Что такое СКЗ ?

Самый простой способ определить состояние агрегата - это измерить простейшим виброметром СКЗ вибрации и сравнить его с нормами. Нормы вибрации определены рядом стандартов, либо указываются в документации на агрегат и хорошо известны механикам.

А что же такое СКЗ ? СКЗ - это Среднее Квадратическое Значение какого-либо параметра. Нормы обычно приводятся для виброскорости, и поэтому чаще всего звучит сочетание СКЗ виброскорости (иногда говорят просто СКЗ). В стандартах (ГОСТ ИСО 10816-1-97) определен метод измерения СКЗ - в частотном диапазоне от 10 до 1000 Гц и ряд значений СКЗ виброскорости: ... 4.5 мм/с, 7.1, 11.2, ... - они отличаются примерно в 1.6 раза. Для разных по типу и мощности агрегатов задаются значения норм из этого ряда.

В английском языке используется обозначение RMS (Root Mean Square).

Физическая суть параметра СКЗ виброскорости состоит в равенстве энергетического воздействия на опоры машины реального вибросигнала и фиктивного постоянного, численно равного по величине СКЗ.

Математика СКЗ

СКЗ

Мы имеем временной сигнал виброскорости длиной 1024 отсчетов (wave[1] ... wave[1024]), снятый АЦП с частотой дискретизации 2560 Гц.

Тогда СКЗ всего сигнала вычисляется по формуле rms1. Суммируются квадраты всех отсчётов сигнала. При вычислении СКЗ по временному сигналу мы вынуждены применять какие-либо фильтры (аппаратные или программные) для выделения нужного частотного диапазона 10-1000 Гц.

Еще проще формула rms2 для вычисления СКЗ по амплитудному спектру. В формуле СКЗ по спектру индекс i перебирается не с первого до последнего отсчёта, а с отсчёта, соответствующего 10 Гц до отсчёта, соответствующего 1000 Гц. Фомула СКЗ не зависит от количества отсчётов n. Поэтому можно брать спектр (сигнал) с небольшим количеством отсчётов.

Пример для Wolfram Mathematica, используемый в статье, для экспериментов

Рассмотрим примеры расчёта СКЗ:

Сигнал wave состоит из двух гармоник Амплитуда1=5 мм/сек Частота1 = 50 Гц, Амплитуда2=3 мм/сек Частота2 = 20 Гц и случайного шума амплитудой +-2 мм/сек.

wave := Table[ N[5*Sin[50*(t*dx + 7)*2*\[Pi]] + 3*Sin[20*(t*dx + 0)*2*\[Pi]] + RandomReal[{-2, 2}]], {t, 0, n - 1}]

СКЗ Сигнал = 4.33

СКЗ Спектр = 4.23

СКЗ

Значение СКЗ по временному сигналу несколько больше, чем по спектру, так как в нем есть частоты менее 10 Гц, а в спектре мы их выбросили.

Если в примере убрать последнее слагаемое RandomReal[], добавляющее шум, то значения точно совпадут:

СКЗ Сигнал = 4.12

СКЗ Спектр = 4.12

СКЗ

Если увеличить шум, например RandomReal[{-5, 5}]], то расхождение будет еще больше.

Другие интересные свойства СКЗ:

Значение СКЗ не зависит от частоты гармоники, конечно, если она попадает в диапазон 10-1000 Гц (попробуйте поменять числа 50 и 20) и от фазы (поменяйте 7 в выражении (t*dx + 7)) на что-нибудь другое). Зависит только от амплитуды (числа 5 и 3 перед синусами).

Если в сигнале есть постоянная составляющая (вместо +RandomReal[] напишите +10), то перед расчётом СКЗ по сигналу её нужно убрать. При расчёте по спектру она почти не влияет, так как частоты ниже 10 Гц мы не учитываем (постоянная составляющая = гармонике 0 Гц).

Также, если в сигнале есть тренд (вместо +RandomReal[] напишите +t/100), то спектр даёт примерно правильный результат.

СКЗ Сигнал = 7.06

СКЗ Спектр = 4.06

СКЗ

Как вычислить СКЗ виброперемещения или виброускорения из СКЗ виброскорости

Вычислить СКЗ виброперемещения или виброускорения из СКЗ виброскорости можно только в простейшем случае, когда мы имеем сигнал из одной оборотной гармоники (либо она намного больше остальных) и знаем ее частоту F.

Например, для оборотной частоты 50 Гц:

СКЗуск=3.5 м/с2

СКЗскор=11.2 мм/с

СКЗпер=35.65 мкм

Как СКЗ виброскорости считается в виброметрах ?

СКЗ

Расчёт СКЗ по сигналу (верхняя схема, формула rms1) требует больше аппаратных схем (синие прямоугольники - фильтр, интегратор), но не требует сложных вычислений от процессора прибора.

Расчёт СКЗ по спектру (нижняя схема) не требует сложных аппаратных схем (только простой антиалайзинговый фильтр), но требует сложного вычисления (зелёные прямоугольники) спектра через БПФ (Быстрое Преобразование Фурье) + вычисление амплитудного спектра. Интегратор по спектру математически очень простой и может выполняться вместе с суммированием в формуле rms2.

Как по СКЗ виброскорости оценить состояние агрегата ?

Оценить состояние агрегата по СКЗ может даже человек, не имеющий специальной подготовки.

Значение СКЗ измеряется виброметром на подшипниковых стойках вращающегося оборудования в трёх направлениях - Вертикальное, Поперечное и Осевое. Далее оно сравнивается с Нормой вибрации. Если одно из значений превышает норму, то агрегат находится в аварийном состоянии.

Измерение вибрации виброметром очень быстрое и не требует подготовительных работ. Можно измерить 100 агрегатов за смену с выдачей отчётов о состоянии оборудования на предприятии.

Значения вибрации, измеренные через некоторое время (например, через 1 месяц) позволяют строить прогноз развития вибрации и планировать сроки следующих ремонтов. Это даёт значительную экономию денег, по сравнению с плановыми ремонтами. Такая система планирования ремонтов используется в нашей программе Аврора-2000.

Значение вибрации, измеренное виброметром можно использовать и для диагностики дефектов агрегата. Например, по СКЗ виброскорости отлично диагностируется расцентровка и небаланс. Состояние крепления к фундаменту тоже проще оценить виброметром. Виброметром даже можно балансировать агрегат не используя отметчик фазы (метод трех пусков с пробными массами).

При этом виброметры значительно дешевле виброанализаторов и проще в работе. Однако, для изучения сложных случаев дефектов необходим виброанализатор и опыт вибродиагностики.

 

Автор: Андрей Щекалев

Не хватает информации ?

Напишите мне свой вопрос, я отвечу Вам и дополню статью полезной информацией.