Ассоциация EAM
Ассоциация эффективного управления производственными активами

Определение дефектов изготовления маслонасоса по вибрационным параметрам

материал предоставил к.т.н. СИДОРОВ Владимир Анатольевич

Среди деталей и узлов механического оборудования отсутствуют второстепенные и вспомогательные элементы. Все детали и узлы практически равнозначно влияют на работоспособность оборудования. Повреждение любой из деталей может привести к потере работоспособности узла и оборудования. Система смазки узлов трения является неотъемлемой частью механического оборудования, обеспечивая длительную его эксплуатацию. В составе системы смазывания насос, преобразующий механическую энергию в гидравлическую, необходимую для подачи смазочного материала в зоны трения, является основным энергетическим источником [1, 2].

Во время работы внутри насоса образуются механически изолированные камеры, в которых рабочая жидкость перемещается из полости всасывания в полость нагнетания. Широкое распространение получили шестерённые насосы внутреннего зацепления (рисунок 1). Выявление дефектов изготовления маслонасоса по вибрационным параметрам с последующим визуальным подтверждением является основной целью данной работы.

Конструкция шестерённого насоса внутреннего зацепления

Рисунок 1 – Конструкция шестерённого насоса внутреннего зацепления

После 12 лет эксплуатации шестерённого насоса внутреннего зацепления для подачи масла в винтовой аммиачный компрессор было зафиксировано увеличение значений параметров вибрации в 3-4 раза. Полагая, что проектная долговечность данного механизма составляет 10 лет, было принято решение о приобретении нового аналогичного оборудования.

Данная конструкция насоса имеет высокий уровень безотказности и долговечности при условии правильной сборки и регулировки. Снижение качества серийно выпускаемой продукции при отсутствии выходного контроля параметров вибрации и входного контроля при пробных запусках вновь установленного оборудования, могут привести к быстрому развитию повреждений. В рассматриваемом единичном случае это позволило на коротком временном промежутке рассмотреть особенности развития повреждений элементов механического оборудования на фоне изменения диагностических параметров. При этом сопоставлены результаты спектрального анализа вибрации и визуального осмотра деталей, что позволило неоспоримо определить характер и причины наблюдаемого повреждения, подтверждая выводы работ [3, 4, 5]. Следует рассматривать полученные данные как пассивный эксперимент, так как обнаруженные неисправности практически невозможно воссоздать и промоделировать в реальных условиях промышленного производства, учитывая стоимость изделия и другие факторы. Тем более сложно выполнить моделирование развития данного вида повреждений в лабораторных условиях для получения достоверных результатов.

При установке нового маслонасоса на аммиачный винтовой компрессор проведены испытания в режиме холостого хода – подача масла без включения компрессора. При этом обнаружено:

  • повышенный уровень шума, имеющего резкий, гремящий характер;
  • повышенный общий уровень виброскорости – 9,6 мм/с;
  • значения токовых характеристик и давления масла в заданных пределах.

После проверки осевого зазора между ротором насоса и корпусом, а также установки рекомендуемого значения 0,15 мм, начата обкатка маслонасоса в штатном режиме эксплуатации в составе компрессорной установки. Проведены измерения параметров вибрации в контрольных точках (рисунок 2): точка 1 – задняя крышка насоса (осевое направление); 2 – передняя крышка насоса (осевое направление); 3 – подшипниковый узел насоса (горизонтальное направление); 4 – подшипник электродвигателя от муфты (горизонтальное направление).

Расположение контрольных точек измерения вибрации

Рисунок 2 – Расположение контрольных точек измерения вибрации

Измерения параметров вибрации проводились при работе оборудования в режиме рабочего хода, при помощи спектроанализатора 795М. Крепление датчика осуществлялось при помощи магнита. Проводились измерения общих параметров вибрации и частотной формы вибрационного сигнала при рабочей частоте вращения 1500 об./мин. Контролируемый частотный диапазон: при измерении виброскорости 10-1000 Гц; при измерении виброускорения 10-4000 Гц. Результаты измерений параметров общего уровня вибрации приведены в таблице 1.

