Методология определения допустимых значений вибрации и частотные полосы.

Авторами и их коллегами было проведено исследование вибрации 630 различных агрегатов нескольких предприятий Минтопа и МНХП, в результате чего была составлена база данных включающая 8455 спектров вибрации 16 различных типов ЦНА, 5676 спектров вибрации 14 типов ЦКМ и 2748 спектров вибрации 10 типов ЦВ.

При обработке экспериментальных данных (для получения упорядоченных статистик значений вибраций в предположении, что одинаковые компоненты колебаний одних и тех же подшипников однотипных агрегатов принадлежат соответственно единым генеральным совокупностям) для формирования сводных протоколов значений параметров в базе данных выбирались группы агрегатов со сходными техническими характеристиками и одноименные измерительные точки.

В первую очередь из данных, предназначенных для анализа, были исключены вызывающие сомнение в их достоверности. Для проверки компактности выборки, характеризующей достоверность статистических выводов, и исключения из дальнейшей обработки резко выпадающих данных, связанных с ненормальной работой отдельных исследованных агрегатов, целесообразно использовать критерий грубых ошибок наблюдений при допущении, что полученный экспериментальный ряд значений вибраций (выборка) подчиняется нормальному законы распределения, при этом верхнюю границу допустимых результатов измерений можно определить из выражения

=3).

обработки

статданных, разработанной СП "Дельфин —Д иагностика". При этом была исключена возможность ошибок при ручных расчетах, и реализовывалась возможность редактирования исходных данных в ручном режиме (например, исключать данные соответствующие измерениям на агрегатах, работающих не в нормальных условиях или вызывающих сомнение в их достоверности) и выводить итоговый протокол расчета. Программа проводила расчеты по приведенной выше формуле в автоматическом режиме, и при этом на экран выводились значения по соответствующим данным: среднего арифметического, дисперсии, суммы среднего арифметического и утроенной дисперсии, уровней +4, +8 и + 12 дБ относительно среднего. После окончания работы программы проводилась ручная корректировка данных.

В приведенном ниже примере (см. таблицы 4 — 2 и 4 — 3) произведено исключение вызывающих сомнение данных и расчет предварительных допустимых значений вибрации по данным измерений вибрации магистральных насосных агрегатов (НА) СТД—8000/НМ— 12000 двух нефтеперекачивающих станций (НПС) для измерительных точек VI (задний подшипник электродвигателя, вертикальное направление).

В таблице 4 — 2 вызывают сомнение в достоверности данные в помеченных серым цветом клетках, поскольку они превышают уровень среднего арифметического плюс утроенная дисперсия. После их удаления можно получить исходные данные, которые могут использоваться для дальнейшего статанализа или определения состояния агрегата.

Анализ улучшенных таким образом выборок показывает, что их совокупность достаточно хорошо подчиняется нормальному закону распределения. Проверка гипотезы осуществлялась с применением графического метода с помощью "вероятностной бумаги" и показала по всем компонентам колебаний одинаковых опор (штатных контрольных точек) однотипных агрегатов и во всех случаях удовлетворительные результаты.

Установление близости совокупности измеренной вибрации одинаковых опор однотипных агрегатов нормальному распределению существенно облегчило оценку полученных результатов. Известно, что при нормальном распределении среднеквадратическое отклонение а характеризует границу отклонения не менее 2/3 измеренных значений, а согласно теореме Чебышева при достаточно большом числе независимых опытов среднее арифметическое значение наблюдаемых случайных величин сходится по вероятности к ее математическому ожиданию. Поэтому в основу дальнейшего анализа было положено рассмотрение математических ожиданий значений параметров однокомпонентной вибрации одинаковых опор (штатных контрольных точек) однотипных агрегатов и их дисперсий.

Для определения точности, с которой эти оценки отражают искомую статистическую характеристику, следует определить верхние границы доверительного интервала оценок:

примерно равно 2 и 1,5.

Сопоставление верхней границы доверительного интервала и распределения частот встречаемости вибраций опор по каждому компоненту колебаний однотипных агрегатов показало, что подавляющее большинство значений вибраций находятся в границах доверительного интервала.

Таким образом были использованы два способа определения допустимых значений вибраций в частотных полосах:

превышение 85% —ной (требует принятия мер, "предупреждение") и 95% —ной (предельное состояние, "опасность") границ совокупности данных;

превышение среднего уровня вибрации на 4 и 8 дБ.

