Содержание к диссертации
Введение
1 Анализ существующих систем технического обслуживания и методов диагностирования 11
1.1 Формы технического обслуживания оборудования .11
1.2 Технологическое оборудование на УКПГ и методы оценки их технического состояния .18
1.3 Анализ методов диагностирования подшипниковых узлов 22
1.4 Выводы по главе 26
2 Система технического обслуживания роторного оборудования по фактическому состоянию 27
2.1 Переход к системе обслуживания по фактическому состоянию 27
2.1.1 Реализация системы обслуживания в производственных условиях .27
2.1.2 Основные принципы диагностирования роторного оборудования.. 31
2.2 Вибропригодность роторного оборудования 33
2.2.1 Свойства вибросигнала роторных механизмов 33
2.2.2 Классификация роторного оборудования по уровню вибрации .35
2.2.3 Статистика отказов и ремонтов роторного оборудования .40
2.3 Мониторинг технического состояния механизма и подшипников .43
2.3.1 Применяемые приборы диагностирования для сбора данных 43
2.3.2 Техническая реализация системы мониторинга 45
2.4 Выводы по главе 47
3 Диагностирование дефектов агарегата 49
3.1 Анализ соосности валов агрегатов в производственных условиях .49
3.2 Методы диагностирования расцентровки в экспертной системе 59
3.3 Выводы по главе 63
4 Диагностирование дефектов механизма 65
4.1 Диагностирование дисбаланса 65
4.1.1 Статический дисбаланс .68
4.1.2 Динамический небаланс 69
4.1.3 Дисбаланс консольного ротора 71
4.1.4 Алгоритм диагностирования дисбаланса в экспертной системе 72
4.1.5 Динамическая балансировка ротора в собственных опорах .73
4.1.6 Зависимость уровня вибрации механизма от степени дисбаланса ротора 77
4.2 Выводы по главе 79
5 Диагностирование дефектов подшипников .81
5.1 Частотные составляющие дефектов подшипников качения 81
5.2 Влияние дефектов подшипника на вибрацию 85
5.2.1 Влияние дефектов изготовления и сборки на вибрацию 85
5.2.2 Влияние дефектов эксплуатации на вибрацию подшипника 86
5.2.3 Влияние толщины смазочной пленки подшипника на параметры вибрации и ударных импульсов 87
5.3 Методы технического диагностирования подшипников 91
5.3.1 Диагностирование подшипников по СКЗ виброскорости 91
5.3.2 Метод анализа прямого спектра вибросигнала 95
5.3.3 Метод ПИК-фактора. .99
5.3.4 Метод анализа огибающей спектра вибросигнала. 101
5.3.5 Диагностирование подшипников по параметрам ударных импульсов 104
5.3.6 Диагностирование подшипников методом прямого спектра ударных импульсов 116
5.3.7 Сравнительный анализ методов диагностирования подшипников качения 117
5.4 Вибрационный контроль подшипников качения в производственных условиях 128
5.5 Прогнозирование остаточного ресурса подшипников качения .132
5.5.1 Расчет остаточного ресурса подшипников 134
5.5.2 Разработка программы корректировки остаточного ресурса подшипника 137
5.6 Выводы по главе 143
Основные результаты и выводы .145
Библиографический список 148
- Технологическое оборудование на УКПГ и методы оценки их технического состояния
- Мониторинг технического состояния механизма и подшипников
- Динамическая балансировка ротора в собственных опорах
- Влияние толщины смазочной пленки подшипника на параметры вибрации и ударных импульсов
Введение к работе
Актуальность работы
Насосное и вентиляционное оборудование составляет более 30% от общего числа технологического оборудования на установках комплексной подготовки газа (УКПГ) и ремонтируется согласно графику планово-предупредительных ремонтов (ППР). При этом зачастую возникает необходимость проведения ремонта технически исправного оборудования, либо объем ремонта не соответствует (как правило превышает) степени дефектного состояния.
При переходе к обслуживанию по фактическому состоянию наблюдается снижение удельных эксплуатационных затрат на поддержание оборудования в исправном состоянии более чем в 1,5 раза, за счет строгого соответствия объема и характера требуемых ремонтных работ в определенный момент времени степени поврежденности механизма и его узлов.
