RU2087889C1 - Reference spectrum for vibration diagnostics of mechanisms - Google Patents

Abstract

FIELD: inspection of technical condition of electric machines, pumps, reduction gears. SUBSTANCE: method is based on comparison of vibration spectrum of examined mechanism or its unit obtained experimentally with reference spectrum. Spectrum obtained after application of ultradispersive polytetrafluorinethylene on friction contacting surfaces of parts is used as reference spectrum. Reference spectrum is determined after obtainment of vibration spectrum of examined mechanism. Polytetrafluorinethylene in the amount of 0.001-30.0 per cent by mass is added into lubricating material of examined mechanism. EFFECT: increased accuracy and reliability of detection of sources and depth of defect formation at earliest stages of initiation. 2 cl, 4 tbl

Description

Изобретение относится к неразрушающему контролю технического состояния электрических машин, насосов, редукторов и т.д. а именно к способам вибродиагностики машинного оборудования. The invention relates to non-destructive testing of the technical condition of electrical machines, pumps, gears, etc. namely, methods for vibration diagnostics of machinery.

В настоящее время основным методом вибродиагностики механизмов является метод, использующий статистический подход, при котором проводят спектральный анализ механических колебаний диагностируемого механизма. Известные методы вибродиагностики отличаются друг от друга алгоритмом анализа сигнала вибрации (спектральный, кепстральный анализ, метод огибающей и т.д.), методов обработки результатов анализа (метод опорного спектра), видом обработки (аналоговый, цифровой), видом детектирования сигнала (линейный, квадратичный) и т.п. Совместное применение сложных алгоритмов анализа сигнала и методов обработки результатов анализа вибрационного сигнала исследуемого механизма позволяет решать диагностические задачи и прогнозировать техническое состояние механизма. Currently, the main method of vibration diagnostics of mechanisms is a method that uses a statistical approach in which a spectral analysis of the mechanical vibrations of the diagnosed mechanism is carried out. Known methods of vibration diagnostics differ from each other by the algorithm of analysis of the vibration signal (spectral, cepstral analysis, envelope method, etc.), methods of processing the analysis results (reference spectrum method), type of processing (analog, digital), type of signal detection (linear, quadratic), etc. The combined use of complex signal analysis algorithms and methods for processing the results of the analysis of the vibration signal of the studied mechanism allows solving diagnostic problems and predicting the technical state of the mechanism.

Наиболее близки к изобретению является способ вибродиагностики механизма, включающий измерение и анализ сигналов вибрации исследуемого механизма или его узла, сравнение полученного с опорным спектром и определение по их разности технического состояния механизма или его части [1]
Например, увеличение вибрации на двойной оборотной частоте (для подшипников качения) говорит о перекосе подшипника. Сопоставление амплитуд дискретных составляющих экспериментального спектра с опорным спектром позволяет выявить причины и глубину дефектообразования, а сочетание амплитудного анализа с временным позволяет прогнозировать техническое состояние механизма в перспективе.Closest to the invention is a method of vibration diagnostics of a mechanism, including measuring and analyzing vibration signals of an investigated mechanism or its assembly, comparing it with a reference spectrum and determining, by their difference, the technical state of the mechanism or its part [1]
For example, an increase in vibration at double rotational frequency (for rolling bearings) indicates a misalignment of the bearing. A comparison of the amplitudes of the discrete components of the experimental spectrum with the reference spectrum makes it possible to identify the causes and depth of defect formation, and a combination of amplitude analysis with the time one allows predicting the technical state of the mechanism in the future.

Недостатком этого способа является низкая надежность выявления источников дефектообразования на ранней стадии зарождения. The disadvantage of this method is the low reliability of identifying sources of defect formation at an early stage of nucleation.

Задача изобретения состоит в повышении точности и надежности определения источников и глубины дефектообразования в механизме на ранних стадиях зарождения. The objective of the invention is to improve the accuracy and reliability of determining the sources and depth of defect formation in the mechanism in the early stages of nucleation.

