Виброметр. Контроль и регистрация виброперемещений

Поверка

осуществляется в соответствии с документом ВЦ.402243.028 МП «Государственная система обеспечения единства измерений. Виброметры серии ViPen. Методика поверки», утвержденным ФГУП «ВНИИМС» 08 декабря 2020 г.

Основные средства поверки:

– поверочная виброустановка 2-го разряда по приказу Росстандарта от 27 декабря 2018 г. № 2772 «Об утверждении Государственной поверочной схемы для средств измерения виброперемещения, виброскорости, виброускорения и углового ускорения»;

Допускается применение аналогичных средств поверки, обеспечивающих определение метрологических характеристик поверяемых СИ с требуемой точностью.

Результаты поверки виброметров подтверждаются сведениями о результатах поверки средств измерений, включенными в Федеральный информационный фонд по обеспечению

Лист № 6 Всего листов 6

единства измерений. По заявлению владельца средства измерений или лица, представившего его на поверку, выдается свидетельство о поверке средства измерений, и (или) в паспорт средства измерений вносится запись о проведенной поверке, заверяемая подписью поверителя и знаком поверки, с указанием даты поверки.

Экспресс-диагностика дефектов электродвигателей и насосов при помощи виброметра «ДПК-Вибро» и виброручки «ViPen»

(вибрация измеряется на корпусах электродвигателей и насосов)

Объект контроляСимвол подшипника на экране*Диагностическое заключение
Возможные дефекты электродвигателя или насоса**Примечание***
ЭлектродвигательБыстрое вращениеДефекты не диагностируютсяДефектов подшипников нет
Медленное вращениеНаличие электромагнитных дефектов в статореДефектов подшипников нет
Аварийное миганиеНаличие электромагнитных дефектов в статоре и в ротореДефектов подшипников нет
 
НасосБыстрое вращениеДефекты не диагностируютсяДефектов подшипников нет
Медленное вращениеКавитация, проблемы в проточной части насосаДефектов подшипников нет
Аварийное миганиеПроблемы в проточной части, наличие дефектных лопатокДефектов подшипников нет

*) высокий уровень вибрации для данного вида диагностики – это не признак наличия явных дефектов. Измерение вибрации производится на внешнем корпусе оборудования, на котором часто возникают паразитные резонансные процессы большой амплитуды. Это может происходить даже тогда, когда оборудование находится в хорошем состоянии.

**) при помощи виброметра «ДПК-Вибро» и виброручки «ViPen» можно определить наличие только явно выраженных дефектов электродвигателей и насосов, которые сопровождаются динамическими ударами.

***) перед проведением диагностики электродвигателей и насосов убедитесь, что все подшипники контролируемого оборудования не имеют дефектов. В противном случае проведение такой диагностики невозможно.

Виброскорость

Виброскорость – это скорость перемещения контролируемой точки оборудования во время её прецессии вдоль оси измерения.

В практике измеряется обычно не максимальное значение виброскорости, а ее среднеквадратичное значение, СКЗ (RMS). Физическая суть параметра СКЗ виброскорости состоит в равенстве энергетического воздействия на опоры машины реального вибросигнала и фиктивного постоянного, численно равного по величине СКЗ. Использование значения СКЗ обусловлено ещё и тем, что раньше измерения вибрации велись стрелочными приборами, а они все по принципу действия являются интегрирующими, и показывают именно среднеквадратичное значение переменного сигнала.

Из двух широко применяемых на практике представлений вибросигналов (виброскорость и виброперемещение) предпочтительнее использование виброскорости, так как это параметр, сразу учитывающий и перемещение контролируемой точки и энергетическое воздействие на опоры от сил, вызвавших вибрацию. Информативность виброперемещения может сравниться с информативностью виброскорости только при условии, когда дополнительно, кроме размаха колебаний, будут учтены частоты, как всего колебания, так и его отдельных составляющих. На практике сделать это весьма проблематично.

Для измерения СКЗ виброскорости используются
самые простые приборы – виброметры. В более сложных приборах (виброанализаторах) также всегда присутствует режим виброметра.