Актуальность данного вопроса обусловленна необходимостью оптимизации эксплуатационных затрат на поддержание оборудования в исправном состоянии, которая является наиболее регулируемой статьей проиводственных затрат предприятия. В соответствии с руководящим документом ОАО «Газпром» по порядку проведения технического обслуживания и ремонта технологического оборудования, регламентированный ремонт насосного и вентиляционного оборудования проводится, как правило, при невозможности его ремонта по техническому состоянию.
Реализация системы обслуживания по фактическому состоянию насосного и
вентиляционного оборудования на установках комплексной подготовки газа
требует точной и достоверной оценки технического состояния механизма в
процессе эксплуатации, без необходимости остановки и ремонтного
вмешательства, которое бы позволило прогнозировать динамику этого состояния в процессе эксплуатации, определить остаточный ресурс механизма и обеспечить безотказное функционирование механизма в течение назначенного периода времени.
Оценка технического состояния возможна по параметрам вибрации роторного механизма, в полной мере характеризующие присутствующие дефекты и глубину их развития. Большинство существующих экспертных систем по диагностике роторных механизмов обладают различной, как правило не достаточно высокой, степенью достоверности обнаружения дефектов, требуют больших капиталовложений и адаптации к конкретным производственным условиям (например, программное обеспечение иностранного производства).
Поэтому зачастую предприятия, в стремлении реализовать систему обслуживания по состоянию, сталкиваются с проблемами, связанными с неточным определением присутствующих дефектов при анализе больших объемов данных, регистрируемых современными диагностическими приборами, и интерпретации получаемых результатов.
Целью работы является повышение точности оценки фактического технического состояния насосного и вентиляционного оборудования в процессе эксплуатации на установках комплексной подготовки газа.
Тема и содержание диссертационной работы соответствует области исследования специальности 05.02.13 – «разработка и повышение эффективности методов технического обслуживания, диагностики, ремонтопригодности и технологии ремонта машин и агрегатов в целях обеспечения надежной и безопасной эксплуатации и продления ресурса».
Основные задачи исследования
1 Определение критериев диагностирования насосного и вентиляционного
оборудования на установках комплексной подготовки газа.
-
Исследование влияния расцентровки валов насосного оборудования и дисбаланса рабочего колеса вентиляционного оборудования на параметры вибрации.
-
Исследование влияния дефектов подшипников качения на параметры вибрации и ударных импульсов. Разработка методики расчета остаточного ресурса подшипника качения насосного и вентиляционного оборудования.
4 Разработка экспертной системы для оценки технического состояния роторного оборудования в процессе эксплуатации и ее использование для реализации системы обслуживания по состоянию на установках комплексной подготовки газа.
Научная новизна
1 Установлены значения виброскорости, уточняющие границы зон
вибрационных состояний для каждой марки вентилятора на установках
комплексной подготовки газа, в зависимости от мощности привода,
соответствующие неограниченной, допустимой, ограниченно допустимой и
недопустимой возможности дальнейшей эксплуатации механизма.
2 Установлены зависимости изменения параметров расцентровки валов на
примере насосных агрегатов марки ВВН-12М, величины дисбаланса рабочего
колеса на примере вентиляторов марки ВЦ4-70-16, от значения виброскорости.
Для насоса марки ВВН-12М произведено уточнение допустимого значения
параллельного смещения валов, составившее 0,2 мм, и впервые установлено
допустимое значение углового излома осей валов, равное 0,240.
3 Уточнена методика и проведены расчеты, позволяющие производить
корректировку базового расчетного ресурса подшипника насосного и
вентиляционного оборудования, в зависимости от грузоподъемности
подшипника, массы механизма и ротора, среднеквадратического значения (СКЗ)
виброускорения подшипниковых опор механизма, коэффициентов смазки и
температурного режима работы.
