СПОСОБ ВИБРОДИАГНОСТИКИ МЕХАНИЗМОВ Российский патент 1997 года по МПК G01M7/02 

Изобретение относится к неразрушающему контролю технического состояния электрических машин, насосов, редукторов и т.д. а именно к способам вибродиагностики машинного оборудования.

В настоящее время основным методом вибродиагностики механизмов является метод, использующий статистический подход, при котором проводят спектральный анализ механических колебаний диагностируемого механизма. Известные методы вибродиагностики отличаются друг от друга алгоритмом анализа сигнала вибрации (спектральный, кепстральный анализ, метод огибающей и т.д.), методов обработки результатов анализа (метод опорного спектра), видом обработки (аналоговый, цифровой), видом детектирования сигнала (линейный, квадратичный) и т.п. Совместное применение сложных алгоритмов анализа сигнала и методов обработки результатов анализа вибрационного сигнала исследуемого механизма позволяет решать диагностические задачи и прогнозировать техническое состояние механизма.

Наиболее близки к изобретению является способ вибродиагностики механизма, включающий измерение и анализ сигналов вибрации исследуемого механизма или его узла, сравнение полученного с опорным спектром и определение по их разности технического состояния механизма или его части [1]
Например, увеличение вибрации на двойной оборотной частоте (для подшипников качения) говорит о перекосе подшипника. Сопоставление амплитуд дискретных составляющих экспериментального спектра с опорным спектром позволяет выявить причины и глубину дефектообразования, а сочетание амплитудного анализа с временным позволяет прогнозировать техническое состояние механизма в перспективе.

Недостатком этого способа является низкая надежность выявления источников дефектообразования на ранней стадии зарождения.

Задача изобретения состоит в повышении точности и надежности определения источников и глубины дефектообразования в механизме на ранних стадиях зарождения.

Поставленная задача решается согласно изобретению благодаря тому, что измерение и анализ сигналов вибрации производят дважды, причем во второй раз на фрикционно контактирующие поверхности наносят ультрадисперсный политетрафторэтилен и полученный после анализа спектр используют в качестве опорного.

Предпочтительно добавление ультрадисперсного политетрафторэтилена в смазочный материал исследуемого механизма в количестве 0,01-30 мас.

Способ осуществляют следующим образом.

Записывают спектр вибрации механизма в целом или его узла любым известным способом, например посредством узкополосного спектрального анализатора или третьоктавного анализатора. Затем на фрикционно контактирующие поверхности наносят ультрадисперсный олитетрафторэтилен (УПТФЭ) путем добавления его в смазочный материал или любым другим известным способом. Повторяют операцию спектрального анализа вибрационного сигнала механизма или его узла. Анализируя спектры до и после введения УПТФЭ, выявляются источники дефектообразования как развитые, так и на ранней стадии зарождения. Снижение амплитуды спектральной составляющей подшипникового узла, например оборотной частоты, говорит о наличии разбаланса и/или больших радиальных зазорах подшипников качения. Увеличение амплитуды говорит об отсутствии зарождающихся дефектов.

УПТФЭ представляет собой фторопластовый порошок с размером частиц 0,12-0,59 мм, выпускаемый промышленностью согласно ТУ 0257-001-02698192-95.

Количество вводимого УПТФЭ не оказывает влияния на эффективность вибродиагностики механизма, но от его количества зависит время взаимодействия УПТФЭ с фрикционными парами, т.е. время, после которого целесообразно проводить измерение вибрационных сигналов. Поэтому количество УПТФЭ определяют экспериментально и оно лежит в пределах 0,01-30 мас.

Введение УПТФЭ в зону фрикционного взаимодействия приводит к проявлению положительной обратной связи, заключающейся в том, что в зоне дефекта появляется градиент электростатического поля. УПТФЭ, поляризуемый этим полем, вовлекается в зону дефекта, снижая величину градиента электростатического поля, нейтрализуя зарождающийся или развитый дефект, т.е. УПТФЭ является провоцирующим элементом и в случае снижения амплитуд спектра вибрационного сигнала механизма при добавлении УПТФЭ можно с уверенностью говорить о наличии в механизме дефектов.

Пример 1. Владивостокская ВТЭЦ-2, питательный центробежный насос ПЭ-500-180-2 (ПЭН), мощность 3150 кВт, частота вращения 2985 об/мин. Анализу подвергают подшипник скольжения (концевой) электродвигателя. Выполняют спектральный анализ вибрации спектральным анализатором АИ 012 фирмы "Диамех" в полосе частот 10-1000 Гц по скорости. Затем в смазочный материал вводят 0,05 мас. по весу УПТФЭ. Введение осуществляют в расходную емкость ПЭН в процессе эксплуатации. Повторно осуществляют спектральный анализ. Для диагностирования дефектов сравнивают спектр вибрации концевого подшипникового узла электродвигателя до введения УПТФЭ и спектр вибрации после введения УПТФЭ.

Результаты приведены в табл. 1.

Снижение амплитуд спектральных составляющих на частотах 100, 150, 300 и 350 Гц говорит о наличии дефектов: незначительном отклонении формы шипа от круга, неразвитой эрозии бабитового слоя, неуравновешенности потока смазочного материала в клине. Увеличение на 0,5 дБ амплитуды оборотной составляющей свидетельствует о достаточной балансировке и оптимальном зазоре в подшипниковом узле. Последующее наблюдение за механизмом на протяжении 8500 ч подтвердило приведенную диагностику.

Пример 2. Стенд ТОИ ДВО РАН, электродвигатель А031-4, мощность 0,6 кВт, частота вращения 1410 об/мин, подшипник качения 306, смазочный материал ЦИАТИМ 201. Спектральный анализ осуществляли третьоктавным анализатором фирмы "Брюль и Къер" тип 2131, акселерометр типа 4371, предусилитель типа 2635, в полосе частот 20-10000 Гц. Диагностику состояния подшипников качения проводили сравнением спектров до введения и после введения 15 мас. УПТФЭ.

Результаты испытаний приведены в табл. 2.

Анализ полученных результатов: снижение амплитуд на оборотной частоте 25 Гц на 8 дБ говорит о больших зазорах в подшипниковом узле и развитом разбалансе. Снижение на частоте 50 гЦ на 21 дБ свидетельствует о значительном перекосе подшипников в подшипниковом узле, т.е. для данного подшипникового узла электродвигателя наблюдаются развитые дефекты. Увеличение амплитуды в полосе частот 6,3-10 кГц говорит о хорошем качестве смазочного материала. Последующая разборка механизма полностью подтвердила поставленный диагноз.

Пример 3. Московский метрополитен им. В.И.Ленина, электродвигатель N 25 вентилятора шахты N 421. Испытания проведены совместно с Московским представительством фирмы Брюль и Къер. Использовали диагностический комплекс на базе виброанализатора 2515/WH 1936 с дефектором огибающей WB 1048, персональный компьютер IBM PC/AT и пакет прикладных программ PEB AP-1, позволяющие в автоматическом режиме диагностировать 12 видов дефектов подшипников качения, 6 видов дефектов подшипников скольжения, используя метод огибающей ("Вибрация и вибродиагностика судового электрооборудования", Александров А. А. Барков А.В. Баркова Н.А. Шафранский В.А. Л. Судостроение, 1986, с.214-255).

Используется смазочный материал ЦИАТИМ-201. Диагностика произведена с 10 мас. УПТФЭ, добавленного в смазочный материал.

Результаты испытаний приведены в табл. 3.

Анализ результатов испытаний. Задний подшипниковый узел: введение УПТФЭ позволило оценить развитость дефекта по площади на наружном кольце и незначительную площадь дефектной поверхности внутреннего кольца. Передний подшипниковый узел: площадь поражения на внутренней и внешней обоймах одинакова. По данным методики PEB AP-1 без УПТФЭ показан незначительный дефект тел качения. Введение УПТФЭ показывает значительное развитие раковин на телах качения, что и привело к увеличению показателя степени развитости дефектов до 21%
Пример 4. Преобразователь питания АСУП. Состав механизма: генератор синхронный типа РС-65-93 ДУ 2 1М 1001 и двигатель асинхронный типа А2-92-4У-3, мощность 54 кВт, частота вращения 1470 об/мин, смонтированы на общем основании, виброразвязанном от фундамента посредством 12 пружинных амортизаторов. Диагностировался весь механизм в целом установкой акселерометра в зону, свободную от резонансов. Средства проведения испытаний: вибродиагностическая аппаратура фирмы "Брюль и Къер": третьоктавный анализатор фирмы "Брюль и Къер", тип 2131, акселерометр типа 4371, предусилитель типа 2635, в полосе частот 20-10000 Гц, СКЗ виброускорения. Диагностика механизма проводилась сравнением спектра вибрации в штатном режиме (смазочный материал ЦИАТИМ 201) со спектром вибрации, снятом в присутствии 10 мас. УПТФЭ.

Результаты испытаний приведены в табл. 4.

Анализ результатов: большие радиальные зазоры в подшипниках качения, слабая угловая несоосность валов, слабый дребезг тел качения в сепараторах, начальная стадия питтинговой эрозии фрикционных поверхностей, среднее значение изношенности смазочного материала. Последующее наблюдение за механизмом в течение 14400 ч и разборка подтвердили диагностику.

Таким образом, использование УПТФЭ с целью вибродиагностики механизма позволяет повысить точность и надежность определения источников и глубины дефектообразования на ранних стадиях зарождения и в условиях развитых дефектов. Кроме того, способ обеспечивает высокую скорость выявления глубины дефектов, исключающую необходимость амплитудно-временного анализа.

Использование: контроль технического состояния электрических машин, насосов, редукторов. Сущность изобретения: способ основан на сравнении экспериментально полученного спектра вибрации исследуемого механизма или его узла с опорным спектром. В качестве опорного используют спектр, полученный после нанесения на фрикционно контактирующие поверхности деталей ультрадисперсного политетрафторэтилена (УПТФ). Опорный спектр определяют после получения спектра вибрации исследуемого механизма. УПТФ добавляют в смазочный материал исследуемого механизма в количестве 0,01-30 мас.%. Изобретение обеспечивает повышенную точность и надежность определения источников и глубины дефектообразования на ранних стадиях зарождения. 1 з.п. ф-лы, 4 табл.

1. Способ вибродиагностики механизмов, включающий измерение и анализ сигналов вибрации исследуемого механизма или его узла, сравнение полученного спектра вибрации с опорным спектром и определение по их разности технического состояния механизма или его части, отличающийся тем, что измерение и анализ сигналов вибрации производят дважды, причем во второй раз перед измерением на фрикционно контактирующие поверхности наносят ультрадисперсный политетрафторэтилен и полученный после анализа спектр используют в качестве опорного. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что ультрадисперсный политетрафторэтилен добавляют в смазочный материал исследуемого механизма в количестве 0,01 30 мас.