Виброскорость измеряется в:

  • миллиметрах на секунду [мм/сек]
  • дюймов в секунду [in/s]: 1 in/s = 25,4 мм/сек
  • децибелах, должен быть указан уровень 0 дБ. Если не указан, то, согласно ГОСТ 25275-82, берётся значение 5 * 10-5 мм/сек (По международному стандарту ISO 1683:2015 и ГОСТ Р ИСО 13373-2-2009 за 0 dB берётся 10-6 мм/сек)

Как перевести виброскорость в дБ ?

Для стандартного уровня 0 дБ = 5 * 10-5 мм/сек:

VdB = 20 * lg10(V) + 86

VdB – виброскорость в децибелах

lg10 – десятичный логарифм (логарифм по основанию 10)

V – виброскорость в мм/с

86 дБ – уровень 1 мм/с

Ниже приведены значечения виброскорости в дБ для стандартного ряда норм вибрации. Видно, что разница между соседними значениями – 4 дБ. Это соответствует разнице в 1,58 раза.

мм/сдБ
45119
28115
18111
11,2107
7,1103
4,599
2,895
1,891
1,1287
0,7183

Принцип работы

Как и любой физический колебательный процесс, вибрация характеризуется двумя основными параметрами – частотой и амплитудой. Их совокупность определяет три величины, значения которых позволяет выполнить объективную оценку вибрации: виброперемещение, виброскорость и виброускорение.

Под виброперемещением понимают относительное изменение положения подвижного узла или агрегата в целом от его начального расположения. Соответственно, виброскорость оценивает динамику такого изменения, а виброускорение – интенсивность возрастания виброскорости.

Полезность виброметра зависит от его возможности определять все три вышеуказанных параметра. Происходит это в следующей последовательности:

  • Закреплённый в определённом месте датчик вибраций фиксирует исходный сигнал.
  • По короткому кабелю сигнал в виде колебаний передаётся на усилитель. Длина кабеля должна быть минимально допустимой.
  • Усилитель усиливает исходный сигнал, и перенаправляет его на устройство индикации (в современных виброметрах это либо жидкокристаллический индикатор – для переносных приборов, либо экран монитора – для стационарных).
  • Параллельно производится запись текущих показаний в блок памяти.

Для особо сложных сигналов, которые воспринимаются датчиком, в виброметрах предусматривается ещё и блок обработки информации. Там первичный сигнал очищается от шумов и стабилизируется. Для переносных виброметров обработанный сигнал может подаваться и через наушники.

Стандартный комплект поставки прибора «Vibro Vision-2» включает в себя:

Комплект поставки «Vibro Vision-2»

  • Прибор «Vibro Vision-2″ с установленным аккумулятором и щупом
  • Внешний датчик вибрации марки ВК-310А с соединительным кабелем длиной 1,5 м и магнитом
  • Транспортная сумка для переноски полного комплекта прибора
  • Зарядное устройство и кабель с разъёмом микро-USB
  • Гарнитура (наушники с микрофоном)
  • CD с программным обеспечением Атлант, Аврора-2000, драйвер USB, документация
  • Руководство по эксплуатации прибора Vibro Vision-2
  • Свидетельство о поверке прибора
  • Паспорт на прибор и датчик

По согласованию при заключении договора поставки длина внешнего кабеля может быть изменена.

Виброанализаторы

АГАТ-М – 2-х канальный анализатор вибрации / Балансировочный прибор

АДП-3101 – Устройство виброизмерительное портативное (4-х канальный виброанализатор) предназначено для измерения и анализа вибрации, балансировки роторов, проведения автоматизированной вибро- и параметрической диагностики неисправностей энергомеханического оборудования и трубопроводов

Атлант-8 – Многоканальный синхронный регистратор-анализатор вибросигналов предназначен для решения наиболее сложных задач в вибрационной диагностике состояния оборудования на основе переносного компьютера

БМ-6 – Балансировочный малогабаритный прибор

Brig – 2-х канальный виброанализатор, балансировка

ВД-1854 – Устройства записи и анализа вибрационных сигналов

ViAna-1 – Виброанализатор, виброметр, прибор «безразборной» балансировки роторов

ViAna-4 – Универсальный 4-канальный регистратор и анализатор вибросигналов, балансировка роторов

Vibro Vision-2 – Анализатор вибросигналов (виброанализатор) с расширенными функциями диагностики подшипников качения. Виброметр, возможность сохранения замеров.