Поставленная задача решается согласно изобретению благодаря тому, что измерение и анализ сигналов вибрации производят дважды, причем во второй раз на фрикционно контактирующие поверхности наносят ультрадисперсный политетрафторэтилен и полученный после анализа спектр используют в качестве опорного. The problem is solved according to the invention due to the fact that the measurement and analysis of vibration signals is performed twice, and for the second time ultrafine polytetrafluoroethylene is applied to the friction contacting surfaces, and the spectrum obtained after analysis is used as a reference.

Предпочтительно добавление ультрадисперсного политетрафторэтилена в смазочный материал исследуемого механизма в количестве 0,01-30 мас. Preferably, the addition of ultrafine polytetrafluoroethylene in the lubricant of the studied mechanism in an amount of 0.01-30 wt.

Способ осуществляют следующим образом. The method is as follows.

Записывают спектр вибрации механизма в целом или его узла любым известным способом, например посредством узкополосного спектрального анализатора или третьоктавного анализатора. Затем на фрикционно контактирующие поверхности наносят ультрадисперсный олитетрафторэтилен (УПТФЭ) путем добавления его в смазочный материал или любым другим известным способом. Повторяют операцию спектрального анализа вибрационного сигнала механизма или его узла. Анализируя спектры до и после введения УПТФЭ, выявляются источники дефектообразования как развитые, так и на ранней стадии зарождения. Снижение амплитуды спектральной составляющей подшипникового узла, например оборотной частоты, говорит о наличии разбаланса и/или больших радиальных зазорах подшипников качения. Увеличение амплитуды говорит об отсутствии зарождающихся дефектов. The vibration spectrum of the mechanism as a whole or its assembly is recorded by any known method, for example, by means of a narrow-band spectrum analyzer or a one-third octave analyzer. Then, ultrafine olitetrafluoroethylene (UPTFE) is applied to the friction contact surfaces by adding it to the lubricant or by any other known method. The operation of spectral analysis of the vibration signal of the mechanism or its assembly is repeated. By analyzing the spectra before and after the introduction of UPTFE, the sources of defect formation, both developed and at an early stage of nucleation, are identified. The decrease in the amplitude of the spectral component of the bearing assembly, for example, the reverse frequency, indicates the presence of imbalance and / or large radial clearance of the rolling bearings. An increase in amplitude indicates the absence of incipient defects.

УПТФЭ представляет собой фторопластовый порошок с размером частиц 0,12-0,59 мм, выпускаемый промышленностью согласно ТУ 0257-001-02698192-95. UPTFE is a fluoroplastic powder with a particle size of 0.12-0.59 mm, manufactured by the industry according to TU 0257-001-02698192-95.

Количество вводимого УПТФЭ не оказывает влияния на эффективность вибродиагностики механизма, но от его количества зависит время взаимодействия УПТФЭ с фрикционными парами, т.е. время, после которого целесообразно проводить измерение вибрационных сигналов. Поэтому количество УПТФЭ определяют экспериментально и оно лежит в пределах 0,01-30 мас. The amount of UPTFE introduced does not affect the efficiency of the vibration diagnostics of the mechanism, but the interaction time of UPTFE with friction pairs depends on its quantity, i.e. time after which it is advisable to measure vibration signals. Therefore, the amount of UPTFE is determined experimentally and it lies in the range of 0.01-30 wt.

Введение УПТФЭ в зону фрикционного взаимодействия приводит к проявлению положительной обратной связи, заключающейся в том, что в зоне дефекта появляется градиент электростатического поля. УПТФЭ, поляризуемый этим полем, вовлекается в зону дефекта, снижая величину градиента электростатического поля, нейтрализуя зарождающийся или развитый дефект, т.е. УПТФЭ является провоцирующим элементом и в случае снижения амплитуд спектра вибрационного сигнала механизма при добавлении УПТФЭ можно с уверенностью говорить о наличии в механизме дефектов. The introduction of UPTFE into the frictional interaction zone leads to the manifestation of positive feedback, which consists in the fact that a gradient of the electrostatic field appears in the defect zone. UPTFE polarized by this field is involved in the defect zone, decreasing the gradient of the electrostatic field, neutralizing the incipient or developed defect, i.e. UPTFE is a provoking element and in the case of a decrease in the amplitude of the spectrum of the vibration signal of the mechanism when adding UPTFE, we can confidently talk about the presence of defects in the mechanism.