Оба способа направлены на то, чтобы выделить 5 и 15 % всей совокупности данных измерений вибрации, отражающих наивысшую вибрацию агрегатов, хотя необходимо понимать, что приблизительность критериев отбора в дальнейшем корректировалась в каждом отдельном случае в зависимости от конкретных нужд.

Все спектры, по одноименным измерительным точкам, отображались по 40 гармоникам частоты вращения ротора для определения зон наибольшей гармонической активности. Было подтверждено, что с увеличением номера гармоники амплитудная активность уменьшается, см. рис. 4 — 07.

Вибрация анализировалась отдельно по каждому узлу различных типов агрегатов (ЭД, насос, мультипликатор, компрессор, насос, вентилятор) и направлению измерения (вертикальное, горизонтально — поперечное и горизонтально — осевое).

Поскольку с увеличением номера гармоники виброактивность уменьшается к 10 гармонике в среднем в 10 и более раз (по отношению к первой) и после 10—15 гармоники, в основном, остается неизменной (кроме случаев с дефектами в редукторах и подшипниках качения), именно этими частотными полосами и был ограничен анализ:

, (индекс 8);

—номер гармоники), (индексы 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10);

(индекс 1 — 5) ;

(индекс 6 —10);

(индекс 11—40).

При анализе было установлено, что у большинства исследованных типов агрегатов и их узлов наблюдаются разные уровни вибрации опор по разным направлениям, а также существуют различия в гармонической активности. Кроме того вибрации узлов с одинаковой мощностью и частотой вращения также различается.

В качестве примера на рис. 4 — 08 приведены границы распределения вибраций свыше 85% ("предупреждение") и 95% ("опасность") совокупности данных измеренных на 80 асинхронных ЭД мощностью 150...250 кВт с подшипниками качения. Налицо существенные отличия границ — как по гармоникам, так и по направлению измерения. Можно отметить существенную виброактивность в горизонтально — осевом направлении.

На рис. 4 — 09 приведены границы распределения вибраций свыше 85% ("предупреждение") и 95% ("опасность") совокупности данных измеренных на 24 воздуходувках мощностью 120...250 кВт с подшипниками качения. Примечательно наличие виброактивности на 1...5 гармониках частоты вращения ротора и отсутствие сколько-нибудь заметной виброактивности на "лопаточных" частотах.

На рис. 4—1 0 приведены границы распределения вибраций свыше 85% ("предупреждение") и 95% ("опасность") совокупности данных измеренных на 16 ЦБ компрессорах мощностью 2400...3500 кВт и частотой вращения ротора 150...190 Гц с подшипниками скольжения. Существенная виброактивность в этой группе компрессоров проявляется в основном на первых трех гармониках частоты вращения ротора.

На рис. 4—11 приведены границы распределения вибраций свыше 85% ("предупреждение") и 95% ("опасность") совокупности данных измеренных 56 центробежных насосах мощностью 150...250 кВт с подшипниками качения. Для этой группы насосов примечательна виброактивность в частотных полосах 1 — 5, 6— 10 и 1 1 —4 0, а также присутствие некоторой виброактивности на лопаточных частотах.

На рис. 4—12 приведены (усредненные по трем направлениям измерений вибрации на корпусе подшипника) границы распределения вибраций свыше 85% ("предупреждение") и 95% ("опасность") сходных по конструктивным (примерно одинаковые подшипники, муфты и др.), эксплуатационным и мощностям характеристикам групп центробежных компрессоров (1), асинхронных электродвигателей (2) центробежных насосов (3), воздушных вентиляторов(4) расположенные в порядке возрастания значений вибротревог. Очевидно, что величина граничных значений существенно зависит от типа агрегата.

Анализ вибрации позволил установить как повышенный уровень колебаний отдельных опор в определенных направлениях у однотипных агрегатов, так и неравномерное распределение вибрации в различных направлениях у различных типов агрегатов: это событие достаточно распространенное, хотя и не является правилом. Во многих случаях статистический анализ данных показывает, что уровень вибрации в вертикальном направлении несколько меньше чем в горизонтальном, а осевая вибрация у большей части электродвигателей вентиляторов и самих вентиляторов в большинстве случаев преобладала над вертикальной и горизонтальной, чего не наблюдалось у ЦКМ.

У агрегатов с подшипниками качения виброактивность в области шестой и более высоких гармоник частоты вращения ротора несколько ниже, чем у агрегатов с подшипниками скольжения.