Вибромониторинг промышленных машин
Покупка
Основная коллекция
Тематика:
Технология машиностроения
Издательство:
Инфра-Инженерия
Автор:
Колобов Александр Борисович
Год издания: 2021
Кол-во страниц: 256
Дополнительно
Вид издания:
Учебное пособие
Уровень образования:
ВО - Бакалавриат
ISBN: 978-5-9729-0528-7
Артикул: 761577.02.99
Рассмотрены причины возникновения и виды вибрации промышленных машин, основные характеристики вибрации. Приведен анализ нормативных документов, положенных в основу методической и технической реализации вибромониторинга для оценки состояния машин, рассмотрены практические вопросы реализации мониторинга, а также основные технические средства. Для студентов и аспирантов технических направлений обучения. Может быть полезно специалистам-практикам, занимающимся вопросами вибрационного мониторинга и вибродиагностики энерго- и электромеханических промышленных машин.
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
- ВО - Бакалавриат
- 15.03.01: Машиностроение
- 15.03.02: Технологические машины и оборудование
- 15.03.03: Прикладная механика
- 15.03.04: Автоматизация технологических процессов и производств
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов
А. Б. Колобов ВИБРОМОНИТОРИНГ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН Учебное пособие Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2021 1
УДК 621.37/39 (075) ББК 34.4 К61 Рецензент: доктор технических наук В. А. Огурцов (ФГБОУ ВО «Ивановский государственный политехнический университет») Колобов, А. Б. К61 Вибромониторинг промышленных машин: учебное пособие / А. Б. Колобов. – Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2021. – 256 с.: ил. табл. ISBN 978-5-9729-0528-7 Рассмотрены причины возникновения и виды вибрации промышленных машин, основные характеристики вибрации. Приведен анализ нормативных документов, положенных в основу методической и технической реализации вибромониторинга для оценки состояния машин, рассмотрены практические вопросы реализации мониторинга, а также основные технические средства. Для студентов и аспирантов технических направлений обучения. Может быть полезно специалистам-практикам, занимающимся вопросами вибрационного мониторинга и вибродиагностики энерго- и электромеханических промышленных машин. УДК 621.37/39 (075) ББК 34.4 ISBN 978-5-9729-0528-7 Колобов А. Б., 2021 Издательство «Инфра-Инженерия», 2021 Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2021 2
ОГЛАВЛЕНИЕ ВВЕДЕНИЕ .................................................................................................... 5 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ВИБРАЦИИ МАШИН ......................................... 6 1.1. Понятие, природа происхождения и виды вибрации машин ..................................................................................... 6 1.2. Основные характеристики абсолютной вибрации .............................. 12 1.3. Измеряемые численные параметры вибрации .................................. 26 1.4. Понятие о спектрах вибрации .............................................................. 37 1.5. Основные принципы анализа временных сигналов и спектра вибрации ............................................................................... 47 1.6. Основные параметры вибрации валов ............................................... 61 2. НОРМАТИВНАЯ БАЗА ОЦЕНКИ СОСТОЯНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН ПО ВИБРАЦИИ, ИЗМЕРЕННОЙ НА НЕПОДВИЖНЫХ ЧАСТЯХ ........................................ 71 2.1. Основные положения и базовые критерии оценки состояния машин по общему уровню вибрации ................................. 71 2.2. Нормы вибрации промышленных роторных машин ........................... 80 2.2.1. Основные положения ГОСТ ИСО 10816–3–2002 ..................... 81 2.2.2. Оценка состояния динамических насосов ................................ 91 2.2.3. Нормы вибрации промышленных вентиляторов ...................... 98 2.2.4. Нормы вибрации роторных машин опасных производств ......................................................................................... 103 2.2.5. Нормы вибрации стационарных паротурбинных агрегатов .............................................................................................. 107 2.2.6. Нормы вибрации газотурбинных установок ............................ 116 2.2.7. Нормы вибрации электродвигателей ...................................... 120 2.2.8. Нормы вибрации поршневых компрессорных установок ...... 124 2.2.9. Нормы вибрации генераторов переменного тока с приводом от двигателя внутреннего сгорания .............................. 137 3. НОРМАТИВНАЯ БАЗА ОЦЕНКИ СОСТОЯНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАШИН ПО ВИБРАЦИИ, ИЗМЕРЕННОЙ НА ВРАЩАЮЩИХСЯ ЧАСТЯХ ................................ 142 3.1. Основные положения и базовые критерии оценки состояния машин по вибрации валов .............................................. 143 3.2. Нормы вибрации валов промышленных роторных машин ................................................................................. 150 3.2.1. Оценка состояния динамических насосов и электрических машин по вибрации валов .................................... 153 3.2.2. Оценка состояния стационарных паротурбинных агрегатов по вибрации валов ............................................................ 156 3
3.2.3. Оценка состояния газотурбинных агрегатов по вибрации валов ............................................................................. 165 4. ПРАКТИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ ОРГАНИЗАЦИИ ВИБРОМОНИТОРИНГА ........................................................................ 169 4.1. Выбор нормативной базы для организации вибромониторинга ............................................................................. 169 4.2. Оценка запаса и прогнозирование работоспособности по трендам виброскорости ................................................................. 176 4.3. Отдельные вопросы представления параметров вибрации и статистическое определение базовых уровней ................................................................................ 192 4.4. Нормирование спектральных компонент вибрации ......................... 198 5. ОБЩАЯ КОНЦЕПЦИЯ, СТРУКТУРА ПОСТРОЕНИЯ И ПРОГРАММНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ВИБРОМОНИТОРИНГА ........................................................................ 204 5.1. Концепция вибромониторинга состояния машин ............................. 204 5.2. Технические средства реализации вибромониторинга ................... 213 5.2.1. Вибрационные датчики ............................................................ 213 5.2.2. Основные технические элементы и структуры вибромониторинга .............................................................................. 224 5.3. Основные принципы частотного анализа ......................................... 233 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ........................................................ 246 Приложение Расположение точек контроля вибрации на основных типах промышленных приводов .......................................................................... 250 4
ВВЕДЕНИЕ Основными целями учебного пособия являются изложение в доходчивой форме методического и практического материала по вопросам оценки технического состояния промышленных машин по параметрам вибрации. Даже такие, на первый взгляд, простые вопросы – что вкладывается в понятие «вибрация машины» и какой уровень вибрации опасен, и чем опасен, для машины, требуют обоснованных ответов. Понятие вибрации является широким как по виду (абсолютная или относительная), так и по численным характеристикам (виброперемещение, виброскорость или виброускорение). В зависимости от конструкции машины и условий ее работы вид измеряемой вибрации и набор ее параметров могут быть разными. Поэтому устанавливаются критерии оценки изменения этих параметров, а также регламентируются точки контроля и режимы измерений. Категория опасности по вибрации должна иметь свои уровни: опасность немедленного отказа по достижении какого-то уровня или работы, но с высокой вероятностью отказа (тогда в течение какого времени) или работа, но с пониженными техническими характеристиками и ограничением по нагрузке. Естественно, что для всех этих случаев уровни опасности должны быть разными. Пособие предназначено как для подготовки студентов, магистрантов и аспирантов, изучающих технологию и надежность эксплуатации, техническую диагностику, а также для слушателей институтов повышения квалификации и аттестационных учебных центров – специалистовпрактиков, решающих задачи вибрационного мониторинга и вибродиагностики машин в условиях эксплуатации. В работе отражены вопросы природы происхождения вибрации, принципы измерения абсолютной и относительной вибрации и выполнения спектрального анализа измеряемой вибрации. Рассмотрена концепция выполнения вибромониторинга машин в условиях эксплуатации и основные технические средства для его реализации. Приведен анализ нормативной документации, устанавливающей требования к оценке технического состояния и прогнозированию работоспособности на основе контроля параметров вибрации. Обобщены критерии и нормативы оценки состояния промышленных роторных машин по общим параметрам вибрации. Автор признателен своим уважаемым коллегам, труды которых приведены в библиографическом списке, за возможность использования иллюстративного и практического материала при подготовке пособия. 5