Пример 1. Владивостокская ВТЭЦ-2, питательный центробежный насос ПЭ-500-180-2 (ПЭН), мощность 3150 кВт, частота вращения 2985 об/мин. Анализу подвергают подшипник скольжения (концевой) электродвигателя. Выполняют спектральный анализ вибрации спектральным анализатором АИ 012 фирмы "Диамех" в полосе частот 10-1000 Гц по скорости. Затем в смазочный материал вводят 0,05 мас. по весу УПТФЭ. Введение осуществляют в расходную емкость ПЭН в процессе эксплуатации. Повторно осуществляют спектральный анализ. Для диагностирования дефектов сравнивают спектр вибрации концевого подшипникового узла электродвигателя до введения УПТФЭ и спектр вибрации после введения УПТФЭ. Example 1. Vladivostok VTETs-2, feed centrifugal pump PE-500-180-2 (PEN), power 3150 kW, rotational speed 2985 rpm. The bearing of the (end) motor is subjected to analysis. Spectral vibration analysis is performed with a Diamech AI 012 spectral analyzer in a frequency band of 10-1000 Hz in speed. Then, 0.05 wt. by weight of UPTFE. The introduction is carried out in the expendable capacity of the PEN during operation. Repeatedly carry out spectral analysis. To diagnose defects, the vibration spectrum of the end bearing assembly of the electric motor before the introduction of UPTFE and the vibration spectrum after the introduction of UPTFE are compared.

Результаты приведены в табл. 1. The results are shown in table. one.

Снижение амплитуд спектральных составляющих на частотах 100, 150, 300 и 350 Гц говорит о наличии дефектов: незначительном отклонении формы шипа от круга, неразвитой эрозии бабитового слоя, неуравновешенности потока смазочного материала в клине. Увеличение на 0,5 дБ амплитуды оборотной составляющей свидетельствует о достаточной балансировке и оптимальном зазоре в подшипниковом узле. Последующее наблюдение за механизмом на протяжении 8500 ч подтвердило приведенную диагностику. The decrease in the amplitudes of the spectral components at frequencies of 100, 150, 300, and 350 Hz indicates the presence of defects: a slight deviation of the tenon shape from the circle, undeveloped erosion of the granite layer, unbalanced flow of lubricant in the wedge. An increase of 0.5 dB in the amplitude of the reverse component indicates sufficient balancing and an optimal clearance in the bearing assembly. Subsequent monitoring of the mechanism for 8500 hours confirmed the diagnosis.

Пример 2. Стенд ТОИ ДВО РАН, электродвигатель А031-4, мощность 0,6 кВт, частота вращения 1410 об/мин, подшипник качения 306, смазочный материал ЦИАТИМ 201. Спектральный анализ осуществляли третьоктавным анализатором фирмы "Брюль и Къер" тип 2131, акселерометр типа 4371, предусилитель типа 2635, в полосе частот 20-10000 Гц. Диагностику состояния подшипников качения проводили сравнением спектров до введения и после введения 15 мас. УПТФЭ. Example 2. Stand of TOI FEB RAS, electric motor A031-4, power 0.6 kW, rotation speed 1410 rpm, rolling bearing 306, lubricant TsIATIM 201. Spectral analysis was carried out by a third-octave analyzer of Bruehl & Kjерr type 2131, accelerometer type 4371, preamplifier type 2635, in the frequency band 20-10000 Hz. Diagnostics of the state of rolling bearings was carried out by comparing the spectra before and after the introduction of 15 wt. UPTFE.

Результаты испытаний приведены в табл. 2. The test results are given in table. 2.

