Диагностика подшипников

Сервис
Квалификация
Специалист по сервису

Форма и сроки
обучения
Очная (5 лет), заочная (6 лет.), для лиц с высшим профессиональным образованием - 3 года 7 месяцев

Места работы
Федеральные, республиканские, региональные, местные органы управления и учреждения в сфере сервиса, предприятия индустрии сервиса

Возможные
должности
Предприниматель малого бизнеса, менеджер крупной сервисной фирмы, консультант фирмы по продажам и сервисному обслуживанию, специалист по разработке технологических процессов оказания услуг для индивидуального потребителя

Базовые дисциплины
Экспертиза и диагностика объектов и систем сервиса, технологические процессы в сервисе, технические средства предприятий сервиса, системы автоматизированного проектирования в сервисе, проектирование процесса оказания услуг, человек и его потребности (сервисология), сервисная деятельность, психодиагностика, психологический практикум, компьютерная графика, профессиональная этика и этикет, системный анализ в сервисе, информационные технологии в сервисе, менеджмент и маркетинг в сервисе, предпринимательская деятельность, основы функционирования систем сервиса, прогнозирование и планирование в сервисе

Виды деятельности:

·        исследование и разработка методов управления качеством, стандартизации и сертификации изделий и услуг;

·        планирование сервисной деятельности предприятий;

·        прогнозирование развития предприятия на рынке услуг;

·        организация проведения экспертизы, диагностики, сертификационных испытаний различных видов услуг;

·        организация технологического процесса для исполнения услуги;

·        разработка проекта и технологии оказания услуги и др.

Специализация:

·        автосервис;

·        сервис на транспорте;

·       сервис телекоммуникационных и информационных систем

·        сервис на предприятиях нефте-газового комплекса;

·        сервис на предприятиях индустрии моды


АНАЛИЗ СОВРЕМЕННЫХ МЕТОДОВ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ КОМПРЕССОРНОГО ОБОРУДОВАНИЯ НЕФТЕГАЗОХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ
Гриб В.В. (МАДИ (ТУ), Соколова А.Г. (ИМАШ РАН), Еранов А.П. (ЗАО "НИИтурбокомпрессор им. В.Б. Шнеппа"), Давыдов В.М., Жуков Р.В. (ООО НПП "Механик") Статья опубликована в журнале "Нефтепереработка и нефтехимия. Научно-технические достижения и передовой опыт", 2002г., №10, С.57-65.
     С начала 90-х годов в России почти не проводилось обновления основных фондов предприятий. Это привело к тому, что большая часть (60-80%) технологического оборудования нефтегазохимических производств выработало нормативный ресурс и его дальнейшая эксплуатация уже приводит к созданию аварийных ситуаций [1]. С целью технического перевооружения нефтегазового комплекса, Правительством РФ разработана и утверждена Федеральная целевая программа "Энергоэффективная экономика" до 2010г., которая предусматривает постепенное обновление основной части оборудования.      В связи с вышеизложенным, для обеспечения безопасной эксплуатации ныне действующего оборудования все с большей остротой встает вопрос его технического диагностирования с целью определения остаточного ресурса. Это уже становится государственной задачей, важность которой отмечена в постановлении Правительства РФ "О мерах по обеспечению промышленной безопасности опасных производственных объектов на территории Российской Федерации" от 28.03.2001 №241. Кроме этого, обеспечение высокой эффективности нефтегазохимического комплекса в будущем - даже при полном обновлении средств производства, - немыслимо без технологии контроля и мониторинга технического состояния всего оборудования, конечной целью которой является переход от системы ремонтов "по регламенту" к ремонтам "по состоянию".      В данном обзоре рассмотрены и проанализированы основные методы технического диагностирования компрессорного оборудования, которые нашли широкое применение в современной промышленности.      Лидирующее положение в России в области технического диагностирования энергомеханического оборудования занимают АООТ "ВНИИнефтемаш", ОАО "ВНИКТИнефтехимоборудование", ОАО "Газпром", ОАО "ГИАП", ИМАШ РАН, ОАО "ЛенНИИхиммаш", МГТУ им. Н.Э. Баумана, ЗАО "НИИтурбокомпрессор им. В.Б. Шнеппа", ОАО "НИИхиммаш", РГУНГ им. И.М. Губкина, ДАО ЦКБН и другие организации.      В практике диагностирования компрессорного оборудования известны и получили распространение различные методы определения их технического состояния [1-5].      Органолептические методы используются для предварительной оценки технического состояния машины [2, 3]. В неисправной машине появляются дополнительные шумы, стуки, повышение температуры, по которым судят о характере дефекта.      Визуальный осмотр труднодоступных зон промышленных установок, который является одним из видов метода, проводится с помощью эндоскопов. Они выпускаются фирмами: ДАО "Оргэнергогаз" ИТЦ "Оргтехдиагностика" (Россия), МНПО "Спектр" (Россия), IT Concepts/Интек (Россия), OLYMPUS (США), EVEREST VIT (США), Helling GmbH (Германия) и другими. Эндоскопы имеют различные конструкции: гибкие и жесткие, волоконно-оптические и линзовые, и подразделяются, в свою очередь, на фиброскопы, бороскопы, видеоэндоскопы. Для освещения контролируемого участка в них устанавливается источник света, а встроенная видеокамера позволяет отображать информацию на экран монитора. Визуальный контроль может быть дополнен стробоскопическими методами.      Иногда применяются технические стетоскопы (функционирующие в звуковом диапазоне частот), которые позволяют локализовать дефектный узел машины с повышенными стуками и шумами.      Для количественной оценки технического состояния машины необходимо применение инструментальных методов диагностирования. В настоящее время определен комплекс параметров, которые характеризуют техническое состояние основных узлов и систем компрессорного оборудования.      Параметрическая диагностика (по термогазодинамическим параметрам) широко применяется при контроле состояния проточной части центробежных машин, цилиндро-поршневой группы и клапанов поршневых машин, негерметичность уплотнений и тому подобное. В качестве диагностических признаков используются параметры давления и температуры газа ступеней компрессора, его производительность, температура охлаждающей воды в холодильниках, рубашках цилиндров, ее расход, ток, потребляемый электродвигателем из сети и тому подобное [4, 6]. Результаты этих измерений представляются на регистрирующих устройствах центрального пульта управления цеха или на ЭВМ. В дополнение к этим параметрам могут измеряться температура подшипников, давление масла, уровень вибрации [3, 4].      Так, в работе [7] разработана методика диагностирования центробежных компрессоров по газодинамическим параметрам, которая позволяет в условиях эксплуатации устанавливать качественное и количественное влияние на характеристики ступени эксплуатационных нарушений в проточной части, включая износ уплотнений, загрязнение межлопаточных каналов диффузора, загрязнение теплообменников и неплотности в их проточной части.      В МГТУ им. Н.Э. Баумана создана автоматизированная система контроля, позволяющая контролировать до 60 медленноменяющихся (температура, давление, производительность и так далее) и до 10 быстроменяющихся параметров (индикаторная диаграмма, перемещение запорных органов клапанов и так далее) поршневых компрессоров [8]. Она позволяет измерять всю совокупность параметров, характеризующих работоспособность машины, в объеме, необходимом для проведения испытаний в соответствии с ГОСТ 20073-81, ISO 1217*. Кроме того, система обеспечивает отслеживание переходных режимов (пуск, остановка) работы компрессора.      Фирма "HOERBIGER" (Австрия), специализирующаяся на конструировании клапанов, разработала аналогичную систему мониторинга поршневых компрессоров. Благодаря контролю и анализу индикаторного давления, температуры, вибрации и других параметров, определяются неисправности в клапанах, различных уплотнениях и других узлах.      Исследования, проведенные для холодильных поршневых компрессоров [9], показали, что холодопроизводительность машины зависит от ее технического состояния. На ее изменение непосредственное влияние оказывают величины зазоров в цилиндро-поршневой группе и мертвое пространство, которое определяется, в некоторой степени, и зазорами в узлах механизма движения. При измерении производительности компрессора на одном и том же рабочем режиме, по установленным зависимостям оценивают значения зазоров, после чего определяют величины отработанного и остаточного ресурса. В работе [10] для определения мертвого пространства и положения поршня в верхней мертвой точке в процессе эксплуатации, характеризующие износ цилиндро-поршневой группы, предлагается использовать вихретоковый метод.      Эффективным методом диагностирования состояния трущихся деталей является анализ продуктов износа в смазочном масле (трибодиагностика). Одним из отечественных основоположников этого метода являются ученые РГУНГ им. И.М. Губкина. Среди всего многообразия способов определения концентрации продуктов изнашивания в отработанном масле наибольшее распространение получили спектральные методы, характеризующиеся высокой точностью и чувствительностью [2, 4, 11]. Посредством анализа проб масла определяют концентрацию в нем того или иного составляющего элемента материала трибосопряжения, по величине которой оценивают осредненный износ соответствующей детали. Недостатком метода является определение суммарного износа деталей, изготовленных из одних и тех же конструкционных материалов. Следует отметить, что широкого распространения в промышленности трибодиагностика пока еще не получила. Но перспективно ее применение для оценки работоспособности подшипников качения газоперекачивающих агрегатов (ГПА) [3, 4].      Спектрометры выпускаются различными отечественными и зарубежными организациями: РГУНГ им. И.М. Губкина (Россия), Baird (США), Vickers (США) и другие. Они позволяют определять содержание до 64 элементов примесей и массы частиц до 0,05 мг.      Для контроля деградационных процессов деталей машин и элементов конструкций оборудования нашел распространение метод поверхностной активации (МПА), разработанный в МГТУ им. Н.Э. Баумана, ГНЦ РФ Физико-энергетического института (г. Обнинск) и других научно-исследовательских институтах [12, 13]. Он основан на измерении интенсивности излучения радионуклидной метки, установленной на контролируемом участке поверхности объекта. В результате уноса радиоактивного вещества смазочным маслом в машине или транспортируемой средой в трубопроводе, ее излучение уменьшается. По градуировочным кривым это изменение переводят в величину износа. Этот метод применяется при определении износа цилиндров, подшипников двигателей, компрессоров, коррозии трубопроводов и другого оборудования газовой и нефтехимической промышленности. (в конце статьи см. список нормативно-технической документации)      Практический опыт показал, что для контроля технического состояния узлов машинного оборудования и трубопроводов нагнетателей вибрационный метод является одним из наиболее информативных. Он основан на использовании информации, содержащейся в колебательных процессах. При этом любой дефект какого-либо узла, который подвергается механическому воздействию со стороны движущихся частей или потока пульсирующего газа, характеризуется индивидуальным "вибрационным портретом". В связи с тем, что вибродиагностический метод нашел наиболее широкое распространение во всех отраслях промышленности, рассмотрим его несколько подробнее.      Измерение интегральных вибрационных характеристик позволяет определить общее техническое состояние машины. В основу нормирования абсолютной вибрации заложены рекомендации международного стандарта ИСО 2372-74, в котором в качестве критерия используется среднее квадратическое значение (СКЗ) виброскорости в диапазоне частот от 10Гц до 1кГц. Они основаны на допущении, что подобные по мощности, высоте оси вращения, частоте вращения, способам установки, условиям монтажа и эксплуатации агрегаты имеют примерно одинаковые допустимые значения вибрации при достижении предельного состояния. Базовым нормативным документом по вибрации в настоящее время является ГОСТ ИСО 10816-1-97, введенным в действие на территории РФ в 1999г., в котором указано, что при сосредоточении значительной части вибрационной энергии за пределами диапазона 10 1000Гц, дополнительному нормированию подвергается СКЗ виброперемещения и виброускорения в соответствующей полосе частот. Причем в качестве критериев оценки используют не только абсолютное значение вибрации, но и их изменение в процессе эксплуатации. Нормы вибрации на машины конкретных типов разработаны во 2 6 частях базового стандарта ГОСТ ИСО 10816-1-97, а также ГОСТ 25364-97.      Общие требования измерения относительной вибрации указаны в ГОСТ Р ИСО 7919-1-99, в котором используются те же два критерия. В качестве измеряемого параметра принят размах виброперемещения вала относительно корпуса подшипника. На базе этого стандарта в различных его частях разработаны нормы для различных машин.      В настоящее время на рассмотрении находится международный стандарт по вибрации и ее анализу ISO 13379.      Различные дефекты узлов машин характеризуются различным распределением составляющих вибрации в ортогональных направлениях. Поэтому нормирование интенсивности вибрации корректно проводить раздельно по каждой пространственной составляющей вибросигнала в полосе частот, характерной для данного узла [14]. Необходимость в различии оценки горизонтальной и вертикальной вибрации отмечается в стандартах VDI 2056, ГОСТ Р ИСО 10816-3-99 и других.      Однако развитие того или иного дефекта в узле машины приводит не столько к увеличению суммарного значения вибрации, сколько к возрастанию амплитуды отдельных гармоник, даже незначительного относительно общего уровня, и поэтому организация контроля поведения отдельных частотных составляющих позволяет распознавать различные неисправности и следить за ходом их развития. Технически это реализуется при разложении вибросигнала в спектр с помощью преобразования Фурье. О том, насколько эффективно использование спектрального анализа при дифференцированной оценке состояния узлов, показано в [15-17].      Статистическое накопление и анализ корреляционно-спектральных характеристик вибросигнала, проведенные применительно к оппозитным компрессорам, позволили установить их взаимосвязи с износом в узлах механизма движения [18].      Существенную помощь при диагностировании и хорошим дополнением к экспериментальным методам оценки технического состояния машинного оборудования может служить компьютерное моделирование динамики и изнашивания узлов, позволяющее связать воедино изменение функциональных и динамических параметров машины с износом отдельных ее элементов и прогнозировать эти процессы на время будущей эксплуатации [19,20]. Таким способом в работе [21] определены гармоники вибрации основных дефектов поршневых компрессоров.      Неисправный узел, работа которого сопровождается ударом, эффективней диагностировать с помощью анализа амплитуды огибающей вибросигнала. Этот метод базируется на том, что периодическая последовательность ударных импульсов, возбуждающая в той или иной степени весь спектр собственных частот механизма, наилучшим образом - без помех, вызванных рабочим процессом,- проявляется в высокочастотной области в виде амплитудной модуляции вибрационного процесса. Полосовая фильтрация высокочастотного сигнала с последующим преобразованием Гильберта (либо детектированием) и спектральным анализом амплитудной огибающей позволяет по частоте следования удара локализовать дефектный узел. Наибольшее применение этот метод нашел при контроле состояния подшипников качения и зубчатых передач. Его использование перспективно и для выявления некоторых дефектов поршневых компрессоров [15].      При диагностировании зубчатых зацеплений или подшипников качения приходится сталкиваться с присутствием в спектре вибрации множества боковых составляющих в окрестности основных частот возбуждения, что приводит к затруднению при формировании информативного диагностического признака. Кепстральный анализ, являющийся обратным преобразованием Фурье спектра сигнала в логарифмическом масштабе, позволяет объединить энергию всех боковых комбинационных составляющих основных частот дефектного узла и представить их в виде одной линии на графике [15].      Для мониторинга состояния машинного оборудования в режиме off-line широко используются портативные сборщики-виброанализаторы. Они выпускаются такими отечественными фирмами, как ДАО "Оргэнергогаз" ИТЦ "Оргтехдиагностика", НТЦ "ВиКонт" ЭАЦ "ВНИИГаз", "Диамех", НТЦ "Приз", "ИНКОТЕС", "ТСТ", "ВАСТ", "Вибро-Центр", зарубежными Bruel&Kjaer (Дания), Larson-Davis (США), Predict-DLI (США), ENTEK (США), IRD Mechanalisys (Германия) и другими.      Наряду с переносными коллекторами и анализаторами, широкое применение нашли и стационарные системы вибромониторинга, функционирующие в режиме on-line. Для повышения достоверности технического диагностирования в эти системы интегрируются и другие эффективные методы (параметрические, трибодиагностика и другие). Они позволяют непрерывно наблюдать за техническим состоянием энергомеханического оборудования всего цеха и прогнозировать его изменение, однако их стоимость в десятки, и даже в сотни раз превосходит стоимость переносных средств диагностирования.      Среди средств непрерывного мониторинга и вибродиагностики машинного оборудования особое место занимают системы фирмы "Bently-Nevada" (США) [22]. В качестве основных диагностических признаков используются траектория прецессии и положение центра вала, которые формируются из двух временных сигналов с датчиков относительного перемещения вала в подшипниках скольжения в ортогональных плоскостях. При этом используются бесконтактные вихретоковые датчики относительной вибрации - проксиметры. Форма орбиты прецессии вала и полный спектр его относительной вибрации, включающий в себя прямую и обратную составляющие вибрации, дают четкое представление о природе неисправности. Эта система мониторинга и защиты критического оборудования используется на турбокомпрессорах крупнотоннажных химических производств, таких как ОАО Новомосковская Акционерная Компания "Азот" и других предприятиях России.      Многие ведущие фирмы-производители компрессорного оборудования оснащают свои машины системами технической диагностики. Одну из таких систем разработали специалисты ОАО "МНПО им. М.В. Фрунзе" (Украина, г.Сумы) совместно с российскими предприятиями. Она ориентирована на турбокомпрессорные машины, применяемые в газовой и нефтяной промышленности и реализуется параметрическими и вибрационными методами [23, 24]. Кроме этого, в МНПО накоплен большой опыт диагностирования поршневых компрессоров параметрическими методами, что позволило фирме совместно с ОАО "Компрессор" (г.Санкт-Петербург) разработать соответствующую экспертную систему технического диагностирования (СТД) [24].      На основе данных вибродиагностики составляются различные методики и документы. Так, в ОАО "Рязанский НПЗ" разработана система технического обслуживания и ремонта насосов и компрессоров по техническому состоянию, которая одобрена Госгортехнадзором России (ГГТН). В ОАО "ИркутскНИИхиммаш" разработан руководящий документ "Центробежные машины. Организация эксплуатации и ремонта по техническому состоянию (Система планово-диагностического ремонта)", которая в 1998г. утверждена в Управлении Иркутского округа ГГТН.      В "НИИтурбокомпрессор им. В.Б. Шнеппа" (НИИТК) вибродиагностике уделяется достаточно серьезное внимание. На проектируемых агрегатах (ГПА-16 "Волга", 2ГЦ2-23/21 и др.) разрабатываются системы встроенного мониторинга, создаются и дополняются базы данных типовых агрегатов с выявленными дефектами и вибрационными амплитудными спектрами. Совместно с фирмой "ИНКОТЕС" разрабатывается проект поставки компрессорного оборудования с встроенной автоматической системой диагностирования. Кроме того, в НИИТК разрабатываются системы, позволяющие не только констатировать факт повышенной вибрации, но и с возможностями борьбы с ней (например: применение вместо традиционных подшипниковых опор ротора - системы магнитных подвесов на ГПА-16 "Волга") [25].      