IMPULSE VMC – Одноканальный анализатор с балансировкой

BALTECH VP-3470 – 2-х канальный виброанализатор с программой вибродиагностики BALTECH Expert предназначен для определения технического состояния широкого класса машин и механизмов, а также выполнения динамической балансировки в собственных опорах роторов

Диана-2M – Анализатор вибрации двухканальный предназначен для диагностики состояния и балансировки вращающегося оборудования

Kамертон – Переносный многоканальный синхронный анализатор

КВАРЦ / ТОПАЗ-В – Анализатор вибрации

КВАРЦ-2 – 2-х канальный балансировочный прибор, сборщик данных, анализатор вибрации

Corvet – 2-х канальный виброанализатор, предназначенный для контроля текущего вибрационного состояния роторных агрегатов

МВК – Переносной диагностический комплекс. 4-8-16-24 канала регистрации

ОНИКС – 2-х канальный анализатор вибрации на базе Windows CE

СД-21 – двухканальный цифровой измеритель вибрации, анализатор и сборщик данных

СД-23 – виброанализатор с двумя параллельными каналами, со встроенными программами балансировки, удара и разгона/выбега

СМ-3001 – Устройство виброизмерительное портативное (вибросборщик данных) является простым и компактным виброизмерительным прибором с возможностью автоматизированной диагностики

СМД-4М – мобильная система мониторинга состояния

СПЕКТР-07 – Переносной вибродиагностический комплекс

STD-510 – Виброколлектор, сборщик данных

STD-3300 – 2-х канальный виброанализатор, позволяющий собирать и анализировать данные по двум каналам синхронно. Максимальные диагностические возможности и функция балансировки

ТСТ 4199 – Мобильная система технического диагностирования

UMS-16 – универсальный многоканальный виброизмерительный комплекс

ЦБ-3 – Прибор для балансировки и центровки роторов механизмов

Виброметры для измерения вибрации вращающегося оборудования

«ДПК-Вибро» в руке

Виброметр измеряет и оценивает вибрацию агрегатов с вращающимися частями. Это – двигатели, насосы, вентиляторы, генераторы. Вибрация таких агрегатов повторяется с каждым оборотом вала.

Виброметры измеряют интегральное значение вибрации (одно число). Самое популярное значение – СКЗ виброскорости, так как существуют стандарты для определения состояния агрегата по СКЗ виброскорости. Это число пропорционально мощности сил, вызывающих вибрацию агрегата.

Чаще всего вибрация в виброметрах измеряется в диапазоне 10 ÷ 1000 Гц. Этот диапазон указан в ГОСТ и позволяет измерять одинаковое значение вибрации на разных приборах.

Виброметр – это очень полезный прибор для оценки состояния оборудования. Максимальное значение вибрации, при котором состояние агрегата считается аварийным называется Норма. Значение задаётся в паспорте на агрегат или в ГОСТ ИСО 10816-1-97. “Вибрация. Контроль состояния машин по результатам измерений вибрации на невращающихся частях”. Сравнение текущей вибрации с нормой позволяет оценить состояние агрегата.

Измерение виброметром

Измерение вибрации виброметром очень быстрое и не требует подготовительных работ. Можно измерить 100 агрегатов за смену с выдачей отчётов о состоянии оборудования на предприятии.

Значения вибрации, измеренные через некоторое время (например, через 1 месяц) позволяют строить прогноз развития вибрации и планировать сроки следующих ремонтов. Это даёт значительную экономию денег, по сравнению с плановыми ремонтами. Такая система планирования ремонтов используется в нашей программе Аврора-2000.

Значение вибрации, измеренное виброметром можно использовать и для диагностики дефектов агрегата. Например, по СКЗ виброскорости отлично диагностируется расцентровка и небаланс. Состояние крепления к фундаменту тоже проще оценить виброметром. Виброметром даже можно балансировать агрегат не используя отметчик фазы (метод трех пусков с пробными массами).

При этом виброметры значительно дешевле виброанализаторов и проще в работе. Однако, для изучения сложных случаев дефектов необходим виброанализатор и опыт вибродиагностики.

Виброручка ViPen

Самые маленькие виброметры имеют размер авторучки и управление одной кнопкой. Такие приборы называют виброручки.

