Основы анализа вибрации

Существуют различные методы неразрушающего контроля (NDT), которые мы можем использовать для оценки состояния различных компонентов машины без необходимости останавливать и разбирать оборудование. Анализ вибрации - важный инструмент неразрушающего контроля, используемый во многих отраслях промышленности.

В этой статье мы подробно рассмотрим тонкости процесса анализа вибрации, параметры, инструменты и варианты использования.

Почему вибрация?

Вибрация возникает во всех движущихся машинах во время работы. Каждый материал имеет характерный образец вибрации в определенных условиях. Измерение, запись и изучение изменений этих характеристик вибрации могут быть использованы для понимания изменений в самом исследуемом материале.

Что такое анализ вибрации?

Анализ вибрации - это процесс, который использует сигналы вибрации для выявления аномалий в образцах вибрации. Изменение характера вибрации указывает на изменение физических свойств тестового объекта.

При обслуживании оборудования анализ вибрации помогает нам отслеживать и оценивать состояние нашего оборудования.

Когда наблюдается аномальная картина, мы можем провести анализ первопричин, чтобы определить причину изменения. Как только мы узнаем об этом, мы можем запланировать соответствующие корректирующие действия по техническому обслуживанию, если это будет сочтено необходимым.

Где и когда он используется?

Анализ вибрации подходит для тестирования компонентов, которые испытывают вращательное движение, то есть компонентов, испытывающих скручивающие силы. Он используется для проверки или отслеживания условий:

• подшипники, шестерни, валы, роторы
• двигатели, вентиляторы, трансмиссии, редукторы
• насосы, поршневые двигатели, компрессоры и другие поршневые машины.

Не воспринимайте это как полный список - анализ вибрации имеет гораздо больше нишевых приложений и не ограничивается только вращающимися механизмами или вибрацией оборудования.

Например, данные о вибрации могут быть собраны для измерения изменений и колебаний электрических и магнитных полей, а также для контроля структурной целостности мостов, труб и другой инфраструктуры.

Проверка редукторов

Сломанные шестерни - обычное дело в коробках передач. Сломанные шестерни вызовут много повреждений, прежде чем вы сможете увидеть что что-то не так. Анализ вибрации помогает выявить сломанные зубья шестерни на ранней стадии без необходимости что-либо разбирать.

Таким образом, мы можем создать наряд на выполнение работ и устранить проблему до того, как она вызовет катастрофический сбой.

Выявление дефектов подшипников

Неисправности подшипников вызывают чрезмерную вибрацию машин с вращающимися частями. Мониторинг состояния подшипников с помощью анализа вибрации помогает выявлять отказы подшипников и предпринимать соответствующие корректирующие действия.

Анализ вибрации позволяет определить точный дефект подшипника, который может включать:

• обратная загрузка
• ложный бринеллинг
• перегрев
• усталость
• коррозия
• проблемы с подгонкой
• несовпадение
• дисбаланс

Мониторинг состояния трубопроводов

Нефтепроводы - еще один прекрасный пример скрытых операций. Распространенной проблемой здесь является коррозия, которая может привести к утечкам и возгоранию. Как вы уже, наверное, догадались:используя данные о частотах колебаний и вибрации, можно анализировать и измерять коррозию внутри трубопроводов с помощью анализа вибрации.

Корродированные трубы, по которым жидкость проходит с фиксированной скоростью потока, имеют другие характеристики вибрации по сравнению с здоровым трубопроводом с такой же скоростью потока.