Таблица 1 – Значения вибрационных параметров вновь установленного маслонасоса
Точка измерения Среднеквадратичное значение виброскорости, мм/с Среднеквадратичное значение виброускорения, м/с2 Пиковое значение виброускорения, м/с2
1 4,8 7,4 42,9
2 6,1 30,6 143,4
3 10,3 16,0 72,8
4 4,6 10,0 63,6

При оценке технического состояния маслонасоса использованы нормативные значения, регламентированные ГОСТ Р ИСО 10816-1-97 “Вибрация. Контроль состояния машин по результатам измерений вибрации на невращающихся частях”.

Значения виброскорости, определяющие границы состояний (для работы под нагрузкой):

  • зоны А и В (функционирование без ограничения сроков) – до 1,8 мм/с;
  • зона С (функционирование в ограниченном периоде времени) – 1,8-4,5 мм/с;
  • зона D (возможны повреждения машины) – свыше 4,5 мм/с.

Для оценки состояния подшипников качения приняты следующие соотношения пикового и среднеквадратичного значений виброускорения в частотном диапазоне 10-4000 Гц:

  • хорошее состояние – пиковое значение не превышает 10 м/с2;
  • удовлетворительное состояние – среднеквадратичное значение не превышает 10 м/с2;
  • плохое состояние – среднеквадратичное значение превышает 10 м/с2;
  • аварийое состояние – пиковое значение превышает 100 м/с2;

Одним из признаков наличия значительных повреждений является присутствие в спектре виброускорения составляющих со значениями свыше 9,8 м/с2.

Анализ параметров общего уровня вибрации указывает на значительный уровень виброскорости (энергии колебаний) в районе подшипникового узла и значительное силовое воздействие в осевом направлении механизма. Это позволило локализовать район возможных повреждений и оценить опасность повреждений как значительную, требующую принятия немедленных ремонтных воздействий.

В спектре виброускорения присутствовали зубцовые составляющие (199 Гц, число зубьев шестерни – 7, число зубьев колеса – 9), указывающие на повреждения деталей внутреннего зацепления шестерённого насоса, и энергетические составляющие на частотах 2800-3600 Гц, свидетельствующие о наличии металлического контакта и повреждениях контактирующих поверхностей зубчатого зацепления. Повреждение развивалось достаточно быстро, это позволило предположить наличие схватывания второго рода, что подтверждалось некоторым ростом температуры торцевой поверхности передней крышки. Однако в районе передней крышки, исходя из конструкции насоса, отсутствуют трущиеся поверхности. Интенсивность развития повреждения показана на рисунке 3. Некоторое снижение максимального значения составляющей с 12 до 7,6 м/с2 компенсировалось ростом гармонических составляющих зубчатого зацепления и энергетических составляющих на частотах 2800-3600 Гц. При развитии адгезионного схватывания увеличились зубцовые составляющие, включая интенсивный рост 1-й гармоники, а затем 2-й и 3-й гармоник.

Спектрограммы виброускорения развития повреждений маслонасоса в точке 2

Рисунок 3 – Спектрограммы виброускорения развития повреждений маслонасоса в точке 2

Вал маслонасоса после обкатки рукой не проворачивался. Основные параметры – давление масла (3,8 bar) и ток нагрузки электродвигателя (2,5 А) соответствовали норме. При следующем включении маслонасоса произошла аварийная остановка компрессора из-за отсутствия давления масла. Проверка показала, что сработало тепловое реле в цепи двигателя маслонасоса – ток превысил 10 А. Маслонасос – демонтирован и разобран.

Вновь был установлен отремонтированный насос, проработавший 12 лет. Проведены аналогичные измерения параметров вибрации при работе оборудования в режиме рабочего хода. Результаты измерений параметров общего уровня вибрации приведены в таблице 2.

