ВИБРАЦИОННЫЙ КОНТРОЛЬ

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:

1. Проверку деталей и узлов на наличие износа, дефектов и поломок
2. Оценку работы машины в разных динамических режимах
3. 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

ВИБРАЦИЯ – ПОЛЬЗА И ВРЕД

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.

Вред вибрации

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.

Важность такого вида контроля машин и наблюдения за их состоянием была понятна уже давно, с тех времён, когда вибрацию оценивали «на глаз». Сегодня большинство крупных, опасных и дорогостоящих устройств, где используется вращательное движение, оборудовано специальной аппаратурой, наблюдение за вибрацией ведётся также в «ручном» режиме, при эксплуатации и ремонте машин.

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:

1. Автоматические контрольно-сигнальные устройства (КСУ). Такие аппараты могут быть встроены в машину или устройство, могут быть применены и внешние приборы
2. Контроль вибрации вручную, осуществляемый обслуживающим персоналом при помощи виброметров, переносных приборов оценки вибрации
3. 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:

1. На оценку износа подшипников
2. На радиальное биение валов
3. 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

ВИБРАЦИОННЫЙ МЕТОД

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

1. Технологии
2. Аппаратуру
3. Точность
4. Компетенцию специалистов
5. 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:

1. Обнаружение и регистрация вибрации механического устройства или машины
2. Упорядочение полученной информации для выявления наиболее важных показателей для проверяемого устройства
3. 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:

1. Создание узкоспециализированной аппаратуры для постоянно востребованных операций
2. 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.

Ощущение вибрации

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.

Сопоставление этого современного метода с практикой оценки вибрации «на глаз» свидетельствует:

• 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.