Разъяснение сути мониторинга вибрации. Часть 4: Диагностика дисбаланса, несоосности, люфта и износа подшипников

Быстрый доступ 
Часть 1: Почему важен мониторинг вибрации и как он работает
Часть 2: Принципы анализа вибрации вращающихся машин
Часть 3: Определение и интерпретация общей вибрации и моделей неисправностей
Часть 4: Диагностика дисбаланса, несоосности, люфта и износа подшипников

Четыре наиболее распространённые неисправности машин

Каждый компонент машины производит уникальный сигнал вибрации. Сигналы, отображаемые в спектре, часто формируют характерные узоры. Распознавание узоров является ключевой частью анализа вибрации, но для распознавания и чтения узоров необходимы значительная подготовка и опыт.

Не тратьте время на анализ сотен редких неисправностей машин, когда в 90% случаев вращающиеся машины страдают от четырех распространенных неисправностей: несоосности, дисбаланса, люфта и износа подшипников.

Сводная таблица четырех наиболее распространенных неисправностей

Ниже представлен упрощенный обзор шаблонов, используемых для распознавания четырех наиболее распространенных неисправностей машин. 

Дисбаланс

Дисбаланс — это тяжелое пятно на валу, вызывающее возникновение сил во всех радиальных направлениях, что приводит к чрезмерной вибрации и увеличивает износ подшипников, уплотнений и т. д. См. рисунок 2 ниже.

разрегулированность

Несоосность — это когда оси вращения двух валов не совпадают при работе машины в нормальных условиях. Это вызывает силы, которые приводят к чрезмерной вибрации и увеличивают износ подшипников, уплотнений и т. д. Подробности см. на рисунке 3 ниже.

Рыхлость

Ослабление возникает, когда вал, фундамент или компонент ослабевают, что приводит к возникновению сил, которые приводят к чрезмерной вибрации и увеличивают износ подшипников, уплотнений и т. д., как показано на рисунке 4.

Выход из строя подшипника

Подшипники изнашиваются из-за чрезмерных нагрузок, других неисправностей машины, плохой смазки или установки и т. д. Если не устранить неисправность, подшипники в конечном итоге выйдут из строя, и на рисунке 5 показано, как это выглядит:

Почему частоты подшипников несинхронны (нецелые пики)

Геометрия шариков, сепаратора и дорожек качения проявляется на разных скоростях — не кратных скорости вала. Это означает, что несинхронные пики обычно возникают из-за роликовых подшипников. Многим программам вибрации требуются четыре частоты подшипника для диагностики неисправностей подшипника: внутренняя дорожка качения, внешняя дорожка качения, сепаратор и вращение шарика (см. рисунок 6). Одним из исключений является Flukes 810, который использует автоматическое распознавание образов.

На рисунке 7 (ниже) показан пример неисправности подшипника.

Обратите внимание, что пик вибрации от вала находится на 1X. Если машина имеет четыре лопасти рабочего колеса насоса, меньший пик будет показан на 4X.

Но что это за большой пик при 3.56X? Машина не может иметь 3.56 лопастей вентилятора или 3.56 лопастей насоса. Вероятно, это от роликового подшипника.

Понимание серьезности четырех распространенных ошибок

Серьезность четырех распространенных неисправностей можно отслеживать с течением времени на основе истории сотен тысяч машин, которые анализировались многими экспертами по вибрации на протяжении 30 лет.

Эти знания и опыт были включены в основанные на правилах алгоритмы и базовую базу данных, эффективность которых доказана на стандартных вращающихся машинах — двигателях, насосах, вентиляторах, компрессорах, воздуходувках и одновальных шпинделях.

Прогрессирование неисправностей машин было проанализировано для каждого класса машин и каждой неисправности, и были выявлены закономерности, которые позволяют диагностической программе внутри тестера вибрации точно диагностировать серьезность каждой неисправности. Ниже показано, как опытный аналитик вручную анализировал бы данные – хотя помните, что тестер, такой как Fluke 810, делает все это для вас автоматически.

Прогрессирование дисбаланса: наблюдайте за серьезностью по мере ухудшения 

Тяжелое пятно на валу вызывает возникновение сил во всех радиальных направлениях, что приводит к чрезмерной вибрации и увеличивает износ подшипников, уплотнений и т. д. Признаки дисбаланса довольно просты: повышенная по сравнению с нормой 1X (вал) вибрация в радиальном и тангенциальном направлении.

Поскольку 1X лучше всего виден в нижнем диапазоне, ищите дисбаланс, сравнивая пики 1X в нижнем диапазоне. Если пики 1X растут со временем в радиальном и/или тангенциальном направлениях, но не в осевом, то неисправность заключается в дисбалансе.

Тяжесть определяется величиной амплитуды пика 1X по сравнению с исходным уровнем.

Наблюдайте за прогрессированием серьезности неисправности на каждом этапе дисбаланса и обратите внимание на действия по ремонту, предложенные на рисунке 8 ниже.

Прогрессирование смещения: наблюдайте за серьезностью по мере ухудшения 

Оси вращения двух валов не коллинеарны при работе машины в нормальных условиях эксплуатации. Это приводит к чрезмерной вибрации и увеличивает износ подшипников, уплотнений и т. д.

Признаки несоосности довольно просты. Они включают в себя повышенную по сравнению с нормой 1X (вал) вибрацию в осевом направлении и 2X радиально/тангенциальном направлении.

Повышенные пики будут наблюдаться как в месте расположения двигателя, так и в месте расположения насоса, поскольку между двумя валами имеется несоосность.

Поскольку пики 1X и 2X лучше всего видны в нижнем диапазоне, ищите несоосность, сравнивая пики 1X и 2X в нижнем диапазоне. Если пики растут со временем, то неисправность заключается в несоосности.

Тяжесть определяется величиной амплитуды относительно базовой линии.

Наблюдайте за прогрессированием серьезности неисправности на каждом этапе несоосности и обратите внимание на действия по ремонту, предложенные на рисунке 9.

Прогрессирование ослабления: наблюдайте за степенью тяжести по мере ее ухудшения 

Вал, фундамент или какой-либо компонент ослабли, что приводит к возникновению сил, которые приводят к чрезмерной вибрации и увеличивают износ подшипников, уплотнений и т. д.

Признаки ослабления довольно просты. Они включают в себя более высокие, чем обычно, 1X гармоники в любом направлении. Поскольку эти гармоники лучше всего видны в нижнем диапазоне, ищите ослабление, сравнивая 1X гармоники в нижнем диапазоне.

Если 1X гармоники растут со временем в любом или во всех направлениях, то неисправность заключается в ослаблении. Серьезность определяется величиной амплитуды 1X гармоник над базовой линией.

Наблюдайте за прогрессированием серьезности неисправности на каждом этапе ослабления и обратите внимание на действия по ремонту, предложенные на рисунке 10 ниже.

Прогресс износа подшипников: отслеживайте степень износа по мере ухудшения состояния 

Признаки подшипников могут появляться и исчезать. В один месяц они есть, а в другой — нет. Мы все знаем, что подшипники не становятся лучше.

Помните об этом при диагностике неисправностей подшипников. Ищите нецелые пики в любом направлении. Наблюдайте за прогрессом серьезности неисправности подшипника на каждой стадии износа подшипника и отмечайте предлагаемые действия по ремонту (см. Рисунок 11). Примечание: данные двигателя в норме. 

Износ подшипников обычно вызван другими факторами, действующими на подшипники. Если ваши подшипники выходят из строя преждевременно, вы можете рассмотреть другие неисправности низкого уровня в вашей машине, такие как дисбаланс, несоосность или ослабление. Например, умеренная несоосность может или не может усилиться со временем, но последствия несоосности увеличат нагрузку на подшипники и уплотнения с течением времени.

Убедитесь, что тестер, который вы используете, отображает все неисправности, обнаруженные в машине, чтобы вы могли увидеть потенциальных кандидатов на первопричину неисправности. Даже если несоосность не является экстремальной, ее все равно следует диагностировать и исправить как можно скорее, чтобы избежать сопутствующего повреждения подшипников и уплотнений. 

Заключение: от вибрационных сигналов к более разумному обслуживанию

В этой серии мы разобрали, как работает вибрация, что она показывает и как она напрямую связана с наиболее распространенными неисправностями вращающегося оборудования. Но реальный вывод таков:

Мониторинг вибрации дает бригадам по техническому обслуживанию правильный сигнал в нужное время. 

Достаточно рано, чтобы планировать и действовать, но достаточно сфокусировано, чтобы избежать шума и ложных срабатываний. Он масштабируется от простых инструментов скрининга до продвинутых диагностических систем — и он встречает техников там, где они находятся, независимо от того, выявляют ли они проблемы или подтверждают первопричины.

Поскольку перед командами встает задача обслуживания большего количества оборудования с использованием меньших ресурсов, вибрация становится не просто измерением. Она становится стратегией.

Используя правильные инструменты и четко понимая, о чем говорит вам вибрация, вы сможете перейти от реактивного ремонта к планированию на основе состояния и продлить срок службы своих активов с меньшим количеством сюрпризов.

Об авторе: Джон Бернет — специалист по механическим приложениям и продуктам в корпорации Fluke. Используя свой более чем 30-летний опыт в обслуживании и эксплуатации атомных электростанций и машин на коммерческих предприятиях, Джон работал с клиентами во всех отраслях, внедряя программы надежности. Он сертифицированный аналитик вибрации категории II и сертифицированный специалист по надежности обслуживания (CMRP) с более чем 20-летним опытом диагностики неисправностей машин.