Таблица 2 – Значения вибрационных параметров отремонтированного маслонасоса
Точка измерения Среднеквадратичное значение виброскорости, мм/с Среднеквадратичное значение виброускорения, м/с2 Пиковое значение виброускорения, м/с2
1 2,0 4,2 21,9
2 2,5 4,4 23,3
3 2,2 3,1 12,9
4 2,3 3,1 9,7

Анализ параметров общего уровня вибрации указывает на удовлетворительное состояние насоса по параметрам виброскорости и виброускорения. Принимая полученные данные в качестве эталонных, получаем подтверждение диагностического правила – увеличение вибрации в 4 раза требует проведения технического обслуживания или ремонта. Спектрограммы маслонасоса в контрольных точках 2 и 3 не имеют явно выраженных значительных составляющих (рисунок 4) и носят шумовой характер. Качество ремонта можно оценить как удовлетворительное.

Спектрограммы виброускорения маслонасоса

Рисунок 4 – Спектрограммы виброускорения маслонасоса

Проведенная неполная разборка маслонасоса, позволила установить следующие факты:

  • на одной из торцевых поверхностей шестерни (рисунок 5) обнаружены следы износа схватывания второго рода, следы контакта обнаружены на неподвижной задней крышке насоса и на торцевой поверхности зубьев вращающегося рабочего колеса (рисунок 6);
    Следы адгезионного схватывания второго рода на торцевой поверхности шестерни

    Рисунок 5 – Следы адгезионного схватывания второго рода на торцевой поверхности шестерни

    Следы неравномерного адгезионного схватывания второго рода на торцевой поверхности отдельных зубьев рабочего колеса

    Рисунок 6 – Следы неравномерного адгезионного схватывания второго рода на торцевой поверхности отдельных зубьев рабочего колеса

  • на боковых поверхностях рабочего колеса (рисунок 7) обнаружены затиры (засветления) поверхностей;

    Затиры на боковых поверхностях рабочего колеса

    Рисунок 7 – Затиры на боковых поверхностях рабочего колеса

  • на рабочей поверхности корпуса насоса обнаружены засветления и признаки начальной стадии осповидного выкрашивания металла (рисунок 8);

    Засветления на рабочей поверхности корпуса насоса

    Рисунок 8 – Засветления на рабочей поверхности корпуса насоса

  • при затяжке стопорящих болтов муфты происходит подклинивание вала насоса.

Анализ выявленных дефектов позволил определить возможные причины вибрации – перекос валов маслонасоса и электродвигателя из-за непараллельности базовых поверхностей корпуса насоса. Возможна неправильная посадка подшипника. Качество изготовления насоса можно оценить как посредственное. Развитие повреждения проанализировано на основании данных, приведенных в таблице 3.

Таблица 3 – Значения вибрационных параметров маслонасоса в точке 3 при развитии повреждения
Время измерения Среднеквадратичное значение виброскорости, мм/с Среднеквадратичное значение виброускорения, м/с2 Пиковое значение виброускорения, м/с2
13:19 4,2 13,2 74,6
13:55 10,3 16,0 72,8
13:59 8,2 10,6 63,6

Очевидно, что развитие повреждения происходило лавинообразно. Снижение значений параметров вибрации указывает на изменение характера контакта трущихся поверхностей и снижение коэффициента трения при повышении температуры после реализации схватывания второго рода. Необратимые изменения в элементах механизма произошли по времени в 13:55-13:58. Накопленные повреждения привели к адгезионному схватыванию поверхностей и превышению токовых значений при запуске двигателя.

Проблематика проведения ремонтов механического оборудования кроме экономического (приобрести новое оборудование обычно дороже, чем ремонтировать старое) имеет и технический аспект (не всегда новое оборудование работает лучше старого). В практике работы ремонтных служб данный вопрос – приобретение нового оборудования или ремонт старого всегда будет актуальным. Результаты диагностирования в данном случае могут предоставить необходимую информацию для принятия решения.

Выводы

  1. Значения параметров вибрации позволяют точно установить категорию технического состояния и опасность повреждения. Подтверждено, что увеличение виброскорости в 4 раза требует проведения технического обслуживания или ремонта.
  2. Предложенные значения виброускорения могут быть использованы для различения технического состояния механизмов при оценке качества ремонта и входном контроле состояния механического оборудования.
  3. Информативные контрольные точки при измерении вибрации могут располагаться на подшипниковых узлах и на корпусе механизма.
  4. Развитие механических повреждений носит лавинообразный характер.
  5. Неоспоримым доказательством при диагностировании являются результаты визуального осмотра, подтверждённые фотографическим изображением изношенной поверхности и классификацией причин повреждения.

Перечень ссылок

  1. Гидропривод. Основы и компоненты / Х. Экснер, Р. Фрейтаг, д-р Х. Гайс, Р. Ланг, Й. Оппольцер, П. Шваб, Е. Зумпф, У. Остендорфф, М. Райк. Под ред. Х. Кемпф. – Эрбах: Бош Рексрот АГ. Сервис. Автоматизация. Дидактика. – 321 с.
  2. Атлас конструкций гидромашин и гидропередач: Учеб. пособие для студентов машиностроительных специальностей / Б.М. Бим-Бад, М.Г. Кабаков, В.Н. Прокофьев и др. – М.: Машиностроение, 1990. – 135 с.
  3. Ширман А.Р., Соловьев А.Б. Практическая вибродиагностика и мониторинг состояния механического оборудования. – М.: Машиностроение, 1996. – 276 с.
  4. Лукьянов А.В. Классификатор вибродиагностических признаков дефектов роторных машин. – Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 1999. – 228 с.
  5. Кравченко В.М., Сидоров В.А., Седуш В.Я. Техническое диагностирование механического оборудования / Учебник. – Донецк: ООО “Юго-Восток, ЛТД”, 2009. – 459 с.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован.

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.

Аналогичные записи
  • Диагностирование скиповой лебёдки при проведении ремонта материал предоставил к.т.н. СИДОРОВ Владимир Анатольевич Одним из основных терминов при организации ремонтов промышленного оборудования является “система технического обслуживания и ремонта (ТОиР)” оборудования. Проблема состоит в изначально неверном определении термина “техническая система обслуживания оборудования”. Предполагается, что это – совокупность организационных, технических и других мероприятий, необходимых для поддержания в технически исправном состоянии оборудования при использовании по [...]
  • Разрушение подшипников бустерного насоса вакуумной станции материал предоставил к.т.н. СИДОРОВ Владимир Анатольевич в соавторстве с д.т.н. СЕДУШЕМ Виктором Яковлевичем (ГВУЗ “Донецкий национальный технический университет”) Появление новых технологий металлургического производства, обеспечивающих высокое качество выпускаемой продукции, в значительной мере обеспечивается работой энергетического оборудования. Подача воды, газа, создание вакуума, работа гидропривода – для этого используется компактное энергетическое оборудование с высокой частотой вращения (3000 об/мин [...]
  • Диагностика повреждений элементов силовых маслонасосов гидравлических ст... материал предоставил к.т.н. СИДОРОВ Владимир Анатольевич Гидравлическое оборудование в настоящее время является наиболее приемлемым техническим решением для привода металлургических машин. В аспекте технического диагностирования определение фактического состояния гидропривода является многофункциональной задачей включающей [1, 2, 3]: оценку технического состояния силовых установок – насосов; оценку состояния рабочей жидкости; оценку состояния аппаратуры схем управления; оценку состояния трубопроводов; оценку [...]
  • Диагностирование состояния опорного подшипника по давлению в полостях ги... материал предоставил к.т.н. СИДОРОВ Владимир Анатольевич в соавторстве с к.т.н. ОШОВСКОЙ Еленой Владимировной, БАБЕНКО Валерием и СОЛОШЕНКО Александром (ГВУЗ “Донецкий национальный технический университет”) Наиболее эффективным и перспективным методом получения стали в настоящее время является выплавка в электродуговой печи. Развитие механического оборудования электродуговых печей привело практически к полному отказу от электромеханического привода. В современных конструкциях печей [...]

Поддержите нас

Подписка

Рубрики