1. Г Глава 1 ОБЩИ ИЕ СВЕД О ВИБР О РАЦИИ Н ДЕНИЯ МАШИН 1.1 1. Поня ятие, пр рирода происх хожден ния и в виды в вибраци ии маш ин - Ви – это от тносител льно мал лые пер емещени ия контр вращаю щегося шины пр ри механ ролируенических х мой точ колебан ибрация чки корпу ниях отно уса или осительн но некото орого пол вала ма ложения равнове есия. Ви ибрация свойстве енна все ем без и исключен ния рабо м маши- - тя, чисто о теорет тически, идеальн ная маш ина не д испытыотающим должна энергия ебаний в вообще, посколь ьку вся должна а еханичес щаться в ую рабо оту. Одна ако в ма с вращат тельным м - вратно-п ских коле в полезн поступате ельным движени ием дета ашинах с алей мех ханическ ие колеют как по обочный результ преобраз энергии мы маши ины, кот орый яв тат при п вляется зовании ием име еющейся и я возникаю механизм ектности процесс образова следстви ким обр лементы ы - ы динами ически вз сов прео заимодей другом, и конструкания. Та друг с д оисходит т рассеи вание эн йствуют нергии в в виде м механиче лебаний, е на быт товом ур ровне во осприним маются ч человеко разом, эл и через к еских кол ом как др рожание е 1). , стук, тр ряска, др ребезжан ние и пр. (рис. 1.1 нам, хот вать ме превращ или воз бания в через м некорре машины цию про которые корпуса Рис. 1.1. Вибрация я машины ы как резул льтат рас ссеивания я энергии 6
По о мере из зноса и д деформа ации дет талей ма ашины, у увеличен ния зазо- - люфтов в сопря жениях, появлен балансир ровки и расценвалов, ос садки и р разрушен ния разб дамента и т. п., т т. е. в рез е - овения дефекто ния фунд ичиваетс ся некор рректност ть преоб зультате бразоваак следст твие рас сеивание е полезно ой энерг гии и воз т ) ческие к колебани ов, увели стет расс ия. Прич и следс ствия (ви зрастают ибрация) нно усили нергия ко й растет т ины (де ют друг фекты) друга, эн яние маш ивают и д шины уху дополня удшаетс ся, что в конечно ом счете привести и олебани может п ров и л тровки в возникн ния и ка механич постоян и состоя к ее отка азу. Та аким обр азом, ви ибрация я как пр развития я дефекявляется ичиной р - - дикаторо практика показыв вает, что о эффекоринга те ом. Напр ехническ ример, п кого сост тояния м машин ро оторного типа по о к и их ин ь монито 7 % [49, 5 52]. тов, так тивност парамет трам виб брации д оходит д до 75–77 Сл ледует по онимать, -первых, по мере е появлен ния и ра звития в в - е дефект тов проис , что, восходят к качестве количест твенные измене, воздей йствующи етали, в нные и к результа ате изме еняется к как сама а ний, так рма. Воизмеряих на де колебан нических машины ы чаще в циональн -вторых, на силе, возбужи их фо пропорц - - - всего не тся лиш на механ ибрация й эту виб а являе ь реакци ией элем ментов к конструкмашине ния сил величин емая ви дающей ции маш твие воз збуждающ ы. брацию, воздейст Ви шины на ибрация, измеряе емая, на шипнико овом узл е маши- - с. 1.2), ес сть резул льтат вз апример, заимодей щей силы , на подш йствия д двух обоб бщенных х фактозбуждающ щей силы ы и пода атливост и. ны (рис ров: воз Р Рис. 1.2. З Зависимос сть вибрац ции от си ил возбужд дения и па араметро ов конст трукции ма ашины - Во озбуждаю ющая сил ла, возни икающая я при поя явлении дефекто ов, являвекторно ой и име еет часто отную зав висимост няясь по о личиной и, величи ине и на аправлен нию по р ым закона тор силы ы инатном м простра анстве и имеет сл различны ложную т ть, измен ам. Вект ию, вид которой типом и местом возникн новения траектор дефекта а, возбуд дившего й о ется вел времени в коорд определ эту силу ляется т у. По од податл ливостью ю машин ны, собст твенно, п понимает тся реак кция кон- - струкци и машин ны на во озмущаю ющую сил лу, опред деляема ая общим ми пара7
- и колеба ательной й системы ы: массо ой, жестк костью и демпфи ированиметрами ем. По одатливо ость конс струкции исходно о являет ичной по о разным м ся разли - анственн ым напр равления ям, что о отражает тся на ве еличине измеряибрации, а также зависит т от режи има рабо оты маш шины и ве еличины ы и. Но, чт то особе нно важ но, по м мере поя вления д - - ь станови й и измен няется с с течение в податени. Неость вект ится нел тора под линейной датливост ти искаж жает прям мое соот е между у - ыми пар аметрам ми возбуж й силы и и вибрац роме тодефекто ем врем тветстви ией, и, к ространст твенной ждающе вибраци ии маши а - актер пр ии) практ тически в всегда от тличаетс ся от пре ины (пре ецессии вектора возбужецессия вектора простра емой ви нагрузки ливость линейно частотн го, хара вибраци дающей й силы. - Та аким обра брация м машины являетс ком на си илы, выся частя ями (дета алями, у ся отклик узлами), генерир рующими и азом, ви жущими - е ее дви ию этих д деталей (номера а 1, 2,…, n – на р м вибра деталей по виду, уде и ча рис. 1.3) стоте мо ). Причем ожет отл ичаться, личных д еделяетс ся харак тером во , амплит озбуждаю ющей си лы (на р рис. 1.3 п показана а званные вибраци ция разл что опре мгновен нная вибр рация во о времен ни t). Р Рис. 1.3. В Вибрация м машины в в месте из змерения и ее сост тавляющи ие По оскольку вибраци ия измер ряется на а поверх ности ко орпуса ма ашины в в - ленном м месте (ко ной точк ке), то в этом ме есте дат чик вибопредел рации з зафиксир рует виб онтрольн рационн ый проц цесс, кото орый по ему виду у внешне 8
