Вибрационный метод неразрушающего контроля реферат

Обновлено: 05.07.2024

Вибродиагностический метод (ВД) является одним из перспективных методов неразрушающего контроля. Его применение позволяет не нарушать рабочий цикл исследуемого объекта. ВД метод – это контроль на основе анализа вибрации, возникающей в процессе эксплуатации оборудования. Любой вид вибрации основывается на колебаниях одной частоты или совокупности различных частотных амплитуд, при исследовании которых (основываясь на их изученных закономерностях) можно говорить о характеристиках и особенностях исследуемых предметов в т. ч. его техническом состоянии.

Александр Сергеевич Колесов

Чтобы иметь высокую информативность о результатах исследования надо правильно выбирать датчики исследования для контроля объектов. Выполнение комплекса контрольно-исследовательских мероприятий следует доверить экспертам проверенных организаций, имеющим опыт, сочетающийся с требованиями нормативно-технических документов в определенной области исследования.

абсолютное понимание и

вибрационный контроль и диагностика

Любая рабочая система подвергается воздействию (внутреннему или наружному), а создаваемые им нагрузки (статические, динамические и вибрационные) в ходе рабочего процесса способствуют изменению ее рабочих параметров по причине износа деталей, получения повреждений или нарушения целостности. Источники шума и вибраций имеют такое происхождение:

1.Механическоеколебание, такое колебание в виде вибрации создают утратившие сбалансированность движения вращающиеся опоры, аналогично (аномально)движущиеся шестерни или колеса, поступательность которых основано на зубчатых передачах, а также другие детали, для движения которых используются цепи(щеточно-коллекторные узлы). Несогласованность действий по разным причинам создает вибрации с кратным количеством частот.

2.Магнитное колебание возникает в воздушном зазоре при измененных состояниях взаимодействующих друг с другом электромагнитных систем.

3.Движение деталей в механизмах создает аэродинамическое колебание.

Если возникают вибрации, то это первые признаки имеющихся в системе повреждений. Они подлежат диагностике и измерению величин с последующим анализом. Согласно ГОСТу ИСО 10816-1-97 различают три величины, называемые:

· -вибросмещением (изменением меры амплитуды вибрации);

· -виброскоростью, когда скорость перемещения точки колеблется с определенной частотой;

· -виброускорением, т.е. значением вибрации, определяемой с помощью величины, воздействующей на нее силы.

Вибрационный контроль в разных областях:

Тепловая энергетика:

· 1.Проведение вибродиагностики турбинных агрегатов теплоэлектростанций с мощностью до восьмисот мегаватт (включительно)с целью приведения в соответствие нормативно-техническим требованиям.

· 2.Исследование тепловых расширений турбин при помощи вибродиагностики.

· 3.Проведение контроля над работой и вибрациями паровых турбин, характеризующихся частой деформацией цилиндров низкого давления и нарушением работы подшипников ЦНД, вызванных аномальной вибрацией.

· 4.Вибродиагностика вращения составных частей турбин.

· 5.Изучение маневренности агрегата с отладкой режимов "пуск" и "остановка".

· 6.Вибродиагостический анализ работы турбоагрегатов (валопровод, ротор, опора, фундамент и др.), генераторов и их частей.

· 7.Устранение сложных форм неуравновешенности на балансировочных станках таких агрегатов, как валопровод, ротор и др.

· 8.Сложная вибродиагностика, включая модальный анализ, статорных систем турбо- и гидроагрегатов, а также комплектующих их труб и др. деталей.

Атомная энергетика: Изучение методом вибродиагностики турбоагрегатов АЭС, имеющих мощность до 1000 Мвт.

Гидроэнергетика: Комплексное исследование методом ВД гидротурбин и гидрогенераторов.

Газовая промышленность: Контроль работы газовых турбин.

Химическая,нефтехимическая промышленность и металлургия: Исследование методом вибродиагностики роторного оборудования.