СКЗ виброскорости на экранеVibro Vision-2

Современные виброметры дополнительно имеют режимы измерения спектров и сигналов, память для сохранения замеров и передачи их в компьютер, режим измерения по маршруту, датчики температуры, оборотов и ударных импульсов от подшипников качения.

В виброанализаторах всегда есть режим виброметра. Он делается программно и не удорожает изготовление прибора.

Внутренний и внешний датчик

Виброметры имеют внутренний датчик вибрации, встроенный в корпус прибора или внешний датчик, подключённый к прибору проводом. Внутренний датчик – это компактность прибора, а внешний датчик позволяет измерить вибрацию в труднодоступных местах.

ViPen – виброметр-ручка с оценкой состояния подшипников и температурой

Виброметр-К1 – простой виброметр. Предназначен для проведения измерения вибрации в размерности СКЗ виброскорости (мм/с) в стандартном диапазоне частот от 10 до 1000 Гц

ДПК-Вибро – компактный виброметр. Кроме вибрации, умеет оценивать состояние подшипников качения, показывать сигналы и спектры и даже хранить их и передавать в компьютер (правда, всего несколько штук)

Vibro Vision – малогабаритный виброметр для контроля уровня вибрации с возможностью анализа сигналов и спектров. Уже устаревший, но всё ещё популярный прибор. Имеет встроенный в внешний датчик

Описание

Принцип действия виброметров основан на преобразовании вибрации контролируемого объекта в пропорциональный электрический сигнал и дальнейшей его обработке.

Виброметры выпускаются в двух модификациях: ViPen и ViPen-2 и состоят из заключенного в единый корпус акселерометра и блока электроники со встроенным интегратором, осуществляющим одинарное (для модификации ViPen) или двойное интегрирование (для модификации ViPen-2).

На передней панели виброметра ViPen расположены сенсорная кнопка и жидкокристаллический экран, предназначенный для индикации показаний.

Виброметры ViPen-2 осуществляют передачу выходного цифрового сигнала через интерфейс Bluetooth LE на планшет или телефон.

Питание виброметров осуществляется от встроенного несъемного литий-полимерного аккумулятора.

Пломбирование виброметров ViPen и ViPen-2 не предусмотрено.

Общий вид виброметров ViPen и ViPen-2 представлен на рисунках 1 и 2.

Преимущества

Преимущества вибродиагностики:

  1. Возможность обнаруживать скрытые дефекты.
  2. Получение информации о состоянии оборудования, находящегося в труднодоступных местах.
  3. Проведение мониторинга и получение информацию о дефекте еще на стадии его появления.
  4. Малое время диагностирования.

Метод вибрационной диагностики основан на получении данных о вибрации. Любая вибрация содержит в себе гармоники различной частоты. Анализируя амплитуду этих гармоник, можно получить информацию о состоянии оборудования. Данные о вибрации собираются с помощью специального щупа, с помощью датчиков, закрепленных на оборудовании и т. д. (разные приборы используют разные методы получения данных).

Современные приборы для проведения вибродиагностики используют цифровой метод обработки информации, что дает возможность очень быстро получать результат измерений. Во многих случаях, например, при проведении вибрационного контроля на железнодорожном транспорте, оперативность получения информации является важным условием для своевременного предупреждения ситуаций, которые могут создать угрозу жизни и здоровью человека или материальному имуществу.

Использование современных технологий связи дает возможность создавать системы, позволяющие получать информацию одновременно со значительного количества датчиков, оперативно обрабатывать ее и предоставлять оператору.

Любая машина представляет собой сложную колебательную систему с распределенными параметрами. Но в первом приближении ее можно рассматривать как систему с сосредоточенными параметрами, со свойственными только ей собственными частотами, формой сигнала и характером затухания собственных колебаний. Соответственно, все эти параметры собственных колебаний несут в себе необходимую диагностическую информацию.

Знание собственных частот динамических машин крайне необходимо, так как при совпадении частоты вращения ротора с любой из собственных частот приводит к резонансу (резкому увеличению уровня вибрации), что быстро приводит к поломке оборудования.

При статистическом анализе не производят разделение вибросигнала на составляющие, а анализируют форму плотности распределения вероятности сигнала. При наличии дефектов машины плотность вероятности случайной вибрации начинает отличаться от нормального распределения.

