Способ измерения вибраций: какой предпочесть?

005ГР. Адаптер для установки на грунт датчика вибрации

Предлагаемый адаптер 005ГР служит для установки вибропреобразователя на грунт. Он представляет из себя заостренный железный стержень длиной около 35 см и массой 1,05 кг. В верхней части стержня закреплены три пластины, которые составляют уголок. В каждой пластине есть шпилька для крепления датчика. Такая конструкция монтажной площадки позволяет проводить измерения при помощи трехканального датчика или с одновременным использованием трех одноканальных датчиков. Жесткая конструкция монтажной  площадки обеспечивает отсутствие резонансов в диапазоне частот анализа вибрации согласно МИ ПКФ-16-029 и ГОСТ Р 53964-1010. Длина части стержня, находящейся в земле при измерениях, составляет 30 см, что обеспечивает жесткую механическую связь с грунтом.

СПОСОБЫ КРЕПЛЕНИЯ ДАТЧИКОВ

При диагностике подшипников качения направление измерений не регламентируется. Но. несмотря на это обстоятельство, следует оговорить ряд требований и ограничений, накладываемый на место и способ установки датчика9.

Так как при периодическом мониторинге мы должны выполнять сравнительный анализ замеров, то необходимо обеспечить повторяемость условий крепления (способа и места установки датчика и его выбора). Поскольку мы имеем дело с относительными

9 В дальнейшем предполагаем, что при проведении замеров пользуемся одним и тем же датчиком.

измерениями (оцениваем глубину модуляции, а не ее абсолютные значения), то нам важно лишь обеспечить погрешность измерений при многократной установке датчика в одной и той же точке не более 40%, при одинаковом способе крепления. Это требование вытекает из того, что при неудачном выборе контрольной площадки возможен большой разброс в показаниях измеряемой величины

При диагностике ряда сходных механизмов, желательно место установки и способ крепления датчика на всех машинах выбирать одинаковыми (для обеспечения возможности проведения сравнительного анализа).

Для обеспечения равномерной чувствительности во всем контролируемом частотном диапазоне необходимо использовать датчик с резонансной частотой керамики выше верхней границы исследуемой полосы не менее 20%10

В большинстве случаев, замеры выполняются при установке датчика на магнит. При этом нужно избавится от установочного резонанса11 датчика. Для решения этой задачи нужно выполнить ряд дополнительных условий.

При установке датчика на магните необходимо очищать контролируемую поверхность от краски или каких-то других покрытий. Поверхность должна быть плоской и достаточно гладкой для надежной установки датчика. Место установки датчика следует покрыть тонким слоем консистентной смазки. Указанные требования избавляют нас от ярко выраженного установочного резонанса датчика и позволяют выполнять измерения как в дорезонансной, так и зарезонансной областях датчика, установленного на магните. Нужно лишь исключить из анализа полосу, содержащую установочный резонанс.

Применение в транспортной сфере

Приборы данного типа определяют вибрации электродвигателей, высокий уровень которых непосредственно влияет на надежность двигателя, снижает надежность подшипников. Все виды нагрузок от вибрирующего ротора разрушают масляную пленку подшипников скольжения, приводят к появлению механических повреждений.  Также подвержен разрушению подшипники качения, появление трещин, сколов, разрыв сепараторов приводит к выходу их из строя. Ускоряется изнашивание обмоток, вала, появляются трещин статора, возникают повреждения опорной рамы. Задача измерения уровня вибрационных процессов, их характера необходима для устранения причин, которых может быть множество:

• Механическое повреждение. Это может быть неправильная центровка, неисправности и искривления, ослабление креплений, повреждения соединительной муфты, дефекты в сборке, дефект фундамента и опорной рамы.
• Электромагнитное воздействие: неправильное соединение отдельных элементов, замыкания или обрывы в обмотках, неравномерный зазор воздуха, дисбаланс ротора, образование трещин, излишние зазоры, дефект самих подшипников.
• Аэродинамические причины — в результате воздействия вентиляторов, расположенных на роторе.

Для предотвращения повреждений, измеряются показатели на всех подшипниках электродвигателей в 3 направлениях:

• Вертикальном, в наивысшей точке подшипника
• Горизонтально-поперечном, на уровне оси вала (перпендикулярно)
• Горизонтально-осевом, на уровне оси вала.

Полученные показатели вибросокорости варьируются от 2.8 до 4.5 мм/с, в зависимости от числа оборотов (от 600 до 6000 об/мин).

Измерение проводится двумя способами: контактным и бесконтактным. Первый способ предполагает пьезоэлектрический датчик вибрации. Он устанавливается непосредственно на саму рабочую поверхность, например на подшипник. Наиболее предпочтительным в данном случае является резьбовое соединение. Необходимо учитывать, что штифт должен быть установлен в направлении вибрации. Не менее важным показателем является масса, которая должна быть не более 5% массы самого электродвигателя. Бесконтактным способом измерения проводятся с помощью вихретоковых датчиков или ультразвука. Проводить измерения лучше всего в режиме холостого хода для получения более точных результатов.

ВЫБОР ТРЕТЬОКТАВНОГО ФИЛЬТРА

Надежность и достоверность диагностирования подшипников качения с помощью спектров огибающей имеет сильную зависимость от выбора частотного диапазона контролируемых составляющих вибрации, используемых для измерения диагностических параметров.

Для достижения максимальной эффективности диагностирования дефектов необходимо выбрать такой диапазон в прямом спектре высокочастотного сигнала вибрации. в котором отсутствуют гармонические составляющие и какие-либо другие факторы.

искажающие диагностическую информацию (рис. 4). Посте фильтрации из вибросигнала интересующей нас полосы частот, берут ее огибающую и рассчитывают от нее обычный спектр14

Для получения наивысшей достоверности рекомендуется выполнять несколько основных условий при выборе третьоктавного фильтра детектора огибающей.

рис. 4 «прямой» спектр

Первым условием является использование третьоктавного15 фильтра со среднегеометрической частотой от 2 кГц до 25 кГц, причем дтя тихоходных16 машин имеет смысл выбирать и более низкочастотный третьоктавный фильтр.

Максимум17 спектральной плотности случайной вибрации колец подшипника, возбуждаемой силами трения, приходится на частоты 1-8 кГц. причем, после максимума, ее величина быстро уменьшается с ростом частоты. Одновременно с этим, спектральная плотность случайной вибрации, возбуждаемой ударными импульсами, слабо зависит от частоты и может оставаться приблизительно одного уровня до частот порядка сотен килогерц и более. Оптимальным будем считать такую полосу анализируемых частот, в которой уровни случайной вибрации, вызываемой ударными импульсами и узлами подшипника, имеют приблизительно одинаковые уровни.

Используя высокочастотные фильтры, можно повысить чувствительность к таким дефектам, как раковины на поверхностях качения, понижая при этом эффективность обнаружения других (например, дефектов, возникающих при монтаже подшипников).

14    Так получают спектр огнбаюшей.15    С увеличением полосы пропускания фильтра увеличивается чувствительность метода, но вместе с этим, возрастает вероятность попадания гармонических составляющих, искажающих спектр огибающей.16    Тихоходной будем считать машину с рабочей частотой менее 15 Гп17 Частота максимума спектральной плотности вибрапии. создаваемой силами трения, растет по мере увеличения частоты вращения машины.

Однако, в широком частотном диапазоне (порядка одной-двух октав) соотношения вкладов в случайную вибрацию сил трения и ударных импульсов при сильных дефектах меняется весьма слабо.

Вторым условием является отсутствие в полосе пропускания фильтра интенсивных гармонических составляющих, резонансов, антирезонансов и неоднородной спектральной плотности сигнала вибрации, которые могут исказить результаты диагностирования. Для проверки выполнимости этого условия при выборе точки контроля, нужно взять прямой спектр вибрации в этой точке в полосе частот до 30 кГц и убедиться в отсутствии в выбранной третьоктавной полосе частот гармонических составляющих, которые превышали бы уровень случайных составляющих на 4-6 дБ. как это показано на рис. 4. Если это условие не выполняется, рекомендуется изменить точку контроля или перейти на другой фильтр, частота которого находится в пределах октавы от рекомендуемого значения.

Третьим условием является низкий уровень собственных шумов прибора по сравнению с уровнем полезного сигнала в выбранной полосе. Убедится в выполнении этого требования можно отсоединив датчик от анализатора и оценив уровень фона спектра огибающей. Уровень случайных составляющих при наличии полезного сигнала должен бьггь выше величины, полученной при выключенном акселерометре, более чем на 10 дБ

К существенным ошибкам ведет попадание в анализируемую полосу резонансов элементов подшипника. В этом случае слабые дефекты этого узла могут быть приняты за сильные, а сильные дефекты других узлов — за слабые. Таким образом, диагноз может быть ошибочным как по виду, так и по величине обнаруженных дефектов. В то же время резонанс акселерометра если измерение производится на его частоте, не ухудшает качеств диагностирования в случае, когда он используется вместо третьоктавного фильтра в детекторе огибающей.

Проверку выполнимости всех описанных условий рекомендуется выполнять всего одни раз. при выборе точки контроля вибрации. В дальнейших измерениях можно не учитывать те изменения, которые происходят в процессе эксплуатации машин.

4. Анализ вибрации подшипниковых узлов электродвигателя.

Ниже на рис. 4 и 5 приведены спектры вибрации одного из подшипниковых узлов электродвигателя в частотных диапазонах, соответственно до 20кГц и до 500Гц. На рис 6,7 и 8 приведены спектры огибающей вибрации до частоты 500Гц с использованием разных третьоктавных фильтров для выделения высокочастотных компонент сигнала – со средними частотами 5кГц, 12,5кГц и 20 кГц.

Как видно из рис.4, вибрация подшипниковых узлов двигателя до 20 кГц насыщена большим количеством различных гармонических составляющих, большинство из которых возбуждается гармониками тока в двигателе.

Анализ низкочастотной части спектра вибрации подшипникового узла до 500 Гц, (рис.5) показывает, что искажения питающего напряжения в выпрямителе сказываются на выходном напряжении не столь сильно, как в среднечастотной области. Этот эффект является следствием введения цепей обратной связи по форме выходного напряжения инвертора, при которой снижаются низкочастотные искажения его формы. Таким образом, использование статического преобразователя данного вида сохраняет возможность оценки вида и величины дефекта подшипника по автоспектру вибрации.

Рис 4 – Спектр вибрации подшипникового узла двигателя до 20 кГц.  

Рис 5 –Спектр вибрации до 500Гц, в котором указаны гармоники, кратные 50Гц и определяемые обнаруженным в подшипнике развитым дефектом — раковиной наружного кольца

При диагностике подшипников важную информацию о развивающихся дефектах дает анализ спектра огибающей высокочастотной вибрации на выходе октавного или третьоктавного фильтра, если в полосе фильтра нет сильных гармонических составляющих. В нашем случае в спектре вибрации подшипникового узла двигателя можно выбрать лишь две третьоктавные полосы, в которых величины гармонических составляющих не слишком велики. Это третьоктавные полосы со средними частотами 5 и 20кГц. В первом случае третьоктавный фильтр не захватывает область частот, кратных частоте коммутации силового тока. Во втором случае гармонические составляющие вибрации несущественно выше случайных составляющих из-за потерь гармонических составляющих электромагнитного поля на высоких частотах в активном сердечнике двигателя, с одной стороны, и ростом случайной вибрации из-за развитого дефекта подшипника, с другой стороны. Использование третьоктавного фильтра с другими частотами, например, со средней частотой 12,5кГц не позволяет обнаружить дефект из-за высокого уровня электромагнитной вибрации, вызванной искажениями напряжения на выходе преобразователя.

            Рис 7. Спектр огибающей вибрации подшипника двигателя с раковиной наружного кольца после третьоктавного фильтра с частотой 5 кГц.

Рис 6. Спектр огибающей вибрации подшипника двигателя после третьоктавного фильтра с частотой 12,5 кГц.

Рис 8. Спектр огибающей вибрации подшипника двигателя после третьоктавного фильтра с частотой 20 кГц.

Иначе выглядит спектр огибающей вибрации на другом подшипнике, на котором нет развитых дефектов и сила трения существенно меньше (рис.9). На этом спектре уже проявляются составляющие с гармониками, кратными частоте напряжения в сети переменного тока, присутствие которых в спектре огибающей приводит к снижению глубины модуляции вибрации сил трения, т.е. к занижению реальной величины дефекта до тех пор, пока он не приведет к заметнтому ухудшению состояния смазки.

Рис. 9 — Спектр огибающей вибрации подшипника двигателя с противоположной стороны после третьоктавного фильтра с частотой 20 кГц.

Еще один довод не в пользу диагностики подшипников электродвигателя при питании от статического преобразователя такой конструкции – обнаружение дефектов смазки подшипника. Эти дефекты хорошо проявляют себя в ультразвуковой вибрации (выше 15кГц), в которой при дефектах растет и среднеквадратичное, и пиковое значения. При питании двигателя от статического преобразователя рост среднего значения вибрации на ультразвуковых частотах вполне может быть следствием ухудшения формы питающего напряжения.

Искажения формы напряжения на выходе статического преобразователя ухудшают возможности вибродиагностики собственно электродвигателя и мало влияют на вибрацию механизма, который этот двигатель приводит во вращение. Так, для примера на рис 10 приведен спектр вибрации буксы колесной пары, в котором вибрация электромагнитного происхождения, предаваемая от двигателя, минимальна.

Рис 10. Спектр вибрации буксы до 20кГц

Система подъема сознания

Сила практик осознания в том, что их можно применять всегда. В любых обстоятельствах. Где бы ты ни находился и что бы с тобой ни происходило. Ведь над собственным сознанием властен только ты.

Однако, твоя власть над своим сознанием пока не абсолютна (если, конечно, ты не являешься просветленным мастером). И значит, ты иногда испытываешь беспокойство, страх, гордыню, гнев и другие «низковибрационные» чувства. Бывает очень непросто сохранять баланс и равновесие, если болен кто-то из любимых людей, если возникает нехватка денег, если рушатся близкие отношения. Словом, если появляются обстоятельства, которые ты пока воспринимаешь как проблемы, и выходишь из осознанного состояния.

Переход в состояние «проблемного» восприятия жизни, также как и отсутствие радости, переводит тебя на «нисходящую спираль». Чтобы остановить это снижение сознания, необходимо, подобно барону Мюнхгаузену, вытащить самого себя за волосы из засасывающей трясины проблем.

Именно для этого служат поддерживающие практики. Сила этих практик в том, что они могут на какое-то время «вытолкнуть» сознание на новый уровень, перевести тебя в состояние радости, чтобы заработала «восходящая» спираль. Тогда Радость поднимает сознание и вибрации, а подъем сознания и вибраций повышает возможности осознанного создания радости.

Таким образом, наиболее эффективно практики осознания будут работать, если создать условия для их применения. Очень часто важен тот самый толчок, «прорыв» в новое состояние, на иной уровень сознания. Именно условия для лучшей работы с сознанием создают поддерживающие практики. Как правило, это – физические практики, то есть практики действия, практики работы со своим телом и окружением

Только важно помнить, что без работы с сознанием использование исключительно физических практик оказывает лишь относительно кратковременный и неустойчивый эффект

Необходим постоянный и системный труд над собой, с использованием сочетания подходящих именно тебе практик и способов. Тогда практики перестают быть чем-то внешним, привнесенным, и становятся твоим образом жизни.

Для увеличения схемы нажмите на нее.

Необходимо выделить одну чрезвычайно важную «поддерживающую» практику, которая способствует подъему сознания, когда становится частью твоей жизни. Речь идет о гигиене сознания.

Помни, что любое взаимодействие есть прежде всего информационный обмен. При любом взаимодействии ты обмениваешься информацией и энергией. Такой обмен происходит не только при физическом контакте: взаимодействовать можно на всех «тонких» уровнях. Посредством мыслей, эмоций и желаний также происходит контакт.

А если твое взаимодействие с чем-то устойчиво, если энергия этого контакта поддерживается, если создан постоянный энергетический канал взаимодействия – значит, ты постоянно наполняешься информацией от того, с чем взаимодействуешь. Это может быть что угодно — человек, какое-либо место, информационный сайт или даже просто твое воспоминание.

А теперь посмотри, чем ты наполняешь себя. Задай себе вопросы:

• Вдохновляет ли меня то, что я прямо сейчас читаю / смотрю / слушаю? Чем я наполняю себя?
• Приносит ли мне радость общение с этим человеком? Чем я наполняю себя, общаясь с ним?
• Нравится ли мне то место и обстановка, в которой я сейчас нахожусь? Чем я наполняюсь в этом месте?

Стараешься не лезть в грязь, а уж если залез – то вымыть руки. Такая гигиена очень облегчает подъем твоего сознания.

Именно на пути роста сознания можно стать подлинным творцом своей реальности!

Общие сведения о датчиках вибрации

Принцип действия датчиков вибрации прост. Благодаря встроенному чувствительному элементу, установленный на оборудовании датчик преобразует механические колебания различных агрегатов, например, насосов, электродвигателей, турбин и другого оборудования в пропорциональные электрические сигналы.

В общем случае все датчики вибрации можно классифицировать по следующим параметрам:

• по типу чувствительных элементов: ёмкостные, индукционные, пьезоэлектрические;
• по наличию встроенных микросхем;
• по виду выходных электросигналов;
• по способам крепления оборудования.

Главное в вибродатчике – чувствительный элемент. В этом смысле каждый тип измерительного преобразователя имеет свои достоинства и недостатки.