Процесс анализа вибрации

Стандартные шаги, которые нам необходимо предпринять для выполнения анализа вибрации:

1. Определите базовый уровень . Проведите анализ вибрации на машине, которая работает с идеальными характеристиками. Уровни вибрации записываются, чтобы служить в качестве основы для этого (типа) машины.
2. Разработайте распорядок . Анализ должен проводиться через регулярные промежутки времени. Выберите подходящий интервал для проведения анализа вибрации. Выбранный интервал должен отражать характеристики машины и условия эксплуатации. (Если вы устанавливаете датчики для потоковой передачи данных вибрации в реальном времени, вы можете пропустить этот шаг.)
3. Стандартизируйте процесс . Инструменты и методы, используемые для выполнения анализа вибрации, должны быть стандартизированы. Использование одного и того же оборудования с последовательными СОП должно дать сопоставимые результаты.
4. Обеспечьте ведение записей . Результаты всех периодических анализов необходимо сохранять. Это помогает вести учет исторических данных машины. Это важно для продолжения анализа. (Если у вас есть онлайн-система мониторинга, она автоматически сохранит прошлые данные о вибрации.)
5. Выполните анализ вибрации . Результат каждой проверки по анализу вибрации сравнивается с исходными данными для выявления аномалий и дефектов и выполнения необходимых работ по техническому обслуживанию.

Параметры измерения вибрации

Каждая вибрация, представленная в виде волны, имеет частоту, амплитуду и период:

• Частота :Это количество колебаний, возникающих каждую секунду. Частота измеряется в герцах (Гц).
• Амплитуда :Это максимальное смещение волны от положения равновесия. Среднеквадратичное значение - это обычно используемое значение амплитуды.
• Период :Время между двумя пиками или впадинами сигнала - это период. Он измеряется в секундах или других подходящих единицах времени. Период обратно пропорционален частоте.

При анализе вибрации амплитуда измеряется и записывается по трем физическим параметрам. Это:

• Смещение :Представляет расстояние между исходным положением компонента и максимальным положением, до которого он отклоняется. Он измеряет, насколько перемещается компонент. Единицы измерения - миллиметры (мм), микрометры (мкм) или другие соответствующие единицы измерения смещения.
• Скорость :Представляет смещение за единицу времени. Это мера того, насколько быстро компонент вибрирует. Единицы измерения - миллиметры в секунду (мм / с) или микрометры в секунду (мкм / с).
• Ускорение :Представляет скорость изменения скорости. Это максимальное значение, когда движение компонента меняется на противоположное. Он измеряется в миллиметрах на секунду в квадрате (мм / с2) или микрометрах на секунду в квадрате (мкм / с2).

Вибрацию можно разделить на три категории в зависимости от человеческого восприятия; что-то, что мы можем видеть, ощущать прикосновением или слышать. Источник: Корпорация IMV

Требуется ли вам специальное оборудование для анализа вибрации для выполнения ВА?

Ответ положительный. Мы не можем измерить вибрацию отверткой. Давайте кратко обсудим важное оборудование для анализа вибрации, о котором вам следует знать.

Датчики вибрации

Различные параметры вибрации измеряются датчиками разных типов. Следовательно, мы можем различать датчики перемещения, датчики скорости и акселерометры.

Чаще всего используются датчики акселерометра, такие как пьезоэлектрические акселерометры, микроэлектромеханические датчики (МЭМС), бесконтактные датчики, лазерный доплеровский виброметр и т. Д.

Датчики вибрации различных типов

Какой датчик купить? Что ж, это зависит от вашего приложения. Помимо цены покупки, вы должны учитывать такие особенности, как:

• амплитуда вибрации
• чувствительность
• пропускная способность
• шум
• варианты монтажа датчика
• количество осей, которые он может охватить за один раз
• частота дискретизации

Мы не будем вдаваться в подробности здесь, но для всех, кто хочет узнать больше об этих функциях, прочтите это замечательное руководство по выбору правильного датчика для анализа вибрации.

Программное обеспечение для анализа вибрации

Вот краткий список различных программ для анализа вибрации, с которыми мы столкнулись при написании этой статьи:

• EI Analytic
• Vibinspect от ReVibe Energy
• Dplot
• Управляющее программное обеспечение от Vibration Research
• ProAnalyst от Xcitex
• Лабораторное программное обеспечение от enDAQ
• FEMtools

Некоторые из этих решений используются специально для анализа вибрации, в то время как другие являются частью более крупных программных пакетов, которые имеют много других приложений. Перед совершением покупок проявите должную осмотрительность.

Система онлайн-мониторинга вибрации

Система онлайн-мониторинга вибрации представляет собой установку, в которой:

• вы установили датчики вибрации на свое критически важное оборудование.
• эти датчики непрерывно отправляют данные в реальном времени в облако.
• выбранное вами программное обеспечение для вибрации считывает и анализирует входящие данные о вибрации и выдает предупреждения и рекомендации.

На основе анализа вы можете запланировать соответствующие действия по техническому обслуживанию.

Портативное оборудование для мониторинга вибрации

Установка датчиков - не единственный способ получить данные о вибрации. Инженеры и техники по обслуживанию портативного вибрационного оборудования могут использовать множество портативных устройств для измерения вибрации.

Портативное оборудование для мониторинга вибрации

Переносные измерители вибрации очень полезны для организаций, которые проводят техническое обслуживание по состоянию. Они могут использовать компьютеризированную систему управления техническим обслуживанием (CMMS) для планирования регулярных измерений вибрации для различных компонентов / машин.

«Анализатор» при анализе вибрации

Данные с датчиков вибрации и оборудования собираются и записываются с помощью программных средств сбора данных. Программа записывает данные в одном из двух форматов (или в обоих):

1. Временной сигнал :Временной сигнал - это необработанные данные с датчика. Две переменные, составляющие форму волны, - это амплитуда и время. В настоящее время его использование становится все более редким.
2. Быстрое преобразование Фурье (FTT) :Волна быстрого преобразования Фурье генерируется из временного сигнала. Амплитуда представлена ​​как частота в зависимости от времени. Компьютерные технологии сделали БПФ гораздо лучшим инструментом для анализа состояния машин.

Данные о вибрации от датчика могут быть проанализированы обученными аналитиками вибрации или инженерами по надежности. Компьютерные алгоритмы и инструменты анализа также могут использоваться для обнаружения аномалий и проверки работоспособности тестируемых компонентов.

Использование анализа спектра FTT для анализа вибрации. Источник: Корпорация IMV

Анализ формы сигнала во времени может показать, есть ли у испытуемого дефекты. Но он не может определить причину аномалии . С другой стороны, с помощью быстрого преобразования Фурье мы можем точно определить основную причину дефекта.
<
Давайте покажем это на примере.

Представьте, что вы выполняете реальный анализ вибрации системы с двигателем, ремнем и приводным валом. Данные о вибрации регистрируются соответствующими датчиками и записываются с помощью программного обеспечения анализатора. Данные фиксируются в виде простой временной формы сигнала. Вы можете определить аномалию по базовой линии. Но не более того. Временной сигнал не может определить, связана ли неисправность с двигателем, ремнем или приводным валом.

Вот где в игру вступает БПФ. Поскольку БПФ дает дискретные формы сигналов для каждого из различных компонентов (двигатель / ремень / приводной вал) , вы можете определить точное местоположение дефекта, что в конечном итоге приведет к гораздо более короткому времени простоя. Использование алгоритмов для проведения анализа сделало БПФ более точным и точным.

Обучение, сертификация и аккредитация

Анализ вибрации проводится инженерами по надежности и обученными аналитиками вибрации. Существуют институты, которые обучают и сертифицируют аналитиков вибрации и инженеров по надежности для выполнения анализа вибрации:

• Американское общество неразрушающего контроля (ASNT) является пионером в аккредитации инженеров по надежности для неразрушающего контроля. Анализ вибрации является частью курсов и сертификатов ASNT.
• Институт вибрации предназначен для обучения и сертификации аналитиков вибрации. Диапазон сертификации: Категория I . в категорию IV аналитики вибрации. Институт вибрации признан Американским национальным институтом стандартов (ANSI).
• Институт Мебиуса обеспечивает обучение по мониторингу состояния, техническому обслуживанию и проектированию надежности активов. Они предлагают обучение и сертификацию по анализу вибрации. Сертификаты института аккредитованы Международной организацией по стандартизации (ISO).

Отметим также, что Министерство труда США также признает специалистов по неразрушающему контролю. Сюда входят специалисты, специализирующиеся на анализе вибрации. Кроме того, в каждой стране есть своя собственная система сертификации и аккредитации для признания квалифицированных инженеров по надежности.

Анализ вибрации и обслуживание оборудования

Вот краткие объяснения того, как измерения вибрации могут помочь в сценариях профилактического и реактивного обслуживания.

Использование анализа вибрации для профилактического обслуживания

Знание того, когда и почему выйдет из строя компонент или машина, является ключом к успешным программам профилактического обслуживания. Анализ вибрации предоставляет полезные точки данных, которые вы вводите в свою модель прогнозных данных, чтобы повысить ее точность при прогнозировании отказов оборудования.

Чтобы получить максимальную отдачу от анализа вибрации и прогнозной аналитики, вы должны объединить их с современным программным обеспечением CMMS, таким как Limble. Limble может обмениваться данными с вашим датчиком вибрации и, в зависимости от того, как вы его настроили, автоматически запускать экстренные рабочие задания.

Запущенный WO в Limble CMMS на основе данных датчика вибрации

Использование анализа вибрации для поломок и корректирующего обслуживания

Анализ вибрации также может быть полезен в реактивном сценарии. Вы можете выполнить анализ вибрации в рамках процесса обслуживания неисправности, чтобы помочь определить основную причину неисправности. Это поможет вам:

1. предпринять соответствующие действия по устранению неисправности.
2. предотвратить подобный сбой в будущем.

Если вы используете Limble CMMS, технические специалисты могут оставлять комментарии при закрытии рабочего задания, оставляя важные заметки об обнаруженных причинах сбоев, данных вибрационных испытаний, состоянии оборудования и времени простоя.

Эти данные могут использоваться:

• инженеры по надежности при выполнении анализа отказов.
• менеджеров по техническому обслуживанию для оценки затрат на техническое обслуживание.
• другими техническими специалистами для ускорения будущих процессов поиска и устранения неисправностей и ремонта этого типа оборудования.

Преимущества и ограничения вибрационного анализа

Как и любой другой инструмент или метод технического обслуживания, анализ вибрации имеет определенные преимущества и ограничения. Знание этого поможет вам определить жизнеспособные варианты использования анализа вибрации на заводе

Преимущества анализа вибрации:

• Его можно использовать для мониторинга труднодоступных компонентов без плановых отключений.
• При правильной настройке его можно использовать удаленно.
• Он может предоставить информацию о состоянии ваших критически важных активов в режиме реального времени.
• Существует множество установленных СОП, методологий и программного обеспечения, которые можно использовать для упрощения процесса анализа вибрации.
• В настоящее время существует множество коммерчески доступных датчиков, разработанных для отслеживания конкретных условий эксплуатации.

Ограничения анализа вибрации:

• Для правильного выполнения анализа вибрации необходимы опыт, обучение и сертификаты.
• Его нельзя использовать для отслеживания быстро движущихся дефектов (дефектов, которые быстро распространяются по машине).
• Это требует предварительных вложений в вибрационное оборудование и программные инструменты.
• Локализация неисправности может быть сложной задачей.

Когда все сказано и сделано, мониторинг вибрации является мощным союзником для любой организации, которая проводит профилактическое обслуживание или техническое обслуживание на основе состояния. При этом любому внедрению датчиков и инструментов должен предшествовать анализ затрат и выгод.

Ранняя пташка получает червяк

Как можно более раннее выявление износа оборудования может сэкономить вашей организации кучу денег в долгосрочной перспективе, особенно если ваши бизнес-процессы зависят от дорогостоящих материальных активов.

Благодаря большему пространству передышки у вашей группы технического обслуживания будет достаточно времени, чтобы заказать запасные части, выделить необходимые инструменты и составить график работ по техническому обслуживанию в координации с производственными и другими отделами.

Благодаря CMMS, анализу вибрации и другим инструментам мониторинга состояния организация работ по техническому обслуживанию никогда не была такой простой.