Анализ полученных результатов: снижение амплитуд на оборотной частоте 25 Гц на 8 дБ говорит о больших зазорах в подшипниковом узле и развитом разбалансе. Снижение на частоте 50 гЦ на 21 дБ свидетельствует о значительном перекосе подшипников в подшипниковом узле, т.е. для данного подшипникового узла электродвигателя наблюдаются развитые дефекты. Увеличение амплитуды в полосе частот 6,3-10 кГц говорит о хорошем качестве смазочного материала. Последующая разборка механизма полностью подтвердила поставленный диагноз. Analysis of the results: a decrease in amplitudes at a reverse frequency of 25 Hz by 8 dB indicates large gaps in the bearing assembly and a developed imbalance. A decrease at a frequency of 50 Hz by 21 dB indicates a significant misalignment of the bearings in the bearing assembly, i.e. For this bearing assembly of the electric motor, developed defects are observed. The increase in amplitude in the frequency band 6.3-10 kHz indicates a good quality lubricant. Subsequent disassembly of the mechanism fully confirmed the diagnosis.

Пример 3. Московский метрополитен им. В.И.Ленина, электродвигатель N 25 вентилятора шахты N 421. Испытания проведены совместно с Московским представительством фирмы Брюль и Къер. Использовали диагностический комплекс на базе виброанализатора 2515/WH 1936 с дефектором огибающей WB 1048, персональный компьютер IBM PC/AT и пакет прикладных программ PEB AP-1, позволяющие в автоматическом режиме диагностировать 12 видов дефектов подшипников качения, 6 видов дефектов подшипников скольжения, используя метод огибающей ("Вибрация и вибродиагностика судового электрооборудования", Александров А. А. Барков А.В. Баркова Н.А. Шафранский В.А. Л. Судостроение, 1986, с.214-255). Example 3. Moscow Metro them. V.I. Lenin, electric motor N 25 of the fan of mine N 421. The tests were carried out jointly with the Moscow representative office of Bruhl and Kjерr. We used a diagnostic complex based on a vibration analyzer 2515 / WH 1936 with an envelope deflector WB 1048, an IBM PC / AT personal computer, and a PEB AP-1 application software package that automatically diagnose 12 types of rolling bearing defects and 6 types of sliding bearing defects using the method envelope ("Vibration and vibration diagnostics of ship electrical equipment", Alexandrov A. A. Barkov A. V. Barkova N. A. Shafransky V. A. L. Shipbuilding, 1986, pp. 214-255).

Используется смазочный материал ЦИАТИМ-201. Диагностика произведена с 10 мас. УПТФЭ, добавленного в смазочный материал. Used lubricant TsIATIM-201. Diagnostics made with 10 wt. UPTFE added to the lubricant.

Результаты испытаний приведены в табл. 3. The test results are given in table. 3.