2 РЕФЕРАТ Реферат 15с., 7ч., 3рис., 9 источников. ТЕХНИЧЕСКАЯ ДИАГНОСТИКА. ВИБРОДИАГНОСТИКА. ПРИМЕРЫ РЕАЛИЗАЦИИ ПРИМЕНИТЕЛЬНО К СТРОИТЕЛЬНЫМ КОНСТРУКЦИЯМ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ ПРИ ОБСЛЕДОВАНИИ. Цель работы: Определить эффективность использования методов и средств технической диагностики. Познакомиться с методом вибродиагностики. Рассмотреть реализацию метода при обследовании конструкций зданий и сооружений. В результате исследования определены понятия технической диагностики, рассмотрены основные методы вибродиагностики. Показано, как может реализовываться метод вибродиагностики при обследовании конструкций зданий и сооружений. 2

3 СОДЕРЖАНИЕ 1 Определения Введение. Ошибка! Закладка не определена. 3 Техническая диагностика. Ошибка! Закладка не определена. 4 Вибродиагностика. Ошибка! Закладка не определена. _Toc Примеры реализации применительно к строительным конструкциям зданий и сооружений при обследовании. Ошибка! Закладка не определена. 6 Заключение Список литературы. Ошибка! Закладка не определена. 3

4 1.Определения. В данном реферате применяют следующие термины с соответствующими определениями: Техническая диагностика область знаний, охватывающая теорию, методы и средства определения технического состояния объектов. Дефект - любое несоответствие свойств объекта заданным, требуемым или ожидаемым его свойствами Техническое диагностирование - определение технического состояния объекта. Отказ событие нарушения работоспособности объекта. Техническое состояние объекта - состояние, которое характеризуется в определенный момент времени, при определенных условиях внешней среды, значениями параметров, установленных технической документацией на объект. Система технического диагностирования - совокупность средств, объекта и исполнителей, необходимая для проведения диагностирования (контроля) по правилам, установленным в технической документации. Алгоритм технического диагностирования - совокупность предписаний, определяющих последовательность действий при проведении диагностирования (контроля). Технический диагноз - результат диагностирования. Вибрационная диагностика метод диагностирования строительных конструкций зданий и сооружений, основанный на анализе параметров вибрации, возникающей за счёт естественных или техногенных факторов. Вибрация движение точки или механической системы, при котором происходят колебания характеризующих его скалярных величин. Виброперемещение составляющая перемещения, описывающая вибрацию. Виброскорость производная виброперемещения по времени. Виброускорение производная виброскорости по времени. 4

5 2.Введение. Современные города стремительно меняют свой облик. Буквально на глазах вырастают небоскребы, реконструируются исторические здания, меняется инфраструктура. В рамках такого масштабного строительства особо актуальным становится вопрос о безопасности, поскольку здания становятся все выше, сроки исполнения все короче, материалы все дешевле, а насыщенность технологическим оборудованием и загруженность зданий - все больше. Поэтому в настоящее время возрастают требования и к методам диагностики состояния объектов они должны давать возможность быстро и в полной мере оценить действительные характеристики конструкций зданий, а также быть просты и мобильны, чтобы использоваться на этапах проектирования, строительства, эксплуатации, ремонта и реконструкции и сноса зданий. Не смотря на все это, истории известны случаи аварий и обрушений во время строительства и эксплуатации зданий, порой с человеческими жертвами. Причинами трагедий чаще всего становятся ошибки, допущенные при оценке запаса прочности конструкции, неудовлетворительная диагностика, не принятие своевременных мер по усилению и ремонту. Избежать подобных событий в будущем позволят более ответственное отношение к эксплуатации зданий, совершенствование методов расчётов, используемых при проектировании, но самое главное полноценная и своевременная диагностика. Она позволит не только предупредить аварийные ситуации и определить меры, необходимые для предотвращения, но и выявить причины обрушений и избежать допущенных ошибок или просчетов в будущем. 5

6 3.Техническая диагностика. Техническая диагностика определяется как научная дисциплина, изучающая технические системы (в том числе здания и сооружения, а также их элементы), устанавливающая причины возникновения отказов и дефектов, разрабатывающая методы их обнаружения и оценки. Под дефектом подразумевается любое несоответствие свойств объекта заданным, требуемым или ожидаемым его свойствами. Обнаружение и оценка дефектов - это процессы определения технического состояния объекта, объединяющиеся под общим термином диагностирование. Результатом последнего является диагноз. Задачи технического диагностирования: Основной задачей технического диагностирования является сокращение затрат на техническое обслуживание объектов, и на уменьшение потерь от простоя в результате отказов. Функции диагностирования: оценка технического состояния объекта; обнаружение и определение места локализации дефектов; прогнозирование остаточного ресурса объекта; мониторинг технического состояния объекта. Диагностические параметры: Различают прямые и косвенные диагностические параметры. Первые непосредственно характеризуют состояние объекта, а вторые связаны с прямыми параметрами функциональной зависимостью. Методы диагностирования: В зависимости от технических средств и диагностических параметров, которые используют при проведении диагностирования, можно составить следующий неполный список методов диагностирования: органолептические методы диагностирования, которые основаны на использовании органов чувств человека (осмотр, ослушивание); вибрационные методы диагностирования, которые основаны на анализе параметров вибраций технических объектов; акустические методы диагностирования, основанные на анализе параметров звуковых волн, генерируемых техническими объектами и их составными частями; тепловые методы; сюда же относятся методы диагностирования, основанные на использовании тепловизоров; специфические методы для каждой из областей техники (например, при диагностировании гидропривода широко применяется статопараметрический метод, основанный на анализе задросселированного потока жидкости; в электротехнике применяют методы, основанные на анализе параметров электрических сигналов, и т. д.). 6

8 4.Вибродиагностика. За время эксплуатации, конструкции здания подвергаются воздействию вибрации как естественной природы (связанной с такими явлениями, как ветер или землетрясение), так и техногенной (вызванной деятельностью человека, например строительными работами, движением транспорта). Из опытов обследований очевидно, что вибрация может стать одной из причин повреждения конструкции здания, снижения его эксплуатационной надежности: уменьшая устойчивость, ухудшая несущую способность конструкций. Вибрацию сооружения следует контролировать, для определения, насколько действующие вибрационные нагрузки опасны как для конструкции в целом, так и для ее частей. Вибрационный (динамический) мониторинг является инструментом оперативной корректировки хода производства работ и выполняется как для обеспечения сохранности конструкций строящегося или реконструируемого здания (сооружения), так и соседней застройки. Основной задачей динамического мониторинга является своевременная фиксация превышений критериев безопасного ведения работ. Вибрационная (динамическая) диагностика метод диагностирования строительных конструкций зданий и сооружений, основанный на анализе параметров вибрации, возникающей за счёт естественных или техногенных факторов. Цели вибрационного диагностирования: Диагностика сооружений проводится с целью обнаружения аномалий и дефектов, появившихся в результате конструктивных, технологических или эксплуатационных ошибок. Сооружение подвергается динамическому воздействию и определяются параметры отклика. Они анализируются и далее, используя конечноэлементное моделирование, определяется реальное напряженнодеформированное состояние конструкции. Виды вибрационной диагностики: 1) Пассивная диагностика сводится к измерению колебаний сооружения от случайного воздействия. Для сооружений любого типа этим воздействием является фоновый шум - микросейсмы, ветер и техногенные вибрации. Для мостов, эстакад и путепроводов к ним добавляется временная статическая и динамическая нагрузка от проходящего по ним транспорта. 2) Активная диагностика, более точная, опирается на нагружение конструкции вынужденным запрограммированным и точно измеряемым динамическим воздействием. Этот способ имеет достаточно много разновидностей исполнения, но условно, все строительные конструкции нагружаются собственной массой и внешней силой. При нагружении собственной массой вибрации на сооружение передаются через грунтовый массив и этот способ подходит для любых строительных сооружений, он превосходит по простоте реализации, но уступает по точности второму способу - нагружению внешней силой. Вторым способом обычно нагружаются мосты, путепроводы и эстакады, на которых непосредственно может располагаться вибратор. Остальные строительные сооружения, такие как здания, дымовые трубы и градирни обычно нагружаются через грунтовый массив. В обоих случаях силовое воздействие выбирается 8

9 достаточно большим, чтобы превысить естественный шумовой фон, но достаточно слабым, чтобы вызвать какие-либо повреждения в конструкции. Методика испытаний. Анализ и моделирование. В общем случае динамическая диагностика конструкций осуществляется в три этапа: 1) Расчет по конечноэлементной программе эталонной модели сооружения. 2) Определение собственных частот и нормированной реакции на вынужденное воздействие в частотной области. 3) Составление плана динамических испытаний. Собственно испытания также делятся на три этапа. На первом этапе подтверждаются или уточняются с необходимой гарантией теоретические результаты предыдущего этапа и назначаются режимы испытаний. На втором этапе проводятся непосредственно подробные испытания. На третьем этапе все результаты испытаний объединяются и просматриваются в виде анимации измеренных колебаний конструкции. Уточняются собственные частоты и формы. Если необходимо, делаются дополнительные измерения. Формируется база данных. Дополнительно делаются обмеры, описание и фотографирование дефектов, нивелировка, выборка проб, образцов и другие вспомогательные работы. После этого производится оценка состояния конструкций, обобщение экспериментальных данных, сравнение с эталонными (расчетными или осредненными) данными, статистическая обработка, расчет по уточненной модели, в том числе на нагрузки по СНИП и завершается написанием отчета. Диагностические параметры: При вибрационной диагностике анализируются виброскорость, виброперемещение, виброускорение. 1) Виброскорость позволяет учитывать наличие высокочастотных составляющих в спектре вибрации и, кроме того, является исходным параметром для определения вибрационной мощности. Поэтому в последнее время наблюдается тенденция к переходу нормирования по виброскорости. Виброскорость принято оценивать по эффективному значению, которое позволяет легко сравнивать гармонические и сложные колебания по их энергии. 2) Виброперемещение наиболее целесообразно характеризовать размахом колебания, так как при наличии четных гармоник наибольшие значения положительного и отрицательного отклонений могут быть различными. Поэтому только размах, т.е. сумма абсолютных значений наибольших положительного и отрицательного отклонений, может быть принята за меру виброперемещения. 3) Виброускорение - в свою очередь, производная по времени от виброскорости. Характеризует инерционную силу, которая воздействует на объект при вибрации 9

10 Применение метода: Наибольшее развитие метод получил при диагностировании подшипников качения. Также вибрационный метод успешно применяется при обследовании строительных конструкций зданий и сооружений. Преимущества: метод позволяет находить скрытые дефекты; метод, как правило, не требует вскрытия конструкции; малое время диагностирования; возможность обнаружения дефектов на этапе их зарождения. Недостатки: особые требования к способу крепления датчика вибрации; зависимость параметров вибрации от большого количества факторов и сложность выделения вибрационного сигнала, обусловленного наличием неисправности низкая точность диагностирования Основные приборы измерения вибрации (виброметры): Измерители параметров вибрации - Вибран-2.2 Назначение : Мониторинг и вибродиагностика конструкций, оснований, сооружений, мостов, машин, механизмов, вибрационного оборудования, компрессорных станций Обнаружение и оценка влияния случайных импульсных и краткопериодических воздействий на объект обследования Исследование виброустойчивости объектов Преимущества: Широкие возможности прибора при весьма малых габаритах Возможность продолжительного непрерывного мониторинга при высоком разрешении Широкий динамический и частотный диапазоны, высокая чувствительность Вибродатчики с встроенной электроникой Основные функции: Работа в режиме вибросборщика в течение длительного времени Режим виброанализатора с выбираемыми частотными диапазонами и типом спектра Режим непрерывного спектрального анализа по линиям спектра Режим виброметра с вычислением СКЗ виброскорости 10

12 5.Примеры реализации применительно к строительным конструкциям ЗиС. Реальный опыт применения вибрационной диагностики, я решил показать на примере вибрационного обследования конструкций мостов. Ниже даны АФЧХ (амплитудно-фазовые частотные характеристики) консоли моста через р.волга в г.старица (рис.1). Белым цветом показана амплитуда, красным - действительная, синим - мнимая часть. Ось X - частота, ось Y - вертикальное перемещение среднего сечения соответствующей балки в метрах на одну тонну динамического усилия. АФЧХ не зависят от силы возбуждения, если сооружение работает линейно. С их помощью определяются собственные частоты и демпфирующие свойства сооружения. Дополнительно, используя эти характеристики, можно получить анимационную картину колебаний сооружения на любой частоте возбуждения. Во время испытаний моста измерения проводились в 1300 точках конструкции. На следующем рисунке (рис.2) представлена картина первой формы колебаний пролетного строения моста через р.тверца в г.тверь. Цифры 1 и 4 соответствуют положению береговых устоев, 2 и 3 - русловых опор. Рис.1 Рис.2 12