В ОАО НПО "Искра" на все разрабатываемые ГПА, устанавливаются средства контроля параметров работоспособности. По требованию заказчика, машины оснащаются соответствующими датчиками и системой диагностирования, в основе которых положены различные методы [26].      Фирма "Nuove Pignone" (Италия) также предполагает введение автоматизированных СТД в ГПА, состоящей из модулей вибро-, параметрической и других методов диагностики [3].      ОАО "Газпром" рекомендует включать в паспорт ГПА начальную спектральную характеристику вибрации агрегата с целью оценки его технического состояния по изменению этой характеристики.      В ОАО "Газпром" совместно с "ВНИИГаз", "ИНКОТЕС" и другими организациями, разработан и внедрен целый ряд автоматизированных и полуавтоматизированных систем вибро-, параметрической диагностики и защиты (СВИД, КАСКАД-АНТЕС, ДСА-2001 и так далее). Они предназначены для контроля технического состояния ГПА различных типов и технологических трубопроводов - с целью создания единой отраслевой системы диагностического обслуживания газотранспортной системы [3]. Одна такая АСТД, имеющая до 320 каналов, может контролировать состояние оборудования всей компрессорной станции. Экспертная система на ЭВМ в режиме "on-line" сообщает обо всех отклонениях параметров, осуществляет поиск неисправностей и выдает рекомендации о дальнейшей эксплуатации оборудования.      В полуавтоматизированных системах сбор информации осуществляется переносными коллекторами. Такие системы применяются на устаревшем оборудовании, в которых системы автоматики и управления не приспособлены к созданию на их основе АСТД, а замена систем управления на новые не оправдана с технико-экономической точки зрения.      На базе существующих АСТД, в ОАО "Газпром" совестно с РГУНГ им. И.М. Губкина и НПО "ВНИИЭФ-Волгогаз" разрабатывается дополнительный модуль трибодиагностики [27].      На химических и нефтеперерабатывающих предприятиях нашла широкое распространение система мониторинга КОМПАКС®, разработанная в НПЦ "Динамика" [28]. Помимо контроля комплекса параметров работы машины, в экспертной системе на ЭВМ проводится анализ ее вибрационного состояния с использованием различных методов обработки вибросигнала, в том числе и статистических. По заложенным в СТД алгоритмам диагностирования и нормам на определенный тип машины, выдается сообщение о той или иной неисправности. Кроме этого, экспертная система позволяет пользователю формировать собственные правила диагностирования.      С 1991г. уже внедрено 120 таких систем на 15 предприятиях России. Отличительной ее особенностью является эффективное использование электронного документооборота, включающего в себя ремонтную, эксплуатационную документацию на каждую единицу оборудования. Использование локальной сети предприятия позволило в автоматизированном режиме предоставлять на ЭВМ пользователей информацию о состоянии оборудования и действиях персонала службам технадзора, главного механика, энергетика.      Диагностирование оборудования, не подключенного к стационарным системам КОМПАКС®, осуществляется с помощью переносной системы COMPACS-MICRO™. В последнее время имеет место тенденция создания "открытых" экспертных систем, где у пользователя есть возможность контролировать процесс постановки диагноза, а также ввести собственный алгоритм. Так, фирмой "ИНКОТЕС" разработаны диагностические модули для экспертных систем, предназначенные для контроля различных типов ГПА, вентиляторов, насосов и другого оборудования. При этом виброанализ может проводиться по 17 функциям (спектр, огибающая, кепстр, корреляция и так далее). В настоящее время ведутся исследования по использованию вейвлет-преобразований. Кроме НПЦ "Динамика" и "ИНКОТЕС" системы такого типа разрабатываются фирмами "ТСТ", "Вибро-Центр", Bruel&Kjaer и другими.      Кроме представленных выше, в России разработкой систем виброконтроля и диагностики занимается большое количество ведущих фирм: ОАО "ИркутскНИИхиммаш" [29], ФГУП НПО измерительной техники [30], ЗАО "Промсервис" [31] и другие. Для того, чтобы обеспечить совместимость передачи данных среди различных вибродиагностических систем, в 1996г. был принят международный стандарт MIMOSA [32]. Он предоставляет возможность описания не только первичных, но и вторичных данных, полученных в результате обработки сигналов.      В последнее время наблюдается интенсивное развитие экспертных систем за счет создания надежных и быстрых алгоритмов поиска неисправностей. В качестве их методологической основы используется логический анализ причинно-следственных связей [2]. Имеются также работы по созданию автоматических систем искусственного интеллекта в виде нейрокомпьютеров, нейросетей. Но сейчас наиболее предпочтительными являются информационные технологии, ориентированные на использование нечетких множеств, которые реализуются на базе традиционной вычислительной архитектуры [33].      К сожалению, на сегодняшний день уровень развития виброанализирующего оборудования и программного обеспечения не позволяет выявить полностью все виды дефектов встречающихся и развивающихся в компрессоре. Вибродиагностика не всегда может дать однозначный ответ на вопрос - достиг ли тот или иной элемент конструкции предельного состояния? А если не достиг, то - как долго его можно эксплуатировать? Для того чтобы ответить с достаточно высокой степенью достоверности на эти вопросы, необходимо проведение натурных обследований объекта. Зачастую это предусматривается при проведении экспертизы промышленной безопасности.      Экспертные организации, действующие на основании лицензии Госгортехнадзора России, проводят комплекс работ по техническому диагностированию в соответствии с утвержденными методиками и инструкциями, включая визуально-измерительный контроль, методы неразрушающего контроля состояния металла, функциональную диагностику, расчет на прочность с учетом фактического технического состояния и условий эксплуатации с применением методов математического моделирования, определение остаточного ресурса. В ООО НПП "Механик" накоплен значительный опыт в этой области для компрессоров различных типов, разработано программное обеспечение на ЭВМ. Использование в этом случае более полной информации о состоянии объекта позволяет определять ресурс не только по критерию снижения рабочих характеристик машины, но и по критерию прочности деталей [34].      Расчеты на прочность и ресурс предусматривают исследования напряженно-деформированного состояния (НДС) конструктивных узлов машины. Причем соответствующих методик не существует в достаточном количестве. В НИИТК имеется опыт в разработке методик расчета на статическую и динамическую прочность любых элементов конструкции компрессора и сопутствующего оборудования (рамы, трубопроводные обвязки, маслоохладители и т. д.) [35, 36]. Для расчетов применяется хорошо зарекомендовавшая себя система конечно-элементного моделирования ANSYS. С помощью этой системы успешно решаются задачи статической и динамической прочности, как в линейной, так и нелинейной постановке, а также задачи расчета динамической, термодинамической и газодинамической нагрузки.      При проведении экспертизы промышленной безопасности, в НИИТК имеется опыт моделирования и расчета (с помощью системы ANSYS и программ собственной разработки) на остаточную прочность деталей компрессора с учетом наличия различных видов дефектов таких как: подрезы и коррозионный (эрозионный) износ лопаток рабочего колеса центробежного компрессора, повреждения в корпусе компрессора, вмятины на корпусе маслоотделителя и др. Для подтверждения результатов расчетов, детали компрессоров проходят испытания на прочность на соответствующих стендах.      Таким образом, анализ остаточной прочности и оценка ресурса, с использованием методов накопления усталостных повреждений, позволяет более обоснованно назначать дополнительный ресурс деталей или узлов компрессора.      Подводя итоги настоящего обзора, можно указать на следующие характерные особенности развития современной отечественной промышленности. В последнее десятилетие значительно возросло значение применения систем диагностирования, что связано, в первую очередь, с эксплуатацией старого оборудования. Все больше предприятий понимают важность этого шага, свидетельством чего является широкое внедрение стационарных систем мониторинга в масштабах всего производства и отрасли, их быстрая окупаемость. Переносные системы диагностирования играют и будут играть большую роль в обеспечении безопасности предприятий. В результате, прослеживается тенденция широкомасштабного внедрения технологий ресурсосберегающей эксплуатации, где в комплексе решаются вопросы обеспечения надежности объекта.
НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКАЯ ДОКУМЕНТАЦИЯ:
     ГОСТ 20073-81. Компрессоры воздушные поршневые стационарные общего назначения. Правила приемки и методы испытаний.      ISO 1217. Displacement Compressors - Acceptance tests.      ИСО 2372-74. Станки. Правила оценки механической вибрации при рабочих скоростях от 10 до 200 об/с.      VDI 2056. Критерии оценки механических колебаний машин.      ГОСТ ИСО 10816-1-97. Вибрация. Контроль состояния машин по результатам измерений вибрации на невращающихся частях. Часть 1. Общие требования.      BS ISO 10816-2-2001. Вибрация. Контроль состояния машин по результатам измерений вибрации на невращающихся частях. Часть 2. Наземные паровые турбины и генераторы мощностью свыше 50МВт со скоростями вращения 1500, 1800, 3000 и 3600 об/мин.      ГОСТ Р ИСО 10816-3-99. Вибрация. Контроль состояния машин по результатам измерений вибрации на невращающихся частях. Часть 3. Промышленные машины номинальной мощностью более 15 КВт и номинальной скоростью от 120 до 15000мин-1.      ГОСТ Р ИСО 10816-4-99. Вибрация. Контроль состояния машин по результатам измерений вибрации на невращающихся частях. Часть 4. Газотурбинные установки.      ИСО 10816-5-2000. Вибрация. Контроль состояния машин по результатам измерений вибрации на невращающихся частях. Часть 5. Агрегаты для гидроэлектростанций и насосных станций.      ИСО 10816-6-95. Вибрация. Контроль состояния машин по результатам измерений вибрации на невращающихся частях. Часть 6. Машины с возвратно-поступательным движением номинальной мощностью более 100КВт.      ГОСТ 25364-97. Агрегаты паротурбинные стационарные. Нормы вибрации опор валопроводов и общие требования к проведению измерений.      ГОСТ Р ИСО 7919-1-99. Вибрация. Контроль состояния машин по результатам измерений вибрации на вращающихся валах. Общие требования.      BS ISO 7919-2-2001. Вибрация. Контроль состояния машин по результатам измерений вибрации на вращающихся валах. Наземные паровые турбины и генераторы мощностью свыше 50МВт со скоростями вращения 1500, 1800, 3000 и 3600 об/мин.      ГОСТ Р ИСО 7919-3-99. Вибрация. Контроль состояния машин по результатам измерений вибрации на вращающихся валах. Промышленные машинные комплексы.      ГОСТ Р ИСО 7919-4-99. Вибрация. Контроль состояния машин по результатам измерений вибрации на вращающихся валах. Газотурбинные установки.      ГОСТ 27165-97. Агрегаты паротурбинные стационарные. Нормы вибрации валопроводов и общие требования к проведению измерений.      ISO 13379. Проект международного стандарта "Механическая вибрация - Условия мониторинга и диагностирования машин: Общее руководство по интерпретации данных и средства диагностирования". Ведомственная нормативно-техническая документация по диагностике технического состояния машинного оборудования подробно изложена в [1].
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
     1. Гриб В.В. Диагностика технического состояния нефтегазохимических производств. - М.: ЦНИИТЭнефтехим, 2002.-268с.      2. Ястребова Н.А. и другие. Техническая диагностика и ремонт компрессоров. - М.: ЦНИИТЭхимнефтемаш, 1991, Ч.2.-60с.      3. Зарицкий С.П. Диагностическое обслуживание оборудования КС. - М.: ИРЦ "Газпром". Обз. инф. Серия "Газовая промышленность на рубеже XXI века", 2000.-156с.      4. Максименко С.В., Поляков Г.Н., Труфанов А.Н. Методы и средства технической диагностики оборудования компрессорной станции. Обзорная информ. Серия "Транспорт и подземное хранение газа".- М.: ВНИИЭгазпром, 1990.-66с.      5. Неразрушающий контроль и диагностика. Справочник под ред. В.В. Клюева. - М.: Машиностроение, 1995.      6. Рахмилевич З.З. Компрессорные установки.-М.: Химия, 1989.-272с.      7. Орбис-Дияс В.С. Ранняя диагностика состояния центробежных компрессоров в услоиях эксплуатации. Автореф. дисс. на соиск. ученой степени канд. техн. наук. - М.: МИХМ, 1990.-16с.      8. Пластинин П.И., Дегтярева Т.С., Светлов В.А., Сячинов А.В. Автоматизированная система измерений, накопления и обработки данных при испытаниях поршневых компрессоров // Компрессорная техника и пневматика, 1997, вып.3-4 (16-17).- С.12-14.      9. Милованов В.И. Долговечность малых холодильных компрессоров.-М.: Агропромиздат, 1991.-174с.      10. Добровольский И.Г. Повышение достоверности оценивания параметров технического состояния компрессорных машин // Контроль. Диагностика, 2002, №6. - С.32-35.      11. Матвеевский Б.Р. Приборное обеспечение для трибодиагностики узлов трения в процессе эксплуатации / Сб. трудов Первой международной конф. "Энергодиагностика" (Москва, сентябрь 1995г.) Т.3: Трибология.- М.: ИРЦ "Газпром", 1995.-С.344-346.      12. Постников В.И. Исследование и контроль износа машин МПА.- М.:Атомиздат, 1973.-167с.      13. Соковиков В.В., Константинов И.О. Мониторинг малых скоростей изнашивания и коррозии методом радиоиндикаторов.- Обнинск: ГНЦ РФ ФЭИ, 2000.- 28с.      14. Толстов А.Г. К вопросу о пространственном нормировании уровней вибрации / НТС Газовая промышленность. Серия: Диагностика оборудования и трубопроводов, 2001, №2.- С.3-10.      15. Генкин М.Д., Соколова А.Г. Виброакустическая диагностика машин и механизмов.- М.: Машиностроение, 1987.-283с.      16. Соколинский Л.И., Якубович В.А. Вибрационное диагностирование центробежных компрессоров.-М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1987.-63с.      17. Браун Д.Н., Йэргэнсен Й.Ц. Мониторизация состояния машинного оборудования путем анализа механических колебаний // Химическое и нефтяное машиностроение, 1988, №12.-С.38; 1989, №1.-С.41.      18. Осадчий Е.П., Строганов М.П., Ляпощенко В.А., Шкодырев В.П. Методы ВАД неисправностей компрессорных установок // Диагностирование оборудования комплексно-автоматизированного производства. - М.: Наука, 1984.-С.122-126.      19. Гриб В.В. Решение триботехнических задач численными методами.- М.: Наука, 1982. -112с.      20. Гриб В.В., Сафонов Б.П., Жуков Р.В. Динамика механизма движения поршневого компрессора с учетом зазоров в подвижных соединениях // Вестник машиностроения,2002, №4. С.3-7.      21. Гриб В.В., Жуков Р.В. Особенности спектральной вибродиагностики поршневых компрессорных машин // Компрессорная техника и пневматика, 2001, №8.-С.30-32.      22. Goldman P., Muszynska A. Application of full spectrum to rotating machinery diagnostics // ORBIT, 1999, v.20, №1.- pp.17-21.      23. Берков Ю.П., Дубровский В.М., Комлык М.Ю. и другие. Система диагностирования технического состояния газоперекачивающего оборудования // Химическое и нефтяное машиностроение, 1993, №11.-С.17-19.      24. Омельченко Е.В., Чигрин В.И., Парафейник В.П. и другие. Комплексные системы автоматизированного управления и диагностирования технического состояния турбокомпрессорных агрегатов и поршневых компрессоров // Компрессорная техника и пневматика, 2001, №4.-С.8-12.      25. Шайхутдинов А.З., Лезнов А.С., Хабибуллин М.Г. и другие. Разработка и испытания нагнетателя с магнитными подшипниками для ГПА-16 "Волга" / Труды VII Международного симпозиума "Потребители-производители компрессоров и компрессорного оборудования-2001" (Санкт-Петербург, 30 мая - 1 июня 2001г.) - СПб.: СПбГТУ, 2001. - С.14-19.      26. Вдовина Г.В., Кожин Н.Н. Опыт оснащения газоперекачивающих агрегатов контрольно-измерительной аппаратурой / Химическое и нефтегазовое машиностроение, 2002, №6.-С.36-37.      27. Клишин Г.С., Парасына А.С., Городничев А.А., Наумов П.А. Технические средства защиты и диагностики энергоустановок // Химическое и нефтегазовое машиностроение, 2000, №9.- С.29.      28. Костюков В.Н., Бойченко С.Н., Костюков А.В. Автоматизированные системы управления безопасной ресурсосберегающей эксплуатации оборудования нефтеперерабатывающих и нефтехимических производств (АСУ БЭР - КОМПАКС®) / Под ред. Костюкова В.Н. - М.: Машиностроение, 1999. -163с.      29. Краковский Ю.М., Лукьянов А.В., Эльхутов С.Н. Программный комплекс вибродиагностики роторных машин // Контроль. Диагностика, 2001, №6.-С.32-36.      30. Вербило А.С., Дунаевский В.П., Субботин М.И., Клименко А.Н. Аппаратура СВКА 1 для контроля механического состояния компрессорных агрегатов // Химическое и нефтегазовое машиностроение, 2000, №9.- С.27-28.      31. Мынцов А.А., Мынцова О.В., Шкумат А.Г. Опыт эксплуатации переносных систем диагностирования агрегатов роторного типа // Контроль. Диагностика, 2001, №1.-С.7-11.      32. Гусев В.К., Стрельченко А.Н. Разработка требований к модели представления данных в системах вибродиагностики / НТС Газовая промышленность. Серия: Диагностика оборудования и трубопроводов, 1997, №2.- С.6-13.      33. Сула А.С., Каравашкин Э.А. Информационный микроскоп "Диаграф" - новый инструмент для технической диагностики / НТС Газовая промышленность. Серия: Диагностика оборудования и трубопроводов, 1997, №2.- С.13-25.      34. Давыдов В.М., Жуков Р.В. Диагностика, как неотъемлемая часть ремонта оборудования по техническому состоянию // Безопасность труда в промышленности, 2002, №3. - С.12-14.      35. Еранов А.П., Тукбаев Р.Х. Проблемы обеспечения прочности и надежности при разработке и эксплуатации компрессорного оборудования // Компрессорная техника и пневматика, 2002, №1. - С.14-15.      36. Еранов А.П. Тукбаев Р.Х., Галимзянов А.И. Применение системы ANSYS для решения задач прочности и надежности при проектировании компрессорной техники // Сборник трудов Второй конференции пользователей программного обеспечения CAD-FEM GmbH. Москва 2002г.