ет соотве ть ни од дной из в вибраций й детале ей. Это п происхо- - ому, что волны к колебани ий, распр ространя яясь по к конструк». не буде дит пото ции маш иваются етствова упругие еремеши - По шины, «п о мере в возникно овения д дефектов в детале лов их п податлиа также податли конструкц ей и узл инейно и изменяет тся, при и оявляетс ся еще о ивость к один тип п нелине ции нели ейности, связанн ной с эф ффектом м ой модул ибрацио онных си . 1.3 изо ображен м М). В р те характ тер изме (на рис. вибраци ии в конт трольной ляции в езультат удет еще е более существ я. Кроме е того, в ибрация н й я игналов еряемой менятьс - еталей я является источни венно из иком воз збуждени ия смежн ных и ки инемативость, а этом по взаимно кружком точке бу ряда де чески св вязанных х с ними других д деталей. случае р разные т точки ма меют ра азную ви ибрацию: общем с ут колеб баться од енно в р ениях, с р и удами и частота торые эл разными лементы ы дноврем ми. В пр ашины им разных н колебан аправле ий некот - ы могут п претерпе евать упр роцессе ругие деф формаци ии, и в эт том случ чае можВ они мог амплиту машины но говор рить о фо олебаний ы. Та аким обра ормах ко азом, ре ионный п процесс с слишком м сложен й машин вибраци о, чтобы еальный характер ристики могли бы ыть пред дметом к контроля иза при тации м Поэтому тся огра аничения н я я - у вводят что регл аментир руют, вовсе его эксплуа вибраци мации по точки и измерени ии, сводя ия, кото к тому, ч режде в всего, яв вляются корпуса а - валы ма машины. ящиеся рыми, п шин и, в во-вторы ых, напра авления измере также в ьшинств ве случае ев вибра ацию на подшип пниковых х опорах х ников, а к, в бол ы контрол лируют в в трех ор ртогональ ьных нап правлени иях (рис. для того и анали информ первых, подшип ний. Та машины x д х (относи ительно оси вал а) – вер ртикальн 1.4, а): ом (В) и и г перечных тальном (Г); двух поп горизонт осевом ( (О) – пар раллельн но оси ва ала (рото ора). x о Рис с. 1.4. Точк ка контро ции: а – нап правления я измерени оля вибрац сположени ие виброд датчика п при измер рении верт тикальной ия; б – рас й попереч чной соста авляющей й вибраци и 9
ризонтал осевая составл измеряю ются на а уровне е а крышки пника ил ли горизо ляющие онтально кости оси и враще- - льная и и подши 1.4, а). И Измерен ртикальн ой плоск ном напр равлении и провола (рис. наивысш шей точк е корпус .4, б). ледует п онимать ь, что изм я, провед денные н на защит тных коГо разъёма ния вал дится в Сл ние в вер са (рис. 1 мерения - - экранах, фланца ах присо оединенн ных труб дов, нако опительнкерах и и иных м металлок конструкц циях, не ределить еское со стояние машины ы из-за нелине яют опр свойств данных ь х бопровод е позвол йности с жухах, э ных бун техниче элемент тов. Та меренна ация соде ержит ва ажную ин нформаазом, из - - й можно оценить ая вибра ь техниче еское со остояние е машины ы и диааким обр которой овать мн цию, по гностиро Из змерения ногие деф я вибрац фекты. ции при вибром монитори инге маш шин про водятся, всего, н на корпу шипнико ов, поско ольку им менно на а опорах х отора) п роявляе кция неу равнове шенных сил вра ащающеусах под тся реак - - рая зави исит от ж жесткости и и демп пфирова ого подла, котор а, подши ипниковы ых опор и фунда амента, а также ичины их х ания сам от вели отор, им еющий о остаточн ный дисб баланс, с создает в нтробежн ные силы ы, завися ящие от частоты ы вращен во время ния, кото я вращеорые по- - - т ротор к колеба аниям. Ч и вклад ыш подасляную лия пер ов сколь ьжения к колебани Через ма ия и уси пленку едаются я на опо ры и на а прежде вала (ро гося вал шипника масс. Ро ния цен буждаю шипнико фундам мент маш шины. - На а рис. 1. .5 предс ы схемат тичный п ный разр рез подшипника а скольж жения и с ставлены сечение п подшипн никовой о поперечн опоры ма ашины. Рис . 1.5. Движ жение вал ла в корпус се гидрод инамичес ского подшип пника скол льжения Ва ал совер ршает ко олебания и обоймы ы подши которые е - триваютс ся как пе ериодиче замкнувижение е. пове центра рхность ектории (показан на пункти я внутри еское дв иром), т. шейка) то о ипника, вала по вала (ш рассмат той трае приближ жается, т то удаляе ется от п поверхно ости обой ймы. 10