13 Работа проведена лабораторией ВДИ ОАО ЦНИИС. Организация обладает широким спектром возможностей для проведения испытаний строительных конструкций динамическим методом. Наиболее универсальным с точки зрения решаемых задач, по их мнению, является мобильный диагностический комплекс ВДИК Он смонтирован на базе двух автомобилей повышенной проходимости и предназначен для натурных испытаний в жестких климатических условиях. Источником возбуждения колебаний является мощный сейсмовозбудитель типа СВ-5-150, на базе автомобиля Урал-4320, модифицированный для целей испытания сооружений. Информационно-измерительная система реализована на базе автомобиля Зил-131Н. Диагностический комплекс ориентирован на полевые испытания различных типов наземных сооружений, но возможны испытания моделей строительных конструкций динамическим (вибрационным) методом и в лабораторных условиях. Конструктивное исполнение кабельной системы приборов позволяет проводить измерения без перебазирования системы на сооружениях протяженностью до 200 м, что сократило время работ при вибродиагностике моста через р. Волга в г. Старице. 13

14 6.Заключение Техническая диагностика позволяет объективно решать задачи своевременного обнаружения и распознавания имеющихся дефектов и потенциально опасных зон, узлов, деталей и т.п. В результате появляется возможность сосредоточить прогрессивные меры по ремонту на проблемных участках, вместо непроизводительных затрат на устранение последствий аварий или неоправданно высоких объемов ремонтных работ. Фактически потребность в высококачественной технической диагностике прослеживается на всех стадиях жизненного цикла объектов. В свою очередь метод вибрационной диагностики сегодня приобретает всё большее распространение при обследованиях строительных конструкций зданий и сооружений, так как метод позволяет находить скрытые дефекты, существенно экономит время и не требует вскрытия конструкции. Растущая конкуренция в области вибродиагностики и связи с этим удешевление электронных вычислительных средств и упрощение анализа вибрационных сигналов привело к интенсивному развитию этого метода в последние годы. Таким образом, познакомившись с вибрационной диагностикой, можно сделать вывод, что метод имеет метод множество положительных черт при обследовании конструкций зданий и сооружений. 14

16 Вопрос на зачёт: "Достоинства и недостатки вибрационного метода диагностики?" 16

Вибрационный контроль (ВК) или вибродиагностика – одна из эффективных разновидностей неразрушающего контроля. Она базируется на мониторинге и анализе ключевых показателей вибрации (колебаний), которую создает функционирующий исследуемый объект. ВК позволяет контролировать фактическое состояние и своевременно выявлять отклонения в работе насосных агрегатов, вентиляторов, систем охлаждения, отопления и другого промышленного оборудования.

Дефекты механических, электромагнитных и прочих систем, как правило, отражаются на вибрации, изменяющей под их влиянием ряд своих параметров. Измерение показателей вибрации в соответствии с ГОСТ Р ИСО 7919-1-99 позволяет получить сведения о техническом состоянии объекта, его неисправностях и остаточном потенциале

Принцип действия вибрационной дефектоскопии

Изменения в любой системе возникают по причине внутреннего или наружного воздействия, порождаемого в зависимости от характера рабочего процесса статическими, динамическими или вибрационными нагрузками. Возбудители вибрации и шумов, как правило, имеют механическое, магнитное или аэродинамическое происхождение.

Механические колебания (вибрации) генерируют несбалансированные вращающиеся опоры, зубчатые передачи, щеточно-коллекторные узлы и другие детали. Их дисбаланс вызывает вибрации с кратными частотами
Магнитные колебания вызываются изменениями электромагнитных усилий в воздушном зазоре систем с аналогичным названием
Аэродинамические колебания создаются движением деталей в механизмах

Возникновение вибраций говорит о наличии повреждений, параметры которых устанавливают путем измерения колебаний. В диагностических целях определяют и анализируют по ГОСТ ИСО 10816-1-97 три величины:

Вибросмещение (амплитуда) – пределы перемещения точки измерения в момент вибрации
Виброскорость – скорость перемещения точки контроля в момент прецессии вдоль оси измерения
Виброускорение – значение вибрации, напрямую связанное с вызвавшей ее силой

В процессе измерения вибраций рассматривается наиболее информативный тип колебаний и параметр, обеспечивающий максимальную равномерность частотного спектра.