ВЫЯВЛЕНИЕ ДЕФЕКТОВ ПОДШИПНИКОВ КАЧЕНИЯ С ПОМОЩЬЮ АНАЛИЗА ВИБРАЦИИ
Daniel Lynn, Manager, Training, Computational Systems, Inc. (CSI) Пер. с англ. И.Р. Шейняк, под редакцией В.А. Смирнова.
    Одна из целей настоящей статьи - показать возможность обнаружения дефектов подшипников качения посредством анализа сигнала вибрации в частотной и временной областях. Вторая - показать возможность определения степени развития дефектов подшипников, с тем чтобы иметь возможность оценить остаточный ресурс подшипника
    Спектр и форма сигнала вибрации содержат информацию о характерных дефектах подшипников качения, эта информация имеет специфические особенности в зависимости от вида дефекта. Одной из таких характерных особенностей является наличие несинхронных пиков, т.е. пиков, не являющимися целократными гармониками частоты вращения вала машины. Спектр вибрации может содержать как дискретные пики, так и широкополосные частотные области высокого уровня. Во временном сигнале вибрации могут наблюдаться ударные импульсы, обусловленные прохождением (перекатыванием-прим. ред.) элементов качения через дефекты дорожек или контактом дорожек с дефектными участками элементов качения.     Важным моментом является то, что колебания, связанные с дефектом подшипника качения имеют много меньшую амплитуду, чем колебания, связанные с многими другими повреждениями, такими как дисбаланс, несоосность или дефекты зубчатой передачи. Большое разнообразие конструкций подшипника и условий их использования, рабочих скоростей и нагрузок сильно затрудняет использование единого (универсального) уровня допустимой вибрации, который бы удовлетворительно работал во всех или хотя бы в большинстве случаев.
    Во временном сигнале вибрации и в его спектре присутствуют характерные признаки дефектов подшипников качения, которые сильно зависят от вида дефекта. Одним из таких признаков является присутствие в спектре несинхронных пиков, т.е. пиков, которые не являются целочисленными гармониками частоты вращения. Более того, при развитых дефектах можно наблюдать гармоники этих несинхронных пиков. Спектр может содержать как дискретные (узкополосные) пики, так и размытые "холмы", в которых сосредоточена вибрационная энергия. Во временном сигнале наблюдаются ударные импульсы, возникающие в зонах контакта тел качения с дефектами дорожек или дорожек с дефектами тел качения.
    Важным моментом здесь является то, что амплитуда колебаний, связанных с дефектами подшипников качения много меньше той, что вызвана различными другими дефектами, такими как дисбаланс, несоосность или повреждения зубчатых передач. Указанные дефекты вызывают колебания с амплитудами разных порядков, поэтому целесообразно сравнивать полученные данные с имеющимися эталонными значениями для различных дефектов, вместо того, чтобы пользоваться единым общим уровнем, принятым за уровень предупреждения о возможных дефектах подшипников. Поскольку на практике приходится иметь дело с самыми разными конструкциями и способами применения подшипников, разными частотами вращения и условиями их нагружения, - очень трудно установить один уровень предупреждения, который бы хорошо работал во всех, или хотя бы многих, ситуациях. И когда мы говорим о степени развития дефектов, то в первую очередь связываем это с характерными особенностями спектров. Распознавание образов является ключевым моментом для определения стадии развития дефекта.
     Подшипники качения имеют свои характерные частоты проявления дефектов, которые определяются их геометрическими размерами. Эти частоты можно рассчитать для внутренней и внешней дорожек, сепаратора и шариковых или роликовых элементов.     Для расчета характерных частот необходимо знать число элементов качения, их диаметр, диаметр сепаратора и угол контакта (выделение ред.). Если эти параметры известны, можно определить все характерные частоты, генерируемые каждым отдельным элементом подшипника.     В отличие от повреждений других видов, характерные подшипниковые частоты будут появляться в спектре только в том случае, если есть дефекты конкретных элементов подшипников. Кроме того, в спектре возможно появление сразу нескольких частотных составляющих, характерных для данного конкретного подшипника. Например, если на внешней дорожке присутствует какой-нибудь дефект, через некоторое время этот дефект вызовет износ и деградацию элементов качения, а затем передастся и внутренней дорожке подшипника.     Характерные частоты часто определяют через коэффициенты, на которые следует умножить частоту вращения вала; эти коэффициенты кратны количеству ударов за один оборот вала, возникающих вследствие наличия определенного дефекта. Для определения характерных частот существуют стандартные формулы. Например, рассчитанный коэффициент для дефекта внешней дорожки может быть равен 5,22, и обычно в спектре вибрации вы можете наблюдать гармоники этой составляющей, которые соответствуют коэффициентам 5,22, 10,44, 15,66, 20,88 и выше. Этот несинхронный пик и его гармоники можно наблюдать, если в подшипнике есть дефектные элементы.     Дефекты подшипников, которые мы можем распознать с помощью вибрационного анализа, включают в себя: дефекты внутренней и внешней дорожек качения, дефекты элементов качения, дефекты сепаратора, ослабление посадки подшипника, увеличенный внутренний зазор, проворачивание внутреннего кольца на валу, перекос подшипника и дефекты смазки.     На самом деле можно найти много причин, вызывающих повреждения подшипников качения. Примерно 43% подшипников выходят из строя вследствие неправильного режима смазки, т.е. ее избытка или недостатка (как правило, более вероятной причиной будет избыточная смазка). Еще 27% связаны с неправильной установкой подшипника, например, когда подшипник пытаются поставить на место с помощью молотка или сварки. Следующие 24% включают: неправильное применение подшипников, дефекты сборки и повышенную вибрацию. Только 9% подшипников выходят из строя вследствие естественного износа.      Если мы взглянем на различные формулы, определяющие срок службы подшипника в зависимости от нагрузки, то увидим, что эта зависимость имеет кубический вид, т.е. подшипники очень быстро будут выходить из строя, если нагрузка на них будет превышать, установленную техническими условиями. Другим фактором, определяющим срок службы, является частота вращения. На срок жизни подшипника может повлиять и вибрация, из формул следует, что повышение вибрации машины от 5 до 10 мм/с может сократить срок службы подшипника почти на 70 %.      Если тип подшипника вам неизвестен, существуют формулы, позволяющие приблизительно определить значения характерных частот. Так, частота вращения сепаратора составляет примерно 40 % частоты вращения вала. Частота перекатывания элементов качения по внешнему кольцу (международное обозначение-BPFO) будет примерно равна 0,4 от произведения числа элементов качения на частоту вращения. Частота перекатывания шариков по внутреннему кольцу (международное обозначение-BPFI) будет примерно 0,6 от произведения числа элементов качения на частоту вращения, т.е. отношение BPFI/BPFO составляет около 1,5. Единственным исключением, когда указанными формулами нельзя пользоваться, является случай, когда угол контакта равен 90°, например в некоторых типах упорных подшипников, когда частоты для внутренней и внешней дорожки совпадают, однако такая ситуация встречается крайне редко.     Самой высокой характерной частотой является частота перекатывания по внутренней дорожки, которая примерно на 40-60 % превышает характерную частоту для внешней дорожки, и оба этих пика будут несинхронными. Так для подшипника модели SKF 22228, имеющего 19 шариков, и частоту вращения вала 29,6Гц приблизительное значение BPFI, согласно формуле, будет 337,44 Гц. На самом деле истинное значение этой частоты для подшипника данной модели будет равно 320 Гц, так что ошибка оценивания составила всего около 5 %. Если вы встретите несинхронный пик в окрестности частоты 340 Гц на расстоянии примерно 17 Гц от нее, вы можете с достаточной уверенностью заключить, что этот пик связан с дефектом внутренней дорожки подшипника.
    Те же формулы для подшипника с 19 шариками дают оценку BRFO равную 224,96 Гц. Истинное расчетное значение этой частоты будет 243,31 Гц, что соответствует погрешности только 8 %. Для частоты 230 Гц эта погрешность соответствует 18 Гц, поэтому, встретив пик в этом диапазоне, вы можете с большой вероятностью связать его с дефектом внешней дорожки.      В этом месте некоторые из вас скажут: "Кого волнует, на внутренней дорожке находится дефект или на внешней!" Есть такие люди, которые готовы производить замену подшипника немедленно, как только сам факт повреждения установлен. Если это относится и к вам, то и в самом деле беспокоиться не о чем. Но если вам нужны более детальные исследования, для того, чтобы оценить, как долго еще прослужит этот подшипник, тогда вопрос о месте повреждения и степени его развития становится актуальным. Здесь уже важно знать - внутренняя дорожка или внешняя, - поскольку подшипник с дефектом на внешней дорожке может прослужить дольше, чем с дефектом на внутренней. Именно появления частотной составляющей, характерной для дефекта внутренней дорожки, требует особого внимания.     Для того, чтобы понять это, следует обратиться к самой конструкции подшипника и способу распространения вибрации. Если датчик вибрации установлен в зоне нагрузки на подшипник, где и имеет место большинство повреждений внешней дорожки, путь распространения вибрации проходит через внешнюю дорожку, корпус подшипника и далее до датчика вибрации. По такому пути колебания, вызванные дефектом внешней дорожки, передаются с малыми потерями, что позволяет уверено выявлять такие дефекты, несмотря на то, что, амплитуда вибрации на высоких частотах может быть относительно невелика.     В большинстве случаев способ использования подшипников таков, что внутренняя дорожка вращается, а внешняя остается неподвижной. Если дефект находится на внутренней дорожке, он постоянно перемещается вместе с ней и поэтому не всегда находится в зоне нагрузки, а временами и далеко уходит от того места, где расположен датчик вибрации. Энергия вибрации передается от внутренней дорожки к датчику через элементы качения, сепаратор, внешнюю дорожку и корпус подшипника. Этот путь распространения вибрации гораздо хуже с точки зрения потерь энергии. Добавим к этому, что дефект перемещается и часто находится вне зоны нагрузки, где удары значительно ослабевают. К тому же необходимо быть уверенным, что выборки сигналов, по которым производится усреднение, достаточно длинные и охватывают, по крайней мере, один полный оборот вала. В противном случае, может оказаться так, что в выборки не будут попадать самые мощные участки сигнала, когда дефект внутренней дорожки проходит зону нагрузки.     Если в спектре вибрации вы наблюдаете характерные частоты как для внутренней, так и для внешней дорожки, и обе они имеют одинаковую амплитуду, какая из дорожек имеет более развитый дефект? Ответ очевиден - внутренняя. И если вы обнаружили дефекты на обеих дорожках, смело можно предположить, что дефекты имеются также и на элементах качения. Они могут не всегда проявляться на соответствующих частотах, но могут вызвать появление боковых полос у частот, характерных для дефектов дорожек. Если все указывает на повреждение нескольких элементов подшипника, это должно рассматриваться как экстренный случай, поскольку дефекты элементов качения легко могут вызвать повреждения сепаратора, что приведет к полному разрушению подшипника.     Вопрос о предполагаемом сроке службы подшипника решается на основе рассмотрения нескольких аспектов. Один из них - "история" подшипника и его текущее состояние. Как многочисленны и насколько развиты имеющиеся дефекты? Некоторые могут удивиться - как это можно определить, однако существует несколько общих ситуаций для валов, имеющих частоту вращения 300 об/мин и ниже. Обычно такие валы устанавливают на больших подшипниках с большим числом элементов качения. Для машин целлюлозно-бумажной промышленности, текстильных и вальцовочных машин наблюдается следующая особенность: каждой гармонике характерной частоты внешней дорожки, присутствующей в спектре, можно с большой вероятностью поставить в соответствие выкрашивание размером примерно в один дюйм.(2,54 см) Например, однажды я предсказал, что в подшипнике имеет место выкрашивание, по крайней мере, в 48,3 см, и когда этот подшипник был разобран, оказалось, что оно равно 53,3 - 55,9 см. Я мог поставить такой диагноз, потому что знал, что число гармоник в спектре связано с числом или размерами дефектов. Для подшипников меньших размеров каждой гармонике частоты BPFO можно поставить в соответствие выкрашивание в 0,64 см.     Имеют ли место нарушения внутренней геометрии подшипника? Как выяснить это? Вы можете судить об этом по характерным особенностям в спектре и форме сигнала вибрации. В спектре будет наблюдаться размытие пиков и появление большой широкополосной области высокого уровня.     Каковы темпы развития повреждения? Чтобы ответить на этот вопрос, я собираю кипу спектральных диаграмм, соответствующих данным конкретным измерениям для данного конкретного подшипника, просматривая время от времени эти спектры я могу видеть, как быстро процесс развития повреждений проходит через различные стадии.      Что является причиной повреждений? Изменение внутреннего зазора, отсутствие смазки или повышенная вибрация? Если это отсутствие смазки, оно должно сопровождаться очень быстрыми изменениями в сигнале вибрации, повышенным нагревом подшипника и угрозой скорого выхода подшипника из строя. Если имеет место повышенная вибрация, определяемая действием каких-либо иных источников, вы можете попытаться уменьшить дисбаланс и перекосы в машине, прежде чем подшипник попадет в зону ускоренного разрушения. Особенно это касается перекосов. Некоторые из случаев, которые я собираюсь рассмотреть в дальнейшем, связаны с новыми подшипниками, в которых, однако, наблюдался перекос. Перекос приводил к повышению нагрузки на подшипники, а та в свою очередь - к интенсивному ускоренному износу.     Как долго подшипнику осталось работать по сравнению с тем временем, что он уже был в эксплуатации? Когда появился первый дефект? Ответы на эти вопросы зависят от частоты вращения машины. Если она равна 3600 об/мин и выше- развитие дефекта пройдет все стадии до разрушения достаточно быстро. Если же она равна 300 об/мин и ниже, это может занять и несколько месяцев, особенно, если дефект наблюдается на внешней дорожке. Выкрашивание и расслоение металлической поверхности дорожек могут наблюдаться в течение длительного периода времени и быть вполне допустимыми, т.к. частота вращения вала низкая.      Я призываю вас хранить "трофеи"- разобранные старые подшипники с различными видами дефектов и данные, которые были получены для этих подшипников до их замены. Такие "трофеи" помимо всего прочего являются прекрасным средством для успешного продвижения вашей программы обслуживания. Это очень полезно, когда кто-либо заходит в ваш кабинет и видит у вас за спиной выставку образцов подшипников с впечатляющими дефектами, подтверждающими необходимость проведения диагностических работ.      Собирание "историй" эксплуатации подшипников поможет вам также отточить ваше искусство в определении степени развития дефектов. Например, вы определили, в чем состоят проблемы, связанные с подшипником, и предсказали, что он будет работать еще, по крайней мере, три недели. Но этого не произошло. Здесь самое время сопоставить данные с типом повреждения. В следующий раз, получив для подшипника схожие данные, вы уже не захотите ждать и сразу удалите этот подшипник. С другой стороны, если вы решили удалить подшипник, чтобы определить минимально допустимое выкрашивание, вам следует осознавать, что такой подшипник мог бы еще работать длительное время. Нет 2-х одинаковых машин, но вы можете стать экспертом во всем, что касается подшипников и способов их применения для тех конкретных машин, которые используются на вашем производстве.      Если дефект присутствует на внутренней дорожке, в спектре появится составляющая BPFI. Вряд ли вы увидите пик на этой частоте на ранней стадии зарождения дефекта, но возможно - вблизи какой-нибудь гармоники BPFI (номер этой гармоники будет соответствовать числу элементов качения в подшипнике). Следовательно, если в вашей базе данных не предусмотрен сбор информации в этом диапазоне частот, вы не будете иметь возможность идентифицировать данный дефект.     Например, допустим у нас имеется подшипник с 19 элементами качения. Характерная частота внутренней дорожки должна примерно в 11,42 раза превышать частоту вращения вала. В начальной стадии развития дефекта трудно выделить составляющую эту спектральную составляющую на фоне шума. Но я смогу увидеть ее гармоники на более высоких частотах, возможно самую высокую- 19-ю кратность, соответствующую числу элементов качения. Таким образом, в этом примере нам необходимо контролировать вибрацию в частотном диапазоне, верхняя граница которого превышает частоту вращения вала более чем в 200 раз (11,42х19). Большинство из вас никогда не проводило контроль на столь высоких частотах. В действительности, многие ограничиваются диапазоном частот, ограниченным 50-й гармоникой частоты вращения.     На ранних стадиях развития дефекта вы будете наблюдать его на частотах в 16-19 раз превышающих расчетные значения характерных частот для внутренней или внешней дорожки. По мере роста дефекта амплитуды гармоник будут немного подрастать, и вы сможете увидеть появление пиков на более низких частотах. В некоторых случаях возможно появление пиков на 6-й, 5-й и 4-й и даже более низких гармониках BPFI или BPFO. На следующей стадии развития дефекта появляются пики на самих характерных частотах дорожек, однако нередки случаи, когда эти пики трудно разглядеть даже для сильно развитых дефектов. Поэтому важно понять, что наблюдение необходимо вести на высоких частотах для сигналов малой амплитуды.     Почему с высокими частотами связаны малые амплитуды? Большинство систем с высокими амплитудами на высоких частотах выходят из строя очень быстро. Вот почему составляющие, о которых мы говорим, имеют амплитуды очень маленькие по сравнению с составляющими спектра на низких частотах, таких как частота вращения вала. Например в системе может быть большой дисбаланс, соответствующий виброскорости от 10 до 25,4 мм/с. Для сравнения, сильно развитый дефект подшипника может вызвать колебания со скоростью 0,5 - 1 мм/с. На практике мне приходилось встречать повреждения подшипников, когда самый высокий пик из обусловленных этим повреждением составлял всего 0,15 мм/с.     Важно понимать, что мы говорим об относительно низких амплитудах. Конечно, мне попадались подшипники, создававшие вибрацию 5 мм/с и выше, но это не типично. Как правило вы будете наблюдать пики с уровнями 0,5, 1 и 0,15 мм/с, а часто и более низкие.     Одна из особенностей составляющих, связанных с внутренней дорожкой, состоит в том, что они постоянно изменяются. Появляется все больше гармоник характерной частоты, амплитуды их немного возрастают и они становятся ближе к BPFI. Появляются боковые полосы, пики, расположенные по обе стороны гармоники на одинаковом расстоянии, равном частоте вращения вала. Для внешней дорожки появление таких модуляционных частот нехарактерно прежде всего потому, что в большинстве случаев внешняя дорожка неподвижна, в то время как внутренняя вращается вместе с валом. То же самое справедливо для частоты контактирования шариков с дорожками качения (BSF). Если в подшипнике присутствует дефект шарика или ролика, он обычно сопровождается дефектом дорожки, и его часто можно наблюдать в виде боковых полос BPFI или BPFO, отстоящих от них на величину BSF. Только в редких случаях мне удавалось наблюдать саму составляющую BSF, как правило я видел одну сильную гармонику этой частоты, которая обычно указывает на количество шариков или роликов со следами износа.     Другой вид дефектов связан с сепаратором. Дефекты сепаратора проявляются на частоте вращения сепаратора (FTF) и сопровождаются, как правило, другими повреждениями в подшипнике. Эта составляющая единственная из всех подшипниковых составляющих, которая является субгармоникой, поскольку ее частота ниже частоты вращения вала.      Эту составляющую очень трудно обнаружить в спектре вибрации, поскольку в тот момент, когда она появляется, подшипник находится уже в очень плохом состоянии. Часто его работа при этом будет сопровождаться акустическим шумом, и до разрушения подшипника останется очень немного времени. Если вы измеряете вибрацию достаточно часто, чтобы поймать момент начала проявления в спектре дефекта сепаратора, в этом случае вы будете наблюдать субгармонику и боковые полосы с шагом, равным частоте FTF, вокруг других характерных частот подшипника- BPFI, BPFO и BSF. Появление в спектре первой гармоники оборотной частоты или боковых модуляционных полос или даже значительного широкополосного шума свидетельствует о прогрессирующем дефекте, который привел к изменению геометрии подшипника.      Многим из вас случалось удалять подшипник, который буквально рассыпался в ваших руках на части. Мне приходилось наблюдать даже, когда некоторые крупные части подшипника так и не удавалось обнаружить. Когда вы имеете дело со столь сильным износом и деградацией подшипника, выражающейся в изменении внутренней геометрии и утрате подшипником своей целостности, вы, как правило, можете наблюдать, как в окрестности пиков начинают расти боковые полосы. В конечном счете эти боковые полосы преобразуются в широкополосный шум. Дискретные пики "расползаются", и спектр теряет свою линейчатую форму.     Боковые полосы (суммарные или разностные) появляются сначала вокруг частоты, связанной с дефектом. Характерным является модуляция колебаний на частоте прохождения внутренней дорожки качения частотой вращения ротора. Иногда можно увидеть суммарные и разностные частоты вследствие модуляции иной частотой, нежели оборотная частота ротора. Например, это может быть частота прохождения внутренней или внешней дорожки качения или частота контактирования шариков с дорожками качения, так что, скажем, дефект внешней дорожки будет проявляться на частоте BPFO с боковыми полосами, образованными колебаниями с частотой BSF или FTF. В этом случае без колебаний можно говорить о наличии множественных дефектов в подшипнике и, по-видимому, сильно развитых.     Многочисленные гармоники частоты вращения (например, от 1-й до 8-й) в спектре вибрации заставляют вспомнить о таком дефекте, как ослабление в соединениях, и могут указывать на наличие увеличенных внутренних зазоров. Это справедливо и для подшипников. Степень ослабления можно определить, сравнивая графики вибрации. Там, где ожидается увеличенный зазор, будут присутствовать большее число гармоник с большими амплитудами. Через некоторое время в спектре может появиться половинная гармоника и ее гармоники (т.е. составляющие на частотах 0,5, 1,5, 2,5 3,5 и т.д. от оборотной). Постепенное увеличение числа и амплитуды гармоник половиной частоты обычно сопровождается повышением шумового фона, спектр теряет свой линейчатый характер и приобретает вид широкополосного случайного процесса. Это свидетельствует о внутренних изменениях геометрии подшипника - следует ожидать, что в нем уже развились значительные повреждения.     Если в спектре присутствует 3-я гармоника оборотной частоты, или же она заметно выделяется на фоне остальных гармоник, это может свидетельствовать о том, что подшипник проворачивается на валу. Если же имеет место неплотная посадка корпуса подшипника, в спектре вибрации следует ожидать появления нескольких гармоник частоты вращения вала - обычно доминирующими будут 1-я и 4-я гармоники. Иногда состояние, когда в спектре присутствует сильная 4-я гармоника, а сам спектр вибрации корпуса подшипника начинает дрожать и подергиваться, называют "шимми-эффектом".     Если в подшипнике имеет место перекос, его также можно распознать с помощью анализа вибрации. В этом случае следует обратить внимание на частоту равную частоте вращения вала, умноженную на число тел качения в подшипнике. Например, если на валу 12 опорных подшипников, и плоскость одного из них не перпендикулярна оси вала, имеет место перекос подшипника. И если в том подшипнике имеется 9 элементов качения, следует ожидать, что на 9-й гармонике частоты вращения вала будет сильный пик. Кроме того, как и в других случаях, связанных с несоосностью соединений, можно ожидать значительное преобладание вибрации в осевом направлении.     Если вы предполагаете, что подшипник посажен с перекосом, для подтверждения этого можно измерить фазовые соотношения вибрации поверхности подшипника. Измерим вибрацию в четырех направлениях, которые назовем севером, югом, востоком и западом. В случае перекоса разность фаз между измерениями, сделанными в южном и северном направлениях, будет составлять 180°. То же самое можно сказать об измерениях, сделанных в восточном и западном направлениях; разность фаз между колебаниями составит те же 180°.     Если смазка подшипника в норме, виброскорость в диапазоне 900-1600 Гц составит 5 мм/с или чуть больше. Поскольку качество анализа напрямую зависит от того, какие данные вы собрали, следует быть уверенным, что верхняя частота диапазона измерений достаточно высока, чтобы в спектре вибрации можно было наблюдать участки, где ожидается появление разных дефектов.      Чтобы получить информацию о дефектах смазки, необходимо проводить измерения, по крайней мере, вплоть до 1600 Гц. В диапазоне 900-1600 Гц вы сможете наблюдать три или четыре пика, отстоящих друг от друга на 80-130 Гц. Следует проявлять осторожность, так как их можно принять за гармоники частоты контактирования тел качения или частоты прохождения внешней дорожки, но если вы внимательно сопоставите эти частоты с гармониками характерных частот подшипника, вы убедитесь что они не совпадают. По моим представлениям частота 80-130 Гц, разделяющая пики, не является какой-либо из характерных частот подшипника, о которых речь шла выше, а связана с резонансными характеристиками каждого конкретного подшипника. Амплитуды пиков могут быть достаточно высоки и обусловлены возбуждением собственных частот установленного подшипника вследствие действия нагрузки, которое не компенсируется смазкой.      Первый из иллюстративных примеров (несколько спектров в диапазоне до 2000 Гц, снятых в разное время) показан на рис.1. В спектрах присутствует высокая субгармоника на частоте, равной 0,89 частоты вращения вала, а также повышающийся уровень вибрации в области высоких частот. Приведенные данные были получены в период с мая по ноябрь 1990 г.     Начиная с сентября начала наблюдаться повышенная вибрация в высокочастотном диапазоне (800....2000) Гц, в которой стали появляться различные пики. По мере повышения амплитуды пиков вокруг них стали появляться боковые полосы. Чтобы определить причину повышения вибрации и степень развития дефекта рассмотрим отдельно спектр, снятый в ноябре (рис. 2).     В спектре присутствует несколько пиков в высокочастотном диапазоне от 1000 до 2000 Гц. Из таблицы под рисунком можно видеть, что значительная доля энергии вибрации - примерно одна треть от общего количества - приходится на несинхронные составляющие. Кроме того, можно также отметить, что максимальный пик приходится на частоту 26 Гц, составляющую 0,881 от частоты вращения. Соответствующая временная форма сигнала показана на рис. 3, она свидетельствует о наличии характерных периодичностей в сигнале с высокой концентрацией энергии.      Поскольку проблемы подшипников проявляются на высоких частотах, где амплитуды колебаний, как правило, малы, присутствие таких проблем может быть замаскировано при неудачном выборе шкалы измерения амплитуды. Одним из способов избежать этого является выбор в качестве измеряемой величины виброускорения, однако против такого решения есть одно возражение. Ускорение усиливает пики по мере возрастания частоты, так что различать составляющие на высоких частотах становятся существенно проще. Вместе с тем, однако, понижается амплитуда составляющих на низких частотах, что может привести к тому, что очевидные признаки перекосов, дисбалансов и других основополагающих причин появления дефектов подшипников могут быть не замечены. Мне кажется, что в спектре должны быть ясно различимы все важные пики, поэтому я рекомендую использовать спектр виброскорости.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ] Рис. 1. Несколько спектров в диапазоне до 2000 Гц.

Частота, Гц
Уровень
Порядок гармоник

Частота, Гц
Уровень
Порядок гармоник

1
25,9
0,0910
0,88
14
1330,24
0,0174
45,09

2
40,48
0,0720
1,37
15
1360,37
0,0224
46,11

3
57,57
0,0299
1,95
16
1390,08
0,0193
47,11

4
383,18
0,0314
12,99
17
1448,01
0,0097
49,08

5
413,73
0,0114
14,02
18
1566,20
0,0110
53,08

6
946,61
0,0091
32,08
19
1595,70
0,0157
54,08

7
975,59
0,0117
33,07
20
1625,74
0,0163
55,10

8
1004,43
0,0235
34,04
21
1655,67
0,0091
56,12

9
1064,56
0,0191
36,08
22
1743,61
0,0250
59,10

10
1212,19
0,0091
41,09
23
1760,39
0,0122
59,67

11
1242
0,0092
42,12
24
1773,78
0,0359
60,12

12
1271,74
0,0143
43,10
25
1803,51
0,0163
61,13

13
1300,29
0,0177
44,07
26
1833,77
0,0109
62,15

Общий уровень
Субгармоника
Синхронные
Несинхронные

0,1762
0,0248 / 2%
0,1429 / 66%
0,1000 / 32%



 
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
Рис. 2. Спектр с повышенной вибрацией в высокочастотном диапазоне (800....2000) Гц.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ] Рис. 3. Временная форма сигнала.
     Использование ускорения может быть хорошим средством идентификации дефектов, сопровождающихся появлением колебаний с очень малыми амплитудами, если мы рассматриваем не спектральную, а временную форму сигнала. Отметим, что все изображаемые сигналы ускорения даны в единицах g. Использование ускорения, в какой бы форме оно не изображалось - временной или спектральной - обеспечивает экспоненциальный рост амплитуды с увеличением частоты. Поэтому, располагая данными, полученными в форме сигналов виброускорения, я не произвожу сравнение спектров для идентификации таких дефектов как перекосы и дисбалансы, а пользуюсь возможностью взглянуть на поведение низкоамплитудных высокочастотных составляющих, характерных для определенных типов дефектов подшипников.     Приведенная на рис. 3 характерная форма волны демонстрирует наличие ударов, модуляции и звона, появляющегося всякий раз при прохождении шарика или ролика по дефектному участку дорожки. Сначала в зону дефекта попадает какой-то один шарик подшипника, что приводит к появлению удара. Затем он выходит из зоны дефекта и следует по хорошему участку дорожки - это движение не сопровождается значительным выделением энергии и, соответственно, размах колебаний очень незначителен. Как только в зону дефекта попадает следующий шарик, снова происходит резкий удар.      В данном конкретном случае неправильное натяжение приводного ремня двигателя привело к быстрому преждевременному износу его подшипников. Ремень был натянут столь сильно, что на нем образовалось в результате контакта выжженное пятно. Ремень создавал нагрузку на подшипники двигателя и вентилятора, которая оказалась столь велика, что привела к ускоренному разрушению подшипника и значительно сократила срок его службы.      Здесь важно указать, что хотя очень просто перейти от анализа спектра ускорения к спектрам скорости или перемещения и наоборот, изменить временную форму сигнала с помощью программных средств невозможно. Для того, чтобы иметь возможность посмотреть на сигнал виброускорения, данные должны быть получены с помощью именно акселерометра; потом их можно проинтегрировать в цифровой форме, установив соответствующий режим обработки сигнала, и, преобразовать в частотный спектр, который вам необходим.      Другое преимущество использования акселерометра состоит в том, что частотная характеристика акселерометра позволяет более эффективно собирать данные о высокочастотных колебаниях, именно таких, с которыми и связаны дефекты подшипников.
 
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]

Рис. 4. Спектр вибрации, снятый в вертикальном направлении.
     На рис. 4 показана вибрация того же подшипника, однако полученная для другого направления измерения. Предыдущие графики были построены для вибрации с датчика, установленного в горизонтальном положении, в этом же случае датчик был установлен вертикально.      Отметим буквы "G" на пунктирных линиях - они соответствуют частоте перекатывания шариков по внутренней дорожке, где и наблюдался дефект. Составляющая на самой частоте BPFI едва различима в спектре вибрации. Отметим, что гармоники этой частоты, помеченные курсором, доминируют над другими пиками в области высоких частот (примерно от 750 до 1800 Гц). Кроме того, в ряде случаев наблюдается модуляция этих колебаний другими частотами.      Внимательное рассмотрение показывает, что боковые полосы обусловлены частотой вращения вала, что, как мы уже отмечали, очень характерно для дефектов внутренней дорожки. Сравнение амплитуд составляющих на этих характерных частотах с другими пиками ясно говорит о дефекте подшипника. Общий диапазон изменения амплитуды - 0,15 мм/с, а амплитуды гармоник BPFI изменяются от 0,05 мм/с- 1-я (едва различимая), гармоника, до 0,8 мм/с- составляющие в районе 1800-1900 Гц. Если вас интересует, насколько сильно развито повреждение, то такая картина соответствует сильно развитому дефекту.      Обратимся вновь к временной форме вибрационного сигнала. Как видно из рис.4, колебания имеют значительную энергию; размах колебаний составляет 14-16 g. Можно сделать вывод о наличии многочисленных ударов и множественных повреждениях в подшипнике.      По мере развития дефекта подшипника геометрия последнего начинает изменяться. Например, если на дорожке имеется значительный задир, износ элементов качения может привести к изменению угла контакта и среднего диаметра подшипника. А так как характерные частоты подшипника рассчитываются на основе его геометрии, эти частоты будут сдвигаться относительно своих первоначальных положений, которые имели место для новых подшипников. На практике это приводит к тому, что исследователь пропускает дефект подшипника, так как он следит за наличием пиков на заранее определенных частотах, а их отсутствие (вследствие смещения пиков) воспринимает как признак нормальной работы подшипника.     Рис. 5 иллюстрирует случай, связанный с работой сортирующей мешалки, установленной на заводе по переработке бумаги. Представленные данные соответствуют измерениям в интервале конец 1990 г. - начало 1991 г. Мешалка работала в составе новой линии, и первые данные, полученные 31 октября, были приняты за базовые для последующих сравнений.     В данном случае диапазон измерений простирался только до 400 Гц, так что его нельзя рассматривать как высокочастотный. Однако, поскольку частота вращения вала была чуть меньше 6 Гц, в этот диапазон помещалось значительное количество гармоник частоты вращения.      Самый большой пик в спектре вибрации (как до запуска машины в производство так и во время снятия первых данных 21 ноября, когда она уже использовалась в технологическом процессе) наблюдался на частоте 29,49 Гц, которая составляла 5,041 частоты вращения. Это очень близко к 5-й гармонике оборотной частоты, и моей первой мыслью было: "А не содержит ли эта мешалка пять лопастей?" Однако оказалось, что у мешалки 3 лопасти. Тогда я обратился к работе двигателя и обнаружил, что его рабочая частота очень близка к 29,49 Гц (1769 об/мин).     Перенос доминирующей составляющей с привода на приводное оборудование и наоборот является верным признаком несоосности шкивов. Поэтому я предположил, что шкивы были установлены с перекосом. Такой перекос является причиной повышенной нагрузки на подшипники, и действительно, за период всего в три месяца, с ноября по февраль, в спектре вибрации произошли значительные изменения.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ] Рис. 5. Спектр вибрации сортирующей мешалки.
     Если мы возьмем один из спектров (рис. 6) и посмотрим на него, мы увидим, что только два пика превышают уровень 2,5 мм/с, однако общее среднее квадратическое значение превышает 18 мм/с, и причина этого в том, что в спектре появилась значительная широкополосная вибрация. Имело место очень быстрая деградация подшипника.      На рис. 7 спектр вибрации показан вместе с временной формой сигнала. Форма волны здесь не имеет ярко выраженной периодической импульсной формы, но размах колебаний составляет 8-10 g, что очень много. Обычно, когда я вижу колебания с размахом более 2-4 g, я начинаю уделять подшипникам особое внимание, поскольку уровень вибрационной энергии уже достаточно высок.      Причина, почему мы не наблюдаем ударов, двоякая. Во-первых, дискретные пики вследствие изменений во внутренней геометрии подшипника начали уже расплываться и превращаться в участки широкополосной вибрации, и временная форма сигнала отражает эту разболтанность. В ней присутствуют случайные удары и стуки, производящие большую энергию вибрации. Разболтанность обусловлена как изменением геометрии деградирующего подшипника, так и скоростью вращения. Если бы мы имели возможность наблюдать диапазон частот свыше 400 Гц, мы увидели бы еще более ярко выраженные характерные особенности изменения геометрии подшипника в виде модуляционных полос.      Степень развития дефекта должна быть признана значительной по нескольким причинам. Изменения в характеристиках вибрации подшипника произошли очень быстро. Кроме того, наличие широкополосных колебаний большой энергии свидетельствует о той стадии развития повреждений, для которой характерно изменение геометрии подшипника.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ] Рис. 6. Спектр вибрации с деградирующим подшипником.
 
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]

Рис. 7. Спектр вибрации и временная форма сигнала.
    Еще один случай показан на рис. 8. Спектр вибрации был получен для подшипника откачивающего насоса химического производства. В низкочастотной части спектра первым курсором отмечена составляющая на частоте 19,68 Гц, равная частоте вращения. Последующие курсоры показывают, что в спектре присутствует много гармоник этой частоты.     На первый взгляд кажется, что данный пример является хорошей иллюстрацией случая ослабления соединений. Так можно было бы судить по большому числу гармоник, равных по амплитуде составляющей на частоте вращения или превышающие ее. Однако, вы должны обратить внимание на тот факт, что весь диапазон измерения амплитуды составляет только 2,5 мм/с, и пиков, превышающих этот уровень, нет. Поэтому я не стал бы ожидать наличия ослабления в соединениях каких-нибудь важных элементов конструкции, а, скорее, где-то внутри узлов.      Этот спектр был получен в мае 1990 г., (первый в последовательности спектров, полученных в течение 5-ти месяцев, см. рис. 9). При его получении не стояла задача обнаружения дефекта на ранней стадии развития, просто он был отправной точкой в программе контроля состояния агрегата.     Помещение операторской котельной было очень чистым и заново окрашен, однако за этим внешним видом скрывались более тонкие механические проблемы. Многим из вас приходилось оказываться в схожей ситуации, когда чуть ли не каждую неделю вы обнаруживаете, что нанесен еще один слой краски. Удивительно, но все эти слои краски могут действительно создать проблему для анализа вибрации, поскольку демпфируют колебания на их пути к датчику. В подобных случаях я рекомендую соскоблить краску в месте, предназначенном для сбора информации. Это позволит снимать данные каждый раз в одном и том же месте и обеспечит лучший путь прохождения сигнала по металлической поверхности.     Откачивающий насос находился вне зоны обслуживания, и уходом за ним пренебрегали. На рис. 9 видны признаки значительных ослаблений в соединениях, которые сохранялись и в июне, и в июле, а в августе картина стала совершенно ужасной. Для того, чтобы наблюдать полученные данные, шкалу амплитуды пришлось расширить до 6 мм/с. Однако по данным, полученным в сентябре, показалось, что проблема исчезла.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ] Рис. 8. Спектр вибрации подшипника откачивающего насоса химического производства.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ] Рис. 9. Спектр вибрации подшипника с признаками значительных ослаблений в соединениях
    Но мы знаем, что машина не может устранить повреждения сама, а поскольку никаких ремонтных работ не проводилось, я решил взглянуть на сентябрьские данные повнимательнее. В верхней части рис.10 представлен спектр вибрации с очень маленькой шкалой изменения амплитуды - всего до 0,76 мм/с, и максимальный пик не достигает этого уровня. Общий уровень вибрации составил 2,8 мм/с (верхняя правая часть рисунка).     Многие ли из вас встревожились бы, увидев такие данные? Давайте предположим, что вы не имели возможности наблюдать за изменениями, происходящими в спектре вибрации в последние месяцы, и данные, полученные 11-го сентября, являются для вас первой информацией о машине. Большинство из вас, я уверен, не испытали бы чувства тревоги, а многие даже просто не стали бы хранить записи сигнала вибрации и его спектра, ведь вибрация так мала! Вот причина, почему многие исследователи пропускают дефекты подшипников, а ведь если произошла авария, то можно ожидать одного из двух: либо технология, либо способности исследователя находятся не на должном уровне. Важно понимать, что признаки неисправности подшипников качения существенно иные, чем для других видов дефектов.      Итак, если эта запись действительно первая, с которой вы знакомитесь, как определить, все ли в порядке с машиной, особенно если установленный уровень предупреждения о возможном повреждении не достигнут? Мой совет - смотреть на характеристики вибрации, а не ждать сигнала предупреждения.     Я предпочитаю настроить свой анализатор таким образом, чтобы все время наблюдать живую картину изменения вибрации, причем одновременно самого сигнала и его спектра. Тогда я смог бы наблюдать форму волны, изображенную в нижней части рис.10, и, если бы с машиной не было никаких проблем, я ожидал бы увидеть сигнал небольшой энергии, не сильно отклоняющийся от линии абсцисс, причем полная шкала измерений составляла бы примерно (-0,4....+ 0,4) g. Для данного же насоса, как мы видим, размах составляет 6g, и это подсказывает, что в машине имеют место удары с высокой энергией. Это не ярко выраженный периодический импульсный сигнал, который мы наблюдали ранее, но это лишь потому, что проблема зашла уже слишком далеко, до более поздней стадии развития повреждения.     В действительности, это был первый случай, когда мне удалось добиться, чтобы внимание сотрудников химического производства было привлечено к проблемам машин. Они, наконец, подошли к насосу и вынули из него подшипник. Данный случай является прекрасной иллюстрацией того, о чем я говорил ранее, когда при удалении подшипника не все его элементы удается собрать. Фактически, он просто рассыпался у них в руках. С тех пор отдел технического обслуживания и управляющий производством стал более внимательно относиться к нашим советам.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ] Рис. 10. Спектр вибрации подшипника с малой шкалой изменения амплитуды.
    Следующий пример (рис. 11) получен на фабрике по производству кинопленки, где мне приходилось осуществлять ежемесячный контроль состояния машин в течение чуть более двух лет. Вы можете обратить внимание на то, что последние три записи получены в течение одной недели в июле. Причиной, по которой мы проводили наблюдения в понедельник, вторник и пятницу было то, что планировалось сделать перерыв в работе машины в конце недели.     Данные демонстрируют значительную виброактивность машины на высоких частотах. Вы можете также увидеть ухудшение, которое наступило 23-го июля. Амплитуды низкочастотных пиков в районе 250-300 Гц стали выше, чем в начале недели. Дефект получил существенное развитие за время менее одной недели, когда в спектре стали появляться самые низшие гармоники одной из характерных частот подшипника.     На рис. 12 данные от 23 июля приведены в крупном масштабе. Буквой D помечены гармоники BPFO - характерной частоты прохождения внешней дорожки качения. Отметим отсутствие в спектре боковых полос. Чуть левее BPFO поставлен курсор на один из пиков, который не лежит точно на пунктирной линии. Этот курсор на самом деле соответствует частоте 54,5 Гц. Расчетная частота BPFO была 62,5 Гц, поэтому курсор отстоит от BPFO на 8 Гц. Естественно, для 8, 10, 12 или 15 гармоники BPFO расхождение составит уже очень значительную величину.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ] Рис. 11. Спектр вибрации подшипника машины по производству кинопленки.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ] Рис. 12. Спектр вибрации подшипника с развитым дефектом.
    Я подчеркиваю это обстоятельство потому, что очень многие пропускают дефекты подшипников потому, что наблюдают только за пиками, которые точно ложатся на характерные частоты подшипника. В данном конкретном случае такого точного совпадения нет. Почему?     Прежде всего, допустив, что первый курсор соответствует характерной частоте подшипника, я могу затем допустить, что спектр содержит много гармоник этой частоты и что они не являются гармониками частоты вращения, а это -признак неисправности подшипника.     Я могу ожидать дефекта на внешней дорожке качения потому, что не вижу в спектре боковых полос и потому что в нем так много гармоник. Отметим, что амплитуда одного из пиков составляет почти 3,8 мм/с (особенности пути распространения вибрации от внешней дорожки обеспечивают амплитуду вибрации, связанной с дефектом этой дорожки, несколько большую, чем при других неисправностях, и, кроме того, я всегда провожу измерения в зоне нагрузки, что также повышает считываемые значения амплитуды). Сочетание большого числа гармоник, их высоких амплитуд и то, что характерная частота BPFO отчетливо видна в спектре, заставляют предположить что дефект находится на последней стадии развития.     Причина, почему пик оказался не на расчетной частоте BPFO заключена в том, что значительное выкрашивание внешней дорожки привело к изменению геометрии подшипника. В результате пики несколько сместились от их ожидаемых положений, рассчитанных для нового подшипника. И сам сдвиг на 8 Гц, вместе с доминирующим положением составляющей на BPFO и большим числом гармоник столь высокой амплитуды, заставляют предположить о наличии сильно развитого дефекта. Т    ем не менее, мы дали возможность машине проработать всю неделю, поскольку не хотели отключать ее до наступления выходных. Вместе с тем мы стали чаще контролировать ее состояние, наблюдая за происходящими изменениями, такими как уширение спектральных пиков. К счастью, происходившие изменения не были столь радикальными, так что мы почувствовали возможность дать машине поработать еще несколько дней перед тем как остановить ее на выходные.      Теперь, если вы посмотрите на временную форму сигнала (нижняя часть рис.12), вы увидите, что размах колебаний составил 12-14 g. Импульсы выглядят несколько сжатыми, однако, если бы мы растянули сигнал по оси времени, мы отчетливо увидели бы сигнал, аналогичный показанному на рис.3, с характерными ударами и звоном, появляющимся при прохождении тел качения через дефекты на внешней дорожке качения.
     Еще один пример (рис.13) получен на перерабатывающем заводе, выпускающем газетную бумагу. Данные снимались ежеквартально; запись, соответствующая июню 1989 г. содержит три выделяющихся пика. Первый, очень высокий, пик совпадает с частотой вращения, т.е. является 1-й гармоникой. Амплитуда 2-й гармоники 7,6 мм/с, следующий пик - 3-я гармоника. Вначале я предположил ослабление в соединении машины.     На рис. 14 приведен спектр, полученный для самых последних по времени данных. Характерные признаки ослабления имеются в низкочастотной части спектра - 1-я, 2-я и 3-я гармоники, что подтверждается распечаткой значений всех пиков спектра. Обратите внимание на очень высокую амплитуду 2-й гармоники - 6,5 мм/с.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ] Рис. 13. Спектр вибрации подшипника бумагоделательной машины.

Частота, Гц
Уровень
Порядок гармоник

Частота, Гц
Уровень
Порядок гармоник

1
1,14
0,0288
0,18
14
198,85
0,0336
31,85

2
2,07
0,0160
0,33
15
205,09
0,0182
32,84

3
3,06
0,0112
0,49
16
244,35
0,0333
39,13

4
6,24
0,0752
1,00
17
250,59
0,0416
40,13

5
12,48
0,2544
2,00
18
256,83
0,0266
41,13

6
15,01
0,0117
2,40
19
263,05
0,0170
42,13

7
18,71
0,0422
3,00
20
269,29
0,0230
43,13

8
57,97
0,0262
9,28
21
302,36
0,0145
48,42

9
64,24
0,0322
10,28
22
308,56
0,0266
49,42

10
70,45
0,0158
11,28
23
314,81
0,0201
50,42

11
76,69
0,0142
12,28
24
321,04
0,0135
51,41

12
180,15
0,0162
28,85
25
327,27
0,0309
52,41

13
192,62
0,0289
30,85
26
333,52
0,0243
53,41

Общий уровень
Субгармоника
Синхронные
Несинхронные

0,3053
0,0489/ 3%
0,2705 / 79%
0,1328 / 19%




[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
Рис. 14. Спектр вибрации подшипника с трещиной в дорожке качения.
    Отметим очень интересную особенность, которая следует из распечатки пиков и которая может помочь при анализе. В спектре имеются пики на частотах, получаемых умножением частоты вращения на 9,28, 10, 28, 11,28 и 12,28. Другое семейство пиков соответствует частотам, кратность которых частоте вращения равна 28,85, 30,85, 31,85, 32,84. Есть и другие семейства несинхронных пиков, кратность или порядок которых заканчивается на 0,13, 0,42 и 0,7. Это несинхронные составляющие вибрации с боковыми полосами с шагом, равным частоте вращения. Вы сами можете легко обнаружить в распечатке пиков многочисленные боковые полосы с шагом, равным оборотной частоте. Это признак износа подшипника, в частности, дефекта внутренней дорожки.     Данный пример является классическим примером трещины в дорожке качения. Отметим равномерную концентрацию энергии в боковых полосах, равномерно расположенных по оси частот в диапазоне от 75-80 Гц до 460 Гц.      Причина, почему мы в низкочастотной области увидели признак ослабления соединений, - то, что трещина расположена на внутреннем кольце, которое устанавливается непосредственно на вал. Внутреннее кольцо не держится на валу так плотно, как следует, и эта небольшая разболтанность приводит к небольшим биениям.     Временная форма сигнала, представленная на рис. 15 - типичная импульсная периодическая форма со стуком и звоном тел качения. Размах колебаний примерно 4-4,5 g, что превышает предельный уровень в 2 g. Причина, почему колебания не столь сильны, - малая частота вращения вала, всего 6 Гц (360 об/мин).      На рис.16 показана группа из семи пиков, расположенных в диапазоне 800-1600 Гц и отстоящих друг от друга на 93 Гц. Частота 93 Гц составляет кратность 3,2 от частоты вращения машины. Первоначально такое отстояние пиков друг от друга могло быть сопоставлено с частотой контактирования тел качения или BPFO, но ни с той ни с другой частота 93 Гц не совпадает. Значительная энергия колебаний и характерный вид временного сигнала предполагал проведение дальнейших исследований. На рис. 17 пики, помеченные курсорами, отстоят на 92,46 Гц друг от друга. Здесь предполагается использование несоответствующей смазки. Данный вывод подтверждается наличием групп пиков вне диапазона 9-1600 Гц с шагом 80-130 Гц. Такое поведение спектральных составляющих объясняется особенностью резонансных свойств данного конкретного подшипника.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ] Рис. 15. Временная форма сигнала. [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ] Рис. 16. Спектр вибрации подшипника. Группа из семи пиков, расположенных в диапазоне 800-1600 Гц.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ] Рис. 17. Спектр вибрации подшипника с несоответствующей смазкой.


ОБНАРУЖЕНИЕ ДЕФЕКТОВ ПОДШИПНИКОВ КАЧЕНИЯ (перевод материалов фирмы IRD)
Обнаружение дефектов подшипников качения
   Для большого числа высокопроизводительных вращающихся машин, работающих на высоких частотах вращения, используются подшипники качения. Такие машины часто работают продолжительное время в неблагоприятных условиях и, когда их подшипники выходят из строя, стоимость простоя может быть очень высокой.    Контроль, анализ и решение проблем, связанных с подшипниками, имеют в современной промышленности большое значение. Без использования хорошо налаженной системы технического обслуживания, основанной на прогнозировании состояния, трудно бороться с проблемами вибрации и работоспособности подшипников.    Целью данной статьи является описание дефектов подшипников качения, рекомендуемые методы анализа вибрации, а также возможные способы по минимизации времени простоя машин с использованием системы прогнозного обслуживания.
Типичные отказы подшипников и их причина
   Производство подшипников качения осуществляется в условиях жестких требований к их качеству. Это одни из наиболее точных устройств, выпускаемых в машиностроении. При идеальных рабочих условиях подшипники могут непрерывно эксплуатироваться в течение многих лет. Вследствие того, что рабочие условия редко бывают идеальными, подшипники никогда не реализуют своих потенциальных возможностей с точки зрения ресурса. Срок службы подшипников качения зависит от условий их производства, хранения, обслуживания, установки, нагрузки и условий работы. В таблице 1 даны некоторые типы неисправностей подшипников и причины их вызывающие. Подробно они описываются в последующих главах.
Таблица 1. Типы неисправностей подшипников и причины их вызывающие.
Причина
Эффект
№рис.

Чрезмерная нагрузка
Поверхностное растрескивание ПерегревТекучесть металла
16 17

Нагрузка от дисбаланса
Повреждение дорожек качения
 

Расцентровка
Натиры дорожек качения Поверхностное растрескивание Повреждение сепаратора
16 17

Дефекты насадки подшипника на вал
Растрескивание и выкрашивание материала подшипника
2

Неправильная установка
Растрескивание и выкрашивание Повреждение при сборке
2 12

Неправильный зазор в подшипнике
Растрескивание и выкрашивание Абразивный износ Фреттинг-короззия Повреждение при сборке Несоосность колец
2 3 5 12 14

Неподходящая или неправильная смазка
Усталостное выкрашивание Заклинивание Задиры поверхности дорожек качения Борозды на поверхности дорожек Перегрев
1 9 10 11 13

Плохое уплотнение (герметизация)
Абразивный износ Воздушная коррозия Задиры Борозды на поверхности дорожек
3 4 10 11

Высокая вибрация конструкции, ударные нагрузки, неправильная установка и транспортирование
Бриннелирование дорожек качения Псевдобриннелирование
6 7

Электрический ток
Электроповреждения
8


Усталостные разрушения поверхности связаны с проблемами смазки, такими как неподходящая смазка, низкая ее вязкость и разрывы смазочной пленки. В начальной стадии развития дефекта поверхность выглядит как бы заиндевелой в некоторых местах, как показано на рис.1. При дальнейшем развитии дефекта поверхность дорожки начинает отслаиваться и растрескиваться (следует отметить, что это отслаивание не столь серьезно как сколы на дорожке). При накоплении усталости в материале дорожки ее поверхность становится шероховатой, подшипник начинает шуметь и излишне нагреваться. Постоянная перегрузка, плохо обработанные и загрязненные поверхности неизбежно ведут к усталостным явлениям. Этого можно избежать или существенно замедлить, если подшипник будет чистым и хорошо смазанным.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
Рис. 1. Усталость дорожки качения. Поверхность растрескивается и отслаивается.

Выкрашивание поверхности схоже с усталостью поверхности, но отличается от него более сильной степенью повреждения подшипника и может указывать на то, что подшипник исчерпал ресурс усталости. Рисунок 2 показывает, что растресквание и сколы поверхностей характеризуются глубокими трещинами и расслаиванием. Это происходит, когда под поверхностные трещины, возникающие в местах дислокации неметаллических включений в стали подшипника, доходят до поверхности. Преждевременное растрескивание часто вызывается плохой посадкой вала, искривлениями корпуса и неправильной установкой, т.е. условиями, вызывающими слишком высокие циклические напряжения.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
Рис.2. Выкрашивание поверхности. Глубокие трещины и расслаивание.

Абразивный износ: Абразивное истирание металла, показанное на рис.3, разрушает поверхности элементов подшипника. В зависимости от типа абразивного износа, поверхность приобретает или тусклый серый металлический цвет или же зеркально полируется. Иногда подшипник вследствие изменения его геометрии из-за износа резко выходит из строя.Мелкая абразивная пыль является обычной причиной такого отказа; эта пыль может попасть в подшипник при установке, через плохие уплотнения или с грязной смазкой. Поэтому при монтаже подшипника рекомендуется протирать каждый элемент чистой тканью перед смазкой и содержать в чистоте рабочие поверхности. Хорошие уплотнения, промываемые уплотнения и чистые смазочные материалы помогут предотвратить загрязнение после установки подшипника
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
Рис.3. Абразивный износ. Повреждение поверхности элементов качения

Атмосферная коррозия: Коррозия вызывается влагой, которая попадает в подшипник из атмосферы. Влажный воздух, попадая во внутрь подшипника, при охлаждении окружающей среды конденсируется., разрывая смазочную пленку в местах контакта тел и дорожек качения. Атмосферную коррозию, показанную на рис.4, можно предотвратить, используя хороший сальник, консистентную смазку и хорошо смазывая подшипник. В некоторых случаях могут оказаться необходимыми специальные уплотнения, чтобы исключить разбрызгивание смазки. Подшипник необходимо заполнять смазкой при каждой более менее продолжительной остановке машины.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
Рис.4. Атмосферная коррозия. Внешний вид коррозии

Фреттинг-коррозия: Как показано на рис.5, фреттинг-коррозия очень похожа на обычную коррозию. Она возникает на посадочных поверхностях подшипника на вал, а также и на других сопрягаемых поверхностях. Она вызывается незначительными (микроскопическими) нагрузками. Частицы, образующиеся в результате износа имеют черный цвет при отсутствии воздуха и красные- в его отсутствие. Фреттинг-коррозия может вызвать как ослабление посадки внутреннего кольца на валу; так и его заклинивание, при котором его невозможно будет снять. Фреттинг-коррозия также привести к разламыванию кольца.Предотвратить можно следуя рекомендациям производителя относительно допусков и убедившись, что элементы подогнаны наилучшим образом.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
Рис.5. Фреттинг-коррозия на наружной стороне внешнего кольца

Бриннелирование: При бриннелировании на поверхности колец появляются регулярно следующие друг за другом выемки. Это является следствием пластических деформаций металла в местах выемок, которые возникают вследствие перенапряжения металла. Результат бриннелирования дорожек качения показан на рис.6. Бриннелирование является следствием высоких статических или ударных нагрузок, неправильной технологии установки подшипника, сильных механических ударов, возникающих, при падении машины. Бриннелирование можно предотвратить, используя при установки подшипника только давление вместо ударов. Если ударных нагрузок невозможно избежать как при установки, так и в процессе эксплуатации, тогда необходимо использовать подшипники, предназначенные для более высоких нагрузок.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
Рис.6. Бриннелирование дорожек качения. Регулярные выемки на дорожках качения

Псевдобриннелирование:как и просто бриннелирование характеризуется выемками на дорожках качения. Однако в отличии от простого бриннелирования выемки характеризуются не только продавливаем металла в зонах пластических деформаций, но и его сдвигом, в результате этого места повреждения не видны даже при внимательном осмотре. На рис.7 показан результат псевдобриннелирования. Псевдобриннелирование, есть результат сильных вибраций машины в нерабочем состоянии. Иногда это происходит при транспортировке. Также на это влияет вибрации других, близко расположенных машин. Подобной проблемы можно избежать, обеспечивая правильное закрепление транспортируемых валов с подшипниками и изолируя машину от соседних вибрирующих агрегатов, используя для этого раздельные фундаменты.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
Рис.7 Псевдобриннелирование. Выемки на дорожках качения за счет сдвига металла.

Электроповреждения. Точечный питтинг (сваривание) в результате электрического сваривания часто имеет регулярный характер на поверхностях элементов качения и на дорожке качения. Он возникает в результате прохождения через подшипник электрического тока. На рис.8 показаны дорожки подшипника. Электрический ток может вызвать также и случайное выкрашивание.Наиболее распространенными причинами электроповреждений является статическое электричество, создаваемое ремнями транспортера и токами сварочных аппаратов. Поэтому транспортеры должны быть снабжены заземляющими лентами, а сварочное оборудование необходимо заземлять.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
Рис.8. Электроповреждения. Питтинг поверхности дорожек качения из-за прохождения сильного токаКанавки на рабочих поверхностях сферического ролика, вызванные электротоком.

Натиры: натиры возникают в результате перемещения металла с одной поверхности на другую. Натиры в том виде, как они показаны на рис.9, вызваны проскальзыванием из-за перегрузки подшипника и недостаточной смазки. Натиры на торцах цилиндрических роликов могут возникать из-за нерасчетной осевой нагрузки на подшипник. Также это может быть следствием неправильной сборки подшипника или недостаточной смазки
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
Рис.9. Натиры на телах и дорожках качения из-за недостаточной смазки

Задиры на поверхности: являются следствием абразивного износа и проявляются в виде глубоких царапин на дорожках и телах качения. Общий вид сильного изодранной поверхности показан на рис.10. Отдельные задиры поверхности создают точки концентрации напряжения, в которых возможно проявление усталостных явлений.Задиры поверхности вызываются относительно большими частицами материала, которые попадают в подшипник и двигаются по дорожкам при движении тел качения. Как и другие проблемы, связанные с загрязнением, задиры поверхности можно предотвратить, используя хорошие уплотнения и чистую смазку подшипника.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
Рис.10. Задиры поверхности дорожек и тел качения в виде глубоких царапин

Выбоины поверхности: пример показан на рис.11. Этот вид повреждения подшипников напоминает бриннелирование, т.к. выбоины скорей являются результатом пластических деформаций, чем износа. Тем не менее, они возникают при повреждении поверхности (царапины, истирание мелкими посторонними частицами, которые являются результатом износа или попадают в подшипник при его работе. Тела качения при вращении захватывают посторонние частицы, попадающие в подшипник. Эти частицы, попав на дорожку качения оставляют случайные насечки, в районе которых возникает концентрация напряжений и разрывы масляной пленки, что приводи к усталостному выкрашиванию металла и появлению выбоин.Вероятность возникновения выбоин уменьшается при использовании хороших уплотнений и частой смазки подшипников, которая вымывает различные посторонние частицы.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
Рис.11. Выбоины, глубокие царапины, вызванные попаданием посторонних частиц в подшипник.

Повреждения при сборке: На рис.12 показан один из видов подобных повреждений. В этом примере внешнее кольцо было неправильно установлено; и когда подшипник был собран, ролики оставили вмятины на дорожках качения.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
Рис.12. Повреждение подшипника при сборке из-за недостаточного опыта сборки.

Перегрев: На рис.13 представлен пример повреждения подшипника (изменение его геометрии) в результате перегрева и нагрузки. Обычно такие повреждения связаны с полным отказом подшипника. Перегрев часто обусловлен недостаточной смазкой, трением наружного кольца о вращающийся вал, излишним обжимом наружного кольца при установки в корпус машины или нерасчетной (высокой) частотой вращения вала. В отдельных случаях перегрев подшипника может быть обусловлен внешним источником, таким как термическая печь.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
Рис.13. Обесцвечивание и повреждение металла, вызванное плохой смазкой и перегревом.

Несоосность колец: Основной причиной повреждения подшипника, показанного на рис.14 является несоосность колец, которая привела к фреттинг-коррозии и выкрашиванию. Несоосность ведет к высоким осевым нагрузкам, вызывающим усталостное разрушение и сильные сколы поверхности.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
Рис.14. Повреждения подшипника из-за несоосности колец: a) несоосность внешнего кольца относительно вала; б) несоосность вала относительно корпуса подшипника.

Разрушение из-за дисбаланса: Дисбаланс ротора дает основную нагрузку на подшипник. Когда дисбаланс слишком велик, повреждения подшипника имеют вид, показанный на рис.15. Иногда такое повреждение можно обнаружить только в одном месте на внутреннем кольце. Для уменьшения дисбаланса минимально необходимым является балансировка отдельных частей ротора с максимально возможной точностью, особенно при работе на высоких скоростях.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
Рис.15. Разрушение от избыточного дисбаланса ротора

Раскалывание, раздробление деталей: Причиной является большая перегрузка подшипника. На рис.16 показан типичный пример такого раскалывания. Как видно из рассмотрения рисунка, область усталостного выкрашивания на внутреннем кольце охватывает всю ширину кольца, а сепаратор разбит на кусочки из-за поперечных трещин в каждом гнезде шарика
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
Рис.16. Раскалывание.

Повреждение сепаратора: Повреждения сепаратора, подобные показанному на рис.17, проявляются в образовании в нем трещин и его разрушении. Это в свою очередь ведет к быстрому выходу из строя подшипника в целом при этом затушевывается тот факт, что первопричиной этого был сепаратор. Чаще всего причиной выхода из строя сепаратора является его изгиб, возникающий при движении шариков по взаимно пересекающимся путям из-за несоосности. Также повреждение сепаратора может быть вызвано неправильной сборкой, загрязнением или редким смазыванием подшипника.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
Рис.17. Повреждение сепаратора

Диагностирование неисправностей подшипников
   Подшипники качения, имеющие повреждения на дорожках, телах качения или сепараторе генерируют силы, которые передаются на внешний корпус подшипника и окружающую его конструкцию. Эти силы могут быть по своей природе периодическими, непериодическими или случайными и часто проявляются на высоких частотах вибрации.    Дефекты подшипника проявляются на характерных частотах, одни из которых связаны с его геометрическими параметрами, а другие являются чисто случайными. Например, вибрационные характеристики, показанные на рис.18 были сняты на машине с неисправным шариковым подшипником. Как видно на графике, в спектре ускорения проявляются высокочастотные составляющие.    График зависимости энергии импульсов (gSE) от времени показывает, насколько высокочастотные вибрации подшипника нерегулярны или случайны по своей природе. Подобные графики, полученные с помощью виброанализатора, позволяют оценить флуктуацию или "скачки". амплитуды и частоты. Объяснить подобные явления можно, исследуя силы, генерируемые дефектами подшипника.    Подшипник с дефектами может генерировать вибрацию на 4-х типах частот: - на роторных частотах, кратных частоте вращения (частоты кинематического возбуждения); - на собственных частотах; - на суммарных и разностных частотах; - на случайных частотах. Ниже все они рассматриваются более подробно.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ] Рис. 18. Вибропараметры поврежденного подшипника: а) зависимость энергии пиков от времени ; б) спектр виброускорения.
Роторные частоты    Неисправный подшипник генерирует вибрацию на следующих основных частотах, кратных частоте вращения: - 1-я - частота вращения сепаратора; - 2-я- частота вращения тела качения; - 3-я- частота перекатывания тел качения по внешнему кольцу; - 4-я- частота перекатывания тел качения по наружному кольцу.    Эти частоты можно вычислить, исходя из геометрических размеров элементов подшипника (диаметры тел и дорожек качения), а также количества тел качения, как показано на рис.19.    Вычисленные частоты не всегда точно совпадают с измеренными из-за проскальзывания шарика и несоответствия между реальным путем движения шарика и измеренным диаметром, который использовался в вычислениях.    Если Вы не знаете точно размеры подшипника, Вы можете по крайней мере оценить частоты перекатывания шарика по внутренней и внешней дорожкам.. Как правило, частота перекатывания по внутренней дорожки примерно равна 60 % от частоты вращения умноженной на число тел качения.    Предположим, что подшипник имеет 12 шариков и используется в машине, имеющей частоту вращения 3600 об/мин. Тогда для него, исходя из указанного правила, кратность частоты перекатывания по внутреннему кольцу от частоты вращения будет составлять 12х0,6=7,2, а сама частота равна 7.2ґ3600=25920 об/мин.    Что касается внешнего кольца, примерно 40% шариков проходят через заданную точку за каждый оборот вала. Оценочное значение частоты перекатывания шарика по внешнему кольцу для 12-ти шариков и частоты 3600 об/мин будет определяться как 0,4ґ12ґ(частота вращения) и составит 17280 об/мин.    Необходимо помнить, что подобные вычисления являются приближенными. Реальные частоты перекатывания могут значительно отличаться в зависимости от конфигурации подшипника.    В любом случае, знание частоты вращения шарика и частоты перекатывания часто полезно для анализа вибрации, возникающей в подшипнике, и для получения дополнительной информации о причине отказа. Например, если в подшипнике (с вращающимся внутренним кольцом) возник дефект на внутреннем кольце вследствие большого дисбаланса, при этом, в качестве первого признака его проявления в спектре вибрации скорее всего проявится частота перекатывания по внутреннему кольцу. Это связано с тем, что дисбаланс вызывает локальный дефект на кольце. Причина этого в том, что силы дисбаланса нагружают подшипник в ограниченной зоне кольца, где сила максимальна. При этом внешнее кольцо может разрушаться по всей длине окружности, пример такого разрушения приведен рис.20.    В противоположность сказанному, подшипник, подверженный действию внешних вибраций или в случае несоосности, вероятнее всего начнет разрушаться от внешнего кольца. Это значит, что частота перекатывания по внешнему кольцу первой проявит себя увеличением амплитуды по мере развития неисправности. Обратите внимание на вид дорожки, показанной на рис.21, она вызвана несоосностью.    При разрушении тел качения в результате неправильной смазки, перегрева или электрических повреждений (рис.22), первыми в спектрах вибрации увеличиваются кратности, соответствующие частоте вращения тел качения, а не частоте перекатывания    В некоторых случаях интересующие нас подшипниковые частоты можно обнаружить только путем тщательного анализа вибрации. Однако, в случае присутствия нескольких дефектов, разделить частоты, присущие тем или иным дефектам сложно. В этом случае требуется применение синхронного анализа для подавления паразитных составляющих.
Собственные частоты    Дополнительно к описанным частотам, ударное взаимодействие между телами и дорожками качения подшипника возбуждает колебания элементов машины и элементов подшипника на собственных частотах. Каждый элемент при ударном воздействии возбуждается на своей собственной частоте. Дефекты подшипника воздействуют ударными импульсами на различные части подшипника, заставляя их вибрировать по собственным формам колебаний.    Проявление собственных частот элементов подшипника достаточно тесно связано с роторными частотами. Но в отличие от частот кратных частоте вращения, вибрация на собственных частотах почти всегда порождается несколькими различными элементами подшипника, которые генерируют несколько различных частот различной амплитуды. Амплитуда на собственных частотах имеет тенденцию случайно флуктуировать.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
Вращается внутреннее кольцо, внешнее кольцо - неподвижно.
Рис.19. Расчет частот кинематического возбуждения, генерируемых подшипником.
Дефект сепаратора или шарика:
Fcage= [Di/(Di +Do)] x RPM
Дефект шарика:
Fball= [(Do/Db) x Di/(Di + Do)] x RPM
Дефект внутреннего кольца:
Finner= [Do/(Di+Do)] x M x RPM
Дефект внешнего кольца:
Fouter= [Di/(Do+Di)] x M x RPM
Где: Di - диаметр внутреннего кольца
Do - диаметр внешнего кольца
Db - диаметр шарика
М- число тел качения
RPM- частота вращения вала
F - частота проявления дефекта.


