая частота Пример. На частоте 50 Гц перемещению S=1мм соответствует скорость V=31см/с и ускорение A=99м/с2. Номограмма


Слайд 16

Максимальная Амплитуда (Пик) - это максимальное отклонение от нулевой точки, или от положения равновесия. (Хпик)    Среднеквадратическое значение амплитуды (СКЗ) равно квадратному корню из среднего квадрата амплитуды колебания. Для синусоидальной волны СКЗ в 1,41 раза меньше пикового значение, однако такое соотношение справедливо только для данного Случая. Размах (Пик-Пик) - это разница между положительным и отрицательным пиками (Хразмах). Для синусоидального колебания размах в точности равен удвоенной пиковой амплитуде, так как временная реализация в этом случае симметрична. Для описания и измерения механических вибраций используются следующие понятия:


Слайд 17

Параметры вибрации = = Среднеквадратическое значение амплитуды (СКЗ) равно квадратному корню из среднего квадрата амплитуды колебания Для синусоидальной волны СКЗ в 1,41 раза меньше пикового значение, однако такое соотношение справедливо только для данного случая.


Слайд 18

- Среднее значение, связанное с временным развитием механических колебаний - Пик-фактор (амплитудный коэффициент), числовое значение которого тем больше, чем больше выражен импульсный или случайный характер колебаний Для описания и измерения механических вибраций используются следующие понятия: Для синусоидальной волны


Слайд 19

Пик-фактор - один из параметров вибрации, который нельзя получить путем анализа спектра, однако он служит хорошим индикатором степени износа подшипников. Величина пик-фактора определяется как отношение пикового значения вибрации к ее среднему квадратическому значению (СКЗ). Ее легко можно измерить с помощью виброметров, имеющих данный режим. Использование пик-фактора для оценки состояния подшипников заключается в периодическом измерении его величины и в отслеживании ее изменений во времени


Слайд 20

Изменение величины пик-фактора в процессе развития дефектов 0


Слайд 21

Параметры вибрации - фаза Задержка 1/4 периода = сдвигу по фазе на 90 градусов Фаза - мера относительного сдвига во времени двух синусоидальных колебаний Перемещение, скорость и ускорение колеблющейся точки отличаются по фазе на 90


Слайд 22

Параметры вибрации. Сложная вибрация. Полигармоническая вибрация Случайная вибрация Ударные импульсы


Слайд 23

Тренды


Слайд 24

Развитие дефектов в процессе эксплуатации роторного оборудования


Слайд 25

Методы вибродиагностики. СКЗ виброскорости. Данный метод позволяет выявлять дефекты подшипников на самых последних стадиях их развития, начиная, примерно, с середины третьего этапа развития дефекта, когда общий уровень вибрации значительно вырастет. Требует минимальных технических затрат и не требует специального обучения персонала. Спектр вибросигнала. Данный метод применяется на практике достаточно часто, т. к. позволяет выявлять, наряду с диагностикой подшипников, большое количество других дефектов оборудования. Этот метод позволяет начинать диагностику дефектов подшипников примерно с середины второго этапа развития дефектов, когда энергия резонансных колебаний вырастет настолько, что будет заметна в общей картине частотного распределения всей мощности вибросигнала. Для реализации данного метода необходим хороший спектроанализатор и подготовленный персонал. Соотношение пик / фон вибросигнала. HFD ( High Freguency Detection - метод обнаружения высокочастотного сигнала ), SPM ( Shock Pulse Measurement - метод измерения ударных импульсов ), SE ( Spike Energy - метод измерения энергии импульса ), Лучшие разновидности данного метода позволяют выявлять дефекты подшипников качения на достаточно ранних стадиях, начиная примерно с конца первого этапа развития. Приборы, реализующие данный метод диагностики достаточно простые и недорогие. Спектр огибающей сигнала. Данный метод позволяет выявлять дефекты подшипников на самых ранних стадиях, начиная примерно с первой трети первого этапа. Технология  PeakVue. По сравнению с техникой демодуляции и другими аналоговыми технологиями, которые не могут определить такие дефекты на столь ранней стадии их возникновения – а иногда не могут и вовсе их определить, технология PeakVue не только даёт наиболее раннее предупреждение о возникшей проблеме, она также количественно определяет степень развития дефекта. Прочие методы. Анализ акустического шума.


Слайд 26

Примерные критерии оценки вибрационного состояния машин различных типов Класс 1 - Отдельные части двигателей и машин, соединенные с агрегатом и работающие в обычном для них режиме (серийные электрические моторы мощностью до 15 кВт являются типичными машинами этой категории). Класс 2 - Машины средней величины (типовые электромоторы мощностью от 15 до 875 кВт) без специальных фундаментов, жестко установленные двигатели или машины (до 300 кВт) на специальных фундаментах. Класс 3 - Мощные первичные двигатели и другие мощные машины с вращающимися массами, уста­новленные на массивных фундаментах, относительно жестких в направлении измерения вибрации. Класс 4 - Мощные первичные двигатели и другие мощные машины с вращающимися массами, уста­новленные на фундаменты, относительно податливые в направлении измерения вибрации (например, турбогенераторы и газовые турбины с выходной мощностью более 10 МВт). ГОСТ Р ИСО 10816 – Контроль состояния машин по результатам измерений вибрации на невращающихся частях


Слайд 27

Границы зон для машин различных классов


Слайд 28

Объем информации, которую содержит временной сигнал, зависит от продолжительности и разрешения временного сигнала. Продолжительность временного сигнала – это общее время, в течение которого собирают информацию из временного сигнала. Разрешение временного сигнала – это степень детализации временного сигнала, которая определяется количеством точек данных или отсчётов, описывающих сигнал. Чем больше отсчётов, тем более детальным представляется временной сигнал. Что такое временной сигнал? Временной сигнал – это графическое представление уровня вибрации, изменяющегося во времени. Временной сигнал скорости – это диаграмма, которая показывает, каким образом амплитуда виброскорости изменяется в течение определенного периода времени.