Проведение аттестации и обучение специалистов по неразрушающему контролю

Частотный анализ

Для установления причины вибраций проводят частотный анализ. Задействованные в нем устройства, помогают установить все частотные составляющие, вызывающие колебания машин и оборудования, тремя способами.

Гармонический анализ вибраций – наиболее точный, но проблематичный способ обнаружения гармонирующих составляющих (гармоников) вибрации. Помимо наличия датчика вибрации нуждается в фотоэлектрическом или лазерном датчике для определения частоты вращения машинного вала
Полосовое выделение частот – более простой способ, действующий посредством настройки интегрированных полосовых фильтров на определенную частоту. Фильтр пропускает те из них, что совпадают с его характеристиками. Изменяя положения фильтра с помощью регулятора, можно конкретизировать частотные составляющие, присутствующие в общем вибрационном фоне
Перестраиваемые фильтры, которыми оснащено большинство виброизмерительных аппаратов, могут автоматически изменять частоту пропускания. Изменения индикатора, фиксирующиеся самописцем в виде диаграммы, отражают конкретные частотные составляющие, а также их количественный объем в общем вибрационном уровне

Частотные составляющие, выделяемые в процессе анализа спектра, подразделяют на три группы:

Гармоники – крайние точки на частотах, кратных частоте вращения, свидетельствующие о неуравновешенности, несоосности или ослаблении соединений
Несинхронные составляющие – свойственны частотам некратным частоте цикла, что говорит о наличии дефектов подшипников и ремней
Субгармоники – располагаются ниже частоты вращения и могут отражать вихри в масляном клине подшипника, излишнее трение между деталями, повреждения ременной передачи и ослабление соединений

Наиболее важными составляющими считаются гармоники. Совпадая с частотами определенных элементов, они могут увеличиваться и образовывать источник акустического шума, передающийся другим механизмам

Алгоритм проведения ВК

Проведение диагностики любым вибрационным методом (пик-фактор, эксцесс, ударные импульсы, огибающей высокочастотной виброактивности) предусматривает организацию воздействия на контролируемый объект с регистрацией показателей вибрации специальными приборами.

Подготовительный процесс, предполагающий разработку критериев, подтверждающих наличие отклонений на проверяемом объекте
Проведение диагностических мероприятий в соответствии с выбранным методом ВК
Обработка и анализ полученных результатов с оценкой остаточного потенциала безопасного функционирования оборудования и возможности его дальнейшего использования

Методы ВК активно применяются в различных отраслях российской промышленности, включая машиностроение, металлургию, транспортную и нефтегазовую отрасли. В диагностике используются современные виброметры, виброанализаторы, стационарные вибросистемы и другие устройства, позволяющие выявлять:

Неуравновешенность
Ослабление соединений и опор
Отсутствие соосности
Параллельность и геометрические изменения линии вала
Обрывы болтов
Излишек и недостаточность смазки,
Износ и повреждения различных узлов и деталей.

Плюсы методов ВК

Применение методов ВК демонстрирует в последнее время растущую популярность. Это связано с неоспоримыми плюсами вибродиагностики:

Возникновение и локализация колебаний в местах дислокации повреждений
Высокая информативность вибраций
Возможность выявления скрытых отклонений и находящихся на самой ранней стадии
Отсутствие необходимости в остановке производственных процессов, а также в сборке и разборке оборудования
Минимум временных затрат на выполнение процедур контроля

Корректная организация диагностических мероприятий и правильный выбор вибрационных устройств гарантируют получение максимально точных и информативных результатов.

Нарастание сложности современного оборудования, изделий и конструкций повышает требования к различным методам оценки качества и состояния разных объектов. Особенные сложности вызывает контроль состояния машин и механизмов. Это обусловлено динамическим характером работы машин.

В сложной системе с обилием подвижных элементов требуется особенное внимание к оценке состояния. Контроль таких машин и устройств направлен на:

Проверку деталей и узлов на наличие износа, дефектов и поломок
Оценку работы машины в разных динамических режимах
Проверку воздействия работающей машины на смежные элементы систем и крепёж.

Для контроля машин и механизмов очень важна возможность контроля без остановки и разборки. Ценится также оперативность получения результатов.