Практическая ценность
Разработаны и приняты к использованию в ООО «Газпром добыча
Уренгой» Уренгойского газопромыслового управления (УГПУ) на
газоконденсатном промысле №1А следующие технические решения:
- «Устройство для контроля технического состояния подшипников качения на промысле»;
- «Реализация безразборной динамической балансировки рабочих колес
вентиляционного оборудования в собственных опорах с использованием
анализатора «LEONOVA INFINITY»;
- «Методика расчета массы и места установки компенсационного груза для
динамической балансировки рабочего колеса методом трех разгонов»,
реализованная на языке программирования «DELPHI»;
- «Реализация системы контроля технического обслуживания и ремонта
динамического оборудования в АСУ ТП на базе технических средств «ALLEN
BRADLEY» на основе автоматического учета фактической наработки»;
«Упрощение процесса центровки валов насосных агрегатов путем установки регуляторов перемещения электродвигателя в горизонтальной плоскости»;
«Разработка регулируемой опоры электродвигателя для центровки насосных агрегатов».
Методы решения поставленных задач
Для решения поставленных задач использовались методы вибрационного диагностирования, теория колебаний роторных механизмов, спектрально-корреляционный анализ данных, аналитические и экспериментальные методы исследования работы и влияния дефектов роторного оборудования и подшипников на параметры вибрации и ударных импульсов. Информация для статистической обработки получена с помощью современных приборов измерения параметров вибрации и ударных импульсов, контроля соосности валов насосных агрегатов.
Основные защищаемые положения
1 Критерии по определению граничных значений четырех зон
вибрационных состояний для вентиляционного оборудования на установках комплексной подготовки газа.
-
Результаты анализа влияния изменений технического состояния насосного, вентиляционного оборудования и подшипников в процессе эксплуатации на вибрационное состояние механизма.
-
Уточнение методики корректировки базового расчетного ресурса подшипника качения насосного и вентиляционного оборудования в зависимости от грузоподъемности подшипника, массы механизма и ротора, СКЗ виброускорения подшипниковых опор механизма, коэффициентов смазки и температурного режима работы.
-
Система диагностических правил определения технического состояния насосного и вентиляционного оборудования в процессе эксплуатации по параметрам вибрации и ударных импульсов, использованные при разработке экспертной системы.
5 Реализация метода обслуживания по фактическому состоянию насосного
и вентиляционного оборудования на установках комплексной подготовки газа,
основанная на разработанной структурной схеме диагностирования с
использованием экспертной системы.
Апробация работы
Основные положения диссертационной работы докладывались и
обсуждались:
- на заседаниях кафедры нефтегазопромыслового оборудования УГНТУ;
- научно-технических конференциях студентов, аспирантов и молодых
ученых (Уфа, УГНТУ, 2012, 2013, 2014 г.);
- научно-практических конференциях УГПУ ООО «Газпром добыча
Уренгой» (Новый Уренгой, 2010, 2011, 2012, 2013 г.);
научно-практических конференциях молодых ученых и специалистов ООО «Газпром добыча Уренгой» (Новый Уренгой, 2011, 2012 г.);
региональной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов на базе ООО «Газпром добыча Уренгой» (Новый Уренгой, 2012 г.);
- научно-практической конференции молодых ученых и специалистов ООО
«Газпром добыча Ямбург» (Новый Уренгой, 2013 г.);
- всероссийской научной конференции на базе УГНТУ (Уфа, 2010 г.);
- всероссийской научно-практической конференции молодых ученых и
специалистов на базе РГУ им. Губкина (Москва, 2013 г.);
- XIV конференции молодых специалистов на территории Ханты-
Мансийского автономного округа – Югры (Ханты-Мансийск, 2014 г.).
Публикации
Основные результаты диссертационной работы изложены в 14 печатных работах, в том числе 9 статьях (4 из которых в журналах, входящих в перечень ВАК РФ) и тезисах 5 докладов.
Объем и структура работы
Технологическое оборудование на УКПГ и методы оценки их технического состояния
На сегодняшний день на УКПГ используется большое количество насосно-компрессорного оборудования (НКО). В УГПУ ООО «Газпром добыча Уренгой» для ведения технологических процессов подготовки газа применяется 16664 единиц оборудования. В таблице 1.1 представлен перечень технологического оборудования, используемое в УГПУ, количество, относительное соотношение и методы их диагностирования [116, 117].
Такое распределение характерно для большинства УКПГ. Роторное оборудование составляет 31% (5183 шт.) от общего числа технологического оборудования, к которому относится насосные и вентиляционные агрегаты [124]. Для роторного оборудования характерным является наличие вращающегося ротора, установленного на подшипниковых опорах корпуса. Соответственно, наиболее информативным методом для оценки ТС механизма и его деталей являются методы вибрационной диагностики. Связано это с тем, что параметры вибрации связаны с характером взаимодействия деталей роторного оборудования, происходящий по периодическому закону, источником которого является вращающийся ротор [32]. Изучению вопроса разработки методов определения технического состояния роторного оборудования посвящены работы В.А. Русова, А.С. Гольдина, А.Р. Ширмана, Г.Ш. Розенберга, М.Д. Генкина, А.Г. Соколова, А.Б. Соловьева, И.А. Биргера, С.Г. Бажайкина, Н.А. Баркова, Г.А. Баркова, А.С. Галеева, Е.И. Ишемгужина, Р.Н. Сулейманова, В.Н. Костюкова, А.П. Науменко, О.В. Филимонова, И.В. Прахова, С.Г. Каминского и др. [4-6, 8, 13, 16, 18, 29, 30, 32, 70, 73, 98, 105, 106, 113, 115, 122]. Вибродиагностика является одним из направлений ТД. Это отрасль знаний, которая содержит в себе основные методы и теории определения ТС механизмов по виброакустическому сигналу [42, 122]. Назначение ТД, как основы системы ОФС, заключается в выявлении неисправностей и предупреждении отказов, поддержании эксплуатационных показателей в заданных пределах, прогнозировании состояния в целях полного использования доремонтного и межремонтного ресурса и определении фактического ТС по параметрам вибрации механизма [42]. Виброакустический сигнал включает информацию о колебательных процессах, происходящих в функционирующем механизме с вращающимся ротором, и акустическом шуме, характеризующем качество работы взаимодействующих поверхностей деталей, тем самым отражая фактическое ТС узлов и отдельных деталей механизма и их качество совместной работы. Следует, что методики вибродиагностирования подходит для любого оборудования с вращающимся ротором, который генерирует колебательные процессы. Любое незначительное изменение виброакустического сигнала является следствием изменения характера взаимодействия элементов механизма, а значит отклонения ТС механизма от нормального [122].
Именно вибросигнал, обладая достаточно емкой информацией о работе механизма и его деталей, может являться достоверным показателем его состояния. Эффективность метода обусловлена связью используемой диагностической информации, содержащейся в вибросигнале, с динамическими процессами возбуждения и характера распространения колебаний в конструкциях, а также в возможности автоматизации процесса сбора и анализа данных с помощью современных диагностических приборов и вычислительной техники [15].
Практически мгновенная реакция вибросигнала на изменение ТС механизма является незаменимым качеством в аварийных ситуациях, когда необходима быстрая постановка диагноза, а также оперативное и своевременное принятие решения [122].
Построенная система обслуживания насосного и вентиляционного оборудования по виброакустическому сигналу, путем мониторинга изменения параметров вибрации, является наиболее эффективным и информативным методом контроля ТС [122].
Система ОФС реализуется на основе данных непрерывного (стационарные системы диагностики) или периодического (мобильные переносные анализаторы) мониторинга ТС оборудования [36].
В зависимости от назначения ТД, основных задач, глубины обследования и ожидаемого результата вибродиагностика подразделяется на три уровня [115]:
1 Оценка состояния агрегата в целом, сопоставление ТС агрегата (по уровню вибрации) к одному из заранее установленных четырех вибрационных состояний: А (хорошее), В (удовлетворительное), С (допустимое) и D (недопустимое). На практике достаточно проведение замеров общего уровня вибрации механизма (СКЗ виброскорости) обычным виброметром [33];
2 Оценка ТС на основании анализа спектра вибросигнала, включающая выявление неисправностей агрегата, механизма и его узлов, и разработку общих рекомендаций по устранению дефектов механизма [82];
3 Прогнозирование ТС и оценка остаточного ресурса деталей и узлов механизма для планирования объема, времени и характера работ по обслуживанию [9, 12].
Реализация вибродиагностического обследования на предприятиях требует: – повышения квалификации и обучения персонала, обслуживающих подконтрольное оборудование;
– приобретения диагностического оборудования;
– экономического стимулирования.
Для оценки состояния оборудования (вибродиагностика первого уровня) каждое предприятие должно иметь виброметр для измерения общего уровня вибрации, пользуясь которыми можно оценивать состояние эксплуатируемого роторного оборудования. При превышении допустимого значения вибрации для данного класса механизмов оборудование останавливается для обслуживания.
Выбор прибора для диагностики, учитывая разбросанность объектов, определяется следующими критериями: компактность, надежность, автономность питания, возможность длительного хранения данных замеров и перезаписи их в память стационарных компьютеров. На объектах ООО «Газпром добыча Уренгой» в качестве мобильного прибора для диагностики использован анализатор Leonova Infinity [83].
Мониторинг технического состояния механизма и подшипников
Первый этап внедрения системы ОФС в ООО «Газпром добыча Уренгой» включала в себя внешний осмотр и контроль на предмет обнаружения дефектов и повреждений, которые могли возникнуть при транспортировке, монтаже и приработке механизма, а также сбор и анализ параметров вибрации (СКЗ виброскорости) для оценки общего состояния механизма.
В совокупности это позволяет контролировать ТС механизма по вибропараметрам, а наблюдение за изменением отклонений указанных параметров в динамике и принятие по ним действий – как мониторинг развития неисправностей [9, 111].
Первые шаги по внедрению системы ОФС были сделаны в 2006 году, с приобретением анализатора ударных импульсов SРМ А 2011 (рисунок 2.8) [84] для измерения ударных импульсов и виброскорости подшипниковых узлов насосного оборудования перекачки конденсата на установке комплексной подготовки газа № 11В (УКПГ-11В) [111].
Затем был приобретен более современный диагностический прибор Leonova Infinity [83] (рисунок 2.9), спектр возможностей которого шире предыдущего аналога. Прибор позволяет производить следующие замеры [83, 130]:
– температура, скорость вращения, альтернативные измерения (поток, давление, уровень, напряжение, сила тока и пр.);
– интенсивность вибрации по ISO 2372 [132], интенсивность вибрации по ГОСТ 10816 [33], спектральный анализ вибрации, двухканальные измерения вибрации;
– уровень ударных импульсов, спектральный анализ ударных импульсов, тест на удар;
– однополосная и двухплоскостная балансировка, лазерная центровка горизонтальных и вертикальных валов, анализ орбит;
Существует две основные системы мониторинга и контроля ТС технологического оборудования [36]:
– мобильная, посредством переносных анализаторов (например Leonova Infinity), при котором осуществляется периодическое диагностирование по заданному маршруту измерений механизмов в предварительно обозначенных точках;
– стационарная, при помощи постоянно установленных датчиков непосредственно на корпусе механизма.
На рисунке 2.10 представлен датчик ударных импульсов стационарного типа, установка которого непосредственно на корпусе (как можно ближе к контролируемому подшипнику) позволяет вести непрерывный контроль ТС механизма. Крепление датчика производиться посредством резьбового крепления головки датчика к корпусу с отверстием.
Отличительной особенностью стационарной установки датчиков является непрерывный мониторинг ТС механизма, подшипника и его узлов, т.е. контроль параметров в любой момент времени (рисунок 2.11).
При мобильной системе мониторинга контроль ТС подшипника производится только при снятии регистрируемых параметров, периодичность которых определяется в зависимости от ответственности, количества оборудования, возможностей предприятия по обеспечению кадрового состава и количества мобильных анализаторов. Мобильная система обходится значительно дешевле, т.к. отсутствует необходимость закупки большого числа датчиков на каждую единицу оборудования с кабелями и монтажа аппаратуры.
Для проведения исследований были использованы традиционные места крепления датчиков измерительных приборов на подшипниковых узлах насосного оборудования, а также смонтированы дополнительные места (рисунок 2.12, 2.13).
К приборам диагностирования
1 Для реализации системы ОФС в производственных условиях разработан алгоритм диагностирования, где ключевым этапом является анализ данных, определяющий возможность дальнейшей эксплуатации, либо объем и характер необходимого ремонтного вмешательства.
2 Разработана экспертная система на языке программирования «Delphi», позволяющая диагностировать роторное оборудование и подшипники в режиме реального времени, производить анализ данных, и выдавать техническое заключение о фактическом состоянии механизма и прогнозируемый остаточный ресурс, которое является обоснованием возможности дальнейшей эксплуатации механизма, либо необходимости проведения ТО. Набор различных методов диагностирования в ЭС позволяет оценить степень обнаружения неисправностей: для насосного оборудования составляет 85%, для вентиляционного 90%.
3 Установлены СКЗ виброскорости, определяющие границы зон вибрационных состояний (А – хорошее, В – нормальное, С – удовлетворительное, D – неудовлетворительное) для каждой марки вентилятора, эксплуатируемые на УКПГ. Это позволяют индивидуализировать критерии диагностирования вентиляционного оборудования каждой марки, тем самым обеспечив обнаружение дефектов на более ранних стадиях их развития.
Данная классификация по уровню вибрации адаптирована под применяемый парк вентиляционного оборудования УКПГ, и для других марок вентиляторов определение значений границ зон вибрационных состояний А, В, С, D производится по приведенным мощностным диапазонам привода вентилятора.
Динамическая балансировка ротора в собственных опорах
Балансировка рабочего колеса вентилятора заключается в определении значений и углов дисбалансов ротора и уменьшении их корректировкой его масс [40].
Существующая методика динамической балансировки методом трех пусков в собственных опорах [77] предполагает замер начального уровня виброскорости (V0), затем трехкратный последовательный замер виброскорости (V1, V2, V3) с установкой пробного груза (рисунок 4.6) на рабочем колесе в трех точках под углом 1200 против направления движения часовой стрелки.
Расчет массы пробного груза производится по следующей формуле [77]: где mпр – масса пробного груза, кг; m – масса балансируемой детали (рабочее колесо вентилятора), кг; g – ускорение свободного падения, м/с2; r – радиус окружности, на которой устанавливается пробный груз, м; w – угловая скорость рабочего колеса вентилятора, об/мин.
Графическим методом на бланке специальной формы (рисунок 4.7, а) определяется угловое расположение компенсационного груза (, град) на рабочем колесе и теоретическая виброскорость (Vt), необходимая для расчета массы компенсационного груза [77].
Расчет производится путем поиска точки пересечения двух векторов наибольших виброскоростей (с установкой пробного груза), из нулевой точки графика в соответствующем масштабе (рисунок 4.7,б). Масса компенсационного груза рассчитывается по следующей формуле Полученные значения виброскорости приведены в таблице 4.1. Значения СКЗ виброскорости вентилятора марки ВЦ4-70- mпр, грамм Vо, мм/с V1, мм/с V2, мм/с V3, мм/с Представленная методика был реализована в ЭС (приложение Ж) в дополнительном окне программы проведения балансировки (рисунок 4.8). Расчет массы и места установки компенсационного груза при динамической балансировке с помощью ЭС В основу работы программы заложен графоаналитический метод расчета массы (mк) и углового положения () компенсационного груза, позволяющая производить данный расчет в автоматическом режиме [77]. Необходимые данные заносятся в соответствующие графы окна программы, после которого производится расчет.
В результате балансировки рабочего колеса вентилятора марки ВЦ4-70-16 значение виброскорости удалось снизить с 7,9 мм/c до 2,3 мм/с, что отражено на графике мониторинга виброскорости (рисунок 4.9), а также подтверждается на спектре (рисунок 4.10).
Для имитации различной степени дисбаланса на рабочем колесе вентилятора марки ВЦ4-70-16 производилась установка пробных грузов различных масс (рисунок 4.6), которая позволила построить функциональную зависимость уровня вибрации (СКЗ виброускорения) корпуса механизма от степени дисбаланса ротора.
При вращении рабочего колеса пробный груз будет создавать дополнительную нагрузку на подшипниковую опору, равную центробежной (радиальной) силе инерции массы пробного груза, согласно приведенной формуле [122]: где т - масса пробного груза, со - угловая скорость вращения рабочего колеса; г - расстояние установки пробного груза от оси вращения.
При установке пробных грузов различных масс производился замер СКЗ виброускорения в горизонтальном и вертикальном направлении подшипниковых опор вентилятора марки ВЦ4-70-16 (зав. № 4315, 3143, 3832, 2643, 1645), результаты которого приведены в приложении И.
Согласно полученным значениям установлена эмпирическая зависимость уровня виброускорения корпуса механизма от центробежных сил инерций несбалансированных масс вращающегося ротора механизма, линейная аппроксимация которой выражена формулой: где А - виброускорение корпуса вентилятора, Fr - радиальная динамическая нагрузка на подшипниковую опору. Полученный коэффициент детерминации R2 = 0,831 (рисунок 4.11).
Экспоненциальная аппроксимация данной зависимости выражена Коэффициент детерминации R2 = 0,946 (рисунок 4.12).
Влияние толщины смазочной пленки подшипника на параметры вибрации и ударных импульсов
Недостаточное количество смазки при монтаже подшипника можно классифицировать к дефектам сборки, а снижение количества, ухудшение и загрязнение смазки к дефектам эксплуатации (механические примеси, потеря смазывающих свойств, коксование и т.д.) [122].
Нарушение условий смазки является наиболее распространенной причиной повреждения бездефектного подшипника. Неудовлетворительное состояние смазки является дефектом, который неминуемо ведет к приближению начала образования и ускорению развития повреждения наиболее подверженных износу деталей подшипника, т.е. является своеобразным катализатором всех протекающих деградационных процессов. Проявляется некачественная смазка на высокочастотной вибрации, приблизительно в области 900...1600 Гц с интервалом в 80...130 Гц [122].
Типичная толщина пленки смазки лежит в диапазоне от 0 до 0,75 мкм (это исключительно тонкая пленка). Человеческий волос имеет толщину примерно 40 мкм (в 80 раз больше средней толщины смазочной пленки). В данном примере на рисунке 5.1 толщина пленки примерно равна 0,5 мкм. [2].
Шероховатость поверхности или средняя высота неровностей примерно составляет 0,1 мкм. В сравнении с толщиной пленки смазки (S, мкм) площадь ее в зоне контакта огромна – примерно в 400 раз больше толщины [2].
Типичная площадь контакта примерно равна 5 диаметрам человеческого волоса, то есть более 200 мкм. За счет переноса нагрузки подшипника давление на смазку в центре зоны контакта примерно составляет 10000 атмосфер. Это эквивалентно давлению воды на глубине 100 километров [2].
При оценке сигнала ударных импульсов необходимо учитывать скорость вращения и размеры подшипников, так как амплитуда сигнала является функцией скорости соударения тел [72]. Исследования показали, что геометрия подшипника и число тел качения, несущих нагрузку, также являются важными факторами [130]. При измерении состояния смазочной пленки следует различать 9 отдельных типов подшипников (шариковые, роликовые, цилиндрические, конические и пр.). Основная разница между шариковыми и роликовыми подшипниками заключается в форме и площади контакта между телами качения и дорожкой. Шарики имеют контакт в виде точки, ролики – в виде линии (рисунок 5.2) [53]. Распределение нагрузки и давления в зоне контакта определяет характер и величину ударных импульсов. Для исправного подшипника сигнал с датчика ударных импульсов прибора Leonova Infinity отражает неравномерность контактного давления в зоне взаимодействия колец подшипника с телами качения. Таким образом, значение уровня ударных импульсов обратно пропорционально толщине смазочной пленки подшипника. Повреждение подшипника вызывает возрастание сигнала ударных импульсов, идущих с нерегулярными интервалами [72].
Можно сравнить характер образования ударных импульсов с движением автомобиля (рисунок 5.3) [2]:
а) по гладкой и ровной дороге;
б) по неровной, например грунтовой дороге;
в) по дороге с значительными неровностями, колдобинами и выбоинами.
Фирмой SPM (Швеция) было проведено множество экспериментов с подшипниками разных марок и размеров, с различными условиями смазки и нагрузки, для определения соотношения между характером проявления и значением уровня ударных импульсов и ТС подшипника. В результате было достигнуто определение состояния подшипника по уровню ударных импульсов, для которого необходимо введение только скорости вращения и типа подшипника (цилиндрический, конический, шариковый и т.д.) [72, 130].
