Диагностика двигателей по параметрам вибрации. Тема 8. Основы теории вибродиагностики

1.

Диагностика двигателей
по параметрам вибрации
ТЕМА 8
Основы теории
вибродиагностики

2.

Вопрос1 Понятие и виды вибрации
Вибрацией называется движение точки или
механической системы, при котором происходят
механические колебания
Вибрация изделий АТ - это их реакция на
действие приложенных возбуждающих сил
ротор-корпус
Fi
Fj
Xi
Xj
Fn
Xn
Fi,j,n – внешние возмущающие силы;
Xi,j,n – перемещения механической системы.

3.

Причины возникновения вибрации в ГТД
нарушение балансировки роторов,
Нарушение соединений деталей ротора,
Трещины, обрыв и разбандажирование
лопаток,
износ лопаток в проточной части двигателя,
помпажные явления в осевом компрессоре,
разрушение подшипниковых узлов,
износ зубьев зубчатых передач,
нарушение соосности валов трансмиссии,
износ щеток электродвигателей,
износ деталей подвижных соединений
и т.п

4.

• Виды вибрации:
Роторная - причиной является дисбаланс, который
может иметь механическую, аэродинамическую и
тепловую природу. Характеризуется линейным
смещением точек корпуса ГТД
Аэродинамическая - вибрация корпуса ГТД,
возбуждаемая его лопаточными узлами, её
возникновение связано с воздействием переменных
аэродинамических сил на лопатки рабочих и статорных
решеток компрессора, турбины, вентилятора
Винтовая – связана с различием аэродинамических
характеристик отдельных лопастей воздушного винта, а
также с неравномерностью воздушного потока

5.

Газовоздушная вибрация - возникает внутри
двигателя от вращающихся срывов в компрессоре,
вибрационного горения в камере сгорания, акустических
колебаний газа.
Подшипниковая - является следствием
геометрических погрешностей изготовления и сборки,
зазоров и переменной податливости элементов
подшипника
Вибрация зубчатых передач (редукторная)
– генерируется зубчатыми зацеплениями из-за массовой
неуравновешенности зубчатых колес вследствие
погрешностей геометрических размеров

6.

Вопрос 2
Понятие о статистически возможных и
статистически допустимых уровнях
вибрации
Для каждого конкретного ГТД определяется
диапазон статистически возможных уровней
вибрации и назначается диапазон
статистически допустимых уровней вибрации

7.

Диапазон статистически возможных уровней
вибрации – прогнозируемая область разброса
значений параметров вибрации данного двигателя
относительно среднего значения параметра в
зависимости от наработки
Диапазон статистически допустимых
уровней вибрации – область допустимого
разброса значений параметров вибрации данного
двигателя относительно среднего значения
параметра в зависимости от наработки, назначается
на основании информации о разбросе уровней
вибрации исправных двигателей

8.

Вопрос 3
Вибродиагностические признаки
дефектов
• При проведении контроля технического состояния
ГТД необходимо организовать регистрацию и
обработку данных об уровне вибрации с построением
графиков его изменения по наработке двигателя
• В основу данного метода диагностирования
положен анализ тенденций изменения (тренд)
уровня вибрации двигателя и его сопоставление
с эталонными, полученными на основе
обобщения опыта эксплуатации двигателей
данного типа

9.

Признаки, указывающие на появление
неисправности или на возможность наступления
неисправности при дальнейшей работе:
Выход (превышение) текущего уровня
вибрации за предельно допустимое
значение (норму)
V, мм/с
Vн
Т

10.

Выход (превышение) текущего уровня
вибрации за диапазон статистически
возможных для данного двигателя
уровней
V, мм/с
Vн
Vср
T

11.

Выход текущего уровня вибрации за
нижнюю границу диапазона
статистически возможной для данного
двигателя вибрации уровней
V, мм/с
Vн
Vср
T

12.

Превышение спрогнозированного
значения верхней границы диапазона
над текущим значением верхней
границы диапазона статистически
возможных уровней вибрации
V, мм/с
Vн
Vпр
Vср
T

13.

Диагностический
признак
Характер
изменения
вибрации
Дефект, неисправность
Превышение нормы
«Скачок»
вибрации
Разрушение элементов ротора (обрыв
лопаток, болтов и т.п.). Трещины
дисков, крупные повреждения
рабочих лопаток
Превышение верхней
границы диапазона
статистически
возможных уровней
«Скачок»,
«Ускорен
ный тренд»
Нарушение соединений ротора,
трещины элементов ротора,
небольшие повреждения (забоины,
загибы) рабочих лопаток
Выход за нижнюю
границу диапазона
статистически
возможных уровней
«Разброс»,
«Скачок»
вниз
Превышение
спрогнозированного
значения верхней
границы диапазона
статистически
возможных уровней
«Тренд»
Разбандажирование лопаток
вентилятора, трещины дисков ротора,
разрушение элементов ротора
Изнашивание деталей ротора
(рабочих лопаток, лабиринтных
уплотнений, подшипников)

14.

Вопрос 4
Параметры вибрации, используемые при
определении технического состояния ГТД.
• Частота f [Гц]
• Вибросмещение x [мм]
• Виброскорость x' [мм/с]
Имеет наибольшую диагностическую ценность, т.к.
независимо от частот и формы колебаний имеет прямую
функциональную связь с действующими в деталях
напряжениями
• Виброускорение x'' [мм/c2]
• Коэффициент виброперегрузок Kg= x''/g
Используется для ТВД, где частота вращения вала
постоянна, а разрушения происходят при фиксированных
формах колебаний

15.

• Отказы двигателя происходят при
следующих значениях параметров:
Виброскорость x' = 30-90 [мм/с]
Коэффициент виброперегрузок Kg = 4,5-15
• Для повышения достоверности диагноза
используется дополнительная информация:
Скорость изменения
виброхарактеристик по наработке и
характер этих изменений (скачок, тренд)
γ = dV/dt = (5-8)·10-3 мм/с·ч (особый контроль)

16.

Вопрос 5
Способы получения информации
Получениепоо
информации
сдатчиков
с датчиков
встроенные
вввв
на опорах
ссс
на корпусе
в
накладные
Встроенные
встроенные
указатели уровня
Встроенные
вибрации
сигнализация
предельного
с
уровня
ссс
с микрофонов
ручная
р
запись
запись наз носитель
другие методы
ТД
д
Бортовой
наземный
спектральный
анализ
Автоматическая
ав
запись
бордругие
спектральный
методы
ТД
анализ
Обработка информации
об
Принятие
решения
ьььььььп

17.

• Источники информация:
Микрофоны – диагностирование по
анализу шума (имеет большую диагностическую
ценность)
Недостатки:
Зависимость результатов диагностирования от
размещения микрофонов
Наличие помех от шума других двигателей и
агрегатов
Необходимость спектрального анализа

18.

Датчики
Накладные – используются для небольших по
размеру, многочисленных объектах
(тубохолодильники, электромеханизмы)
Встроенные - используются для ГТД
o На корпусе (в 2-х, 4-х местах)
Недостатки:
Недостаточная достоверность (особенно при
упругодемпферной подвеске опор ротора)
o Непосредственно на опорах
Недостатки:
Тяжелые условия работы датчика (t,масло);
Ограниченность габаритов;
Трудности при замене в случае отказа

19.

Вопрос 6
Аппаратура для контроля вибрации
Бортовая содержит следующие элементы:
Датчик вибрации (вибропреобразователь)
преобразует механические колебания (вибрацию)
x(t) в электрические Ui(t)
Входной преобразователь осуществляет
согласование электрического сигнала Ui(t) датчика с
последующими устройствами и различные
линейные преобразования (фильтрация,
интегрирование, дифференцирование)
Стрелочный указатель
Сигнальная лампа

20.

21.

• Требования к вибропреобразователям:
обеспечение линейной зависимости между
уровнем измеряемого параметра вибрации и
выходным электрическим сигналом в
заданном диапазоне частот;
малая зависимость выходного сигнала от
изменения окружающих условий;
малая чувствительность к помехам;
малые размеры и вес.

22.

• Виды преобразователей (датчиков)
Вихретоковые
Используются для измерения виброперемещений
вала относительно корпуса.
Индукционные
Используются для измерения виброскорости
Достоинства:
- Большая величина выходного сигнала (10 мм/~ 100мВ)
Недостатки:
Наличие подвижной системы снижающей надежность, а
следовательно ограничивает время безотказной работы

23.

Пьезоэлектрические
Достоинства:
- высокая чувствительность;
- широкий частотный и динамический диапазон;
- относительно набольшие размеры и масса;
- высокая термостойкость и вибропрочность.
Недостатки:
- высокое выходное сопротивление;
- повышенные требования к помехоустойчивости и
изоляционным характеристикам соединительных
кабелей и входных цепей усилительнопреобразующей аппаратуры

24.

Индукционный датчик
Пьезоэлектрический датчик

25.

Индукционный датчик
Пьезоэлектрический датчик

26.

Пьезоэлектрический датчик

27.

• Наземная
Наземные многофункциональные
виброспектроанализаторы позволяют выявлять
дефекты на ранней стадии развития , т.к. способны
проводить анализ спектра вибрации ГТД (например,
выделять гармоники с роторными частотами или
частотами зубчатых зацеплений), в том числе и на
переходных режимах работы
Различают:
одноканальные и многоканальные
переносные и стационарные

28.

Очень древний виброприбор
Vibro Vision-2 помещается в руку
Самые популярные приборы для
диагностики состояния агрегатов
по вибрации. Они измеряют
сигнал вибрации с вибродатчика и
с помощью вычислений умеют
преобразовавать это измерение в
другие виды, например, в спектры.
При работе с одноканальным
виброанализатором одной рукой
держим прибор, а другой –
устанавливаем датчик в место
измерения.

29.

4-канальный ViAna-4
32-канальный Atlant-32
Такие приборы измеряют
несколько сигналов вибрации
одновременно. Многоканальные
анализаторы имеют несколько
датчиков, за которыми тянутся
несколько проводов.
Многоканальные приборы могут
быть собраны в одном корпусе или
на базе переносного компьютера
(отдельно блок для подключения
датчиков и отдельно компьютер
ноутбук).

30.

• .
• Анализатор вибрации КВАРЦ, сертифицирован для
применения в ГА обладает максимальным набором
функций и возможностей реализованных в
современной виброизмерительной аппаратуре.
Использование прибора совместно с программным
обеспечением ДИАМАНТ-2 позволяет решать
практически все задачи вибрационной диагностики

31.

Виброметр «ViPen» – это измерение
вибрации, температуры, оценка состояния
подшипников качения в одном приборе.
«ViPen» легко помещается в карман одежды,
поэтому он относится к классу
виброприборов, которые называются
виброручка.