Вибрация такой турбины – предмет особого контроля

Оценка состояния работающей машины или механизма издавна проводилась в действии. Специалист наблюдал за работой устройства, следил за особенностями процесса, прислушивался к звукам. Со временем появилась аппаратура, способная улавливать и даже анализировать звуки работающей техники, а точнее – колебания, возникающие при работе.

Такие колебания и есть вибрация, неизбежный спутник любого повторяющегося динамичного процесса работающего механизма. Каким бы точным ни был механизм, его детали обладают определёнными изъянами:

Погрешностью в размерах
Эксцентриситетом
Шероховатостью поверхности.

Влияние этих и других изъянов вызывает вибрацию, одной из форм которой является звук.

Для работающего механизма вибрация вредна принципиально – она означает ударные воздействия частей машины друг о друга. Создатели машин и механизмов принимают меры для снижения вибрации, определяют её допустимые пределы.

Вибрация вредна для любой части машины. Этот эффект возникает от воздействия возвратно-поступательного движения, от работы вращающихся деталей, от стороннего воздействия.

Работа механизма с допустимым уровнем вибрации по мере износа его частей ведёт к повышению уровня этого губительного процесса. Увеличение уровня вибрации – тревожный сигнал. Он означает не только начало образования дефекта, но и причину стремительного появления и нарастания повреждений многих деталей, а также -увеличения риска аварийных поломок.

Вибрация вредна для человека. Работающие в условиях вибрации люди подвергают опасности своё здоровье. Привычка к вибрации тем более не является положительным явлением.

Вибрационный метод контроля

Изучение процессов вибрации показало, что это явление в достаточной мере характеризует особенности работы машины или механизма. Особенно ценным является постоянный мониторинг этого явления – изменения вибрации однозначно свидетельствуют о появлении негативных явлений.

На крупных объектах исключительной важности контроль вибрации – одно из основных постоянных мероприятий:

На гидроэлектростанциях
На нефтепроводах и газопроводах
На предприятиях атомной энергетики и многих других промышленных и хозяйственных объектах.

Автоматика систем контроля может не только обнаружить изменения параметров вибрации, но и подать сигнал об этом явлении, изменить режим работы машины и даже остановить её.

Вот какие есть способы наблюдения за вибрацией:

Автоматические контрольно-сигнальные устройства (КСУ). Такие аппараты могут быть встроены в машину или устройство, могут быть применены и внешние приборы
Контроль вибрации вручную, осуществляемый обслуживающим персоналом при помощи виброметров, переносных приборов оценки вибрации
Обнаружение износа, поломок и других следов действия вибрации при ремонте или осмотре машин во время обслуживания.

Единственная, кажется, польза вибрации состоит в том, что это явление позволяет оценивать состояние работающих машин и устройств. Вибрационный метод – важное направление работы любой солидной лаборатории неразрушающего контроля.

Аппаратура вибрационного контроля

Арсенал аппаратуры вибрационного контроля представлен многочисленными устройствами стационарного и портативного типа. Некоторые из них предназначены для производственного контроля изделий, другие используются при необходимости проверки работы машин, третьи установлены для работы в стационарном режиме в качестве компонента оборудования.

Вот несколько примеров оборудования для оценки состояния машин с ротационными узлами и элементами:

Датчики вибрации (вибропреобразователи)
Преобразователи перемещений
Преобразователи аналоговых сигналов в цифровые
Многоканальные универсальные устройства контроля вибрации.

Большой ассортимент аппаратуры объясняется необходимостью выполнять измерения разнородных технических устройств. Многие операции такого вида контроля требуют индивидуальной настройки на нужный вид технических объектов и процессов, например:

На оценку износа подшипников
На радиальное биение валов
На искривление вращающихся деталей.

Полноценные работы по диагностике роторных (вращающихся) систем требуют использования компьютерной техники и специального программного обеспечения.

Вибрации многих агрегатов такой машины можно проверить только по месту

Значение вибрационного контроля подтверждается наличием государственных стандартов (ГОСТ) этой области неразрушающего контроля. Стандарты регламентируют все аспекты такой методики оценки состояния машин и механизмов:

Технологии
Аппаратуру
Точность
Компетенцию специалистов
Ведение документации.

Все ведомственные документы, относящиеся к вопросам вибрации, приводятся в соответствие с ГОСТ.