Слайд 29

Чтобы обойти ограничения анализа во временной области, обычно на практике применяют частотный, или спектральный, анализ вибрационного сигнала. Если временная реализация есть график во временной области, то спектр - это график в частотной области. Спектральный анализ эквивалентен преобразованию сигнала из временной области в частотную. Частота и время связаны друг с другом следующей зависимостью:     Время= 1/Частота  и Частота= 1/Время


Слайд 30

Что такое спектр вибрации? Спектр – это графическое представление частот, на которых компоненты машины совершают колебания с определенной амплитудой.


Слайд 31

Примечания: 1. Слагаемые гармонические колебания называют гармоническими составляющими. 2. Периодические колебания представляют в виде ряда Фурье, почти периодические - в виде суммы гармонических колебаний с несоизмеримыми частотами, а непериодические колебания - в виде интеграла Фурье, определяющего спектральную плотность Гармонический анализ колебаний (вибрации) - представление анализируемых колебаний (вибрации) в виде суммы гармонических колебаний Спектр колебаний (вибрации) - совокупность соответствующих гармоническим составляющим значений величины, характеризующей колебания (вибрацию), в которой указанные значения располагаются в порядке возрастания частот гармонических составляющих. ГОСТ 24346-80. Вибрация. Термины и определения


Слайд 32

Спектр колебаний (вибрации) Синхронные колебания – это колебания гармонически связанные с рабочей скоростью (с fвр). Несинхронные колебания – это колебания, гармонически не связанные с рабочей скоростью. Для выявления дефектов не приводящих к кратковременному изменению сигнала, используют спектральное представление сигнала, т.е. разложение его на простые составляющие (тональные).


Слайд 33


Слайд 34


Слайд 35


Слайд 36


Слайд 37

Мы определяем более 100 видов дефектов


Слайд 38

Сравнительный анализ методов диагностики подшипников качения по высокочастотной вибрации


Слайд 39

Требования, предъявляемые к приборам, анализирующим вибрацию по ГОСТам. Определять уровень(общий) вибрации в полосе частот, требуемой стандартами вибрационного контроля и в требуемых стандартами единицах измерения. Производить спектральный анализ вибрации Производить анализ колебаний мощности отдельных компонент вибрации, предварительно выделенных из сигнала вибрации, - спектральный анализ огибающей случайного высокочастотного сигнала вибрации. Производить анализ формы сигнала, т.е. анализировать временной сигнал вибрации (работать в режиме осциллографа). Высокая линейность – 0,01%. (на практике достаточно 0,03%, т.е. искажения появляются на уровне – 70 дБ). Частотный диапазон – от 2 Гц до 20 кГц (реже от 0,3 Гц до 40 кГц) Разрешающая способность – от 100 до 800 частотных полос ( в некоторых приборах – до 6 400 и выше) – 1600 полос.


Слайд 40

Виды систем мониторинга и диагностики 1 ПЕРЕНОСНЫЕ (виброметры, сборщики-данных, виброанализаторы) средства измерения доставляются к точке контроля 2 СТЕНДОВЫЕ (системы на базе ПК) датчики устанавливаются на объект временно измерениями управляет оператор 3 СТАЦИОНАРНЫЕ (виброзащиты, мониторинга, диагностики и анализа) датчики устанавливаются на объект постоянно измерениями управляет автомат ВИБРАЦИОННЫЙ МОНИТОРИНГ - распознавание текущего технического состояния  механизма; сравнение параметров вибрации с пороговыми значениями прогноз изменений вибрационных параметров ВИБРАЦИОННАЯ ДИАГНОСТИКА - выявление причин и условий, вызывающих неисправности, и принятие обоснованных решений по их устранению. определение вида и величины каждого дефекта сравнение величины дефекта с пороговыми значениями прогноз развития


Слайд 41

Системы мониторинга и диагностики Мониторинг Диагностика защитный общий общая превентивная (профилактическая) системы аварийной защиты системы контроля и экспертной диагностики системы раннего обнаружения и мониторинг дефектов Четыре основных составляющих методы мониторинга и диагностики методы и средства измерения и анализа сигналов база данных и её обслуживание интеллект (эксперт или искусственный интеллект) Исполнение переносные системы стендовые системы стационарные системы


Слайд 42

Задачи и назначение систем мониторинга и диагностики


Слайд 43

Системы виброконтроля, вибродиагностики и балансировки в собственных опорах (серия «VibroPoint» и «Протон») BALTECH VP-3405 (-2) Протон-СПП Протон-1000 Протон-Баланс BALTECH VP-3410 BALTECH VP-3450 CSI-2140 BALTECH VP-3470


Слайд 44

ООО «Балтех» Россия, Санкт-Петербург, 194044, ул. Чугунная, 40 Тел/Факс (812) 335-00-85 E-mail: info@baltech.ru Internet: www.baltech.ru


×

HTML:





Ссылка: