Основы

4.Условия определения нормального состояния агрегата.

5.Классификация диагностических параметров вибрации.

Техническая диагностика – наука о распознании технического состояния объекта, включающая широкий круг проблем, связанных с получением и обработкой диагностической информации.

Техническая диагностика преимущественно использует весьма ограниченную информацию, она производится обычно в процессе эксплуатации и не предусматривает разборку машины, ее часто называют безразборной диагностикой.

Теоретическим фундаментом технической диагностики считают общую теорию распознавания образов, которая является разделом технической кибернетики.

При решении диагностической задачи имеется существенный риск допустить две ошибки, первая из которых состоит в ложной тревоге, а вторая – пропуске цели (дефекта). Соотношение между этими ошибками таково, что, пытаясь застраховаться от одной, мы неизбежно повышаем риск допустить другую. Цена каждой из этих ошибок должна быть соответственно учтена при принятии решения. Для принятия правильного решения с учетом этого обстоятельства рекомендуют применять теорию статистических решений.

Диагностические алгоритмы, или алгоритмы распознавания, представляют собой последовательность действий в процессе диагностирования. Алгоритмы распознавания, в частности, используют диагностические модели и модели отказов. Модели отказов, изучаемые теорией надежности, позволяют заблаговременно предсказывать время возможного отказа.

Помимо теории распознавания в технической диагностике также используется теория контролеспособности. Контролеспособность – свойство объекта обеспечивать достоверную оценку его технического состояния и своевременное обнаружение неисправностей, она определяется конструкцией объекта и используемыми контрольно-измерительными и диагностическими средствами. Теория контролеспособности занимается задачами проектирования систем контроля и диагностики, их оптимизацией (минимизацией) и разработкой алгоритмов поиска неисправностей, способов диагностического тестирования.

Таким образом, теория распознавания и теория контролеспособности составляют двуединую теорию технической диагностики.

К решению задачи распознавания существует два основных подхода: вероятностный и детерминистский. Вероятностный метод использует статистические связи между состоянием объекта и диагностическими параметрами, в результате реализации некоторого алгоритма при этом находится наиболее вероятный диагноз и по возможности определяется степень его достоверности. Детерминистский метод устанавливает связь состояния объекта с координатами в пространстве диагностических параметров на основе изученных закономерностей, в частности с использованием теории колебаний.

Чтобы сказанное было понятно, приведем два примера.

На машине некоторого типа произошел отказ, при этом не исключено несколько диагнозов, например, таких: обрыв детали (лопатки) на роторе, поломка болтов муфты, отрыв фундаментной плиты.

Изменения диагностических параметров при этом таковы, что все рассматриваемые причины не исключены и примерно равновероятны.

Одновременно известно, что на машинах данного типа первый дефект встречается при 50% отказов, второй при 5% и третий при 3%. Из этой последней информации на основе теории вероятности делается вывод, что наиболее вероятен первый дефект. Этот пример иллюстрирует вероятностную методологию.

Второй пример. В одной из точек контроля вибрации на подшипнике машины постепенно нарастает высокочастотная вибрация, при этом наиболее резко растут составляющие, кратные по частоте половин оборотной (1,5 ω, 2,5 ω, 3,5 ω и т. д., где ω – частота вращения). Установлено, что такой признак однозначно определяет появление ослаблений (разболтанности) в опорной системе. Соответствующий диагноз получен при этом детерминистским методом.

В заключение необходимо сделать одно важное замечание. Все статистические методы требуют репрезентативного статистического материала в виде известных вероятностей рассматриваемых событий. За редким исключением, таких данных нет, это относится прежде всего к крупным энергетическим агрегатам. Кроме того, при достаточно достоверном обнаружении статистическими методами склонности машины к определенным отказам в ее конструкцию вносятся изменения, которые перечеркивают всю накопленную статистику.

В распоряжении специалистов, разрабатывающих и использующих системы вибродиагностики, имеются главным образом некоторые детерминированные диагностические алгоритмы и, что важнее всего, их знания и опыт, в применении которых чаще всего неформально и в неявной форме сочетаются вероятностные и детерминистские методы.

Цели и задачи вибродиагностики.

1.Цели и задачи вибродиагностики.

4.Условия определения нормального состояния агрегата.

5.Классификация диагностических параметров вибрации.

Методы вибродиагностики направлены на обнаружение и идентификацию таких неисправностей агрегата, которые оказывают влияние на его вибрацию: дефектов роторов, опорной системы и узлов статора, испытывающих либо генерирующих динамические нагрузки.

Целями вибродиагностики являются:

– предупреждение развития дефектов агрегата и сокращение затрат на его восстановление,

– определение оптимальной технологии восстановления работоспособности агрегата, если возникший дефект исключает возможность его нормальной эксплуатации.

Основной задачей вибродиагностики является разделение множества возможных технических состояний агрегата на два подмножества: исправных и не исправных.

Следующей задачей является постановка диагноза, состоящего в определении характера и локализации одного или группы дефектов, соответствующих вибрационному состоянию агрегата.

Одной из задач вибродиагностики является возможное обнаружение дефекта на ранней стадии и прогнозирование его развития во времени.

На основании диагноза определяется оптимальный режим эксплуатации агрегата в условиях возникшей неисправности и технология устранения дефекта и восстановления работоспособности агрегата.

Чем надежней и конкретней диагноз, тем ниже затраты, связанные с восстановлением агрегата.

Средства и методы вибродиагностики.

2.Средства и методы вибродиагностики.

4.Условия определения нормального состояния агрегата.

5.Классификация диагностических параметров вибрации.

В зависимости от привлекаемых средств, конкретных целей и принятой технологии вибродиагностики формируется ее методика.

Наиболее простой и дешевой технологией вибродиагностики является периодический контроль интенсивности вибрации статорных элементов (подшипников) простейшими переносными виброметрами. При этом диагностическими признаками дефектов служит уровень интенсивности вибрации, соотношение между его значениями в разных точках и изменение во времени (тренд).

Трудность диагностирования при этом состоит в том, что не существует надежных признаков для идентификации конкретных дефектов, кроме того, в ряде случаев при существенном возрастании некоторой диагностической информативной гармоники вибрации общий уровень интенсивности вибрации может меняться несущественно. В то же время по уровню вибрации и росту ее во времени в большинстве случаев можно достаточно надежно квалифицировать состояние агрегата как исправное и не исправное. У некоторых дефектов есть признаки, позволяющие в определенной ситуации установить дефект как наиболее вероятный. Назовем некоторые из них.

Если ротор опирается на подшипники качения интенсивность вибрации (СКЗ виброскорости) преобладает на одном подшипнике и растет во времени, то скорее всего дефект состоит в повреждении (износе поверхностей качения) этого подшипника. Однако такой же характер вибрации может быть связан с деградацией опорных (фундаментных) элементов под рассматриваемым подшипником либо с появлением дисбаланса с одной стороны ротора, в этом случае упомянутый признак оказывается несостоятельным.

Если наблюдаются относительно высокие вибрации в осевом направлении при повышенных вибрациях в других направлениях на подшипниках одного ротора, то это может быть связано с остаточным прогибом этого ротора. В то же время при несоосности венцов муфты (коленчатость) на машине, состоящей из приводного электродвигателя, подшипники которого встроены в корпус; такой же характер вибрации может быть и при определенном расположении дисбалансов на некотором роторе машины.

Если резко нарушается соотношение между вертикальными и поперечными составляющими вибрации, это может быть вызвано повреждением фундамента либо отрывом фундаментной плиты. Однако при некоторых динамических свойствах агрегата это может быть связано с определенной формой неуравновешенности, появлением низкочастотной вибрации и другими причинами.

Наиболее распространена технология диагностирования, предусматривающая определение неисправного состояния агрегата по данным штатных контрольных измерений вибрации с последующим определением характера неисправности по данным специальных виброизмерений и диагностического тестирования (вибрационных исследований). При специальных виброизмерениях производится гармонический анализ вибрационных сигналов, определяются амплитуды и фазы оборотной и двойной оборотной вибрации. Вибрационные измерения производятся на разных, целесообразным образом осуществляемых режимах агрегата при выбеге и развороте агрегата.

Методика диагностирования дефектов.

4.Условия определения нормального состояния агрегата.

3.Методика диагностирования дефектов.

5.Классификация диагностических параметров вибрации.

Определение технического состояния агрегата по вибрационным параметрам производится как по содержанию соответствующей информации в текущий момент времени, так и на основе анализ изменений ее во времени.

В качестве диагностических параметров используются разнообразные параметры вибрации (в том числе и спектры вибрации), параметры случайного процесса изменения вибрации, специальные функции параметров вибрации (например, полусумма и полуразность оборотной вибрации в двух выбранных точках, отношение некоторых параметров вибрации в разных направлениях). В ряде случаев необходимо измерять и учитывать невибрационные параметры, влияющие на вибрацию.

Количественные и качественные характеристики значений диагностических параметров и их изменений, характерные для некоторого дефекта, являются признаками этого дефекта. У дефекта может быть несколько признаков, а некоторый признак может быть общим для группы разных по природе дефектов. Например, наличие в спектре вибрации некоторых низкочастотных гармоник может быть признаком и задеваний ротора за статорные элементы, и субгармонических колебаний под действием дисбаланса, и несовершенства формы расточки подшипника скольжения. В совокупности признаков дефекта может не оказаться ни одного, который сам по себе был бы необходимым и (или) достаточным для диагностирования.

В принципе возможно экспериментальными и математическими методами получить количественные оценки влияния любого дефекта на диагностические параметры для любых условий, хотя это, как правило, связано с большими трудностями и затратами. Однако такая работа обесценивается тем, обстоятельством, что неуловимые отличия динамических характеристик агрегата оказывают на эти оценки решающее влияние. Разные эксперты оценивают максимально возможные отличия значений влияния заданных дефектов на вибрационные параметры однотипных машин в пределах от 10 до 1000 раз. Наибольшие отличия относятся к высокочастотным составляющим спектра вибрации.

При всех описанных сложностях всесторонний учет экспериментальных данных, математических и экспериментальных оценок делают задачу вибродиагностики в большинстве случаев разрешимой.

Для повышения достоверности диагноза с учетом приведенных соображений целесообразно: полное использование всех известных признаков дефектов, вероятностью которых нельзя пренебречь по результатам анализа наблюдаемых диагностических параметров.

Отметим, что даже полный и правильный учет всех доступных данных не всегда гарантирует стопроцентную точность диагноза. Ошибки возможны в определении, как характера дефекта, так и его локализации. Например, при определенных динамических свойствах машины легко можно перепутать поломку лопатки с проскальзыванием по ротору насадной детали, ошибиться в определении места повреждения на роторе и даже в определении ротора, на котором возник дефект. Известны случаи, когда ошибочный диагноз (поставленный современными методами диагностирования) приводил к большим и напрасным работам по разборке агрегата. Сказанное иллюстрирует необходимость разумной осторожности при постановке диагноза и указания в нем всех возможных вариантов неисправностей.

Условия определения нормального состояния агрегата.

5.Классификация диагностических параметров вибрации.

4.Условия определения нормального состояния агрегата.

Состояние агрегата определяется как нормальное при одновременном выполнении следующих условий:

– интенсивность вибрации в контролируемых точках соответствует стандартным нормам;

– диагностические параметры находятся в пределах, соответствующих заданному режиму работы агрегата;

– на стационарном режиме наблюдается стационарная вибрация: параметры ее изменчивости не выходят за пределы, характерные для заданного режима;

– отсутствуют существенные внезапные изменения вибрации;

– отсутствует существенный монотонный рост вибрации во времени (тренд);

– отсутствует существенная низкочастотная вибрация;

– отсутствуют существенные изменения спектрального состава вибрации.

Количественные оценки (эталоны качества) для определения выполнения этих условий определяются нормативными документами, результатами статистической обработки данных виброизмерений (архивных) и экспертными оценками.

Приведенная технология определения нормального состояния по существу является процедурой, которая в технической диагностике называется сигнатурным анализом. Сигнатура – стандартный, соответствующий нормальному состоянию агрегата набор значений контролируемых параметров вибрации, включая параметры спектра вибрации. Сигнатура определяется статистическими методами на основе виброизмерений при разных режимах в течение достаточного времени адаптации системы вибродиагностики. Для каждого характерного режима агрегата может быть определена соответствующая сигнатура. Существенные, статистически достоверные изменения сигнатуры – свидетельство появления ненормальности.

Классификация диагностических параметров вибрации.

4.Условия определения нормального состояния агрегата.

5.Классификация диагностических параметров вибрации.

Для каждого эпизода, при котором нарушаются критерии нормального состояния агрегата, в связи с необходимостью диагностирования возникает задача выбора диагностических параметров из доступного множества данных. Прежде всего, следует выбрать точки, в которых параметры вибрации не соответствуют эталонам качества. Для этих точек выделяются те гармонические составляющие, которые вносят наибольший вклад в нарушение эталона качества. Параметры этих составляющих и их функции являются основными диагностическими параметрами, по которым определяют группу возможных причин вибрации. Другие параметры используются для уточнения диагноза.

Разделим спектр вибрации на четыре зоны: оборотная вибрация, низкочастотная вибрация, двойная оборотная вибрация и высокочастотная вибрация.

Оборотная и двойная оборотная вибрации являются синхронными: точно определены их частоты (f₀ и 2f₀) и могут быть определены фазы.

Низкочастотная вибрация (НЧВ) чаще имеет половинную оборотную частоту (f/2), иногда частоту f₀/3, и является при этом синхронной. Нередко наблюдаются несинхронные (некратные) частоты НЧВ, обычно имеющие частоту собственных колебаний ротора.

Высокочастотные составляющие обычно имеют богатый спектр.

Для крупных энергетических турбоагрегатов в первом приближении важно знать не дискретные составляющие высокочастотного спектра, а общий вклад высокочастотных составляющих в интенсивность вибрации. Для данного случая диагностическим параметром является среднеквадратическое значение вибрации для всех гармоник выше 2f₀.

В качестве диагностических, помимо параметров спектра, используются другие параметры вибрационного процесса, соответствующие потребностям конкретных диагностических алгоритмов, которые получают путем специальной вычислительной обработки вибрационных сигналов.