О чём нам расскажет вибрация? Изучаем виброметры
Вовремя выявить проблему в состоянии оборудования — половина успеха. Ранняя диагностика позволяет избежать поломок, ремонта и простоев, экономить время и деньги и, главное, обеспечить безопасность для жизни и здоровья работников. И здесь на помощь производственникам готовы прийти современные приборы — виброметры. Как именно эти приборы позволяют выявить дефекты, в чём их преимущества по сравнению с другими методами диагностики и на что следует обратить внимание при выборе виброметра?
«Заглядываем внутрь» изделия
Очевидно, что на технические решения, направленные на поиск дефектов, существует устойчивый спрос в различных отраслях промышленности. И за последние десятилетия эти технологии прошли долгий путь эволюции: от визуального наблюдения до использования высокотехнологичных приборов и методик неразрушающего контроля. Как раз к таковым относят вибродиагностику и вибромониторинг, которые позволяют «заглянуть внутрь» изделия или сооружения. И, если там что-то не в порядке, датчик покажет различные в зависимости от характера поломки изменения.
«Сначала обнаруживается повышение вибрации, то есть вы увидите, что в течение периода наблюдения идёт постепенное или резкое повышение вибрации. Повышение уровней виброускорения и виброскорости свидетельствуют о поломке, а более детальное изучение спектральных составляющих, фаз и прочих параметров позволяет выявить повреждения или разбалансировку конкретных узлов оборудования. Для таких измерений понадобятся виброметры с различным функционалом (число каналов, фильтры, спектральный анализ) и стационарные системы вибромониторинга для контроля состояния 24/7», — рассказывает руководитель учебного центра приборостроительного предприятия «Висом», преподаватель кафедры вычислительной техники ФГБОУ ВО «НИУ «МЭИ» Дмитрий Попков.
Для измерения вибрации существует несколько параметров: виброускорение, виброскорость и виброперемещение. В первом случае мы можем получить информацию о состоянии тех внутренних деталей, которые сами вызывают вибрации, например подшипников. Виброускорение измеряется в м/с2. Виброскорость представляет собой скорость перемещения контрольной точки вдоль оси измерения. Этот параметр позволяет судить о воздействии вибрации на опоры оборудования и измеряется в мм/сек. Наконец, виброперемещение определяет границы смещения контрольной точки из-за вибрации. Современные цифровые виброметры способны измерять виброускорение и виброперемещение, а более сложные виброанализаторы — ещё и виброскорость, сообщает сайт ООО «ТЗ Групп».
Диагностика в режиме реального времени
Ещё одно из ключевых преимуществ технологии — это возможность диагностики оборудования непосредственно в процессе его работы. Также «вибродиагностика эффективна для машин, в конструкции которых есть вращающиеся элементы (определение дисбаланса), подшипники качения (степень износа), гидрооборудование (степень износа), электродвигатель (ослабление крепления обмоток статора и пр.), что соответствует конструктивному исполнению станочного оборудования», — пишет в своей диссертации «Анализ методов вибродиагностики металлорежущих станков» соискатель из ФГАОУ ВО НИ ТПУ (Томский политехнический университет) Чжан Сяолян.
При этом существует сразу несколько методов вибродиагностики. Первый из них — оценка технического состояния по общему уровню вибросигнала. К его преимуществам относится простота и, как следствие, отсутствие необходимости в обучении персонала. Однако есть у него и серьёзные недостатки. Ключевой из них заключается в том, что многие дефекты выявляются на поздних стадиях, что повышает расходы и в значительной степени нивелирует плюсы от использования вибродиагностики.
Напротив, диагностика по спектральным диаграммам позволяет выявить их в процессе развития. Но в то же время этот метод требует специального спектроанализатора для получения амплитудного спектра и подготовленного персонала для его анализа, пишет Чжан Сяолян.
Помимо этого, исследователь называет ещё несколько методов, среди которых диагностика по соотношению пик/фон вибросигнала; вибрационная диагностика по энергетическому спектру, автокорреляционной функции, фликер-шумам, акустической эмиссии и др.
Виброметры и виброанализаторы: тонкости выбора
По словам Дмитрия Попкова, в конструкции виброметров можно выделить три основных элемента. Это система сбора данных, собственно датчики (вибропреобразователи, датчики оборотов и т. д.) и сервер сбора и обработки полученной информации. Тем не менее в рамках этой «триады» рынок сегодня предлагает большое разнообразие различных приборов для вибродиагностики. На что же следует обратить внимание при выборе конкретной модели?
Понятно, что важно в первую очередь определиться с технологическим назначением виброметра на предприятии. От него зависят технические и эксплуатационные свойства и требования к функциональным возможностям прибора. Здесь значение имеют следующие вопросы: контролируемый параметр, частотный и амплитудный диапазоны вибрационного сигнала, точность измерения вибрации, пишет Валерий Русов в своей статье «Рекомендации по выбору переносных виброметров для измерения вибрационных параметров вращающегося оборудования».
Также интерес представляют такие дополнительные опции, как возможность хранить в архивной памяти результаты измерений для их дальнейшего анализа. Наиболее продвинутые модели не имеют памяти, а напрямую, по телефонным каналам связи передают информацию на центральный компьютер.
Вибрационные методы для выявления дефектов в промышленности используют давно.
Но научное обоснование этого процесса было разработано в 1970-1990 гг. Р. М. Стюартом, Д. М. Смитом, Д. И. Тейлором и другими исследователями. Сразу несколько патентов на виброметры в конце 1980-х гг. выдали и в СССР.
Следует обратить внимание и на юридическую сторону вопроса. Если виброметр планируют использовать на промышленных предприятиях, то он должен быть включён в реестр измерения РФ и метрологически поверен. Обойтись без сертификатов и поверки получится, только если виброметр планируют использовать в бытовых целях, не связанных с безопасной и безаварийной работой оборудования, отмечает г-н Русов.
Свои требования предъявляются и к корпусу прибора. Он может быть металлическим или пластиковым, но независимо от материала должен быть прочным, выдерживающим падения и удары; эргономичным; защищённым от влаги и технологической грязи.
Делаем вывод: оптимальным выбором станет виброметр с расширенным функционалом.
«Советую выбирать прибор, позволяющий устанавливать не менее четырёх датчиков, в том числе датчик оборотов. Хороший виброметр должен обеспечивать многоканальное измерение, а также иметь возможность интегрировать и дифференцировать собранные данные для получения полного набора характеристик вибрации: частоты, ускорения, скорости, перемещения. Также важно иметь возможность проводить спектральный анализ, чтобы видеть не только уровень вибрации, но и распределение её мощности по частотам. Наконец, удобно, когда все указанные характеристики видно на экране прибора, а также можно делать записи и обрабатывать их в специальном ПО на компьютере», — резюмирует Дмитрий Попков.
Стационарные и переносные виброметры: на чьей стороне ты?
Наконец, остаётся сделать выбор между стационарными и переносными устройствами. У каждого варианта есть свои преимущества и ограничения.
«Стационарные источники при своих значительных достоинствах способны диагностировать только мобильные, легко демонтируемые агрегаты, что отличает конструкцию малой доли всего оборудования», — считает Чжан Сяолян.
В свою очередь, Дмитрий Попков считает, что оба способа являются важными, и рассматривать их стоит не в рамках противостояния, а в качестве дополнения.
«Системы онлайн-мониторинга позволяют вести постоянный контроль общего состояния и вовремя обнаружить повышение вибрации, а переносные системы позволяют более детально определить характер и источник возникновения вибрации. С обычным одноканальным виброметром сотрудник будет измерять вибрацию в контрольных точках оборудования по графику и самостоятельно отслеживать тренды изменения вибрации. Со стационарными системами мониторинга контроль идёт 24/7. В случае изменений уровня вибрации и превышения заданных значений выводится соответствующее сообщение или происходит автоматическая остановка работы. При этом можно обеспечить одновременный контроль всего парка оборудования на предприятии», — объясняет г-н Попков.
Рынок виброметров и санкции
В государственном реестре оборудования для вибродиагностики значатся приборы из Германии, Великобритании, Швеции, Дании и других стран, которые сейчас принято называть недружественными. Что изменилось после ухода западных компаний и ужесточения санкционного режима?
«Санкции оказали скорее положительное влияние, так как позволили развивать технологии, не опасаясь повышенного давления со стороны иностранных конкурентов. Сейчас на рынке присутствуют все необходимые для работы устройства, причём отечественного производства», — считает Дмитрий Попков.
В этой ситуации есть опасения, что малоконкурентная среда затормозит развитие технологий и может спровоцировать рост цен. Однако, по словам представителя «Висом», производители оборудования в этой ситуации «держатся молодцом». Продолжаются разработки в области автоматического контроля, постоянно улучшаются алгоритмы, позволяющие делать прогнозы автоматически. А что касается динамики цен, то это вопрос больше к дилерам, которые занимаются реализацией продукции, считает Дмитрий Попков.
Резюмируем: сейчас на рынке есть хороший выбор виброметров и виброанализаторов. Причём важно, что приборы отечественного производства способны решать сложные с технологической точки зрения задачи. Так что российским промышленным предприятиям не придётся отказываться от использования вибрационных методов для диагностики оборудования.
«Однозначно можно сказать, что повышенный уровень вибрации отрицательно сказывается на надёжности оборудования. Уменьшение уровня вибрации увеличивает интервалы между необходимым обслуживанием и, соответственно, увеличивает общее время работы оборудования, уменьшает расходы на его ремонт».
Текст: Андрей Халбашкеев
