УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ВИБРАЦИИ МАШИН

Введение. Существующие нормы и требования по ограничению вибрации машин можно подразделить следующим образом:

    а) нормы, регламентирующие виброактивность и качество изготовления, модернизации, ремонта машин;

    б) эксплуатационные нормы допустимой вибрации;

    в) санитарно-гигиенические нормы и требования вибрации;

    г) нормы на вибростойкость машин при воздействии внешней вибрации.

    На Украине в 1993 году были разработаны первые редакции ДСТУ 3160 – ДСТУ 3163, которые полностью соответствовали требованиям ИСО 2372 и ИСО 7919/3, а также существенно их дополняли. ДСТУ 3162 является стандартом для оценки вибрационного состояния машин. Практически все машины в составе электроприводов связаны с электродвигателями. Силы, вызывающие вибрацию электрической машины, подразделяются на силы магнитного, механического и аэродинамического происхождения. Источники магнитных сил вибрации связаны с высшими пространственными гармоническими, которые обусловлены наличием зубцов на статоре и роторе, несимметрией и несинусоидальностью напряжения питания, эксцентриситетом воздушного зазора, несинусоидальным распределением магнитно-движущих сил обмоток.

Все виды сил вибрации вызывают вибросмещение как, меру амплитуды вибрации. Вибросмещение равно расстоянию от точки отсчета, или от положения равновесия. Помимо колебаний по координате смещение, вибрирующий объект испытывает также колебания скорости и ускорения. Когда смещение максимально, скорость равна нулю, так как в этом положении происходит изменение направления движения тела, поэтому моменты регистрации скорости будут сдвинута по фазе на 90 градусов влево относительно моментов регистрации смещения, т. е. скорость опережают по фазе смещение на 90 градусов. Вибрационный сигнал смещения на определенной частоте может быть преобразован в скорость посредством дифференцирования, путем умножения амплитуды на частоту, поэтому амплитуда виброскорости на определенной частоте пропорциональна смещению, умноженному на эту частоту.

Одним из основных источников вибрации механического происхождения является остаточная неуравновешенность вращающихся частей машины. Неуравновешенность ротора возбуждает значительные вибрации и шум, особенно в быстроходных машинах. Все неуравновешенные силы, возникающие в машинах, вызывают изменяющиеся во времени дополнительные нагрузки на подшипники, в результате чего происходят виброперемещения последних.

Актуальность работы. Контроль вибрации машин сокращает затраты при ремонте машин и оборудования при выходе их из строя. Как следствие, сокращаются накладные расходы и время непредвиденных простоев, сокращается стоимость экспресс закупок комплектующих для ремонта.  Контроль вибрации машин позволяет своевременно проводить специализированное техническое обслуживание, при котором:

а) своевременно распознаются повреждения компонентов машин уже в начальной стадии возникновения;

б) работы выполняются только по потребности и могут быть своевременно запланированы;

в) экономия затрат на ремонт машин может достигать 18%;

г) снижаются издержки при простое оборудования производства;

д) снижаются затраты на персонал и запасные части.

В асинхронных двигателях возникают вибрации и при чисто синусоидальном магнитном поле в воздушном зазоре, когда спектр поля содержит только основную гармонику. В этом случае вибрации возникают под действием радиальной силы, которая деформирует осевую линию статора в 2 р угольник с частотой, равной удвоенной частоте питания и числом пар полюсов р. Обозначения и опорные значения вибрационных параметров определяются рядом стандартов: ГОСТ 24347-80, ГОСТ 12379-75, ГОСТ 16921-83, ГОСТ 23941-79.

Согласно ГОСТ 16921-83 при оценке вибрации электрических машин основной измеряемой величиной должно являться эффективное значение вибрационной скорости, измеренное в диапазоне от рабочей частоты до 2000 Гц [1].

Цель работы. Устройство разработано для обеспечения вибрационного контроля, определения параметров пространственной вибрации в различных направлениях, для оценки технического состояния и прогнозирование работы механических установок, двигателей электроприводов и других машин в процессе их эксплуатации.

Наиболее часто встречающиеся дефекты и их проявления, характерные для основных элементов конструкции крупных машин. Для сердечника статора встречаются дефекты:

- повреждение межлистовой изоляции, вызывающее местные перегревы;
- ослабление прессовки, вызывающее вибрацию пластин стали с повреждением межлистовой изоляции;

- распушение крайних пакетов, вызывающее излом листов;

- изменение формы статора гидрогенераторов из-за ослабления стыковки секторов статора, что может привести к касанию ротора и статора.

Для обмотки статора встречаются дефекты:

- ослабление крепления стержней в пазу, вызывающее истирание изоляции стержня;

- повреждение полупроводящего покрытия стержня, вызывающее появление частичных разрядов;

- расслоение изоляции, вызывающее ее ускоренное старение;

- нарушение изоляции элементарных проводников, вызывающее увеличение циркуляционных токов и местный перегрев обмотки;

- ослабление крепления лобовых частей, вызывающее истирание изоляции;

В устройстве [2] для вибрационной диагностики машин циклического действия, содержащем вибропреобразователь, блок сравнение и блок памяти, вибропреобразователь соединен с первым входом блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом блока памяти сохранения максимальных значений амплитуд вибросигналов, выход блока сравнения соединен с регистратором уровней вибросигналов, выход которого в свою очередь соединен с следящим фильтром вибрационных сигналов, выход которого связан с блоком вычисления, один из входов которого соединен с блоком памяти. Недостатком рассмотренного устройства является недостаточная точность контроля вибрации, связанная с отсутствием взимосвязи между амплитудой составляющих несущей частоты вибрации и технологическими нагрузками машин.

Для усовершенствования известных устройств контроля вибрации машин введены дополнительные элементы, что обеспечивает повышение точности диагностики, устанавливается связь амплитуд составляющих несущей частоты вибрации и ее гармоник в двух направлениях их действия с технологическими нагрузками машин, что повышает их надежность, срок службы и имеется возможность идентифицировать причины вибрационных изменений и нарушений, что позволяет также оперативно влиять на технологический процесс. Предлагаемое устройство для контроля вибрации машин, содержащее вибропреобразователь, пороговый элемент, блок регистрации уровней вибросигналов, блок памяти, дисплей, а также последовательно соединенные элемент ИЛИ, блок задержки, блок защиты, второй, третий, четвертый, пятый и шестой пороговые элементы, два анализаторы спектра, второй вибропреобразователь, второй блок регистрации уровней вибросигналов, две схемы управления, два ключевых элементы трехканальных, а также последовательно соединенные датчик технологической нагрузки и блок определения нагрузки, три выхода которого соединены с тремя входами блока памяти, шесть выходов которого соединены с входами шести пороговых элементов, выходы которых соединены с шестью входами дисплея и шестью входами элемента ИЛИ, первый и второй вибропреобразователи соединены, соответственно, через первый и второй анализаторы спектра с первым и вторым блоком регистрации уровней вибросигналов, вторые входы которых соединены с выходами, соответственно, первой и второй схем управления, вторые выходы которых соединены соответственно с четвертым и пятым входами блока памяти, третьи выходы соединены, соответственно, с входами первого и второго ключевых элементов трехканальных, три выхода первого блока регистрации уровней вибросигналов соединены со вторыми входами первого, второго и третьего пороговых элементов, а также через первый ключевой элемент трехканальный с их первыми входами, три выхода второго блока регистрации уровней вибросигналов соединены со вторыми входами четвертого, пятого и шестого пороговых элементов, а также через второй ключевой элемент трехканальный - с их первыми входами [4].

Такое выполнение устройства расширяет его функциональные возможности, так как позволяет использовать его для контроля вибрации машин и механизмов в на разных режимах работ и их сравнения с пороговым уровнем в процессе эксплуатации, а также повышает точность и достоверность измерений.

Выводы. Предлагаемое устройство может найти применение в системах виброизмерений, диагностике технологического оборудования, машин и агрегатов от вибрационных перегрузок, для выявления теплового, технологического небаланса, для защиты машин при увеличении вибрации выше допустимого значения, для контроля радиального давление на вал машины при различных условиях, режимах эксплуатации и балансировки.

Литература:

1. ГОСТ 20815-93. Машины электрические вращающиеся. Механическая вибрация некоторых видов машин с высотой оси вращения 56 мм и более. Измерение, оценка и допустимые значения.

2. Патент Украины на изобретение № 34523. Способ и устройство для вибрационной диагностики машин циклического действия. Артемов В.И., Бакай И.М., Бугай Ю. М. и др. G01 М7/00. 15.03.2001, Бюл. № 2, 2001 г.

3. Патент України на корисну модель №63073 від 26.09.2011 р. МПК H02H 7/09. Пристрій для контролю вібрації машин. Дубовик В.Г., Лебедєв Л.М., Алєксєєнко М.С. Бюл. "Промислова власнiсть", №18, 2011 р.