Обзор приборов вибрационного контроля для начинающих специалистов
Внимание! Часть информации о приборах в статье может устареть, смотрите на дату статьи.
Вопросы по поводу датчиков вибрационного контроля и мониторинга можно условно разделить на два типа - это вопросы профессионального плана (они здесь не будут озвучены) и вопросы начинающий специалистов и эксплуатантов. Вопросов у начинающих обычно такие: "какие приборы вибрационного контроля есть на рынке" и "какой прибор нужен нам" и несмотря на кажущуюся простоту таят в себе полную глубину и объем использования методов вибродиагностики, а также требуют определенного уровня знаний, которые я и постараюсь здесь дать.
На любом промышленном предприятии имеются тяжелые агрегаты с постоянно меняющимися массами и силами противодействия их движению, станки, мощные электродвигатели, насосы/вентиляторы/компрессоры и турбины, которые постоянно сами создают и принимают на себя значительные вибрации, что в конечном итоге приводит к усталостному износу и разрушению элементов этого оборудования. Повреждение такого оборудования может привести как к серьёзным финансовым потерям, так и к травмам, а в худшем случае, человеческим жертвам. Для того чтобы этого избежать, необходимо производить виброконтроль и вибромониторинг подобного оборудования. Зачастую он осуществляется с функцией защиты, что позволяет вовремя остановить систему в случае её поломки для минимизации последствий. Для высокоточных и дорогостоящих систем, где цена поломки или её последствий слишком высока, применяются системы вибромониторинга, которые на основе предиктивной аналитики, заложенной в довольно сложный алгоритм, могут заблаговременно известить о предстоящей поломке. Это позволяет вовремя обслужить или заменить проблемный узел без каких-либо негативных последствий.
Условно готовые приборы для контроля вибрации можно разделить на следующие виды: это виброметры, приборы, предназначенные только для измерения интегральных параметров вибрации, и анализаторы различной сложности, способные проводить спектральный анализ вибросигналов. Это все портативные приборы, которые больше подходят для инспекции. Если же нужно внедрить вибромониторинг, то лучше пойти по пути создания некой системы из датчиков и приборов, принимающих с них сигнал.
Датчики вибрации условно разделяются по назначению и функциональным возможностям, можно выделить датчики для вибромониторинга оборудования и датчики для систем вибродиагностики оборудования, поделим заголовками текст на эти группы.
Датчики для вибромониторинга
Если достаточно знать только амплитуду общей вибрации узла или агрегата без выявления производных и первообразных вибрации (ускорение и перемещение), достаточно использовать простые датчики вибромониторинга.
Датчики измерения вибрации такого типа не позволят определить конкретные дефекты (дисбаланс, дефект зубчатого зацепления) на характерных им частотах и амплитудах. Работоспособность оборудования по величине среднеквадратичного значения (СКЗ), например, виброскорости может определяться ссылаясь на ГОСТ ИСО 10816-1-97 или используя рекомендации производителей оборудования.
Датчики осуществляют измерение среднеквадратичного значения (СКЗ) вибрации [м/с] на частотах от 0 до 1000 Гц, так как именно в этом спектре возникают все основные вибрации рабочего оборудования. Датчики вибрации имеют аналоговый выходной сигнал, пропорциональный диапазону измерения СКЗ либо через интрефейс типа Modbus. Возможно вдатчике осуществляется сравнение величины измеряемого параметра с предельными значениями (уставками), хранящимися в энергонезависимой памяти датчика, в зависимости от этого происходит формирование статусов («предупреждение» и «авария») и формирование дискретных сигналов на внешние устройства при превышении измеряемым параметром величины заданных уставок, таким образом датчик можно уже отнести к классу «датчик-реле». Возможно дистанционное конфигурирование параметров: сетевого адреса, скорости обмена, величин предупредительной и аварийной уставок и калибровки измеренного канала.
Некоторые датчики могут контролировать несколько направлений приложения усилия вибрации.
Датчики для вибродиагностики
В том случае, если требуется знать не только амплитуду вибрации, но и её причину, необходимо использовать более совершенные методы и осуществлять серьёзные вычисления.
Датчики такого класса обычно подходят для измерения среднеквадратичного значения (СКЗ) виброскорости/мгновенного значения виброускорения по одному или трём взаимно перпендикулярным направлениям. Возможно разложение сигнала по частотным составляющим методом быстрого преобразования Фурье (для модификаций с одной чувствительной осью). Происходит воспроизведение унифицированного токового сигнала 4–20 мА, пропорционального СКЗ виброскорости. Как и у датчиков более простого типа, обмен данными может осуществляется по интерфейсу RS-485 (протокол Modbus), возможно дистанционное конфигурирование параметров, также возможна работа с дискретными сигналами на внешние устройства по заданным уставкам.
Датчики контроля вибрации предназначены для измерения величины виброускорения [м/с2] на частоте вибраций от 0 до 16000 Гц, в зависимости от модели датчика. Принцип работы таких датчиков основан на технологии MEMS. Выходные сигналы датчиков не являются унифицированными и могут быть корректно обработаны только контроллером.
Контроллер предназначен для опроса датчиков, обмена с АСУ ТП, ввода/формирования дискретных/аналоговых сигналов.