Анализ результатов испытаний. Задний подшипниковый узел: введение УПТФЭ позволило оценить развитость дефекта по площади на наружном кольце и незначительную площадь дефектной поверхности внутреннего кольца. Передний подшипниковый узел: площадь поражения на внутренней и внешней обоймах одинакова. По данным методики PEB AP-1 без УПТФЭ показан незначительный дефект тел качения. Введение УПТФЭ показывает значительное развитие раковин на телах качения, что и привело к увеличению показателя степени развитости дефектов до 21%
Пример 4. Преобразователь питания АСУП. Состав механизма: генератор синхронный типа РС-65-93 ДУ 2 1М 1001 и двигатель асинхронный типа А2-92-4У-3, мощность 54 кВт, частота вращения 1470 об/мин, смонтированы на общем основании, виброразвязанном от фундамента посредством 12 пружинных амортизаторов. Диагностировался весь механизм в целом установкой акселерометра в зону, свободную от резонансов. Средства проведения испытаний: вибродиагностическая аппаратура фирмы "Брюль и Къер": третьоктавный анализатор фирмы "Брюль и Къер", тип 2131, акселерометр типа 4371, предусилитель типа 2635, в полосе частот 20-10000 Гц, СКЗ виброускорения. Диагностика механизма проводилась сравнением спектра вибрации в штатном режиме (смазочный материал ЦИАТИМ 201) со спектром вибрации, снятом в присутствии 10 мас. УПТФЭ.Analysis of test results. Rear bearing assembly: the introduction of UPTFE made it possible to evaluate the defect development by the area on the outer ring and the insignificant area of the defective surface of the inner ring. Front bearing unit: the area of damage on the inner and outer cages is the same. According to the PEB AP-1 methodology without UPTFE, a slight defect in rolling elements is shown. The introduction of UPTFE shows a significant development of shells on rolling elements, which led to an increase in the degree of development of defects to 21%
Example 4. The power converter ACS. Composition of the mechanism: synchronous generator type RS-65-93 DU 2 1M 1001 and asynchronous motor type A2-92-4U-3, power 54 kW, rotation speed 1470 rpm, mounted on a common base, vibration-isolated from the foundation using 12 spring shock absorbers . The whole mechanism was diagnosed as a whole by installing the accelerometer in a zone free of resonances. Testing tools: Vibrodiagnostic equipment of Bruhl & Kjерr firm: third-octave analyzer of Bruhl & Kj фирмыr type 2131, accelerometer type 4371, preamplifier type 2635, in the frequency band 20-10000 Hz, RMS vibration acceleration. The mechanism was diagnosed by comparing the vibration spectrum in the normal mode (TsIATIM 201 lubricant) with the vibration spectrum recorded in the presence of 10 wt. UPTFE.

Результаты испытаний приведены в табл. 4. The test results are given in table. 4.

Анализ результатов: большие радиальные зазоры в подшипниках качения, слабая угловая несоосность валов, слабый дребезг тел качения в сепараторах, начальная стадия питтинговой эрозии фрикционных поверхностей, среднее значение изношенности смазочного материала. Последующее наблюдение за механизмом в течение 14400 ч и разборка подтвердили диагностику. Analysis of the results: large radial clearance in the rolling bearings, weak angular misalignment of the shafts, weak bounce of the rolling elements in the separators, the initial stage of pitting erosion of friction surfaces, the average value of the wear of the lubricant. Subsequent observation of the mechanism for 14400 hours and disassembly confirmed the diagnosis.

Таким образом, использование УПТФЭ с целью вибродиагностики механизма позволяет повысить точность и надежность определения источников и глубины дефектообразования на ранних стадиях зарождения и в условиях развитых дефектов. Кроме того, способ обеспечивает высокую скорость выявления глубины дефектов, исключающую необходимость амплитудно-временного анализа. Thus, the use of UPTFE for the purpose of vibration diagnostics of the mechanism makes it possible to increase the accuracy and reliability of determining the sources and depth of defect formation at the early stages of nucleation and under conditions of developed defects. In addition, the method provides a high rate of detecting the depth of defects, eliminating the need for amplitude-time analysis.

Claims (2)

1. Способ вибродиагностики механизмов, включающий измерение и анализ сигналов вибрации исследуемого механизма или его узла, сравнение полученного спектра вибрации с опорным спектром и определение по их разности технического состояния механизма или его части, отличающийся тем, что измерение и анализ сигналов вибрации производят дважды, причем во второй раз перед измерением на фрикционно контактирующие поверхности наносят ультрадисперсный политетрафторэтилен и полученный после анализа спектр используют в качестве опорного. 1. The method of vibration diagnostics of mechanisms, including the measurement and analysis of vibration signals of the investigated mechanism or its assembly, comparing the obtained vibration spectrum with the reference spectrum and determining, by their difference, the technical state of the mechanism or its part, characterized in that the measurement and analysis of vibration signals are performed twice, moreover a second time before measurement, ultrafine polytetrafluoroethylene is applied to the friction contacting surfaces, and the spectrum obtained after analysis is used as a reference. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что ультрадисперсный политетрафторэтилен добавляют в смазочный материал исследуемого механизма в количестве 0,01 30 мас. 2. The method according to claim 1, characterized in that the ultrafine polytetrafluoroethylene is added to the lubricant of the investigated mechanism in an amount of 0.01 to 30 wt.

Images