Следует учитывать, что:

  • Внеплановая остановка оборудования нарушает ход технологического процесса, приводя к значительным потерям из-за срыва сроков поставок продукции, большей длительности ремонта ввиду отсутствия подготовленных материальных и трудовых ресурсов.
  • Принудительные замены и частые необоснованные ремонты увеличивают риск появления дефектов в результате ошибок монтажа, нарушений технологии изготовления и снижают ресурс оборудования из-за возобновления процесса приработки.

Возможное решение — это использование стратегии ремонтов по техническому состоянию и технологий неразборного технического диагностирования. Проведение ремонтов по состоянию в настоящее время является актуальной задачей. Появляется возможность реального управления безотказностью механического оборудования на основе информации о фактическом состоянии.

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.

  1. 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
  2. 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
  3. 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

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.

  1. Подготовительный процесс, предполагающий разработку критериев, подтверждающих наличие отклонений на проверяемом объекте
  2. Проведение диагностических мероприятий в соответствии с выбранным методом ВК
  3. 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.

Анализатор вибрации

Наиболее часто используются средства измерения, реализуемые на базе вычислительной техники: анализаторы формы, спектральные анализаторы и анализаторы спектра огибающей, структура которых приведена на рисунках , , . Функции анализатора формы () заключаются в измерении амплитуд и фаз отдельных составляющих сигнала и в сравнительном анализе формы отдельных участков сигнала, начало и конец которых определяется углом поворота вала. Подобные анализаторы широко используются для диагностики машин возвратно-поступательного типа и роторов в процессе балансировки. Анализатор спектра () благодаря использованию однотипных элементов позволяет уменьшить время обработки вибрационного сигнала. Введение в схему детектора огибающей дает возможность обнаруживать повреждения подшипников качения и элементов механической системы на ранних стадиях зарождения ().

Рисунок 89 – Структура анализатора формы сигналов вибрации и шума

Рисунок 90 – Структура анализатор спектра сигналов вибрации и шума

Рисунок 91 – Структура анализатора спектра с детектором огибающей

Выпускаются анализаторы, реализующие возможности персональных компьютеров, структура которых приведена на . Подобные средства измерения и анализа сигналов отличаются большими габаритами и используются в лабораторных или стендовых условиях.

Рисунок 92 – Структура входного устройства (AЦП – аналого-цифровой преобразователь)

Развитие конструкции анализаторов вибрации неразрывно связано с развитием компьютерных технологий. Уменьшение габаритов, увеличение объёмов памяти и выполняемых функций – основные направления развития спектроанализаторов.

Классификация

По способу приёма и последующей обработки виброметры подразделяются на:

  1. Переносные или стационарные (последние применяются преимущественно в лабораторных условиях, при испытании техники или при исследовании её опытных образцов).
  2. Контактные или бесконтактные. В виброметрам первого типа относят пьезоэлектрические, ёмкостные и электромагнитные виброметры, а ко вторым – лазерные, оптические и индукционные. В стационарных установках могут использоваться многоконтурные схемы оценки вибраций.
  3. Вибрографы и виброметры. Первые позволяют записывать сигнал от первичных датчиков, преимуществом вторых считаются компактность и быстрота оценки конечного результата, иногда даже в ущерб точности.
  4. Виброметры и виброанализаторы. Приборы второго типа – комбинированные, они позволяют, наряду с классическим, описанным выше, способом определения интенсивности вибраций, ещё разложить их на спектры, оценить износ подвижных элементов и даже определять зазор в подшипниковых узлах.
  5. Одно-, двух- и многоканальные. Многоканальные виброметры, в частности, могут оценивать износ и вибрацию элементов одновременно в нескольких точках измерений, либо по нескольким осям одновременно.

Кроме того, по весу и размерам виброметры классифицируются на портативные (размером не более смартфона), переносные и стационарные. Стационарные варианты предназначены для мониторинга особо ответственного оборудования, они закрепляются на нём и работают в непрерывном режиме. Остальные виды техники используют аккумуляторное или батарейное питание.

В дальнейшем рассматриваются наиболее распространённые виды указанных измерительных приборов, которые отвечают требованиям стандарта ISO 10818-1-97.

Поделитесь в социальных сетях:FacebookTwitterВКонтакте
Напишите комментарий