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

  
  Ключи и пин-коды
Steam: случайные, Minecraft, Xbox LIVE (Microsoft Points), Prepaid Debit Cards, Playstation Network, Counter-Strike, Ведьмак, Cities: Skylines, World of Warcraft, Fallout, Hearthstone: Heroes of Warcraft, Grand Theft Auto (GTA), ...
  Электронные книги
В помощь студенту, Контрольные работы, Физика, Математика, Музыка, ноты, тексты песен, Чертежи, Рукоделие, Химия, Дипломы, Аттестация работников, Фантастика, Английский язык, ...
  Цифровые товары
Аккаунты Origin, Аккаунты Uplay, Разное, Аккаунты Fortnite, Аккаунты GTA V, Аккаунты Minecraft, iTunes & App Store, Игровые аккаунты, Аккаунты Steam, Аккаунты Xbox, Sms-reg.com, Анонимные прокси, ...
  Программное обеспечение
Антивирусы, Разблокировка телефонов, Принтеры, Windows, Приватные читы, Спортивные, Программы для сотовых телефонов, Шифрование, Защита ПК, ОС и сетей, Базы данных, Office, Программы > MMORPG, ...
  
  Ключи и пин-коды
Steam: случайные, Minecraft, Xbox LIVE (Microsoft Points), Prepaid Debit Cards, Playstation Network, Counter-Strike, Ведьмак, Cities: Skylines, World of Warcraft, Fallout, Hearthstone: Heroes of Warcraft, Grand Theft Auto (GTA), ...
  Электронные книги
В помощь студенту, Контрольные работы, Физика, Математика, Музыка, ноты, тексты песен, Чертежи, Рукоделие, Химия, Дипломы, Аттестация работников, Фантастика, Английский язык, ...
  Цифровые товары
Аккаунты Origin, Аккаунты Uplay, Разное, Аккаунты Fortnite, Аккаунты GTA V, Аккаунты Minecraft, iTunes & App Store, Игровые аккаунты, Аккаунты Steam, Аккаунты Xbox, Sms-reg.com, Анонимные прокси, ...
  Программное обеспечение
Антивирусы, Разблокировка телефонов, Принтеры, Windows, Приватные читы, Спортивные, Программы для сотовых телефонов, Шифрование, Защита ПК, ОС и сетей, Базы данных, Office, Программы > MMORPG, ...