Преимущества и недостатки

Главным, пожалуй, достоинством вибрационной технологии контроля является возможность её применения непосредственно в процессе работы машины или механизма, а оперативность получения результатов делает этот метод незаменимым.

Вот что ещё важно в такой методике:

Возможность точной локализации очага возникновения дефектов и поломок на самых ранних этапах
Чувствительность к скрытым дефектам
Обилие информации о реальном состоянии объекта.

Настройки и профиль аппаратуры дают возможность обнаружить причину вибрации на самых ранних стадиях её возникновения. Можно найти разрушенные болты и другой крепёж, проблемы со смазкой, потерю параллельности валов и колёс.

К недостаткам такой методики можно отнести высокий уровень компетенции специалистов, которые могут получать и анализировать достоверные результаты. Вибрационный контроль сложен и тем, что сигналы датчиков представляют собой очень интенсивный источник разнообразной информации. Нужно уметь выделить в обильном потоке данных только то, что необходимо.

Определённые сложности вызывает практическая реализация этого контроля на стадии настройки аппаратуры.

Диагностика такого вида основана на технике измерения вибрации относительно стабильной точки. В качестве такой точки принимается стабильный, не зависящий от вибрации объект либо датчики размещаются на упругой подвеске на самом проверяемом механизме – так создаётся искусственная стабильная точка измерений.

Техника анализа вибрации

Процедура вибрационного контроля представляет собой последовательность этапов, каждый из которых можно начинать только после полного окончания предыдущего. Вот эта последовательность:

Обнаружение и регистрация вибрации механического устройства или машины
Упорядочение полученной информации для выявления наиболее важных показателей для проверяемого устройства
Анализ отсортированной и уточнённой информации для оценки реального состояния работающего объекта.

Эта общая схема реализуется на практике во множестве вариаций, обусловленных спецификой объекта контроля. Один только диапазон частот, в котором проводятся обследования, определяет индивидуальный характер каждого сеанса контроля. Вот несколько примеров работ по оценке вибрации, где частота – ключевой определяющий фактор:

Проверка работы колёсных пар железнодорожных вагонов
Оценка качества работы шпинделя фрезерного станка
Мониторинг работающей турбины генератора электростанции
Оценка режима транспортировки нефтепродуктов в трубопроводе.

Многие практические работы диагностики машин с вращающимися агрегатами подтвердили одно из важных достоинств вибрационного метода – раннее обнаружение дефектов или даже предпосылок их образования.

Совершенствование всей методики и её отдельных направлений обуславливаются, прежде всего, развитием программного компьютерного обеспечения. Совершенствуется и техника, развитие которой идёт по двум направлениям:

Создание узкоспециализированной аппаратуры для постоянно востребованных операций
Разработка универсальных приборов, пригодных для неразрушающего контроля разных машин и устройств под заказ.

Выполненная оценка вибрации машины или агрегата может стать сигналом для проверки других объектов. Одним их таких случаев является проверка фундамента тяжёлого ротационного устройства.

Обнаруженный в таком устройстве уровень колебаний, превышающий регламентированный порог, может быть как причиной так и следствием разрушительных процессов в фундаменте, основании, на котором закреплена машина. Вот несколько типичных нарушений стабильности и цельности фундамента:

Чрезмерная осадка или перекос, отклонение от горизонтали
Ослабление крепёжных элементов – болтов, анкеров, закладных деталей
Трещины в теле фундамента.

Обследование многих машин и механизмов с роторными агрегатами изначально регламентируется, как контроль всего комплекса: фундамент – машина – роторный элемент.

Точная аппаратура, проработанные методики, компьютерные программы делают вибрационный метод точным инструментом оценки состояния многих объектов. Чаще всего такое исследование предшествует или сочетается с другими неразрушающими технологиями проверки состояния.

Оценка вибрации по субъективным ощущениям означает, что негативные явления в работе машины зашли уже достаточно далеко
Разрушительные процессы достигли такого уровня, что наладки и регулировки недостаточно, требуется более серьёзный ремонт или замена деталей и узлов
Точная локация мест образования сверхнормативных колебаний известна благодаря анализу показаний аппаратуры.

Образно говоря, если вибрация ощущается рукой, то чаще всего уже поздно, а если это явление диагностирует аппаратура, то время для ремонта ещё есть.

Читайте также: