Российский производитель и эксклюзивный представитель известных мировых брендов КИПиА
Российский производитель и эксклюзивный представитель известных мировых брендов КИПиА
Статьи по КИПиАТехнические вопросыПрименение датчиков вибрации для мониторинга вибрации вращающихся и возвратно-поступательных машин
Вибрация во вращающемся и/или возвратно-поступательном машинном оборудовании — это, проще говоря, возвратно-поступательное движение или колебание машин и компонентов, составляющих систему. Хотя вибрация в промышленном оборудовании часто является нормальной частью работы машины, она также может быть признаком — или причиной — проблемы. Если не контролировать возрастающую вибрацию, это может привести к прогрессирующему ухудшению состояния, повреждению компонентов оборудования или даже к катастрофическому отказу. Проактивный мониторинг вибрации — это наилучший способ предотвратить катастрофические отказы, сократить время простоя и снизить затраты на техническое обслуживание. А датчик вибрации является наиболее эффективным средством для мониторинга вибрации.
Датчик вибрации — это устройство, которое измеряет амплитуду вибрации в данном оборудовании с течением времени.
Сигнал вибрации затем обрабатывается для получения точной информации (частота и амплитуда), используемой для оценки состояния ключевых элементов промышленной системы. Он подключается непосредственно к машине или компоненту и, после установки, может обнаруживать вибрации различными способами — в зависимости от типа датчика. Данные, предоставляемые датчиками вибрации, могут помочь в прогнозировании будущих потребностей в техническом обслуживании, что приводит к более рациональному и эффективному рабочему процессу, повышая надежность и эффективность оборудования.
Датчики вибрации вместе с датчиками скорости/фазы или другими датчиками вибрации собирают три типа данных: частоту, амплитуду и фазу. Частота указывает, как часто возникает вибрация (что связано с тем, где в машине возникает неисправность), в то время как амплитуда отражает уровень вибрации, испытываемый оборудованием (что связано с серьезностью неисправности). Фаза указывает, где происходит пик вибрации относительно одного оборота вала или ротора, что может быть использовано для диагностики неисправностей и балансировки ротора.
При управлении и эксплуатации промышленной системы критически важно осуществлять мониторинг состояния. Правильный мониторинг состояния, который максимизирует эксплуатационные возможности оборудования при минимизации рисков, продлевает срок службы активов, что, в свою очередь, приводит к меньшему времени простоя оборудования, меньшему количеству перебоев в работе, повышению эффективности и, в конечном итоге, к снижению затрат на жизненный цикл активов. Для промышленного оборудования вибрация является одной из основных переменных, по которым необходимо проводить проактивный мониторинг состояния.
Анализ первопричин
Мониторинг и анализ вибрации помогают проводить анализ первопричин; если оборудование повреждено, выявление основного источника вибрации может привести к пониманию причины повреждения и дать представление о том, как избежать повторного возникновения.
Прогнозное обслуживание
Хотя анализ первопричин является важным преимуществом, мониторинг вибрации особенно ценен при использовании в прогнозном обслуживании — как средство предотвращения возникновения отказа. С помощью вибрационного датчика данные о вибрации могут отслеживаться в реальном времени. Раннее обнаружение возрастания вибрации в оборудовании позволяет планировать мероприятия по обслуживанию экономически эффективным способом заранее, предотвращая развитие или возникновение повреждений.
Любой бизнес, который эксплуатирует вращающееся и/или возвратно-поступательное оборудование, может получить выгоду от использования вибрационных датчиков. Сюда входят:
Везде, где имеются движущиеся компоненты, существует вибрация, которую можно контролировать. Несколько реальных примеров, где вибрационные датчики необходимы, включают ряд критически важных машин, таких как компрессоры (центробежные, осевые, поршневые и винтовые) и турбины (газовые, паровые, гидравлические и ветряные). Также осуществляется мониторинг вспомогательного оборудования, такого как:
Вентиляторы — вентиляторы применяются в различных областях. На лопастях могут накапливаться отложения, что приводит к снижению эффективности и дополнительной нагрузке на подшипники и редуктор, вызывая преждевременный выход из строя.
Электродвигатели — помимо вращающихся частей, создающих центробежные силы, электродвигатели также генерируют электромагнитные силы, обусловленные режимом работы, все эти силы могут привести к нестабильности системы. В промышленной среде вибрационные датчики используются для контроля уровня вибрации двигателя, которая может быть вызвана сломанными роторными стержнями, повреждённым кольцом и неисправными подшипниками и т.д.
Насосы — насосы перекачивают жидкости между двумя уровнями по высоте. Подобно двигателям, насосы создают центробежные силы за счёт вращательного движения. Вибрационные датчики позволяют инженерам или техникам контролировать частоту вибраций, вызванных работой насоса.
Компрессоры — компрессор — это механическое устройство, повышающее давление газа за счёт уменьшения его объёма. Как и двигатели и насосы, компрессоры создают центробежные силы в результате вращательного движения. Вибрационные датчики позволяют инженерам или техникам контролировать частоту вибрации, возникающей в элементах компрессора, подшипниках и валах.
Во всех областях применения измерение и мониторинг вибрации машин позволяют менеджерам и операторам прогнозировать поломки, находить оптимальные условия эксплуатации и предотвращать опасные ситуации на рабочем месте.
Существует три основных типа датчиков вибрации, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки:
Акселерометры — отличные датчики для обнаружения неисправностей подшипников качения и зубчатых передач, или практически любых неисправностей в средне- и высокочастотном диапазоне, включая кратковременные удары. Они также отлично подходят для обнаружения дисбаланса, несоосности, изгиба вала, ослабленных или сломанных деталей, резонанса компонентов и т. д. Акселерометры являются наиболее распространенным типом датчиков, используемых в системах мониторинга вибрации. Они предлагают широкий частотный диапазон и имеют длительный срок службы (>20 лет). Они доступны в малых размерах, в исполнениях для конкретных применений и в высокотемпературных вариантах.
Датчики скорости легко устанавливаются и отлично подходят для общих измерений и мониторинга вибрации вращающегося и возвратно-поступательного оборудования. Они не чувствительны к поверхности, на которую они устанавливаются, используются для измерений в среднем диапазоне частот и обеспечивают хороший температурный диапазон. Датчики скорости являются электродинамическими, то есть они сами генерируют свой сигнал, поэтому им не требуется источник питания.
Однако датчики скорости имеют свои недостатки. Они дороже, чем большинство акселерометров, и имеют ограниченный срок службы, поскольку пружина (мембрана), на которой подвешен внутренний магнит датчика, со временем изнашивается. У них есть верхний предел частоты, а также нижняя резонансная частота из-за резонанса пружины/массы, что ограничивает их частотный диапазон. Датчики скорости также не подходят для раннего обнаружения неисправностей подшипников, чувствительны к магнитным полям, имеют несколько большие размеры, а их пружины могут деформироваться со временем.
Датчики перемещения, также называемые вихретоковыми датчиками или датчиками приближения, являются бесконтактными датчиками, которые измеряют перемещение напрямую и используются для контроля движения вала и внутренних зазоров. Они являются лучшим вариантом для мониторинга машин с подшипниками скольжения и упорными подшипниками и обеспечивают хорошую силу сигнала на низких частотах. Датчики перемещения надежны и отлично подходят для защиты и мониторинга турбомашин независимо от скорости.
Датчики перемещения также имеют свои недостатки. Это постоянно устанавливаемые датчики, и их установка дорогостоящая. Датчики перемещения очень чувствительны к составу и состоянию поверхностного материала, и им требуется фиксированная длина кабеля от вихретокового датчика до осциллятора/демодулятора.
При выборе датчика вибрации необходимо учитывать определенные переменные. Уровень вибрации, частотный диапазон, температурный диапазон и тип подшипника (подшипник качения или подшипник скольжения) — все это важные факторы. Внешняя среда, а также наличие электромагнитных полей могут потенциально влиять на показания датчика, поэтому их необходимо учитывать. Размер и вес самого датчика также могут играть роль при выборе для небольших применений.
В вибрационном анализе оценка и определение места установки отдельного датчика имеет решающее значение. Неправильный монтаж датчика вибрации может привести к ненадежным результатам, поэтому правильный монтаж датчика жизненно важен для обеспечения точности и согласованности. Успешная установка датчика вибрации может быть достигнута при понимании требований, возможностей и ограничений этого датчика.
Датчики следует устанавливать как можно ближе к источнику вибрации, на гладкую, неокрашенную, ровную поверхность, свободную от масла и смазки, и размером больше, чем основание самого датчика. Чтобы гарантировать, что датчик обнаруживает неисправности в компонентах машины, он должен быть установлен в месте с правильной ориентацией, чтобы обеспечить эффективный мониторинг правильного направления вибрации (горизонтальное, вертикальное и/или осевое движение).
По сути, настройка системы мониторинга вибрации состоит из трех частей:
Правильный монтаж датчика на систему имеет решающее значение для обеспечения точных измерений. Как правило, чем ближе вы размещаете датчик вибрации к опорам вала (подшипникам), тем лучше датчик будет измерять вибрации, особенно высокочастотные сигналы.
Можно использовать несколько способов монтажа для акселерометров и датчиков скорости, например, шпильки, клейкие крепления, плоские или 2-полюсные магниты или наконечники зондов. Способ монтажа будет влиять на частотный диапазон, который датчик способен измерять (акселерометры), что особенно важно для высоких частот. Датчики перемещения обычно ввинчиваются на место через корпус для контроля относительной вибрации вала с правильным зазором для этого датчика. Датчики перемещения, используемые для мониторинга вибрации и скорости/фазы, требуют жесткого монтажа при креплении датчика к машине.
Хорошая проводка или кабельная разводка также неотъемлемая часть эффективной системы измерения вибрации. Когда дело доходит до кабелей, наиболее важными являются длина кабеля, емкость, трассировка, заземление и крепление. Существует максимальная длина для акселерометров, прежде чем содержание сигнала начнет уменьшаться. Емкость кабеля увеличивается с длиной; следовательно, окончательный выходной сигнал датчика будет сочетать его собственную емкость с емкостью кабеля. Поэтому все датчики перемещения имеют кабели фиксированной длины. Трассировка — это процесс определения пути кабеля от датчика к системе сбора данных. Правильная трассировка необходима, потому что, когда кабель проложен рядом с другими электронными устройствами, электромагнитные помехи и электростатический разряд от этих устройств могут помешать показаниям датчика. Кабель контрольно-измерительных приборов должен прокладываться в специально отведенных кабельных лотках и никогда не должен быть параллелен силовым кабелям. Также важно избегать образования контуров заземления кабеля. Помимо этих моментов, кабельная разводка или трассировка должны начинаться с использования правильно экранированных кабелей.
Выбор системы мониторинга прост, так как он зависит от используемого датчика и его кабеля. Настройка системы мониторинга заключается в обеспечении повторяемости и бесперебойного соединения. Система мониторинга имеет два интерфейса. Первый интерфейс находится между датчиком и блоком сбора и обработки данных. Второй интерфейс находится между системой сбора и обработки данных и сетью, где есть другие системы и пользователи. Обычно производитель предоставляет подробное руководство по правильной настройке системы мониторинга.