Основные функции контроллера:
- одновременный опрос датчиков;
- питание датчиков (возможно искробезопасным) напряжением постоянного тока;
- индикация измеряемых величин датчиков по всем каналам (опционально) (в виде численных значений, графика или гистограммы);
- автоматический поиск устройств, подключённых к контроллеру по цифровой линии (опцинально), с автоматическим заданием Modbus-адресов и скорости обмена с привязкой места установки датчика;
- задание уставок (предупредительных и аварийных порогов) измеряемой величины (опционально); выбор режима работы защиты с автоматическим изменением величин уставок;
- приём сигналов (дискретных и/или по коду) от АСУ ТП (для выбора режима работы защиты);
- формирование статусов датчиков;
- формирование дискретных сигналов типа «сухой» контакт при достижении заданных уставок;
- связь с системой верхнего уровня по интерфейсу, например, Ethernet; синхронизация по времени с верхним уровнем;
- ведение журнала событий (архив событий);
- установка (смена) сетевого адреса датчика и скорости обмена;
- изменение статусов датчиков, маскирование, сброс аварий.
Использование такой системы (датчики+контроллер) позволяет осуществлять полноценный спектральный анализ вибраций оборудования, благодаря чему можно выявить фактически любой дефект как целой конструкции, так и каждого её элемента в отдельности. Среди наиболее распространённых дефектов, определяемых этой системой можно выделить:
- дисбаланс;
- дефекты подшипников;
- нарушение крепления к станине;
- отсутствие или избыток смазки;
- повреждение ротора/статора;
- несоосность вала;
- нарушение в зубозацепление;
- дефекты зубчатой пары;
- расцентровка.
Все представленные датчики вибрации применяются для стационарного контроля, т.е. устанавливаются непосредственно в корпус рабочего оборудования и производят измерения непрерывно, таким образом нет необходимости персоналу постоянно обходить каждый агрегат и снимать показания вручную.
Датчики для вибродиагностики должны располагаться максимально близко к объекту диагностики (подшипник, зубчатое колесо, вал и т.д.), между датчиком и объектом диагностики не должно быть резиновых прокладок и прочих демпферов, ослабляющих вибрацию. Монтаж датчиков осуществляется в резьбовые отверстия на корпусе агрегата напрямую, либо через конусную шайбу, а также посредством бобышки или магнитной рамки.
Сравнение приборов инспекционного контроля
Виброметры предназначены для измерения интегральных параметров вибрации, в основном СКЗ (средне квадратичного значения - RMS) виброскорости. По существующим стандартам эти измерения производятся в диапазоне частот от 10 до 1000 герц. Многие виброметры измеряют не только СКЗ виброскорости, (размерность мм/сек), но и виброускорение (размерность пик) и виброперемещение (размерность пик - пик).
Какой виброметр следует все-таки покупать, этот вопрос придется решать каждому потребителю самостоятельно. Если говорить кратко, то для проведения инспекции подходят все указанные выше приборы. Для проведения работ теми, кому интересны особенности возникновения вибрации, лучше подходят приборы (виброметры) с дополнительными функциями.
Анализатор вибросигналов тоже можно поделить на группы: одноканальные, двухканальные и многоканальные. Конечно, можно было систематизировать их и по другому принципу, но нам показалось, что такой подход наиболее нагляден для начинающих диагностов.
Одноканальные анализаторы вибросигналов - это наиболее распространенные приборы анализа вибрации. Они занимают порядка 70% всего нашего рынка, хотя во всем мире предпочтение отдается двухканальным приборам. Двухканальные анализаторы вибрации - на мой взгляд это наиболее универсальные приборы, обладающие, сравнительно, небольшой ценой, но позволяющие проводить достаточно сложные диагностические работы. Во всем мире эти приборы являются наиболее покупаемыми.
Наибольший интерес представляют микропроцессорные, малогабаритные переносные приборы.
Многоканальные приборы - это приборы для специальных исследований.
Самый главный вопрос остался - какой же прибор следует купить Вам ?
Попробуем сформулировать ответ в нескольких предложениях.
Если Вам нужен прибор для измерения общего уровня вибрации, с целью оценки возможности эксплуатации оборудования, Вы инспектор или "не очень большой начальник", то покупайте обычный виброметр.
- Если дополнительно к оценке вибрации Вы хотите, пусть пока даже теоретически, попробовать понять причины возникновения вибрации (Вы не просто начальник, а механик производства, руководитель ремонтной бригады), то покупайте виброанализатор с расширенными функциями.
- Если Вы планируете заниматься измерениями вибрации, диагностикой и балансировкой оборудования, хотя бы периодически, т.е. редко, у Вас хватает и другой работы, то покупайте одноканальный недорогой анализатор вибрации.
- Если Вы работаете в службе эксплуатации и диагностики, у Вас много работы и проблем с вибрацией, за это Вам платят основные деньги, то Вам нужен двухканальный анализатор.
- Если Вам нужно проводить сложные исследования, есть проблемы в "хитром" и дорогом оборудовании, Вы разработчик современных агрегатов, то покупайте многоканальный прибор.
- Если Вы создаете у себя на производстве систему обслуживания оборудования по техническому состоянию, у Вас много оборудования, на котором нужно часто измерять вибрацию, то Вам нужен прибор из группы многоканальных.
В любом случае если вам не нужно сертифицировать можете оборудование искать хоть на алиэкспресс: ищите по фразам «одноосный датчик вибрации для контроля состояния оборудования», ссылки конечно могут быть не свежими: