3.2.4. Задевания

Русов В.А. "Диагностика дефектов вращающегося оборудования по вибрационным сигналам" 2012 г.

3.2. Дефекты оборудования уровня «механизм»

Эта группа дефектов в литературе описывается терминами «задевания» и «затирания», причем какой-то внятной разницы между этими терминами нами обнаружено не было. Вероятнее всего, термином «затирание» описываются процессы, которые технологически допустимы для данного оборудования, а термином «задевания» обозначаются явления, недопустимые для данного типа вращающегося оборудования. В любом случае четкой грани между ними нет, один термин может плавно заменяться другим, даже в рамках одного абзаца текста. Кроме того, по своим диагностическим признаком оба этих типа «касания» элементов механизма друг о друга дают практически одинаковую частотную картину в спектрах вибрационных сигналов.

Задевания и затирания элементов оборудования друг о друга, возникающие по различным причинам, имеют место в процессе работы оборудования достаточно часто. По своему происхождению эти дефекты, как мы уже только что отметили выше, могут быть разделены на две группы:

  • Нормальные, конструктивно предусмотренные задевания и затирания в герметизирующих уплотнениях. Такие уплотнения практически всегда используются в насосах, компрессорах, и «тяго - дутьевом» оборудовании, где служат для поддержания необходимого давления в рабочей части механизма.
  • Аварийные задевания и затирания, возникающие как итог, или даже финальная стадия проявления в контролируемом оборудовании дефектов другого типа. К таким дефектам можно отнести, например, большой износ опорных подшипников, уменьшение или увеличение различных технологических зазоров и уплотнений, искривление конструкций, попадание в рабочую зону посторонних предметов и т. д.

Если в первом случае вибрационные признаки задевания не диагностируют наличия в оборудовании каких-либо значительных дефектов состояния, то во втором случае они являются признаком недопустимых задеваний или затираний. Классическим примером дефектов этой группы является задевание ротора электродвигателя о неподвижную часть конструкции после возникновения механического ослабления в подшипнике, приведшего к значительному увеличению зазора в нем и просадке ротора на величину, большую, чем величина зазора между ротором и статором.

Механическое ослабление при этом становится настолько сильным, что приводит не к нормальному вращению ротора в подшипнике, а к его обкатыванию по внутренней поверхности подшипника. При этом ротор  начинает уже задевать об корпуса уплотнений и иные неподвижные конструктивные элементы агрегата.

Задеванием в практике называют обычно процесс прямого механического контакта вращающихся частей ротора с неподвижными элементами конструкции агрегата или фундамента. На практике используют специальный термин «задевание железом по железу». Такой прямой механический контакт ротора о неподвижные конструкции может иметь локальный характер, но только на начальных стадиях возникновения дефекта. На последних стадиях своего развития задевание элементов друг о друга происходит практически непрерывно, в течение всего оборота ротора контролируемого механизма.

Самым первым признаком наличия в оборудовании задеваний или затираний недопустимой природы возникновения является появление специфического шума, издаваемого оборудованием с дефектом. Не услышать такой шум, даже находясь на значительном удалении от оборудования, практически невозможно, если даже не использовать при этом каких-либо диагностических приборов. Это звук значительно отличается от всех других звуков, сопровождающих нормальную Рис. 3.2.4.1. Вибрационный сигнал, и его спектр, соответствующий случаю задеваний ротора о статор электродвигателя работу оборудования.

На рисунке 3.2.4.1. приведен график изменения во времени вибрационного (рафинированного, т. е. очищенного от второстепенных гармоник) сигнала, зарегистрированного на подшипнике электродвигателя при наличии задевания ротора о статор.

Если анализировать форму этого сигнала, то сразу можно определить фазовую зону, при положительных значениях вибрационного сигнала, в которой происходит задевание ротора. В этой зоне имеется своеобразный «зеркальный отскок ротора», выраженный в смене фазы вибрационного сигнала. Верхняя часть вибрационного сигнала в этой зоне не возрастает, а убывает. Начало отскока характеризуется некоторым импульсным высокочастотным пиком.

На графике вибрационного сигнала хорошо можно выделить момент времени, когда происходит задевание ротора о статор электродвигателя. При этом верхняя часть синусоиды деформирована и даже носит в себе элементы колебательного процесса. После выхода ротора из зоны задевания форма временного сигнала "восстанавливается" и процесс колебания идет по синусоиде основной гармоники вибрации. В данном примере задевание "срезает" положительный пик синусоиды.

Рис. 3.2.4.2. Спектр вибрационного сигнала при развитом дефекте типа «задевание за уплотнение» Спецификой спектральной картины резонансных колебаний при задеваниях и затираниях является то, что обычно все несинхронные компоненты спектра сосредотачиваются вблизи синхронных. На общем спектре вибросигнала это выражается не в общем поднятии уровня спектра, а в «уширении» основания некоторых синхронных гармоник, частоты которых близки к частотам собственных резонансов элементов конструкции. Количество таких «уширенных» гармоник в спектре обычно не превышает двух, а чаще всего бывает одна. Такой спектр приведен на рисунке 3.2.4.2.

Часто затиранием в спектре вибросигнала возбуждаются целые семейства дробных гармоник, начиная от кратности 1/2 от частоты вращения ротора, кончая кратностью 1/5. Чаще всего и наиболее сильными в спектре вибросигнала при затирании являются дробные гармоники с порядковыми номерами 1/2, 3/2, 5/2, 7/2 и т. д. от оборотной частоты вращения ротора. Эти гармоники тоже можно отнести к синхронным компонентам спектра вибросигнала.

Задевание ротора о конструкцию обычно возбуждает много гармоник различной частоты, причем достаточно большая часть мощности вибросигнала сосредоточена в области высоких частот. Классические, «жизненные» примеры задевания и затирания известны всем читателям данного руководства - это трение (задевание) «железом по стеклу», или движение мела по школьной доске. Спектр этих звуков не любим многими, причем причина этой нелюбви именно в наличии большого количества высокочастотных компонент.

Спектр вибрации при задевании напоминает чем-то спектр, возникающий при механическом ослаблении, такое же большое количество гармоник, также одна из гармоник имеет максимальную мощность за счет уширения в нижней части, но при этом есть и существенные отличия. Если при механическом ослаблении дробных гармоник с кратностью 1/2 обычно не бывает больше трех, то при задевании число таких гармоник в спектре велико, и практически равно числу имеющихся целых гармоник.

Задевания очень хорошо диагностировать при помощи прослушивания «на слух» при помощи стетоскопа, наушников, подключенных к виброметру  или просто сухой деревянной палочки. При этом очень легко определяется место с максимальным уровнем специфического шума от задевания.

Каждому типу задевания соответствует специфический характер шума от задевания. При прослушивании можно наблюдать достаточно широкий диапазон звуков - от резкого звука короткой продолжительности, напоминающего удар, до характерного «воя и визга».

Часто задевание генерирует поднятие спектра на частоте собственного резонанса одного из трущихся элементов. На спектре есть, как обычно, много целых и дробных гармоник, но большая часть мощности вибросигнала сосредоточена в области собственного резонанса конструкции. Такая картина чаще всего наблюдается при затираниях в уплотнениях, когда мощность от такого дефекта не очень велика по величине, но значительно "размазана" по частотному диапазону значительной ширины.

Внешне такое проявление затирания выглядит как один или несколько «горбов» на спектре. Частота этих «горбов» не связана с частотой вращения, а полностью определяется собственными частотами резонанса различных элементов конструкции. Это, в основном, несинхронные компоненты спектра.

Эти «горбы» на спектре могут возникать и по другим причинам. Конструкция может «звенеть» на резонансной частоте неизвестно какого элемента механизма. Поэтому к диагностике по таким горбам нужно относиться с большой осторожностью, причина их появления в спектре не всегда однозначна.