2.2. Средства контроля и обработки вибросигналов

Приборно-измерительные комплексы и аппаратура, применяе­мые для контроля и обработки вибросигналов, отличаются разнооб­разием конструктивного исполнения и функциональными возмож­ностями. Общими для всех видов аппаратуры является наличие из­мерительных преобразователей (ИП) для фиксации параметров вибросигналов, электронных блоков регистрации и обработки виб­рационных сигналов и средств коммутации датчиков с электронными блоками. Аппаратура выпускается как одно-, так и многоканаль­ная, стационарная и переносная. Современные переносные приборы выпускаются, как правило, одноканальными и по функциональным возможностям делятся на два класса: приборы-сборщики вибросиг­налов, позволяющие измерять общий уровень вибрации, записывать, хранить и передавать информацию на компьютер для ее последую­щей обработки и анализа; приборы, называемые сборщиками-анали­заторами, позволяющие дополнительно выполнить анализ формы вибросигнала, его частотный и спектральный анализ с помощью бы­строго преобразования Фурье.

Стационарная аппаратура включает базовый компьютер, соеди­ненный линиями связи с ИП, средствами усиления сигналов и пре­образования их в цифровую форму. Неотъемлемой частью современ­ных систем вибродиагностики и мониторинга является программное обеспечение для компьютера. Программное обеспечение отличается уровнем сложности и перечнем решаемых задач: сбор, хранение, обработка и анализ информации, выявление и идентификация де­фектов, выдача долгосрочного прогноза технического состояния оборудования и др. Самыми сложными являются программы авто­матической диагностики, позволяющие наряду с автоматической по­становкой диагноза и выдачей прогноза технического состояния оборудования формировать рекомендации по его обслуживанию и ремонту.

Стационарная аппаратура обычно изготовляется многоканаль­ной, позволяющей вести контроль одновременно в ряде характерных точек контролируемого объекта. Для роторных машин большой еди­ничной мощности параллельный многоканальный контроль пара­метров вибрации в разных (двух-трех) направлениях является обяза­тельным, так как позволяет определить орбиту движения вала в под­шипнике (прецессию) и взаимный анализ одновременных спектров. Кроме того, любая система вибрационной диагностики включает в себя датчик оборотов (чаще всего вихретоновый), подключаемый к цифровому входу виброанализатора.

При контроле параметров вибрации используют два метода изме­рения: кинематический и динамический.

Кинематический метод заключается в том, что измеряют коорди­наты точек объекта относительно выбранной неподвижной системы координат. ИП, основанные на этом методе измерения, называют преобразователями относительной вибрации.

Динамический метод основан на том, что параметры вибрации измеряют относительно искусственной неподвижной системы отсче­та. Такие ИП называют преобразователями абсолютной вибрации. Системы измерения вибрации, использующие в качестве искусст­венной неподвижной системы отсчета инерционный элемент, свя­занный с объектом через упругий подвес, называют сейсмическими системами.

ИП бывают контактными и бесконтактными, основанными на Разных физических явлениях. По принципу работы ИП абсолютной вибрации разделяют на генераторные и параметрические. Генератор­ные ИП осуществляют прямое преобразование механической энер­гии в электрический сигнал. К ним относят пьезоэлектрические, индукционные и др. Источник энергии им не нужен. В параметриче­ских ИП, в отличие от генераторных, происходит изменение соот­ветствующих электрических параметров (сопротивления, емкости, напряжения, индуктивности) под воздействием механических вибра­ционных колебаний. К параметрическим ИП относят тензорезистор-ные, емкостные, датчики Холла, индуктивные и др. Параметриче­ским ИП требуется вспомогательный источник энергии.

Для измерения абсолютной вибрации наибольшее распростране­ние нашли генераторные пьезоэлектрические ИП, обладающие вы­сокой надежностью, большим частотным диапазоном и простым конструктивным исполнением (принцип действия пьезоэлементов рассмотрен в 9.4). Для измерения относительной вибрации, напри­мер при определении формы орбиты вала в подшипнике скольже­ния, обычно используются вихретоковые ИП. Перечисленные выше ИП являются контактными и требуют закрепления на исследуемом объекте. При контроле вибрации в труднодоступных местах, в усло­виях высоких температур, агрессивных сред, повышенной радиации и других специальных условиях могут применяться бесконтактные измерители относительной вибрации. Чаще применяются лазерные бесконтактные ИП.

Наряду с конструктивными особенностями и местом установки на результаты измерений существенное влияние оказывает способ крепления контактных ИП на контролируемом объекте. Соединение ИП с колеблющейся поверхностью имеет определенную упругость, которая, обладая способностью демпфировать энергию колебаний, изменяет уровень и частотный состав вибрации. Поэтому особенно­сти крепления и места установки ИП особо оговариваются в методи­ках вибродиагностики соответствующих объектов.

Измерения проводят в контрольных точках на элементах маши­ны, которые в максимальной степени реагируют на динамическое состояние, т.е. в которых регистрируемый вибрационный сигнал имеет наибольшую величину. Как правило, такими элементами яв­ляются корпуса подшипников. Полную оценку вибрационного со­стояния крупных агрегатов получают путем измерения вибропара­метров в трех взаимно перпендикулярных направлениях (вертикаль­ном, горизонтальном и осевом). Такую оценку обычно производят в период приемочных испытаний и после динамической балансировки машины. В период эксплуатации чаше ограничиваются измерениями в одном или двух направлениях.

При проведении диагностики необходимо учитывать особенно­сти каждого вида оборудования, обусловленные их виброактивно­стью. Ниже рассматриваются основные особенности виброактивно­сти и вибродиагностические признаки наиболее общих элементов оборудования.