Ёмкостные. Этот тип преобразователей используется в так называемых бесконтактных измерениях, когда непосредственное воздействие измерительного прибора на оборудование недопустимо. Дело в том, что главным недостатком приборов ёмкостного типа является низкий уровень помехозащищённости. Именно поэтому такие преобразователи устанавливаются на определённом расстоянии от испытуемого оборудования, образующим воздушный конденсатор. Он заряжается постоянным напряжением в 200 В, что позволяет получать переменное напряжение, возникающее в результате вибросмещений на испытуемом агрегате.

Индукционные. В отличие от ёмкостных, этот вид преобразователей обладает повышенной степенью надёжности и помехоустойчивости. Однако использование индукционных вибродатчиков сильно ограничено. Во-первых, они могут применяться лишь при частоте вибраций не более 500 Гц, а во-вторых, они имеют внушительные массу и габариты, что приводит к сильным искажениям результатов измерений.

Пьезоэлектрические. Вид преобразователей виброускорения – акселерометры, представляющие собой два пьезоэлектрических диска с закреплённой на них тяжёлой массой, которая в свою очередь нагружена жёсткой пружиной. В результате вибраций этой массы создаются переменные усилия на пьезоэлементы, что приводит к возникновению на обкладках дисков напряжения, величина которого пропорциональна прилагаемым усилиям, и соответственно, виброускорению. Вибрационные пьезодатчики широко применяются для измерения высокочастотных виброускорений, частота которых может достигать 20 кГц.

Представление функций частотной коррекции в аналитическом виде

А.1 Параметры передаточных функций

Параметры передаточных функций фильтров, используемых для формирования функции
частотной коррекции, приведены в таблицах А.1 и А.2.

Таблица А.1 — Параметры передаточных функций
для основных видов частотной коррекции

Таблица А.2 — Параметры передаточных функций для дополнительных
видов частотной коррекции

А.2 Аналитические выражения для передаточных функций

Частоты f₁
— f₆
и коэффициенты добротности Q₄
– Q₆
являются параметрами передаточных функций, определяющих общий вид частотной
коррекции (относительно виброускорения, рассматриваемого в качестве входной
величины). Данные передаточные функции являются произведениями нескольких
сомножителей, которые перечислены ниже.

Полосовая передаточная функция (двухполюсный фильтр Баттерворта, ):

Фильтр верхних частот:

(A.1)

где w₁
= 2p
f₁,

f₁— частота перехода (точка пересечения двух асимптот).

Фильтр нижних частот:

(A.2)

где w₂
= 2p
f₂;

f₂
— частота перехода.

Переходная передаточная функция (пропорциональная ускорению на
низких частотах и скорости на высоких частотах):

(A.3)

где w₃
= 2p
f₃;

w₄
= 2p
f₄;

Ступенчатая передаточная функция (ступенчато возрастающая со
скоростью приблизительно 6 дБ на октаву и пропорциональная первой производной
от ускорения):

(A.4)

где w₅
= 2p
f₅;

w₆
= 2p
f₆.

Произведение H_h(p) H_l(p) дает полосовую передаточную
функцию; эта функция одна и та же для всех видов частотной коррекции,
используемых в настоящем стандарте, за исключением W_f.

Произведение H_t(p) H_s(p) дает реальную весовую
передаточную функцию для различных условий применения.

Для функции частотной коррекции W_j: H_t(p) = 1;

для функций частотной коррекции W_c, W_dи W_e: H_s(p) = 1.

В таблицах это находит отражение как равенство соответствующих частот
бесконечности и отсутствие значений коэффициентов добротности.

Общая передаточная функция частотной коррекции является произведением
полосовой функции и весовой передаточной функции, т.е.

H_h(p) = H_h(p)H_l(p)H_t(p)H_s(p).
(A.5)

Как правило, вышеприведенные уравнения (в частотной области)
интерпретируют таким образом, что они описывают значения модуля и фазы
комплексных величин как функций от мнимой угловой частоты р = j2p f.

Примечание — Иногда вместо символа р используют символ s. При интерпретации указанных выражений во временной
области оператору р соответствует оператор дифференцирования , что позволяет реализовать вышеприведенные фильтры в
цифровой форме, заменяя на отношение
приращений и выбирая приращение
времени Dtдостаточно малым. Оператор р можно
интерпретировать также как независимую переменную в преобразовании Лапласа.

Функции частотной коррекции, изображенные на рисунках и , показывают
зависимость модуля |Н| от частоты fв логарифмическом масштабе по обеим
осям.

Приложение В
(рекомендуемое)