Шарик обкатывает внешнее кольцо по всей длине окружности
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
Повреждение в ограниченной области внутреннего кольца
Рис. 20. Кольцо, поврежденное дисбалансом.
Тела вращения имеют царапины, раковины, сколы
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
Нерегулярные сколы и вкрапления материала на дорожках качения
Рис. 22. Повреждение подшипника вследствие прохождения по нему электрического тока.


Непараллельный путь шарикапо внешней дорожке
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
Широкий путь шарика повнешней дорожке
Широкий путь шарика по внутренней дорожке
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
Непараллельный путь шарика по внутренней дорожке

Рис. 21. Примеры повреждения дорожек качения подшипника вследствие несоосности.
Суммарные и разностные частоты
   Одиночный дефект на внутреннем или внешнем кольце подшипника генерирует вибрацию на частоте перекатывания тела качения. В процессе развития неисправности размер области повреждения растет, внося свой вклад в развитие новых дефектов. Следовательно, будет наблюдаться увеличение числа частот и ширины спектра. Эти частоты будут модулироваться силами дисбаланса на частоте вращения вала или другими силами. В результате модулирования в спектре будет проявляться большое числосуммарно-разностные частоты.    Например, предположим, что машина работает на частоте вращения 3600 об/мин и вычисленная кратность частоты перекатывания шарика для дефекта на внутреннем кольце равна 25292 циклов/мин. В спектре будут проявляются обе эти частоты, но кроме них, также будут проявляться суммарная (3600+25292 = 28892 циклов/мин) и разностная частоты (25292-3600 = 21692 циклов/мин). Как показано на рис.23, эффект модуляции проявляется в возникновении достаточно широкого спектра частот.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ] Рис.23. Примеры проявления суммарных и разностных частот.
Случайная высокочастотная вибрация
   Когда повреждения подшипника связаны с усталостью, истиранием или другими подобными эффектами, порождаемые вибрации обычно являются случайными и высокочастотными. В спектрах таких вибраций нет заметных максимумов и сам сигнал является непериодическим, как в случае дискретного точечного выкрашивания дорожки качения. Уровень случайных вибраций также меняется случайным образом (см. рис.24). Как следует из рассмотрения рис.24, на котором изображено изменение сигнала во времени, уровень вибрации изменяется случайным образом. Случайные вибрации могут быть как широкополосными так и узкополосными. Исследование амплитудных и частотных характеристик случайных вибраций часто является полезным для понимания ее причин и серьезности дефектов.    Хотя изменение уровня случайной вибрации во времени непредсказуемо, амплитуду этой вибрации можно измерить и оценить. Чем больше амплитуда этой вибрации, тем серьезнее дефект. Серьезность дефекта можно оценить с помощью измерений энергии импульсов (gSP), применение которой рассмотрено в следующем разделе.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ] Рис.24. Зависимость амплитуды случайной вибрации от времени.
Измерение энергии импульсов (gSP)
   Энергия импульсов определяется как "энергия вибрации, которая генерируется короткими ударными силовыми импульсами, импульсами при взаимодействии металл- металл, случайными вибрационными импульсами, распространяющимися по конструкции. Далее обсуждается, как измерения gSP могут быть использованы для оценки состояния подшипников качения.    Подшипники являются одними из наиболее точных узлов машины, поэтому их вибрации, когда подшипник правильно изготовлен малы по сравнению с вибрацией остальных узлов машины. На начальной стадии развития неисправности в подшипнике уровень его вибрации очень мал по сравнению с вибрацией других частей машины.    Общий уровень вибрации (нефильтрованный уровень виброскорости или ускорения), измеренный на корпусе машины, не позволяет оценить состояние подшипника до тех пор пока его неисправность не достигнет критической степени развития. Поэтому измерение общего уровня вибрации для контроля состояния подшипников является не эффективным.    Эффективным для этих целей является измерение энергии импульсов, которая измеряется в высокочастотной области и более чувствительна к изменению состояния подшипника, чем общий уровень вибрации. На рис.25 показан виброметр фирмы IRD модели 810, который обеспечивает измерение вибросмещения, виброскорости, виброускорения, а также уровня энергии импульсов, характеризующей неисправности подшипников и зубчатых передач.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
Рис.25. Виброметр модели 810 фирмы IRD.
   Как показано на рис.26, дефекты дорожек и тел качения вызывают импульсные ударные воздействия на различные элементы подшипника. Эти воздействия, в свою очередь, возбуждают резонансные частоты различных элементов подшипника. Целый ряд приборов фирмы IRD позволяет измерять эти характеристики, обеспечивая получение информации о состоянии подшипника.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ] Рис.26. Пример сигнала энергии импульсов для поврежденного подшипника.
   Акселерометр модели 970 фирмы IRD, установленный на шпильке на корпусе машины, имеет собственную частоту примерно 27000 Гц или 1620000 об/мин. Эта частота значительно выше частоты вибрации, возникающей из-за несоосности, дисбаланса, электричества, аэродинамических и гидравлических сил. В результате, единственными источниками вибрации, которые возбуждают собственные частоты акселерометра являются ударные силы, генерируемые неисправным подшипником или зубчатой передачей.    Для измерения энергии импульсов необходим фильтр высоких частот, отсекающий частоты ниже 5000 Гц (300000 об/мин), поэтому увеличение вибрации из-за дисбаланса и несоосности не вызывает увеличение энергии импульсов. При работе в режиме измерения энергии импульсов приборы фирмы IRD настроены таким образом, что они фиксируют только случайную вибрацию импульсного и ударного происхождения.    На рис.27 показан акселерометр, установленный на поверхности машины. Энергия импульсов, генерируемая подшипником, различными путями передается на внешнюю поверхность машины. Сигнал с акселерометра поступает на специальный блок обработки сигнала в приборе для измерения энергии импульсов, который преобразует поступающий сигнал таким образом, что выделяется только та его часть, которая связана с неисправностью подшипника. Единицы измерения энергии импульсов- gSE.*
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ] Рис.27. Возбуждение неисправным подшипником энергии импульсов (gSE).
   Наблюдение за осциллограммой вибрационного сигнала также может оказаться полезным для обнаружения определенных частот вибрации подшипника. На рис.28 показан сигнал подшипника, имеющего дефект на внутренней дорожке. При прохождении тел качения через этот дефект генерируются пики, которые ясно видимые на дисплее. Период этих колебаний можно приблизительно оценить по шкале нанесенной на экран осциллографа и затем его можно с вычисленным для конкретизации дефекта.    Вибросигнал меняется по амплитуде, так как дефект на внутреннем кольце вращается вместе с валом и, следовательно, постоянно меняет свое положение относительно установленного вибродатчика. Подобные изменения амплитуды могут выглядеть или как регулярная амплитудная модуляция синусоидальных колебаний, или как случайные изменения амплитуды.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ] Рис.28. Сигнал подшипника, имеющего дефект на внутренней дорожке.
Методики измерения
   На машинах, у которых измерения энергии импульсов ранее не проводились, необходимо отслеживать тенденцию ее изменения для оценки изменения состояния подшипника и определения критического значения энергии импульсов для данного типа подшипника. Определив опытным путем это значение, можно затем контролировать состояние подшипника путем измерения энергии импульсов.
   При этом не рекомендуется останавливать машину, базируясь только на измерениях энергии импульсов. Для вынесения окончательного заключения необходимо также измерить по крайней мере еще один вибрационный параметр, такой как виброскорость или виброускорение. Это необходимо делать потому, что значения энергии импульсов существенным образом зависят от режима работы машины. Различные факторы, такие как потоки пара, турбулентность, высокое давление воздуха, кавитация также как и дефекты подшипника генерируют импульсные сигналы и оказывают влияние на изменение энергии импульсов.    Например, вы подозреваете, что внезапное увеличение значения энергии импульсов указывает на грозящий отказ подшипника. Но если последующие измерения виброскорости или виброускорения не указывают на значительное увеличение вибрации, следует считать, что увеличение уровня энергии импульсов связано с изменением условий работы машины (например, усилением кавитации), а не повреждением подшипника.
   Выбор второго критерия, позволяющего судить о состоянии машины, зависит от ее назначения. Высокоскоростные машины более подвержены воздействию силам вибрации, для них более подходящим показателем состояния является виброускорение. Для низкоскоростных машин предпочтительнее в качестве дополнительного параметра использовать вибросмещение. В табл.2 приведены данные, которые отражают зависимость изменения уровня вибрационных параметров от состояния машины. Как следует из табл.2 Заметьте, что показания по gSE являются ВЫСОКИМИ для четырех или пяти состояний машины, тогда как только два из этих состояний действительно оправдывают останов машины.
Таблица 2. Зависимость изменения уровня вибрационных параметров от состояния машины.
Состояние машины
Уровни вибрации


Виброперемещение
Виброскорость
Виброускорение
SE

Нормальное состояние
Норма
Норма
Норма
Норма

Наблюдение Дефекты подшипника Готова к работе
Норма
Норма
Норма
Высокий

Наблюдение Дефекты подшипника Готова к работе
Норма
Норма
Высокий
Высокий

Неполадки машины Анализ/Останов
Норма
Высокий
Высокий
Высокий

Неполадки машины Анализ/Останов
Высокий
Высокий
Высокий
Высокий

Установка датчиков
   Особенно важным является соответствие определенным требованиям для обеспечения точности и повторяемости измерений Энергии Пиков. В этом смысле особенно важным то, как устанавливается датчик. На рис.29 показаны различные способы установки.    Установка датчика с помощью крепежной шпильки (или крепление с помощью специального клея) является наиболее правильной и надежной. Основными преимуществами такой установки являются возможность правильно измерять вибрации низкого уровня и высокочастотные вибрации, т.к. при такой установке собственная (резонансная) частота самого датчика расположена выше измеряемого частотного диапазона. Однако, этот метод не годится для периодического контроля вибрации из-за длительности и трудоемкости в установке датчика.    Другой метод крепления - на специальный магнит более удобен для периодических проверок, но при его использовании происходят некоторые потери вибрационной энергии из-за того, что собственная частота датчика смещается в более низкочастотную область, тем самым отсекая часть высокочастотной энергии вибрации. Измеренные при этом уровни энергии импульсов будут меньше, измеренных в случае крепления датчика на шпильке. При повторяющихся измерениях следует обеспечивать установку датчика на магните в одних и тех же точках для повторяемости измерений.    Третий метод установки датчика с использованием ручного щупа дает наименьшее значение измеренной энергии импульсов по сравнению со всеми другими методами, т.к. частотный диапазон измерения еще более сужается. Дополнительное ослабление может внести также и ослабление самого щупа, поэтому перед каждым измерением следует проверять надежность его крепления к датчику. Как и в случае с магнитом, для повторяемости результатов при периодических измерениях датчик следует устанавливать в одни и те же точки. Преимуществом использования щупа является то, что можно проводить измерения в точках расположенных в непосредственной близости от подшипников и, которые недоступны при других способах крепления датчика.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ] Рис. 29. Способы установки датчиков при измерении энергии импульсов.
Рекомендации по проведению измерений:    Следует сравнивать измеренные значения энергии импульсов в одной и той же точки, только при условии, что они снимались при одинаковых условиях работы машины и при одном и том же методе установки датчика.    При периодических измерениях устанавливайте датчики точно в одни и те же точки. Лучше всего обведите место установки яркой краской.    Поверхность в точке крепления датчика должна быть чистой и доступной. Ее следует очистить от краски и смазки для обеспечения правильного измерения высокочастотной вибрации. Грязная поверхность создает эффект пружины, снижая резонансную частоту датчика и уменьшая высокочастотные сигналы энергии импульсов. При креплении датчика на шпильку, поверхность в месте его установки должна быть плоской, а ось датчика должна быть строго перпендикулярной к плоскости установки.    Используйте консистентную смазку, которую наносите тонким слоем между акселерометром и поверхностью. Она создает жесткий, несжимаемый слой между датчиком и поверхностью, который передает высокочастотные вибрации. При использовании магнита лучше использовать обычное машинное масло, нанесенное тонким слоем на поверхность, это также поможет улучшить передачу высокочастотной вибрации.
Установка критериев серьезности повреждения
   Поскольку изменения уровня энергии импульсов могут вызываться целым рядом факторов, экспериментально получены некоторые обобщенные зависимости между этими измеренными значениями и степенью развития дефектов подшипников. Для оценки этих изменений в вибрации подшипников (и, следовательно, в его состоянии) следует использовать методы сравнения и отслеживания тенденции изменения уровня, а не полагаться только на измерение абсолютных значений вибропараметров.    На абсолютные значения можно ориентироваться, если уже накоплен определенный опыт обслуживания конкретных машин, а этот опыт приобретается, когда в процессе эксплуатации осуществляется сравнение и анализ тенденций изменений вибрации и состояния подшипника. На рис.30, 31 и 32 приведены критерии оценки состояния подшипников по значениям энергии импульсов. .В этих критериях весь диапазон изменения значений энергии импульсов разбит на отдельные зоны, соответствующие различным состояниям подшипников. Предельные значения gSE для каждой зоны даны для различных частоты вращения машин. Эти критерии разработаны отдельными компаниями для своих машин с учетом как собственного опыта, так и с использованием другой информации. Этими критерии являются полезными при оценке состояния подшипников, но они могут не подойти для конкретного типа оборудования.    Создание критериев оценки состояния подшипников с использованием метода сравнения предполагает измерение энергии импульсов на одинаковых подшипников ряда однотипных машин. Для хороших подшипников эти уровни обычно низкие и расположены в пределах ограниченного диапазона изменения уровня. Подшипники со значительно более высоким уровнем энергии импульсов следует отобрать для более тщательного анализа и определения критериев плохого их состояния Такая методика позволяет быстро установить критерии, по которым можно различать исправные и неисправные подшипники.    Альтернативным методу сравнения является метод отслеживания тенденций изменения уровня энергии импульсов на отдельных машинах. Для этого уровень энергии импульсов какой-либо машины измеряется периодически через определенные интервалы времени. Если в течении длительного периода времени (например, 3-6 месяцев) значительных изменений уровня энергии импульсов не наблюдается, то состояние подшипника можно считать хорошим. Этот уровень и следует использовать в качестве критерия для хорошего состояния подшипников данной машины.
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ] Рис. 30. Критерии оценки состояния подшипников с помощью энергии импульсов (gSE).
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ] Рис. 31. Критерии оценки степени повреждения подшипников с помощью энергии импульсов (gSE).
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ] Рис. 32. Критерий отбраковки подшипников с помощью энергии импульсов (gSE).



Заголовок 115

Приложенные файлы

  • doc 6854261
    Размер файла: 670 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий