Оценка состояния железобетонных опор контактной сети ультразвуковым прибором поверхностного прозвучивания. Диагностика дефектов по общему уровню вибрации

Данная информация может быть примером для составления отчетов по обследованию опор.

Пояснительная записка

к отчету по результатам обследования состояния железобетонных опор

Основание для проведения работ

Работы проводятся в рамках Договора № 07/11 на выполнение работ по ремонту, техническому обслуживанию и диагностическому обследованию объектов электросетевого хозяйства

Общие положения.

Состав диагностических работ:

Проверка состояния железобетонных опор неразрушающим ультразвуковым экспресс - методом

Проверка положения опор

Список линий и количество железобетонных опор, подлежащих диагностике:

ВЛ 220 кВ Д-1 Ульяновская - Загородная 169 опор

ВЛ 220 кВ Д-9 Лузино - Называевская 466 опор

ВЛ 220 кВ Д-13 Таврическая - Московка 130 опор

ВЛ 220 кВ Д-14 Таврическая - Московка 130 опор

ВЛ 220 кВ Л-225 Иртышская - Валиханово 66 опор

Всего подлежало обследованию 961 железобетонная опора.

Результаты обследования опор ВЛ.

Всего фактически было обследовано 1036 промежуточные железобетонные опоры

ВЛ 220 кВ Д-1 Ульяновская - Загородная 165 опор

ВЛ 220 кВ Д-9 Лузино - Называевская 504 опор

ВЛ 220 кВ Д-13 Таврическая - Московка 130 опор

ВЛ 220 кВ Д-14 Таврическая - Московка 130 опор

ВЛ 220 кВ Л-224 Иртышская - Мынкуль 53 опор

ВЛ 220 кВ Л-225 Иртышская - Валиханово 52 опор

Состояние центрифугированных стоек

ВЛ 220 кВ Д-1 Ульяновская - Загородная (165 шт.)

В нормальном состоянии находятся 54 центрифугированные стоки (32,7 %)

В рабочем 102 шт. (61,8%)

В ухудшенном 9 шт. (5,4%)

ВЛ 220 кВ Д-9 Лузино - Называевская (506 шт.)

В нормальном состоянии находятся 260 центрифугированные стойки (51,4 %)

В рабочем 170 шт. (33,6%)

В ухудшенном 42 шт. (8,3%)

В предаварийном 34 шт. (6,7%)

ВЛ 220 кВ Д-13 Таврическая - Московка (130 шт.)

В нормальном состоянии находятся 75 центрифугированных стоек (57,7 %)

В рабочем 48 шт. (36,9%)

В ухудшенном 5 шт. (3,8%)

В предаварийном 2 шт. (1,54%)

ВЛ 220 кВ Д-14 Таврическая - Московка (130 шт.)

В нормальном состоянии находятся 79 центрифугированная стойка (60,7 %)

В рабочем 39 шт. (30,0%)

В ухудшенном 11 шт. (8,46%)

В предаварийном 1 шт. (0,76%)

ВЛ 220 кВ Л-224 Иртышская - Мынкуль (53 шт.)

В нормальном состоянии находятся 37 центрифугированных стоек (69,8 %)

В рабочем 11 шт. (20,8%)

В ухудшенном 2 шт. (3,8%)

В предаварийном 3 шт. (5,7%)

ВЛ 220 кВ Л-225 Иртышская - Валиханово (52 шт.)

В нормальном состоянии находятся 31 центрифугированные стойки (59,6 %)

В рабочем 18 шт. (34,6%)

В ухудшенном 1 шт. (1,9%)

В предаварийном 2 шт. (3,8%)

Заключение

Обследованные железобетонные опоры ВЛ 220 кВ Омского предприятия МЭС Сибири находятся в рабочем состоянии, с некоторыми эксплуатационными отклонениями значений контролируемых параметров отдельных элементов от нормального состояния.

Основными видимыми дефектами железобетонных конических и цилиндрических стоек СК-5, СК-7 и СН-220, из которых выполнены железобетонные опоры большинства обследованных ВЛ, выявленными в ходе их обследования является:

Локальное оголение арматуры и незначительное продольное растрескивание бетона (рабочее состояние)

Наклоны центрифугированных стоек более допустимых пределов (ухудшенное состояние)

Наличие поперечных трещин в бетоне выше допустимого размера (предаварийное состояние).

Однако в ряде случаев инструментальный контроль не подтвердил предаварийную опасность имеющихся у стоек опор поперечных трещин. В связи с этим те опоры, у которых ещё имеется достаточный расчётный ресурс по несущей способности бетона и арматуры, и которые отнесены к предаварийному состоянию только по наличию поперечных трещин в опасном сечении стоек, в качестве ремонтно-профилактических работ были выбраны менее затратные мероприятия. Рекомендуемыми мероприятиям для некоторых таких опор вместо из замены стали: дополнительный контроль состояния 1 раз в 3 года, защита от ВОС (воздействия окружающей среды), установка временных металлических бандажей. Для проверки правильности отбраковки центрифугированных стоек железобетонных опор на основе данных инструментального контроля их состояния желательно проведение механических испытаний предельной несущей способности стоек в эксплуатации. Такие испытания уже проводились нами ранее (Приложение 1) и показали степень опасности тех или иных дефектов для несущей способности стоек.

Согласно Инструкции по эксплуатации ВЛ опоры, находящиеся в рабочем состоянии, требуют проведения косметического ремонта, а опоры, имеющие наклон выше допустимого предела (более 3,0 градусов), необходимо выправлять немедленно. Однако в некоторых случаях выправка железобетонных опор бывает нежелательной из-за её большего вреда, чем пользы. Речь идёт об изначально невертикальной установке железобетонной опоры в подготовленный котлован. Такое происходит, когда рельеф трассы ВЛ не даёт возможности получить строгую вертикальность котлована под установку железобетонной опоры, либо когда неверно установлены ригели (Рис. 1). В любом случае, если вертикальность опоры не обеспечена в период строительства ВЛ, и за время её эксплуатации не произошло существенного изменения значения первоначального наклона опоры, то приведение такой опоры в вертикальное положение, например, методом ОРГРЭС, может привести к преждевременному появлению у опоры поперечных трещин и ослаблению бетона опоры в зоне максимального изгибающего момента (Рис. 2). Правильнее в таких случаях либо организовывать наблюдение за наклонными опорами с целью определения тенденций и скоростей их наклона, либо переустанавливать опоры в новый котлован.

Рис. 1. Наклон опоры № 193 вдоль ВЛ 220 кВ Д-9 «Лузино - Называевская»

Известно, что случайные (или постоянные) эксцентриситеты от внешней нагрузки на опору воспринимаются арматурой железобетонной стойки, а сам бетон, в основном, несёт сжимающую нагрузку. Поэтому до тех пор, пока арматура железобетонной стойки способна обеспечивать предварительное напряжение бетона на уровне, существенно превышающем разрывное усилие, возникающее в бетоне из-за наклона стойки, опора способна выполнять свои рабочие функции без выправки.

Известно, также, что под слоем неповреждённого бетона коррозия арматуры невозможна из-за пассивации её поверхности под действием щелочного порового раствора бетона (водородный показатель раствора бетона рН составляет порядка 10-12).

Поэтому для поддержания долговечной работы железобетонной опоры, имеющей наклон и глубокие трещины, иногда важнее становится косметический ремонт повреждённого бетона с защитой его от воздействия окружающей среды. Например, пропиткой его поверхности и имеющихся трещин высокоадгезионными защитными материалами (типа Сибирь-ультра) и закрытием верхнего отверстия стойки от попадания внутрь неё атмосферной влаги.

Например, обследованные нами в 2010 году 274 шт. железобетонные опоры ВЛ 220 кВ «Тюмень-Тавда» (МЭС Западной Сибири), построенной в 1964 году с применением цилиндрических центрифугированных стоек СН-220, оцинкованных траверс и оцинкованных металлических крышек, закрывающих верхнее отверстие стойки, практически в полном составе сохранили свою несущую способность (рис 3). Хотя среди них были и наклонные стойки (Рис. 4).

Рис. 2. Поперечные трещины, возникшие в бетоне наклонно установленной центрифугированной стойки опоры № 875 ВЛ 225 из-за её выправки.

Рис. 3. Верх опоры № 45 ВЛ 220 кВ «Тюмень - Тавда» закрытый металлической оцинкованной крышкой с момента строительства ВЛ

Рис. 4. Виден наклон опоры № 44 ВЛ 220 кВ «Тюмень-Тавда»

Выводы

1. В каждом конкретном случае обнаружения наклона железобетонной опоры, превышающем допустимый предел, первоначально необходимо организовать за ней наблюдение с целью определения тенденций и скоростей наклона, а также развития имеющихся дефектов. В случае возникновения опасных тенденций или угроз необходимо либо переустановить опору в новый котлован, либо заменить её. Аналогичный подход может быть применён и к стойкам, имеющим ещё неразвившиеся (неопасные) поперечные трещины.

2. Предаварийное состояние некоторых стоек (менее 4,5% от обследованных) вызвано наличием поперечных трещин, появление которых связано как с выправкой опор, так и со сверхкритическими внешними воздействиями. Всего таких стоек насчитывается 42 штук, которые необходимо заменить до 2016 года. В том числе замене подлежат стойки опор № 9 на каждой ВЛ 220 кВ Д-13 и Д-14 и стойки опор № 74, 85, 120, 181 и 183 на ВЛ 220 кВ Д-1.

В течение года необходимо переустановить или заменить опору № 152 на ВЛ 220 кВ Д-9, имеющей наклон более 7 градусов, и установить на опорах № 172 и 350 этой ВЛ в зоне их интенсивного растрескивания металлические бандажи.

Потеря несущей способности опоры контактной сети электрифицированной железной дороги может привести к весьма тяжелой аварии с гибелью людей. Более половины опор контактной сети железных дорог в нашей стране и за рубежом выполнено из железобетона. Основой такой опоры является стойка в виде толстостенной трубы с внешним диаметром 300 - 400 мм, изготовленная методом центрифугирования. Под воздействием климатических факторов, вибрации и рабочей нагрузки бетон стойки меняет структуру, растрескивается, получает различные повреждения, и в результате стойка постепенно теряет свою несущую способность. Поэтому для определения необходимости замены стойки требуются регулярные обследования всех стоек некоторого участка дороги. Такие обследования предотвращают также излишнюю отбраковку опор.

Возможность объективной оценки несущей способности центрифугированных железобетонных стоек опор базируется на уменьшении скорости распространения УЗ-колебаний в бетоне при появлении в нем дефектов. Причем в силу конструктивных особенностей стоек и характера нагрузок на них изменения свойств бетона в направлениях вдоль и поперек стойки оказываются неодинаковыми: скорость ультразвука в поперечном направлении со временем снижается быстрее, что, по-видимому, можно объяснить повышением концентрации микротрещин с преимущественно продольной ориентацией. По изменению величин скоростей распространения ультразвука вдоль и поперек стойки в процессе ее эксплуатации, а также по их отношению, можно судить о степени потери несущей способности стойки и принимать решение о ее замене.

В практике эксплуатации железных дорог в России в последние несколько лет используется достаточно простая методика оценки несущей способности центрифугированных железобетонных стоек опор контактной сети, основанная на измерениях скорости распространения продольных УЗ-волн в теле стойки в продольном и поперечном направлениях . Эта методика разработана в ВНИИЖТ в результате многолетних исследований прочности бетона в стойках опор и ее связи со скоростью ультразвука. В качестве основного измерительного средства при контроле опор используется УЗ-тестер УК1401 , предназначенный для измерений времени и скорости распространения продольных волн в твердых материалах при поверхностном прозвучивании на постоянной базе 150 мм. Тестер (фото 1) представляет собой малогабаритный (удерживаемый в руке) электронный блок с цифровым индикатором результатов измерений и двумя встроенными в его корпус УЗ-преобразователями с сухим акустическим контактом.

Ультразвуковой контроль опор проводится при поверхностном прозвучивании материала стойки в двух взаимно перпендикулярных направлениях (поперек и вдоль оси стойки) в одном или нескольких ее местах, в зависимости от типа и степени ее повреждения. Способ поверхностного прозвучивания позволяет вести контроль в любых местах стоек. При контроле выполняется по три измерения времени распространения ультразвука между преобразователями тестера в каждом направлении и определяются средние значения этих измерений. Использование отсчетов времени вместо скорости методически более удобно. По полученному среднему значению времени распространения ультразвука в поперечном направлении («показателю П1») и по его отношению к времени распространения ультразвука в продольном направлении («показателю П2») оценивается фактическая несущая способность опоры. На основе накопленного опыта оценки состояния стоек опор различных типов установлены предельные значения показателей П1 и П2, при достижении которых опоры необходимо заменять.

На рис. 2 показаны положения прибора УК1401 при контроле стойки опоры. Точки установки преобразователей тестера при прозвучивании поперек стойки выбираются так, чтобы продольные трещины, если они есть, проходили не ближе 30 мм к любому из преобразователей, и на пути прохождения волн между преобразователями не было ни одной трещины. При продольном прозвучивании стойки в этом же месте прибор располагается между пучками продольной арматуры, чтобы максимально уменьшить ее влияние на результат измерений. Для определения положения арматуры используется электромагнитный измеритель защитного слоя бетона. Измерения проводятся, как правило, в местах, где стойка наиболее нагружена, например, со стороны пути.

Сам процесс контроля, если не учитывать осмотр стойки и выбор мест измерений, занимает несколько минут. В выбранном месте прибор в горизонтальном положении прижимается к стойке на 10-15 с, после чего результат измерения считывается с индикатора и записывается в таблицу. Эти действия повторяются дважды, причем прибор заново прикладывается к стойке. Затем получают три результата при вертикальном расположении прибора, и они также заносятся в таблицу. Рассчитываются показатели П1 и П2 и оценивается состояние стойки.

В настоящее время готовится производство модернизированного варианта УЗ-тестера (дефектоскопа) УК1401, который будет автоматически вычислять средние значения времени распространения ультразвука по нескольким измерениям, показатели П1 и П2 и сравнивать их с соответствующими предельными значениями для получения вывода о пригодности опоры к дальнейшей эксплуатации.

Добро пожаловать!
Шаровые опоры - это очень серьёзный элемент передней подвески, автомобилей ВАЗ классика это касается особенно. Там шаровых опор присутствует вдвое больше, чем в переднеприводных автомобилях (4 штуки), за счёт чего автомобиль становится более опасным. Ведь если не уследить и ездить на автомобиле, на котором шаровые опоры вышли из строя, то колесо может просто завалиться на бок. Если Вы будете ехать в это время, то машина сразу же потеряет управление и остановить её будет очень и очень трудно. Яркий пример мы Вам хотим продемонстрировать на видеоролике ниже, где шаровая опора выходит из строя, а правое колесо у автомобиля просто заваливается на бок.

Примечание!
Чтобы осуществить диагностику шаровых опор, Вам потребуются монтировка либо монтажная лопатка, либо лом; кроме того, очень тоненькая палочка нужна будет либо металлическая, либо просто веточка, но, что очень важно, палочка должна быть ровная, без изгибов и тому подобного. (Лучше всего использовать металлическую палочку длиной 5,6 см). И кроме этого всего, будет нужна ещё линейка и небольшой ножичек. Или вместо палочки, линейки и ножа возьмите хороший штангенциркуль, который эти все инструменты заменит!

Всё зависит от местности, где автомобиль эксплуатируется. Если же он эксплуатируется у Вас в очень крупных городах (такие, как Москва), в самом центре города, в основном на идеальных дорогах, либо же в Санкт-Петербурге, где дороги явно не уступают, то с диагностикой подвески можете даже не заморачиваться. Просто раз в год или каждые 100 000 км поглядывайте туда, всё проверяйте и ездите дальше. Но, в основном, автомобили марки «жигули» эксплуатируются в небольших городах, сёлах и тому подобных местах, где дороги, как говорится, оставляют желать лучшего. В таком случае диагностику всей подвески в целом, а также диагностику шаровых опор нужно производить как можно чаще, примерно раз в 20 000 км. Или же после хорошего наезда в глубокую яму на скорости. Таким образом Вы всегда будете уверены в своём автомобиле и не побоитесь эксплуатировать его, так как после тщательной проверки будете с высокой точностью знать о том, что подвеска полностью исправна.

Примечание!
Мало кто придерживается этого, ведь каждые 20 000 км заглядывать в подвеску авто довольно накладно людям, которые чуть ли не каждый день ездят, а эти 20 000 км накатают за очень короткий период. В таком случае диагностику шаровых опор можно производить сразу же после появления глухого стука в передней части авто или при наезде на яму. Обычно такой звук и появляется, когда одна из опор выходит из строя, но пока этот звук не услышишь, не поймёшь, правильно ли работают шаровые опоры или же нет. Возможно, эти стуки даже могут померещиться. Поэтому, чтобы такого не произошло и просто так Вы не лезли в подвеску автомобиля, взгляните внимательно на ролик ниже, в котором демонстрируется автомобиль с неисправной и шумящей шаровой опорой.

Как продиагностировать шаровые опоры на ВАЗ 2101-ВАЗ 2107?

Примечание!
Диагностируются шаровые опоры несколькими способами, самым правильным из которых является последний (третий) способ. Если действовать согласно ему, то Вы сразу же поймёте, нуждается ли опора в замене или пока ещё нет. Но есть большой минус в этом способе, ведь чтобы осуществить его, нужно будет снять шаровые опоры с автомобиля, а для этого нужно время. Поэтому таким способом мало кто шаровые опоры проверяет на исправность. С другой стороны, если правильно выполнять другие два способа проверки, то они тоже дадут свой результат. И если шаровые опоры будут очень сильно повреждены, то, проверив их такими способами, можно будет тоже понять, что они неисправны и подлежат замене.

Способ первый (вывешивание автомобиля и нагружение передней подвески):

1. Сперва сорвите все гайки крепления колеса к автомобилю, после чего приподнимите автомобиль с помощью домкрата. Как только он будет висеть в воздухе, полностью раскрутите гайки и снимите нужное колесо с автомобиля (читайте статью « »). После проделанной операции подложите под рычаг нижней подвески дощечки (указаны красной стрелкой) и опустите автомобиль на них. После этого у Вас должно будет получиться так, что автомобиль лёг полностью на подвеску, а если быть точнее, то на пружину. Та часть, на которую одевается колесо (указана синей стрелкой), должна будет повиснуть в воздухе. На этом всё, приступайте к проверке.

1. Для осуществления проверки шаровых опор на автомобиле, посредством вывешивания автомобиля, проделайте следующее. Для начала возьмите в руки монтировку (как вариант, лом или монтажную лопатку), после чего вставьте её так, как показано на фотографиях ниже. На большом фото показывается то, как нужно фиксировать монтажную лопатку при проверке верхней шаровой опоры, на маленьком фото – то, как нужно фиксировать её при проверке нижней шаровой опоры. На маленьком фото мало что видно и трудно понять, куда монтажную лопатку нужно вставлять. Но когда будете вживую работать с автомобилем, то сразу всё поймёте и, использовав лопатку как рычаг, поперемещайте её то вниз, то вверх, то вниз, то вверх и т.д. Во время осуществления этой процедуры не повредите пыльник, будьте аккуратны. В том случае, если опора сильно повредится, то подвеска будет сильно гулять и от небольшого усилия уже перемещаться. В таком случае шаровые опоры подлежат замене.

Примечание!
Данным способом лучше всего проверять только верхние шаровые опоры, потому что нижние опоры проверяются чуть-чуть по-другому. Более подробно о том, как это сделать, читайте в способе 2 ниже!

Способ второй (проверка нижних шаровых опор с помощью штангенциркуля):

Начнём сперва с того, что не у всех автолюбителей присутствуют штангенциркули. Если и Вы в оказались в этом числе, тогда возьмите нож, тоненькую проволочку и линейки и также приступайте к проверке. Вначале нужно будет воспользоваться гаечным ключом размером «на 7 мм» (или накидным) и выкрутить полностью с их помощью нижнюю пробку шаровой опоры (указана красной стрелкой). Затем в отверстие засуньте штангенциркуль (на некоторых штангенциркулях специальная тонкая часть есть) и замеряйте расстояние, на которое он войдёт. Если же не получается штангенциркуль засунуть (он упирается в землю например, а домкрата нет) или если его нет, то берите тоненькую проволочку, засовывайте её в отверстие до упора, делайте ножом надрез вровень с торцом шаровой опоры и вынимайте её. Потом измерьте расстояние от конца проволоки и до этого надреза при помощи линейки. Если это расстояние больше, чем 11,8 мм, то шаровая опора подлежит замене.

Способ третий (снятие шаровых опор и визуальных их осмотр):

Это самый долгий способ, но зато Вы будете точно знать, исправны ли шаровые опоры или уже есть в них люфт и они уже все разбиты. Для того, чтобы этот способ осуществить, снимите нужные для Вас шаровые опоры с автомобиля (Как это сделать, читайте в статье « »), после чего осмотрите внимательно пыльник шаровых опор. На нём не должны будут присутствовать трещины, разрывы и тому подобные дефекты. Затем снимите полностью пыльник; убедитесь, что смазка в шаровой опоре есть и что вода, грязь и тому подобное в шаровой опоре отсутствует. Следом возьмитесь рукой за кончик шарового пальца (см. фото ниже) и покачайте его из стороны в сторону. Палец должен будет перемещаться от усилия руки, но тяжело. Если палец болтается и легко перемещается, или же если Вы его даже с места сдвинуть не можете, то такая шаровая опора считается неисправной и подлежит замене.

Контактной сети

В настоящее время основную часть опорных конструкций контактной сети составляют железобетонные опоры и металлические опоры на железобетонных фундаментах. Рассмотрим диагностику железобетонных конструкций.

Различают два вида диагностики опор: диагностику надземной части и подземной части опор. По результатам диагностики надземной части проводится оценка несущей способности опор, изменение которой должно происходить вследствие старения бетона и уменьшения его прочностных характеристик. Диагностика подземной части опор проводится для оценки состояния проволочной арматуры и уровня снижения несущей способности при электрокоррозии арматуры.

В зависимости от рода тягового тока на электрифицированных участках необходимо проводить следующие виды диагностики:

· на участках переменного тока в основном должна проводиться диагностика надземной части. Диагностика подземной части может проводиться только в исключительных случаях, когда обнаружены коррозионные повреждения бетона в этой части;

· на участках постоянного тока обязательно следует проводить диагностику обеих частей опор: надземной и подземной.

Диагностика надземной части опор может проводиться в двух вариантах: она может быть выборочной или сплошной.

Выборочную диагностику осуществляют для установления несущей способности опор, у которых в процессе эксплуатации появились видимые разрушения в виде продольных трещин, выветривания поверхностного слоя, сетки мелких трещин и т.д., а также замечены прогибы консоли. В обязательном порядке рекомендуется проверять состояния анкерных опор и опор в кривых малого радиуса независимо от наличия на них повреждений. Первую выборочную диагностику необходимо проводить не позднее 3-х лет после сдачи участка в эксплуатацию. Последующая проверка должна проходить не реже одного раза в три года.

Сплошную диагностику надземной части следует проводить через 20 лет после начала эксплуатации участка. При сохранении тех же условий эксплуатации вторая сплошная диагностика проводится через 10 лет после первой. Последующие обследования назначаются индивидуально по каждому участку в зависимости от состояния опор с учетом данных предыдущих диагностирований.

Деградировавшие опоры выявляют несколькими способами. На первом этапе определяют места, где возможна коррозия. Для этого измеряют средние значения потенциалов «рельс - земля» и сопротивление опоры. Разделив потенциал на сопротивление, можно получить значение тока утечки, который бы протекал через арматуру. Таким способом выявляют потенциально опасные конструкции, с точки зрения электрокоррозии.

Но опасность электрокоррозии зависит не только от соотношения потенциала и сопротивления, но и от числа агрессивных ионов в почве, продолжительности существования потенциала и т. д. Более достоверна оценка опасности электрокоррозии при помощи интегрирующих датчиков. Интегрирующим датчиком называется электрохимическая ячейка стали в бетоне, погруженная в почву и способная пропустить ток.

Датчик представляет собой бетонный параллелепипед со сторонами 20 х 20 мм и длиной 150 мм с центрально армированным стальным стержнем, выступающим на 20мм над торцевой гранью и имеющий защитный слой у другой торцевой грани. Электрод изготавливается из проволоки такого же диаметра и класса, как и применяемая для изготовления опор. Перед установкой в почву устройство взвешивают с точностью до 0.01г. Число устанавливаемых интегрирующих датчиков электрокоррозии зависит от профиля пути и измерения параметров грунта (в среднем через 1,5...2 км). Стальной стержень каждого датчика подключают к рельсам. По истечении заданного промежутка времени (3 – 4 месяца) датчики изымают и вновь взвешивают. По результатам начального взвешивания и взвешивания после электрохимического воздействия определяются потери металла и рассчитывается удельный вынос металла в г/дм 2 сут для каждого датчика. На основе закона Фарадея рассчитывают электрокоррозионные диаграммы.

Для диагностирования степени электрокоррозии арматуры железобетонных опор применяют устройства АДО-2М, «Диакор», ИДА-2, прибор «ПК-1М».

При использовании прибора ПК-1М необходимо зачистить спуск (выше защитного устройства) и подошву рельса или стыковый соединитель. Затем необходимо соединить разъем прибора «Рельс» с помощью кабеля с рельсом, соединив рельсовый зажим с подошвой рельса или со стыковым соединителем. Далее необходимо соединить разъем прибора «Спуск» со спуском заземления опоры выше защитного устройства. Все подключения и зачистки проводить в диэлектрических перчатках. Далее включить питание прибора и произвести измерения. Измерения проводятся только при наличии нагрузки. Технические характеристики прибора: диапазон измеряемых потенциалов -250 - +250В; диапазон измеряемых сопротивлений 0 – 100кОм; точность измерения – 5%. Прибор содержит блок памяти для запоминания результатов обследования 1000 сопротивлений опор и 250 потенциальных диаграмм.

В АДО-2М использованы два метода - электрохимический и вибрационный. Электрохимический метод предназначен для оценки состояния высокопрочной проволочной арматуры предварительно напряженных опор. Методом можно установить, имеется или отсутствует коррозия стержней или анкерных болтов. При электрохимическом методе арматура опоры поляризуется от источника тока от 0 до 1,5 А в течение заданного промежутка времени (рис. 50). Затем источник тока отключают переключателем S2, и к арматуре подсоединяют вольтметр с диапазоном измерений ±1,99 В. По скорости уменьшения потенциала арматуры определяется степень коррозии.

Дело в том, что потенциал арматуры зависит от состояния ее поверхности, пассивная сталь сильно поляризуется.

Если поверхность арматуры имеет следы коррозии, то ее потенциал уменьшается. Арматура может быть предварительно поляризованной, поэтому для исключения погрешности измерения проводят дважды, меняя знак поляризации переключателем S1. Для измерения неизвестного потенциала один полюс вольтметра подключают к нулевому элементу (НЭ), который погружен в грунт. Нулевой элемент имеет известный постоянный потенциал.

Недостатком метода является необходимость подсоединения к арматуре, что сделать не всегда просто. Кроме того, ток поляризации должен быть значительным, из-за чего источник питания АДО-2М имеет большую массу (8...10 кг).

Рис. 50. Электрохимический метод

Вибрационный метод (рис. 51) основан на зависимости декремента затухающих колебаний опоры от степени коррозии арматуры. Опора приводится в колебательное движение, например, при помощи троса оттяжки и сбрасывающего устройства, которое калибруется на заданное усилие. На опоре устанавливают датчик колебаний, например, акселерометр. Декремент затухающих колебаний определяют как логарифм отношения амплитуд колебаний:

где А 2 А 7 – амплитуды соответственно второго и седьмого колебаний.

Рис. 51. Вибрационный метод

Приборы АДО-2М измеряют амплитуды колебаний 0,01...2 мм частотой 1...3 Гц. Чем больше степень коррозии, тем быстрее затухают колебания.

Недостаток метода в том, что декремент колебаний в большой степени зависит от параметров грунта, способа заделки опоры, отклонений технологии изготовления опоры, качества бетона. Заметное влияние коррозии проявляется лишь при значительном развитии процесса.

АДО-2М можно применять также для измерения потенциалов «рельс - земля» (до 2000 В), сопротивлений опоры, проверки искровых промежутков и диодных заземлителей, поиска низкоомных опор в групповых заземлениях.

Принцип действия комбинированного прибора диагностики коррозионного состояния опор (ДИАКОР) основан на электрохимическом методе. При диагностировании плотность тока составляет 2,5 мкА/см 2 , длительность поляризации - до 5 мин. За это время потенциал арматуры исправной опоры должен подняться до 0,6...0,7 В. Если измеренное значение менее 0,6 В, то ставят диагноз «коррозия». В знакопеременных и катодных зонах мощности источника для поляризации арматуры недостаточно. Там предлагается использовать штыревой заземлитель и увеличивать напряжение питания вдвое.

Для диагностики арматуры опоры применяют дефектоскоп ИДА-2. Действие индуктивного дефектоскопа арматуры ИДА-2 основано на методе измерения индуктивности катушки при внесении в нее стали (рис.52).

Рис. 52. Индуктивный дефектоскоп арматуры

К надземной и подземной частям опоры прикладывают катушку индуктивности, введенную в одно из плеч моста, питающегося от измерительного генератора. Полное сопротивление катушки зависит от количества металла арматуры.

Достоинство такого метода состоит в том, что напрямую сравнивается масса металла в надземной и подземной частях. Недостатки заключаются в необходимости откопки опор и в том, что показания прибора зависят от колебания толщины защитного слоя бетона.

Толщина защитного слоя бетона при неизменной массе арматуры и положение арматуры могут быть определены при помощи приборов ИЗС. В пластмассовом корпусе ИЗС-10Н закреплены магниты и подвижная рамка, на оси которой имеется стрелка-указатель и магнит. Наличие и местоположение арматурных элементов устанавливают, перемещая прибор по поверхности конструкции. Толщина защитного слоя определяется по калибровочной кривой, номер которой зависит от диаметра арматуры.

Прибор ИЗС-10Н состоит из генератора переменного напряжения, источника автономного питания, индуктивного датчика, детектора и стрелочного прибора. Его действие основано на том же принципе, что и действие ИДА-2. Проводят два измерения: когда ось датчика совпадает с направлением арматуры и под прямым углом. Диапазон измерения толщины - 5...60 мм, диаметр арматуры - 4...8 мм класса А-1 и 10...32 мм класса А-1П.

Прибор обеспечивает:

· измерение толщины защитного слоя бетона над арматурными стержнями 4, 5, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20...25, 28...32 мм;

· измерение толщины защитного слоя бетона в зависимости от диаметра стержней арматуры в следующих пределах: при диаметре 4 ... 10 мм - от 5 до 30 мм; при диаметре 12 ... 32 мм - от 10 до 60 мм;

· определение расположения проекций стержней арматуры на поверхности бетона: диаметром 12...30 мм - при толщине защитного слоя бетона не более 60 мм; диаметром 4 ... 10 мм - не более 30 мм.

Погрешность измерений 5 %, масса - 4,2 кг.

Прибор ИЗС-10Н также применяется для установления типов опор. Для этого указатель диаметров на передней панели прибора устанавливается на цифру 4, а преобразователь перемещается вдоль окружности опоры. Если показания прибора изменяются от 3-4 мм до 10-15 мм, то это свидетельствует, что данная стойка типа ЖБК (со стержневой арматурой). Если же стрелка прибора указывает на 15-18 мм, то это говорит о том, что данная стойка типа СЖБК, СК (предварительно – напряженная).

Прочность бетона определяют ультразвуковым методом при помощи приборов «Бетон-5», УКВ-1М и УК-12П. Для обеспечения надежного акустического контакта между бетоном и рабочими поверхностями ультразвуковых преобразователей применяют солидол, технический вазелин. Данный метод позволяет определить глубину распространения трещин в бетоне, размеры каверн и зон неуплотненного бетона.

Ультразвуковые приборы УК-1401 (УК-14ПМ) предназначены для измерения времени и скорости распространения продольных ультразвуковых волн в твердых материалах при прозвучивании на фиксированной базе с целью определения прочности и целостности железобетонных опор контактной сети. База прозвучивания - 150 мм, диапазон измерений времени - 15... 70 мкс; дискретность измерения времени - 0,1 мкс; диапазон измерений скорости звука - 2150 ... 9900 м/с. Обычно делают два измерения - вдоль и поперек тела опоры.

Области применения:

· определение прочности бетона по скорости ультразвука согласно ГОСТ 17624-87 «Бетоны. Ультразвуковой метод определения прочности»;

· определение прочности бетона в эксплуатируемых сооружениях в сочетании с методом «отрыв со сколом»;

· оценка несущей способности бетонных опор и столбов из центрифугированного бетона через отношение скоростей распространения ультразвука в направлениях вдоль и поперек опоры;

· поиск приповерхностных дефектов в бетонных сооружениях по аномальному уменьшению скорости или увеличению времени распространения ультразвука в дефектном месте по сравнению с областями без дефектов;

· оценка сходства или различия упругих свойств материалов или образцов одного материала друг от друга, а так же возраста материала при условии изменения его свойств от времени.

Порядок измерений следующий:

· осматривают наружную поверхность опоры, устанавливают имеющиеся повреждения, их количество, расположение;

· определяют участки измерений. Количество этих участков зависит от типа стойки и степени ее повреждения. Для стоек типа СЖБК, не имеющих отверстий в вершинной части, необходимо не менее 2-х измерений на высоте 1.2 – 1.5 м от поверхности земли. В зоне ниже пяты консоли на 0.5 – 0.7 м. Для других типов стоек (типа СК), имеющих отверстия в вершинной части, достаточно одного участка – в нижней части опоры;

· участки для измерений должны находиться в сжатой зоне конструкции, расположенной со стороны пути или в плоскости действия наибольшего изгибающего момента;

· обязательным считается проведение измерений в зоне сетки трещин независимо от высоты ее расположения над землей;

· в выбранных участках при наличии продольных трещин измерения проводятся между трещинами;

· в зоне контакта ультразвуковых преобразователей с поверхностью бетона не должно быть раковин, выбоин и воздушных пор глубиной более 3 мм и диаметром более 6 мм. Места измерений должны быть очищены от грязи, краски, пыли и т.д.;

· измерения начинают с нижней части опоры;

· измерения требуется проводить в сухую погоду при температуре не ниже +50С;

· прозвучивающее устройство прикладывается к поверхности бетона с усилием порядка 4 кгс;

· откопку опоры для измерения времени распространения ультразвука следует вести до глубины 0.5-0.7 м со стороны нейтральной зоны опоры.

Состояние надземной части опоры можно проверить, нанося серию ударов специальным измерительным молотком. По ускорению отскока молотка определяют прочность железобетона. Из-за того, что структура бетона неоднородна - в нем имеются песок, гравий - диагноз ставят по оценкам математического ожидания и дисперсии измерительных параметров.

Для анализа звуковых колебаний в теле опоры применяют даже бытовой диктофон. По надземной части опоры наносится удар, затухающие звуковые колебания записывают на диктофон. Затем в лабораторных условиях его подключают к звуковой плате (карте) компьютера, и электрические колебания с помощью аналого-цифрового преобразователя преобразуются в массив данных. Этот массив можно обрабатывать всеми известными методами, начиная с чисто визуального сравнения осциллограмм для опор с известными степенями потери прочности бетона.

Диагностику надземной и подземной частей опор можно проводить низкочастотным ультразвуковым дефектоскопом А1220 рисунок 53. Прибор состоит из электронного блока с экраном и клавиатурой и 24-элементного (6*4) матричного антенного устройства (АУ). Конструкция элементов АУ прибора обеспечивает проведение контроля без контактной жидкости, т.е. с сухим точечным контактом. Элементы АУ подпружинены и дают возможность измерений на криволинейных и шероховатых поверхностях.

Рис. 53. Ультразвуковой дефектоскоп А1220

Металлические опорные конструкции можно диагностировать прибором ВИТ-3М (рис.54). Дефектоскоп вихретоковый ВИТ-3М предназначен для обнаружения и оценки глубины поверхностных трещин на изделиях изготовленных из сталей, а так же из сплавов на основе алюминия, меди, титана, магния. Дефектоскоп может применяться для обнаружения дефектов па плоских и криволинейных поверхностях, как с чистовой обработкой, так и с большой шероховатостью, а также под слоем неметаллического покрытия.

В основу работы прибора положен амплитудно-частотный метод вихретоковой дефектоскопии.

Дефектоскоп собран в одном корпусе, включая батарейный отсек. Вихретоковый преобразователь (ВИ) в корпусе которого вмонтирован светодиод индикации, соединяется с корпусом дефектоскопа кабелем через разъем на задней панели.

В дефектоскопе имеется три вида индикации результатов контроля:

· световая, срабатывающая при пересечении преобразователем трещины (конструктивно совмещена с датчиком).

· стрелочная, работающая в статическом режиме и позволяющая оценивать глубину обнаруживаемой трещины путем сравнения отклонений стрелки на специально изготовленном образце и на трещине.

· звуковая, с выводом информации на головные телефоны. Дублирует стрелочную. Изменение частоты тона пропорционально отклонению стрелки.

Рис. 54. Дефектоскоп вихретоковый ВИТ-3М

При проверке металлических конструкций необходимо установить ВИ на контролируемый участок перпендикулярно поверхности. Передвигая ВИ перпендикулярно поверхности по контролируемому участку, следить за отклонением стрелки. При прохождении ВИ над трещиной стрелка отклонится вправо. Если отклонение стрелки более 4-5 делений шкалы, то при пересечении ВИ трещины сработает световой индикатор. При использовании головных телефонов будет слышен звуковой сигнал.

Технические характеристики:

· минимальное значение глубины трещины - не более 0.2 мм;

· минимальное значение длины трещины - не более 3 мм;

· размеры не более 140x90x35 мм;

· масса не более 0.3 кг.

Ультразвуковые толщиномеры серии «26» и «MG2» рисунок 55.

Портативные, карманного типа толщиномеры серии 26 предназначены, в основном, для исследования разрушения материалов.

Ультразвуковой толщиномер серии MG2 с расширенными техническими характеристиками:

· возможность измерения толщины через изоляцию;

· толщина контролируемого материала от 0,5 до 635 мм;

· режим быстрых измерений MIN/MAX;

· режим стоп-кадра;

· компенсация смещения нуля

· время непрерывной работы от встроенных батарей - 150 часов

· рабочая температура от -10 до +1500С

· вес 340 г.

Рис. 55. Ультразвуковые толщиномеры серии «26» (а) и «MG2» (б)

Ультразвуковые дефектоскопы «Epoch LT» (рис/ 56)

Рис. 56. Ультразвуковой дефектоскоп «Epoch LT»

Цифровой широкополосный дефектоскоп со встроенными НЧ и ВЧ фильтрами предназначен для обследования сварных швов и соединений, измерения толщины, выявления коррозии и эрозии, нахождения и определения размеров трещин и пор.

Прибор имеет генератор прямоугольных или пиковых импульсов:

· частота импульсов от 30 Гц до 1 кГц;

· диапазон рабочих частот от 0,5 до 25 МГц;

· VGA, USB порт вывода данных

· NiMH батарея большой емкости, время непрерывной работы 8 часов

· большой, яркий жидкокристаллический или электролюминесцентный дисплей.

· автоматическая калибровка ультразвукового преобразователя.

· усовершенствованная функция регистрации данных с возможностью редактирования

· расширенная память (500 изображений А - развертки /12000 значений толщины)

· возможность определения положения дефекта по трем координатам.

Твердость металла металлических опор может быть определена при помощи прибора МЭИТ-7. Поверхность опоры предварительно защищают, затем вдавливают в поверхность шарик диаметром 10 мм с определенным усилием. Усилие вдавливания выбирается таким, чтобы оттиск от шарика имел диаметр 0,9 мм. Сила вдавливания измеряется и пересчитывается в предел текучести металла. Состояние металлических конструкций рекомендуется оценивать на основе анализа визуальных осмотров, агрессивности среды, оставшейся толщины, прогибов и металлографических исследований. Металлографические исследования проводят тогда, когда имеется необходимость определить марку стали. Для определения толщины полок конструктивных элементов используют индикаторные скобы (рис. 57). Признаками образования трещин служат разрушения слоя краски и выступающие полосы ржавчины красно-бурого цвета. Очень тонкие трещины обнаруживаются с помощью лупы или микроскопа МПБ-2. Вообще, для диагностики металлических конструкций, мест их соединений рекомендуется несколько методов: ультразвуковой, вихретоковый, анализа параметров петли гистерезиса.

Рис.57. Индикаторная скоба

3.1. Диагностика дефектов уровня «подшипник»

К уровню «подшипник» относятся все дефекты опорных подшипников агрегатов, и самих опорных стоек. Поскольку наибольшее распространение в практике нашли подшипники качения и скольжения, в данном разделе рассматриваются особенности диагностики дефектов именно этих типов подшипников.

Подшипники качения различных типов и марок, шариковые и роликовые, радиальные и радиально - упорные, однорядные и двухрядные и т. д. широко применяются во вращающемся оборудовании различного назначения. Без преувеличения можно сказать, что большая часть ремонтов оборудования, особенно малой и средней мощности, производится по причине дефектов опорных подшипников качения. Поэтому вопросы оперативной оценки технического состояния таких подшипников, диагностики возникающих в них дефектов, а также прогнозирования возможности их дальнейшей эксплуатации, занимают одно из самых важных мест в работе служб вибрационной диагностики.

В данной главе сделан достаточно краткий обзор основных диагностических методов, применяемых для оценки качества подшипников, определения дефектов на различных стадиях развития, расчета остаточного ресурса подшипников качения. Причина краткости описания проста - каждый из перечисленных ниже методов требует для своего полного описания отдельной книги.

3.1.1.1. Основные признаки и особенности развития дефектов

Наличие дефекта в подшипнике качения легко выявляется несколькими способами. Дефект может быть диагностирован «на слух», по форме вибрационного сигнала, по спектру, по СКЗ сигнала, по спектру огибающей вибрационного сигнала, с использованием «пик-фактора», «эксцесса», и другими методами.

Во вступительном разделе мы рассмотрим различные особенности и признаки возникновения, развития и диагностики дефектов подшипников качения, акцентируя внимание на тех особенностях, которые нам понадобятся далее, для описания того или иного метода диагностики подшипников. Это позволит уменьшить дублирование описательной информации, которую необходимо приводить при описании каждого метода диагностики дефектов.

Характерная форма вибрационного сигнала, в данном случае, зарегистрированного на опоре с подшипником качения, имеющем достаточно развитый дефект состояния, для примера, приведена на рисунке 3.1.1.1. На этом рисунке хорошо видны две наиболее характерные, и важные для диагностики, составляющие сигнала вибрации – фоновая, и импульсная.

Фоновое, или среднее значение уровня вибросигнала, регистрируемого на подшипнике качения, характеризуется каким - то усредненным значением, например среднеквадратичным значением виброскорости. Это значение вибрации достаточно просто может быть замерено при помощи обычных виброметров.

В моменты прохождения через «несущую», нагруженную зону подшипника качения, дефектного элемента, или элементов, на вибросигнале появляется четко выраженный амплитудный пик, некий энергетический импульс. Параметры этого импульса определяются видом, локализацией и степенью развития дефекта подшипника. Каждый такой ударный импульс обладает четырьмя основными диагностическими параметрами. Это максимальная амплитуда импульса, частота свободных (заполняющих) колебаний, скорость затухания амплитуды этих колебаний, и частота повторения импульсов.

Наиболее важным параметром, характеризующим степень развития дефекта подшипника, является амплитуда ударного импульса. Для измерения этого параметра импульса в приборах вибрационного контроля должны быть предусмотрено использование высокочастотных датчиков измерения вибрации и применения специальных пиковых детекторов или достаточно высокочастотных АЦП. Это обусловлено тем, что ударные импульсы имеют сравнительно высокую частоту. Локализация дефекта, место его расположения, обычно уточняется по частоте следования импульсов, для чего используются спектральные методы.

Если диагностику состояния опорных подшипников качения проводить по параметрам временных вибрационных сигналов, то основное внимание следует уделить двум. Это, во-первых, количественное значение общего уровня фона вибрации и, измеренное лучше в размерности СКЗ, во-вторых, это соотношение между уровнями фона вибрации и амплитудами пиковых значений в вибрационном сигнале.

В самом общем случае изменение технического состояния подшипника качения, возникновение и развитие в нем дефектов, за весь период его службы можно, разделить на пять основных этапов. Эти этапы схематически показаны на рис. 3.1.1.2. На этом рисунке по вертикали отложен уровень вибрации в размерности виброскорости (мм/сек), а по горизонтальной оси отложено относительное время эксплуатации подшипника.

Обобщенное техническое состояние подшипника, на каждом этапе его эксплуатации, определяется зоной между двумя линиями вибрационных уровней. Нижняя линия соответствует значению фонового уровня вибрации, определенному в размерности СКЗ виброскорости, а верхняя линия соответствует усредненной амплитуде ударных импульсов, возникающих при работе подшипника качения.

Как мы уже отмечали, этапов, характеризующих изменение технического состояния подшипников качения, можно выделить пять. На первом этапе, на рисунке это зона до границы с отметкой «1», общее техническое состояние подшипника будем считать идеальным. Эту зону можно считать не зоной наличия дефектов, а зоной их первичного возникновения. Дефекты еще не оказывают влияния на вибрации подшипников, все имеющее место увеличение вибрации обусловлено естественным износом поверхностей качения подшипников. На этом этапе пики вибрации превышают уровень фона незначительно, а сам «фоновый уровень» вибрации, в данном случае это СКЗ виброскорости, значительно меньше нормируемых значений тревожного и аварийного уровней, принятых для данного класса оборудования.

Зона «1-2» на рисунке 3.1.1.2. В этой зоне, начиная с границы «1», в подшипнике появляется и начинает развиваться какой-либо дефект, который сопровождается ударными вибрационными импульсами, амплитуда который быстро растет по величине. «Разрушающая энергия» импульсов затрачивается на «углубление» дефекта в рабочих поверхностях подшипника, в результате чего происходит еще большее увеличение энергии импульсов. Уровень фона вибрации по своей величине при пока этом почти остается неизменным, т. к. дефект носит локальный характер и на общем состоянии подшипника пока не сказывается. Повторим, что это зона возникновения дефекта в процессе эксплуатации.

Зона «2-3». Начиная с границы «2» ударные импульсы в подшипнике достигают по своей энергии, применительно к графику это увеличение по амплитуде, практически максимального значения. Дальше амплитуда импульсов уже растет немного. Количественное значение максимума энергии импульсов определяется типом подшипника и условиями его эксплуатации. Выделяющаяся в подшипнике энергия импульсов уже столь велика, что ее достаточно не только «для углубления», но и для расширения зоны дефекта. На данной стадии процесс саморазвития дефекта начинает идти более быстро. Одновременно с этим и уровень фона тоже растет достаточно монотонно. Можно сказать, что дефект набирает силу, готовиться к решающему нападению.

Зона «3-4». Это зона перехода дефекта подшипника от стадии «сильный дефект» к полной деградации. Процесс начинается с границы «3». Геометрическая зона развития дефекта здесь уже столь велика, что подшипник начинает «терять» свое основное назначение - обеспечивать вращение поддерживаемого вала с минимальным трением. Возрастают потери в подшипнике на вращение ротора и, как результат, увеличивается энергия, выделяющаяся в подшипнике, растет уровень фона. Это уже этап саморазрушения подшипника.

Зона «4-5». Это последний этап развития дефекта, когда он охватил уже весь подшипник, вернее говоря все то, что осталось от подшипника. Уровень фона вибрации практически сравнялся с уровнем пиков, точнее говоря, весь вибрационный сигнал состоит из пиков. Работы подшипников качения в этой зоне следует избегать, хотя, если говорить точнее, она уже просто невозможна.

Все эти вышеперечисленные этапы ухудшения состояния подшипника свойственны практически всем видам дефектов, имеющих место в любых разновидностях подшипников. В зависимости от ряда конструктивных и эксплуатационных параметров подшипников могут наблюдаться различия в длительности описанных этапов, в интенсивности вибрационных процессов в них, но общая картина развития дефектов не меняется.

Есть и другие характерные признаки наличия дефектов в подшипниках качения.

При работе подшипника с дефектами на поверхностях качения в спектре вибрационного сигнала появляются характерные составляющие, гармоники, с собственными частотами, по которым можно достаточно корректно выявить место нахождения дефекта. Численные значения частот этих гармоник зависят от соотношения геометрических размеров элементов подшипника, и конечно однозначно связаны с оборотной частоты вращения ротора контролируемого механизма.

В нагруженном подшипнике качения можно дифференцировать четыре основные, характерные, применяемые для диагностики частоты - гармоник. Это гармоники (от оборотной частоты) вызываются специфическими процессами на внешней обойме подшипника, на внутренней обойме подшипника, связаны с работой сепаратора подшипника, и с частотой вращения тел качения – шаров или роликов. Рассмотрим, для упрощения без промежуточных математических выкладок, формулы для расчета этих частот.

Частота обкатывания тел качения по внешней обойме подшипника, часто в литературе обозначаемая как BPFO:

Fн = Nтк / 2 х F 1 (1 - Dтк / Dc х cos j)

где: Nтк - количество тел качения в одном ряду подшипника;

F 1 - оборотная частота вращения ротора;

Dтк - диаметр тела качения;

Dc - средний диаметр сепаратора;

j - угол контакта тела качения с обоймой.

Fв = Nтк / 2 х F 1 (1 + Dтк / Dc х cos j)

Fс = 1 / 2 х F 1 (1 - Dтк / Dc х cos j)

Частота работы (вращения) тел качения - BSF:

Fтк = 1 / 2 х F 1 х Dтк / Dc (1 - Dтк 2 / Dc 2 х cos 2 j)

Как видно из этих формул, для точного определения характерных гармоник работы подшипника качения достаточно 4 первичных параметров, три из которых являются конструктивными, а четвертый определяется рабочей частотой вращения ротора.

Данные формулы расчета характерных подшипниковых частот являются достаточно простыми, но не всегда удобными для практики. Сложность заключается в том, что они включают в себя угол контакта тел качения с обоймами. Этот параметр не всегда известен точно и в процессе работы подшипника, по мере износа рабочих поверхностей подшипника, может изменять свое значение.

В практике удобнее использовать более простые формулы, не включающие в себя этот угол, в результате, естественно, менее точные, чаще всего приемлемые для практической диагностики. Приведем и эти формулы:

Частота обкатывания тел качения по внешней (наружной) обойме - BPFO:

Fн = F 1 (Nтк / 2 - 1,2)

Частота обкатывания тел качения по внутренней обойме - BPFI:

Fв = F 1 (Nтк /2 + 1,2)

Частота работы сепаратора - FTF:

Fс = (1 / 2 - 1,2 / Nтк)

Частота вращения тел качения - BSF:

Fтк = (Nтк / 2 - 1,2 / Nтк)

Алгоритм использования этих формул достаточно прост – если в спектре вибрационного сигнала появляются гармоники с такими частотами, то можно говорить о дефектах в соответствующем элементе подшипника. Так это можно трактовать теоретически, практически же все выглядит сложнее.

Использовать эти формулы, опираясь на анализ «прямых спектров» (классических спектров Фурье от всего сигнала) следует очень осторожно, достоверность диагностики с их использованием может быть не высокой. Достаточно часто даже при наличии в подшипнике явного дефекта в вибросигнале характерные частоты могут полностью отсутствовать, иметь сдвиг по частоте, или иметь очень малый уровень.

3.1.1.2. Методы диагностики дефектов подшипников

Для оценки технического состояния и диагностики дефектов подшипников качения разными авторами и компаниями разработано достаточно много различных методов. Естественно, что все эти методы, различные по своим теоретическим предпосылкам, имеют разную трудоемкость, требуют различного приборного обеспечения и могут применяться для различных целей. Конечно, итоговая информация, полученная в результате использования этих методов, имеет различную информативность и достоверность.

В данном разделе мы попытаемся, очень обзорно и поверхностно, рассмотреть и сравнить основные методы, чаще всего применяемые в практике. В основе сравнения будем использовать параметр, который назовем как практическая применимость и эффективность. При этом будем систематизировать эти методы исходя только из основных, базовых, теоретических предпосылок, возможности применения их на различных этапах развития дефектов подшипников.

В самом общем случае оценка технического состояния и поиск дефектов подшипников качения может производиться при четырех наиболее распространенных методов, по следующим диагностическим параметрам:

1. По величине СКЗ виброскорости

Данный метод позволяет выявлять дефекты подшипников на последних стадиях, начиная, примерно, с середины третьего этапа развития дефекта, когда общий уровень вибрации значительно вырастает. Данный метод диагностики прост, имеет нормативную базу, требует минимальных технических затрат и не требует специального обучения персонала, применяется при диагностике «массового» и сравнительно недорогого вращающегося оборудования.

2. Диагностика дефектов подшипников качения по спектрам вибрационных сигналов

Данный метод применяется на практике достаточно часто, хотя и не обладает высокой чувствительностью, но он позволяет выявлять, наряду с диагностикой подшипников, большое количество других дефектов вращающегося оборудования. Этот метод позволяет начинать диагностику дефектов подшипников примерно с середины второго этапа, когда энергия резонансных колебаний вырастет настолько, что будет заметна в общей картине частотного распределения всей мощности вибросигнала. Для реализации данного метода необходим хороший измерительный прибор достаточно высокого уровня, и специально подготовленный персонал.

3. Диагностика дефектов по соотношению пик / фон вибросигнала

Основы метода иллюстрируются рисунком 3.1.1.1. Этот метод разрабатывался несколькими компаниями и имеет много различных, примерно одинаковых по эффективности, практических модификаций. Это метод HFD (High Frequency Detection - метод обнаружения высокочастотного сигнала), метод SPM (Shock Pulse Measurement - метод измерения ударных импульсов), метод SE (Spike Energy - метод измерения энергии импульса), а также еще несколько других, но менее известных методов. Лучшие разновидности данного метода позволяет выявлять дефекты подшипников качения на достаточно ранних стадиях, начиная примерно с конца первого этапа развития. Приборы, реализующие данный метод диагностики дефектов достаточно просты и дешевы.

4. Диагностика дефектов подшипников качения по спектру огибающей вибрационного сигнала

Данный метод позволяет выявлять дефекты подшипников на самых ранних стадиях, начиная примерно с середины первого этапа. Теоретически данный метод диагностики дефектов подшипников качения может базироваться и на анализе акустических сигналов, и на анализе вибрационных сигналов. В первом случае метод называется SEE (Spectral Energy Emitted - анализ излучаемой спектральной энергии), и для своей работы использует специальный датчик акустического излучения. Чаще всего для такой диагностики используют акустические детекторы утечек различных модификаций, работающие в диапазоне частот до 100 кГц. В этом случае измерение акустических параметров производится дистанционно, с некоторого удаления от контролируемого подшипника. Если для измерения вибрационных сигналов используются «обычные контактные датчики вибрации», то применение этого метода не требует использования специального оборудования. Развитием данного метода много занимались российские диагносты, в настоящее время считается уже классическим методом для анализа вибросигналов с подшипников качения.

Все вышеперечисленные методы диагностики дефектов подшипников качения различаются не только теоретическими предпосылками, положенными в их основу. Они различаются типом используемого диагностического оборудования, его стоимостью, необходимой подготовкой персонала и конечно своей эффективностью. Практически всегда справедливо простое правило - чем на более ранней стадии, и чем более достоверно необходимо обнаруживать дефекты подшипников, тем дороже это стоит.

Кроме того всегда следует помнить и учитывать, что диагностика состояния подшипников является только частью общего диагноза по оборудованию. Полный анализ состояния оборудования обычно проводится по спектрам вибросигналов, поэтому при выборе метода диагностики подшипников качения предпочтение следует отдавать диагностике по спектрам огибающей, что делает этот метод практически универсальным. При таком подходе полный набор технических средств, предназначенный для диагностики состояния оборудования, будет минимальным по объему и стоимости.

В случае, если стандартная спектральная диагностика данного типа оборудования постоянно не проводится, то для ранней диагностики состояния подшипников качения весьма эффективно применение методов, основанных на сравнении уровней фона и пика вибросигнала. Эти методы обладают достаточной для стандартной практики работы специалистов по вибрационной диагностике достоверностью. Очень большим достоинством этих методов является то, что для своей реализации они не требуют дорогих и специализированных виброметров.

Для того, чтобы при наличии явного дефекта в подшипнике необходимо выполнение целого ряда различных требований. Эти требования обусловлены конструктивными, эксплуатационными, и методическими особенностями проведения диагностики подшипников качения различными методами.

Основное требование к конструкции подшипникового узла следующее - должен существовать хороший акустический контакт между зоной установки подшипника качения, и возможным местом установки измерительного датчика. Здесь использован термин «акустический контакт» по той причине, что большая часть интересующих нас вибрационных частот находится в зоне акустической слышимости. Конечно, более правильно было бы говорить о передаче вибрационных сигналов от контролируемого подшипника к датчику, но в данном случае это равноценно.

Измерение параметров технического состояния контролируемого подшипника должны проводиться в определенных условиях:

• Контролируемый подшипник должен быть нагружен достаточным усилием, чтобы «дефект мог проявиться» в измеряемых вибрационных сигналах. При невыполнении этого условия диагностика в режиме «on-line» становится бессмысленной.
• Дефектная зона подшипника качения должна периодически проходить через зону нагрузки подшипника.
• Желательно, чтобы в контролируемом оборудовании не было других источников вибрационных сигналов с частотой, равной частоте дефектов, или их влияние было ослаблено в зоне контроля.

Используемое для диагностики измерительное оборудование должно обладать определенными свойствами:

• Частотные параметры измерительного датчика должны охватывать весь возможный диапазон частот, которые могут возникнуть в контролируемом подшипнике, и который представляет «диагностический интерес».
• Регистратор и анализатор вибрационных сигналов, используемый для анализа «прямых спектров» подшипников качения, должен обеспечивать, после обработки, получение спектра вибросигнала с разрешением не меньше 1600 - 3200 линий.

Эти требования относятся ко всем методам диагностики подшипников качения по спектрам и спектрам огибающей, которые базируются на использовании вышеприведенных формул расчета подшипниковых частот.

В завершение данного общего раздела, касающегося общих вопросов диагностики, хочется коснуться важного методического вопроса, связанного с диагностикой «тихоходных подшипников». Такие подшипники в больших количествах используются в бумагоделательных машинах, в различных конвейерных линиях и подъемных механизмах.

Смысл рассматриваемого вопроса достаточно прост, он заключается в том, чтобы определить, какими частотными параметрами должны обладать измерительные приборы, предназначенные для диагностики таких подшипников качения, и каковы особенности такой диагностики. Например, если нужно диагностировать подшипник, частота вращения которого равна 0,2 Гц, т. е. если контролируемый подшипник делает один оборот за пять секунд, то какими должны быть частотные свойства используемого диагностического прибора, измерительного датчика? В каком частотном диапазоне должны производиться измерения, чтобы полученной информации хватило для проведения корректной диагностики подшипника.

Для ответа на этот вопрос обратимся к рисунку 3.1.1.3., на котором показан временной сигнал, зарегистрированный на дефектном подшипнике, имеющем раковину на внутренней обойме.

Приведенная на рисунке вибрационная картина понятна и наглядна. Один раз в пять секунд дефектная зона внутренней обоймы попадает в нагруженную зону подшипника, и при прохождении через дефектную зону тел качения возникают динамические удары. После каждого удара в дефектной зоне возникают свободные затухающие колебания с частотой около 2 кГц. В приведенном примере мы имеем «серии» из трех ударов, т. е. за время прохождения дефектной зоны в нее «попадают» три тела качения подшипника. Это «рафинированная» вибрационная картина реального дефекта, достаточно часто встречающегося в практике.

Вопрос стоит следующим образом, какими частотными свойствами должен обладать измерительный датчик, и в каком диапазоне частот мы должны провести измерения, чтобы, например, диагностировать дефект в данном подшипнике при помощи прямых спектров.

Для начала определимся с тем, какая зона нашего вибрационного сигнала представляет для нас интерес, от этого зависит многое. Очевидно, что если речь идет о повторяющихся импульсах, то мы должны включить в рассмотрение не менее 2-3 оборотов контролируемого ротора, а в идеале 4-5, чтобы было можно уверенно диагностировать дефекты сепаратора подшипника качения. Это связано с тем, что частота гармоники дефектного сепаратора обычно чуть меньше 0,5 Гц, т. е. такой дефект «обкатывается» один раз за два оборота ротора. Если мы включим в рассмотрение 4 оборота ротора, то получим, что мы должны зарегистрировать вибрационный сигнал, длительность которого равняется 20 секунд.

Выше мы уже говорили, что частота свободных колебаний после динамических ударов, в нашем примере, равняется 2 кГц. Чтобы корректно зарегистрировать и диагностировать эту гармонику на спектре мы должны вести регистрацию с частотой не менее 5 кГц, а лучше больше, например, хотя бы 6 кГц. Это логично вытекает из правила Найквиста.

Теперь становится понятным, что одна регистрация вибрационного сигнала на тихоходном подшипнике должна производиться с частотой 6 кГц, и длительностью 20 секунд. Итоговая длина одной выборки должна составлять не менее 120 тысяч отсчетов АЦП. Такими возможностями обладают далеко не все приборы регистрации вибрационных сигналов, в том числе самые лучшие, это специфическое требование. Для 95% процентов приборов, имеющихся на современном рынке, максимальная длина выборки сигнала не превышает 8192 отсчета.

Второй важный вопрос, а каков частотный диапазон измерительного датчика, предназначенного для диагностики тихоходных подшипников качения? Что самое парадоксальное, многие утверждают, что чем ниже этот диапазон, тем лучше. А какой же диапазон необходим для диагностики подшипника, сигнал с которого приведен на нашем рисунке? При опросе 90% специалистов сказали, что необходим датчик с нижней граничной частотой от 0,05 Гц, и даже ниже.

Когда мы акцентировали внимание на том, что основная диагностическая частота составляет 2 кГц, это есть частота свободных колебаний конструкций «вокруг подшипника» после динамических ударов в зоне дефекта, даже после этого не все изменили свои требования к частотным свойствам измерительного датчика. Еще раз подчеркнем, что все эти рассуждения справедливы только для диагностики подшипников качения, для диагностики подшипников скольжения требования другие, более стандартные.

Заключим данные рассуждение следующим. Диагностику тихоходных подшипников качения следует проводить при помощи «импульсных» методов. Диагностика с использованием «прямых» спектров практически невозможна, а с использованием спектров огибающей вибрационного сигнала весьма сомнительна.

3.1.1.3. Диагностика дефектов по общему уровню вибрации

Данный способ оценки технического состояния и диагностики дефектов в подшипниках вообще, и в подшипниках качения в частности, входит в широко распространенную простейшую практику оценки общего технического состояния вращающегося оборудования по общему уровню вибрационного сигнала. Такая диагностика производится техническим персоналом без специальной вибрационной подготовки. Для проведения такой диагностики дефектов подшипников качения вполне достаточно использования простейшего виброметра, измеряющего общий уровень вибрации.

Как уже говорилось выше, такая диагностика дефектов подшипников качения позволяет определять дефекты только на самой последней стадии их развития, когда они уже приводят или уже привели к деградации состояния подшипников, повышению общего уровня вибрации. Диагностику дефектов подшипников по величине СКЗ виброскорости, а только для такой размерности вибрационного сигнала существуют критерии технического состояния оборудования, можно интерпретировать уже как предаварийную.

Критерии технического состояния, и степени развития дефектов в данном методе полностью ориентированы на соответствующие нормативные значения уровней вибрации, принятые для данного механизма. Дефектным в этом методе диагностики считается такой подшипник качения, вибрации которого превысили общую норму для агрегата, это является признаком дефектного состояния контролируемого подшипника качения. При таком пороговом повышении значения уровня вибрации, замеренной на опорном подшипнике, обслуживающему персоналу необходимо принимать решение о возможности дальнейшей работы агрегата или об остановке оборудования и замене подшипника.

Первые признаки дефекта подшипника данным методом диагностики обнаруживаются при обследовании оборудования персоналом достаточно поздно, примерно за несколько месяцев, недель или даже дней, что зависит от целого ряда особенностей работы данного подшипника, до момента полного выхода подшипника из строя. Несмотря на такое позднее обнаружение дефектов, и несколько скептическое отношение к этому методу специалистов со стажем, такой метод диагностики состояния подшипников качения достаточно широко используется в практике и дает неплохие результаты в тех случаях.

Максимальными преимуществами метод обладает в случаях, когда:

• Основной задачей проведения диагностического обследования оборудования является только предотвращение аварий и их последствий, пусть даже диагностическая информация о наличии дефекта будет получена на достаточно позднем этапе.
• Останов оборудования для замены подшипника могут быть выполнены в любое время, без какого - либо ущерба для работы контролируемой установки и технологического цикла всего предприятия, без нарушения общего процесса.
• Если цикличность проведения ремонтных работ на контролируемом оборудовании такова, что оставшийся срок службы подшипника с диагностированным дефектом, пусть даже минимальный, всегда превышает оставшееся время работы до его вывода в ремонт по другим причинам.

Достоинством такого, самого простейшего метода диагностики дефектов подшипников качения по общему уровню вибрации, является так же и то, что для его применения не требуется практически никакого дополнительного обучения обслуживающего, а часто и эксплуатационного персонала. Кроме того стоимость технического оборудования, необходимого для данного метода диагностики, минимальна.

Если на предприятии ранее не велись какие-либо работы по вибрационной диагностике, то данный метод диагностики обеспечивает наибольшую эффективность при своем внедрении. Применение всех других методов диагностики подшипников качения всегда требует больших начальных материальных затрат, и дает экономический эффект только на более поздних стадиях работы.

В заключении по данному вопросу следует сказать, что неожиданно высокую эффективность может иметь диагностика дефектов подшипников качения наиболее простым способом – «на слух». Для этого необходимо наличие какого-либо устройства для прослушивания подшипников, например типа стетоскопа, или виброметра с подключаемыми наушниками. Если ничего даже этого нет, то можно воспользоваться любой сухой деревянной палочкой достаточных размеров.

Если приложить ее одним концом к контролируемому подшипнику, а вторым концом к уху, то при наличии дефекта в подшипнике можно очень явственно услышать высокий, негромкий, приятный звон, называемый иногда «бронзовыми колокольчиками». Стоит только один раз его услышать, и спутать его уже будет нельзя ни с чем. Достоверность диагностики дефектных подшипников таким методом очень велика.

3.1.1.4. Диагностика дефектов подшипников по спектрам сигналов

Большинство специалистов по вибрационной диагностике, если они начинают заниматься подшипниками качения, ожидают наибольшей достоверности и наибольшего эффекта при внедрении диагностики по классическим спектрам вибрационных сигналов. Такие спектры, в отличие от спектров огибающей вибрационного сигнала, также используемых для диагностики подшипников качения, достаточно часто называют «прямыми», и этот термин мы тоже будем применять.

К сожалению, чаще всего именно здесь их оптимистическим ожиданиям не суждено будет сбыться. Мало того, что сама процедура диагностики является достаточно сложной и противоречивой, достоверность большинства практических диагнозов по состоянию подшипников качения, полученных при использовании таких «прямых» спектров вибрационных сигналов, является неожиданно низкой. Метод, предназначенный для решения самых сложных диагностических задач вращающегося оборудования, не дает хороших результатов при диагностике «копеечных» подшипников качения!

«Неожиданность» такого парадокса запрограммирована заранее и заложена в особенностях диагностики по спектрам вибрационных сигналов. Ошибки диагнозов заранее прогнозируемы и заключаются в том, что классический спектр есть, по своему определению, распределение мощности исходного временного вибросигнала в частотной области. По этой, причине появление на спектре характерных гармоник того или иного элемента подшипника качения, следует ожидать только в том случае, когда дефект разовьется до такой степени, когда мощность его гармоник будет соизмерима с мощностью «механических» гармоник, связанных с небалансом, расцентровкой. Только в этом случае на спектре можно уверенно диагностировать «подшипниковые» гармоники, когда они будут иметь не только большую амплитуду, но и существенную мощность.

Для того, чтобы повысить чувствительность данного диагностического метода к «подшипниковым гармоникам» с малой мощностью, применяются различные способы, например, амплитуды гармоник в анализируемых спектрах представляются в логарифмическом масштабе. Это конечно помогает, но до определенного значения, когда гармоники уже начинают маскироваться общим «белым шумом», который в вибрационных сигналах имеет значительную амплитуду.

В соответствии с приведенной в начале главы градацией развития дефектов подшипников качения на этапы можно сказать, что диагностика по спектрам вибрационных сигналов может уверенно выявлять дефекты подшипников качения, начиная только с конца первого этапа их развития, а чаще с середины второй зоны. Причем даже на этом уровне диагностика по «прямым» спектрам вибрационных сигналов является делом достаточно непростым, и имеет ряд специфических особенностей.

Ниже мы попытаемся рассмотреть эти особенности, значительно усложняющие диагностику дефектов подшипников качения по прямым спектрам.

Начнем с требований, которые предъявляются к приборам регистрации и анализа вибрационных сигналов. Используемый для диагностики подшипников качения измерительный прибор должен обязательно иметь высокое частотное разрешение, не менее, чем 3200 линий в спектре. В противном случае произойдет «размазывание» мощности узкого ударного пика дефекта по достаточно широкой спектральной полосе, что приведет к резкому занижению амплитуды характерной подшипниковой гармоники, что однозначно исказит результаты проводимой диагностики. Как мы уже писали раньше, таких приборов находится в эксплуатации не так много, обычно частотное разрешение приборов значительно меньше.

Вполне понятно, что раз диагностика подшипников качения, чаще всего, ведется на анализе динамических процессов, то измерения необходимо вести в размерности виброускорения, в котором эти процессы более значимы. Хотя в некоторых методах диагностики необходимо анализировать энергетическую составляющую колебаний, для чего следует пользоваться измерениями в размерности виброскорости.

Далее обратимся к основным особенностям проявления дефектов подшипников в исходных вибрационных сигналах, и в получаемых на их основе «прямых» спектрах мощности. Таких характерных особенностей существует несколько.

Рассмотрим сначала форму ударных импульсов, возникающих при ударных воздействиях от дефектов подшипников, возникающих в вибрационном сигнале. Для этого рассмотрим простейший пример вибрационного сигнала, приведенный на рисунке 3.1.1.4., зарегистрированного на дефектном подшипнике качения. После каждого удара в дефектной зоне подшипника возникают свободные резонансные колебания, которые обычно затухают по экспоненциальному закону.

Вероятность появления таких ударных периодических импульсов, имеющих весьма характерный вид, сопровождающих процесс обкатывания дефекта подшипника, близка к 100 %. Для описания формы этих процессов особенностей даже придуман специальный термин – «золотая рыбка». Наличие импульсов такой формы в вибрационном сигнале является надежным диагностическим признаком для выявления дефектов подшипников.

Частота следования этих «золотых рыбок», точнее говоря их плавников и хвостиков, во временном сигнале должна достаточно точно соответствовать частоте, характеризующей дефект того или иного элемента подшипника. Интенсивность «золотых рыбок», степень их выраженности, превышения над общим фоном вибрации, зависит от степени развития дефекта. Пример такого вибросигнала с двумя «золотыми рыбками» приведен на нашем рисунке. Сразу же обратим внимание читателя на то, что «на один оборот ротора» может приходиться различное количество ударных импульсов, частота их следования определяется не оборотной частотой ротора, а расчетными «подшипниковыми» частотами.

В реальных вибрационных сигналах «золотая рыбка» не бывает такой красивой, чаще всего форма ее является более «лохматой». У нее имеются различные «дополнительные плавники», располагаемые сверху, или снизу. Ударные импульсы могут следовать один за другим, часто даже наслаиваясь друг на друга. Все это зависит от реальной частоты следования ударов от дефектов, и от собственных резонансных свойств механической конструкции или ее отдельных элементов.

Вторая, основная диагностическая особенность заключается в наличии специфического проявлении дефектов подшипников качения в «прямых» спектрах вибрационных сигналов. Непосредственно при проведении диагностики можно выявить три типа возможных, наиболее часто встречающихся типа спектров вибросигналов, соответствующих различным этапам развития дефектов.

Диагностическая стадия 1

Первые признаки дефектов на спектре вибросигналов появляются тогда, когда дефект подшипника, возникнув, разовьется до такого уровня, что выделяемая им энергия (в золотых рыбках) станет сравнительно заметной в общей энергии вибрации подшипника, т. е. будет представлена на спектре. Применительно к вышеописанному разделению на этапы развития дефектов, приведенному на рисунке 3.1.1.1., это примерно конец первого этапа - начало второго. По срокам это бывает примерно несколько месяцев с момента начала развития дефекта. Пример спектра первой стадии приведен на рис. 3.1.1.5.

В этом спектре, наряду с первыми, механическими, гармониками оборотной частоты вращения ротора, появляется пик на характерной частоте дефекта того или иного элемента подшипника. На этой стадии развития дефекта характерная «подшипниковая» гармоника уже хорошо видна на спектре, что позволяет достаточно точно выявлять дефектный элемент, особенно если представлять амплитуду гармоник в логарифмическом масштабе.

По своей амплитуде пик характерной гармоники уже соизмерим с амплитудой первой или второй гармоник оборотной частоты ротора, но по своей мощности еще много уступает им. На спектре это выражается тем, что пик подшипниковой гармоники является очень узким. Дефект появился, но еще не является сильно развитым, динамические удары при обкатывании дефекта есть, но амплитуда и энергия их еще не очень значительна.

Эта стадия, соответствующая специфическому проявлению дефектов подшипников в спектрах вибрационных сигналов, и завершается тогда, когда амплитуда характерной гармоники достигает своего максимума, примерно равного амплитуде оборотной гармоники, и уже больше не растет. Она если и будет превышать оборотную гармонику, то не на много, не более 30%. Причина этого проста – энергия подшипниковых гармоник автоматически «вносится» преобразованием Фурье - FFT в состав оборотной гармоники. Как следствие срабатывает логическое правило, говорящее о том, что одно слагаемое не может быть больше итоговой суммы.

Диагностическая стадия 2

Следующая стадия развития дефекта подшипника качения начинается тогда, когда на спектре рядом с подшипниковой гармоникой, очень близко, появляется первая пара боковых гармоник, располагающихся слева и справа.

Появление боковых гармоник обозначает, что начался этап пространственного расширения зоны дефекта в подшипнике вдоль поверхностей качения, что иллюстрируется рисунком 3.1.1.6. В этой зоне дефект имеет уже такие размеры (глубину), что при «проваливании» тела качения в зону дефекта он смещается настолько, что основную нагрузку по поддержке вала механизма уже берут на себя рядом расположенные тела качения. «Ступенька», с которой «прыгает» тело качения в зоне дефекта, практически не может быть очень большой, ее величина зависит от общей степени износа подшипника качения. В результате увеличение амплитуды динамических импульсов больше не происходит. Вся энергия этих импульсов теперь уходит не на углубление, а уже на расширение зоны дефекта, возникающее за счет постепенного «раскрашивания» границ зоны дефекта.

На этой стадии диагностики дефектов подшипников по спектрам вибрационных сигналов значительно увеличивается «вклад дефекта» в общую вибрацию контролируемого механизма. Подшипниковая гармоника увеличивает свою мощность до такого значения, что становится соизмерима с основными механическими гармониками - первой и второй. Результатом наличия в вибросигнале двух, как минимум, гармоник - синхронной и несинхронной примерно одинаковой мощности возбуждает в агрегате частоты биений. Эти частоты биений проявляются в спектре в виде боковых полос вблизи характерной подшипниковой гармоники. По мере роста мощности подшипниковой гармоники с расширением зоны дефекта число боковых полос и их мощность постепенно возрастает.

Дальнейшее развитие дефекта приводит уже к появлению новых семейств гармоник, уже от самой характерной подшипниковой частоты. Обычно появляются гармоники с номером два и три от основной частоты подшипникового дефекта. Рядом с каждой такой гармоникой слева и справа тоже будут иметь место боковые частоты, число пар которых может быть достаточно большим. Чем более развит дефект, тем больше боковых гармоник и у гармоник частоты дефекта.

Гармоники от подшипниковых частот с большим номером, чем три, регистрируются достаточно редко. Это происходит по той причине, что хотя более высокочастотные гармоники и возникают, но мы не можем их зарегистрировать на внешней поверхности подшипниковых опор. Чем выше частота возникающих колебаний, тем более интенсивно это колебание будет затухать внутри подшипниковой опоры, на участке от места возникновения до места установки первичного измерительного датчика.

Пример спектра вибросигнала подшипника качения с таким уровнем развития дефекта показан на рисунке 3.1.1.7. На этом спектре есть две гармоники от характерной частоты подшипникового дефекта, первая и вторая. Вокруг каждой гармоники расположено по две пары боковых гармоник, расположенных слева и справа.

Износ подшипника, обладающего таким набором характерных гармоник в спектре, уже очевиден. Пространственно он может простираться почти по всей рабочей поверхности подшипника, он уже стал групповым, захватив несколько элементов подшипника. Подшипник нуждается в замене или к такой процедуре нужно интенсивно готовиться.

Хочется завершить описание этого этапа развития дефекта в подшипнике качения небольшим, но методически важным сравнением, связанным с использованием общего подхода к диагностике дефектов вращающегося оборудования. При внимательном рассмотрении видно, что такой состав гармоник подшипниковой частоты, который показан на рисунке 3.1.1.7., если не брать во внимание боковые гармоники, очень похож на состав гармоник оборотной частоты ротора, имеющий место при наличии механического ослабления в роторе, так же называемого люфтом, описанном в соответствующем разделе.

Такое совпадение типов дефектов реально есть и на самом деле. Появление на спектре гармоник подшипниковой частоты говорит именно о развитии механического ослабления, так как при такой степени развития дефекта фиксация ротора в дефектном подшипнике становится уже недостаточно точной. Следствием такого совпадения проявления дефектов является примерное равенство наборов основных гармоник, возникающих в обоих случаях – при общем ослаблении ротора, и при ослаблении в опорном подшипнике.

Диагностическая стадия 3

Это последняя стадия развития дефектов подшипника. В конце этой стадии подшипник уже полностью деградировал и перестал исполнять свои прямые функции - обеспечивать вращение валов при минимальных затратах на трение. Потери на трение в подшипнике велики, и вращение ротора затруднено.

Развитие дефекта подшипника на этой стадии, при диагностике его по спектрам вибрационных сигналов, проходит следующим образом. Износ подшипника достигает такой стадии, когда характерная частота дефекта, из-за очень большого расширения зоны дефекта, становится нестабильной, такая же участь постигает боковые гармоники. Наложение многих семейств гармоник, каждое из которых состоит из основной частоты и боковых гармоник, создает достаточно сложную картину. Если в этих семействах основные гармоники различаются по частоте немного, то сумма всех этих частот представляет собой общее поднятие спектра, «энергетический горб», захватывающий такой диапазон частот, куда входят все гармоники всех семейств от всех уже существующих дефектов подшипника качения.

На общем фоне «энергетического горба» могут выделяться отдельные гармоники, но обычно все они носят случайный характер, как по частоте, так и по амплитуде, и уже практически ничего конкретного не отражают. Они просто увеличивают мощность, сосредоточенную в этом частотном диапазоне спектра.

Практически вся мощность вибрационного сигнала сосредоточена не в зоне наиболее значимых механических гармоник, с первой по десятую, а в зоне характерных гармоник, соответствующих имеющим место дефектам диагностируемого подшипника качения. Правда на этом этапе таких дефектов уже много, и это понятно, подшипника уже практически нет, есть «сплошной дефект» всех элементов подшипника. Для иллюстрации этой стадии на рисунке 3.1.1.8. приведен спектр вибросигнала. На рисунке достаточно хорошо видны все вышеперечисленные особенности диагностирования третьей стадии развития дефекта.

Кроме того в диапазоне гармоник, свойственных механическому ослаблению и увеличенному зазору в подшипнике поднимается лес целых гармоник оборотной частоты. Все они по своим параметрам соответствуют вышеназванным механическим причинам. Причины возникновения таких гармоник вполне понятна, в контролируемом подшипнике велики все зазоры, о чем мы уже писали немного раньше. Только на этом этапе мы имеем механическое ослабление не на уровне дефектов тел качения, а на уровне увеличения зазоров в опорных подшипниках. В результате и возникают множественные гармоники оборотной частоты ротора.

Диагностическое заключение о техническом состоянии такого подшипника качения очень простое - он нуждается в скорейшей замене, т. к. возможность возникновения аварийной ситуации с контролируемым оборудованием очень велика.

Здесь мы подошли к самому главному в диагностике любого оборудования любым методом. Каковы финальные и промежуточные критерии для оценки технического состояния подшипника качения? Как оценить уровень развития выявленного дефекта - на основании сравнении амплитуд конкретных гармоник, или анализируя иные параметры гармоник характерных подшипниковых частот. К сожалению, в очередной раз вынуждены разочаровывать нашего читателя, таких однозначных для практики значений нет, или, если говорить еще более точно, нам они неизвестны.

В практике диагностам чаще всего приходится оперировать терминами типа «больше – меньше», или «более развитый дефект – менее развитый». Все зависит от очень многих параметров – от типа подшипника, особенностей его монтажа, величины технологической нагрузки на подшипник, и от много другого. Говоря иными словами, уровень дефекта подшипника в каждом механизме свой, уникальный. На величину порога каждого дефекта даже сказывается выбранное место для установки датчика, удаление от места возникновения дефекта. Например, в самом простейшем случае, дефект внутренней обоймы подшипника качения менее заметен в вибрационном сигнале, чем дефект его внешней обоймы.

Определение истинного уровня недопустимого развития дефекта подшипников качения, точнее говоря определение истинной степени развития каждого дефекта каждого подшипника, чаще всего представляет наибольшую сложность, и значительно увеличивает трудоемкость использования метода диагностики по прямым спектрам. Нет ничего полезнее и важнее, чем практический опыт, накопленный по результатам диагностических измерений и сравнения их с результатами, полученными в процессе ремонтных работ.

В заключение по данному вопросу хотелось бы немного повторить уже сказанное, дополнив его некоторыми специфическими признаками:

• Все подшипниковые частоты обычно модулируются частотой вращения ротора, что приводит к возникновению вокруг них характерных боковых гармоник. По мере углубления дефекта число боковых гармоник растет. Дополнительная мощность вибрации от дефекта оказывается сосредоточенной не в основной гармонике дефекта, а вокруг нее, причем в достаточно широком диапазоне частот.
• Достаточно часто бывает, что реальные частоты характерных гармоник от отдельных элементов подшипника не соответствуют рассчитанным значениям, причем по мере «углубления и расширения зоны дефектов» это отличие может увеличиваться.
• Чаще всего при значительных степенях развития дефектов на спектре возникают «энергетические горбы» - участки с общим поднятием уровня, имеющие большое количество случайных пиков. Такие «горбы» могут возникнуть как вблизи характерной частоты, так и вблизи частоты резонанса конструкции или ее отдельного элемента. Часто «энергетический горб» бывает в двух местах спектра, и на характерной частоте и на резонансной. Достаточно часто, при развитом дефекте, сама гармоника характерной частоты, вокруг которой появился и вырос «энергетический горб», на спектре отсутствует. Иногда число «горбов» может быть три или даже больше.

3.1.1.5. Диагностика с использованием пик - фактора

В данном разделе кратко рассмотрим те методы диагностики подшипников качения, в которых идет анализ наличия дефектов подшипников по соотношению на временных вибросигналах пиков и общего уровня «фона» вибрации. Одна из таких временных зависимостей, по которым может выполниться такая диагностика, приведена в начале данного раздела на рисунке 3.1.1.1.

В силу устоявшейся практической привычки мы называем эти, во многом достаточно разные методы диагностики подшипников качения, общим наименованием – «диагностикой по пик – фактору», хотя разработчики многих компаний придумали разновидностям этого метода иные названия. Применяемый нами диагностический признак «пик – фактор» не является единственным и полностью общепринятым в практике, но в силу того, что оно хорошо отражает физический смысл этого метода, мы используем его преимущественно.

Как уже говорилось выше, этот метод диагностики подшипников качения имеет несколько достаточно широко известных разновидностей. Эти разновидности разрабатывались разными компаниями, в них несколько по-разному производят сравнение уровней пика и фона вибросигнала. В одном методе для сравнения берется амплитуда пика, в другом энергия, фоновый уровень также может рассчитываться по-разному.

Мы уже называли основные разновидности этого метода:

• Диагностика с использованием СКЗ вибрационного сигнала и пиковых значений – классический метод диагностики по пик фактору.
• Диагностика с использованием соотношения эксцесса вибрационного сигнала и общего уровня.
• Метод HFD (High Frequency Detection - метод обнаружения высокочастотного сигнала).
• Метод SPM (Shock Pulse Measurement - метод измерения ударных импульсов).
• Метод SE (Spike Energy - метод измерения энергии импульса).

Лучшие разновидности данного метода позволяет выявлять дефекты подшипников качения на достаточно ранних стадиях, начиная примерно с конца первого этапа развития. Приборы, реализующие данный метод диагностики дефектов достаточно просты и дешевы.

При более общем взгляде на все эти методы видно, что они, в силу одинакового теоретического, методического и даже приборного подхода к решению проблемы, имеют примерно и одинаковую трудоемкость, и почти одинаковую достоверность поставленных диагнозов. Для этих методов нужна примерно одинаковая техническая база - специализированные переносные виброметры с встроенными двумя типами детекторов вибросигналов - детектором среднего уровня вибросигнала и пиковым детектором.

Использование обобщенного количественного соотношения двух величин по типу – «средний уровень – пик» позволяет диагносту определять дефекты подшипника на достаточно ранних стадиях их развития, что является несомненным достоинством применения такого подхода к диагностике.

Каждая из известных нам компаний-разработчиков диагностических методов по своему, с использованием собственного опыта, решила проблему нормирования этапов развития диагностируемых дефектов, но практическое представление этих наработок примерно одинаково - это специальные таблицы или номограммы, достаточно удобные для практического использования. Какого - либо обобщающего исследования, сравнивающего эти методы между собой нет, да и очевидно быть не может. Все они примерно с равным успехом применяются в практике.

Вопросы методики практического проведения замеров вибрации в этих методах не имеют достаточно подробного описания. Это является результатом того, что эти достаточно простые методы диагностики ориентированы на использование персоналом, не обладающим специальной диагностической подготовкой. Поэтому сама технология проведения замеров должна быть очень простой, не «затуманенной» сложными теоретическими выкладками.

Мы не будем заниматься сравнением всех этих методов диагностики подшипников качения по «пик – фактору» между собой, не будем выискивать достоинства и недостатки как самих методов, так и компаний-разработчиков. Это уже специальный, можно даже сказать коммерческий вопрос, выходящий за пределы основных задач, решаемых данным методическим руководством.

Будет лучше, когда каждый конкретный пользователь сам примет свое решение по данному вопросу, какой из методов диагностики подшипников качения с использованием «пик – фактора» ему нравится больше всего, и с успехом использует его на практике. Тем более, такой диагностикой чаще всего занимаются не специалисты, которые, как мы надеемся, читают эту книгу.

3.1.1.6. Диагностика дефектов подшипников по спектрам огибающей

Метод диагностики состояния вращающегося оборудования при помощи спектров огибающей вибрационного сигнала получил максимальное прикладное развитие благодаря его применению именно для ранней диагностики технического состояния подшипников качения. Основы метода диагностики дефектов подшипника качения по спектру огибающей и особенности его практического применения достаточно подробно описаны выше, и поэтому не будем здесь все это повторять.

Если говорить кратко и очень просто, суть этого метода заключается в детектировании высокочастотных хвостиков «золотых рыбок» (смотри рисунок 3.1.1.4), и получения спектра от полученной огибающей высокочастотного сигнала. Полученная кривая, огибающая исходный вибрационный сигнал, является более информативной для диагностики дефектов подшипников качения, чем исходный сигнал, так как она принудительно «избавлена» от ненужной высокочастотной информации. По этой причине на спектре от данной кривой более явно представляются гармоники, соответствующие характерным подшипниковым частотам, математические формулы, предназначенные для расчета которых также приведены выше, в начале данного раздела.

Процедура проведения регистрации огибающей вибрационного сигнала достаточно сложна. Она должна учитывать несколько специфических особенностей, позволяющих повысить чувствительность метода.

• Во-первых, регистрация производится не во всем частотном диапазоне, в котором может работать измерительный прибор, а только в узкой его полосе. Поскольку первые применения данного метода чаще всего проходили с использованием аппаратуры компании «Брюль & Къер», которая наряду с созданием приборов вибрационного контроля занималась акустическими измерениями, для определения параметров полос частот использовались октавные определения. В настоящее время стандартом для расчета огибающей сигнала считается использование треть октавных фильтров, или близких к ним.
• Во-вторых, достаточно сложным является выбор необходимой полосы частот, перестройка которой осуществляется при помощи управляемых фильтров высокого порядка. С одной стороны, в этой полосе частот должны быть максимальны высокочастотные колебания, которые возникают после динамических ударов в зоне дефекта подшипника. С другой стороны, в выбранной полосе частот должны быть минимальны колебания, связанные с другими причинами, приводящими к увеличенным вибрациям в зоне опорных подшипников.

Как вы уже догадались, практически для каждого контролируемого подшипника этот вопрос приходится решать отдельно. Слишком от многих конструктивных и эксплуатационных параметров это зависит.

Мы достаточно подробно описываем этот вопрос потому, что от правильного его решения во многом зависит точность и достоверность проводимой диагностики дефектов подшипников качения.

Далее мы приведем, причем уже в конечном виде, общей таблицей, практически полный перечень дефектов, которые можно диагностировать в подшипниках качения при помощи спектральных методов - по классическим спектрам и спектрам огибающей. Всего в этой таблице приведено 15 наиболее часто встречающихся причин повышенной вибрации - дефектов подшипников с различной локализацией.

Все дефекты в таблице представлены в определенном хронологическом порядке, связанным с этапами «жизненного цикла» подшипника качения в оборудовании. Сначала идут дефекты, связанные с монтажом подшипников, с которыми приходится встречаться уже на этапе ввода оборудования в эксплуатацию. Далее идут дефекты смазки, т. е. эксплуатации подшипников. За ними следуют проблемы, связанные уже с износом рабочих поверхностей подшипников. Замыкают таблицу явно выраженные и уже сильно развитые дефекты элементов подшипников типа, «скол» и «раковина» на поверхностях качения.

В графе «тип сигнала» указывается параметр, при помощи которого наиболее эффективно проводить диагностику каждого дефекта. Это может «прямой» спектр, спектр огибающей сигнала, или их комбинация. В графе «основная частота» указывается или оборотная гармоника, или подшипниковые гармоники, являющиеся основными при диагностике. В следующей графе указывается, на какие гармоники от основной частоты следует обращать основное внимание. И в последней графе «порог» указывается уровень модуляции вибрационного сигнала основной диагностической гармоникой. Этот параметр рассчитывается по стандартным формулам обработки сигналов, которые следует взять из теории анализа модулированных радиосигналов.

Проблемы изготовления и монтажа подшипников можно отнести к нулевому этапу развития дефектов подшипников, когда эксплуатация подшипника еще даже не началась. Проблемы смазки и начальные этапы износа соответствуют первому этапу, когда дефекты поверхностей качения только зарождаются.

Сильный износ и зона углубления физических дефектов подшипников относятся ко второму этапу развития дефектов в подшипниках. Как уже говорилось выше, третий этап развития дефектов в подшипниках, начало их деградация, диагностируется уже любым методом.

Для иллюстрации возможностей диагностики дефектов подшипников качения, приведем несколько характерных спектров огибающей вибросигнала, свойственных нескольким наиболее характерным дефектам.

На рисунке 3.1.1.9. приведен спектр огибающей вибрационного сигнала с подшипника качения, имеющего значительную раковину на наружном кольце. На приведенном спектре может иметься достаточно много гармоник, иногда даже более десяти. Все они, по своей частоте, кратны частоте обкатывания наружного кольца подшипника качения, т. е. являются ее гармониками. Других, значительных, характерных гармоник на данном спектре просто нет, поэтому вибрационная диагностика данного дефекта подшипников качения не вызывает значительных трудностей, диагностическая картина дефекта здесь достаточно простая.

На следующем спектре огибающей вибрационного сигнала, приведенном на рисунке 3.1.1.10., следует диагностировать дефект типа раковина на внутреннем кольце. Здесь также имеются гармоники характерной частоты - частоты внутреннего кольца, но здесь есть существенное отличие. Характерные гармоники имеют боковые полосы, сдвинутые на частоту вращения ротора. Появление боковых полос объяснялось выше с физической точки зрения.

Можно привести еще одно объяснение причин появления боковых гармоник, с другой точки зрения. Дефект на внутреннем кольце не постоянно находится в нагруженной зоне подшипника. В течении одного оборота ротора он то находится в нагруженной зоне, то выходит из нее. Таким образом, дефект внутреннего кольца модулируется частотой вращения ротора. При внимательном рассмотрении спектра на рис. 3.1.1.10. возникает впечатление, что дефект модулируется синусоидой, по которой и располагаются амплитуды основных и боковых гармоник. Данный дефект диагностируется тоже достаточно просто.

Мы не будем приводить примеров спектров огибающих для других дефектов подшипников качения. Все они достаточно просты и могут быть легко дифференцированы после небольших рассуждений. Вся сложность проведения диагностики дефектов по спектру огибающей заключается в получении этих спектров, а дальше все уже достаточно просто.

Уровень дефекта на диагностических спектрах огибающей определяется по величине модуляции огибающей данного вибросигнала характерной гармоникой. Диагностируемые дефекты принято характеризовать в данном методе диагностики уровнями - слабый, средний и сильный. Нормированию подлежит порог сильного дефекта, в долях от которого в дальнейшем рассчитываются пороги среднего и слабого уровней. Порог среднего уровня дефекта чаще всего считают равным половине от величины порога сильного дефекта. Порог слабого уровня дефекта обычно определяют в 20 процентов от уровня порога сильного дефекта.

Самым ответственным считается корректное определение уровня порога сильного дефекта. При этом приходиться учитывать три аспекта работы подшипника и способа проведения замера вибрации:

• Чем больше размер подшипника, тем более высоким должен быть уровень порога сильного дефекта. Большой подшипник «звенит» сильнее.
• Чем выше рабочая частота вращения ротора механизма, тем выше должен быть уровень порога сильного дефекта. При быстром вращении от подшипника больше шума.
• Измерительный датчик должен располагаться как можно ближе к контролируемому подшипнику. При удалении датчика часть полезной информации затухает в конструкции и уровень порога сильного дефекта необходимо понижать.

Для каждого нового конкретного типа оборудования, точнее говоря, даже для каждого подшипника в каждом оборудовании, уровень порога сильного дефекта реально приходиться каждый раз подбирать сугубо индивидуально, не рассчитывать, а именно подбирать.

Величина порога сильного дефекта во многом зависит от удаленности элемента с дефектом от измерительного датчика. Пороги дефектов внутреннего кольца подшипника всегда ниже порогов дефектов наружного кольца. Это объясняется увеличением затухания полезной составляющей вибросигнала на более длинном пути передачи, включая дополнительные зазоры в подшипнике.

Для справки напомним, что для примера усредненные, наиболее часто встречающиеся, значения уровней порогов сильных дефектов приведены выше в таблице, где перечислены диагностируемые в подшипниках качения дефекты. В зависимости от примененного способа диагностики дефектов подшипника в таблице имеется две разновидности единиц, в которых нормируется уровень сильного порога.

При использовании для диагностики дефекта подшипника классических спектров вибросигналов уровень порога сильного дефекта может быть задан в долях от нормированного допустимого значения виброскорости на данном подшипнике или так же в процентах модуляции. При сравнении с нормой необходимо использовать не полное, абсолютное значение виброскорости на данном подшипнике, а только ту ее часть, которая наведена диагностируемым дефектом. Это несколько сложнее, но в конечном итоге более точно.

При определении качества смазки за базу для сравнения берется общий уровень «фоновой» вибрации исправного подшипника с хорошей смазкой. При повышении общего уровня «фона» вибрации в десять раз, т. е. на 20 dB, качество смазки считается неудовлетворительным.

Еще раз хочется напомнить, что в таблице приведены только общие, усредненные значения уровней порогов сильных дефектов. У конкретных подшипников возможен разброс этих значений на ± 40 % или даже несколько больше. Все зависит от типа подшипника и условий его работы.

Сам факт диагностирования того или иного дефекта подшипника несет в себе полезную информацию, но эта информация мало применима для практики. Обслуживающий персонал больше интересует вопрос о возможности дальнейшей практической эксплуатации оборудования с дефектным подшипником и тех ограничениях, которые накладывает обнаруженный дефект на возможности использования оборудования. Очень важным для практики является вопрос о сроках проведения очередного ремонта. Все эти вопросы относятся уже к сфере, относящейся к системе обслуживания оборудования.

Вопрос прогнозирования остаточного ресурса подшипника качения во многом напоминает прогнозирование общего остаточного ресурса оборудования, но и имеет свои индивидуальные особенности. Не вдаваясь в подробности, рассмотрим основные проблемы, возникающие при расчете остаточных ресурсов подшипников.

• Каждый подшипник имеет свои уникальные физические особенности, приводящие к специфическим внутренним процессам. Поэтому каждый подшипник должен описываться своей математической моделью.
• Каждый подшипник должен описываться двумя различными моделями - одна должна описывать общие процессы износа подшипника без дефектов, а другая должна описывать процессы развития внутренних дефектов.
• Время полного развития дефектов, находящихся на разных элементах подшипника, например не внешнем кольце или на сепараторе, различно. Для дефектов каждого элемента подшипника должна существовать своя математическая модель.

Даже из этого простого перечисления особенностей математического описания физических процессов в подшипнике качения видно, насколько сложна задача прогнозирования остаточного ресурса подшипника по итогам проведения вибрационной диагностики.

Первоначально состояние подшипника «контролируется» при помощи достаточно стабильной модели нормального износа, когда в нем отсутствуют внутренние дефекты. Так продолжается до момента выявления в подшипнике какого-либо дефекта. Здесь приходится отказываться от нормальной модели и переходить к моделям развития дефектов. Очень важной задачей, решаемой при переходе от нормальной модели к контролю состояния по модели развития дефекта, является как можно более точное определение времени зарождения дефекта. Чем точнее оно будет определено, тем более достоверными будут дальнейшие прогнозы по величине остаточного ресурса подшипника.

Максимальная скорость развития разных дефектов различна, поэтому контролировать следует развитие всех возможных дефектов, даже когда один из них только что зародился, а другой уже достаточно развит. Никогда нельзя заранее сказать, какой из дефектов раньше всех разовьется до недопустимого уровня и послужит причиной смены подшипника качения при ремонте.

Периодичность проведения диагностических измерений вибрации зависит от максимальной скорости развития дефекта подшипника в данном оборудовании. В практических случаях замеры могут проводиться через интервал времени от нескольких часов до одного года. При нормальной эксплуатации типового оборудования и проведении замеров примерно через шесть месяцев удается выявить большую часть дефектов на достаточно ранней стадии и предупредить аварии.

После выявления первых признаков зарождающегося дефекта интервал времени между двумя измерениями необходимо сократить. В зависимости от локализации дефекта интервал времени между замерами сильно меняется. Он минимален при дефектах тел качения, которые могут развиваться очень быстро.

Подшипник подлежит замене или ежедневному наблюдению при наличии в нем двух сильных дефектов.

Для обеспечения необходимой точности расчета остаточного ресурса и даты проведения ремонта в расчетах необходимо применение математических моделей с порядком не ниже третьего - четвертого. Если вспомнить, что один подшипник описывается не менее, чем десятком математических моделей, то становятся представимыми те математические затраты, необходимые для корректного прогнозирования параметров эксплуатации подшипника качения. А таких подшипников на предприятии в работе может одновременно находиться в работе несколько тысяч.

Процедура контроля состояния многих подшипников на предприятии становится возможной только при использовании компьютеров, в которых создаются и работают базы данных по подшипникам и современные экспертные системы диагностики.

Приборы нашего производства для диагностики подшипников качения

• ДПК-Вибро – компактный виброметр, прибор оперативной диагностики подшипников качения
• Vibro Vision-2 – анализатор вибросигналов с расширенными функциями диагностики подшипников качения