Понимание явления выбега при анализе вращающихся механизмов
Выбег — также называемый «замедлением» или «торможением» — представляет собой процесс замедления вращающейся машины от рабочей скорости до полной остановки без применения активного торможения, с использованием естественных потерь на трение, сопротивление воздуха и сопротивление подшипников. В динамика ротора и анализ вибраций, то есть выбег, тест — это диагностическая процедура, при которой вибрация данные регистрируются непрерывно по мере замедления машины, что позволяет получить обширную информацию о критические скорости, собственных частот, а также динамические характеристики системы. Вместе со своим зеркальным отражением — разбег Этот тест является основным инструментом для ввода нового оборудования в эксплуатацию, устранения трудноустранимых вибраций и проверки соответствия роторно-динамических моделей реально построенной и установленной машине.
1. Назначение и применение
Определение критической скорости
Основное назначение испытаний на выбеге — определение критических скоростей:
- по мере снижения скорости при прохождении каждой критической скорости амплитуда колебаний достигает максимального значения;
- пики в амплитуда— пики отмечают критические скорости на графике «амплитуда — скорость»;
- сопутствующий поворот на 180° фаза сдвиг фазы подтверждает, что это истинная критическая скорость, резонанс а не какой-либо другой эффект, связанный со скоростью; и
- за один прогон можно зафиксировать несколько критических скоростей.
Измерение собственной частоты
Критические скорости соответствуют собственным частотам:
- первая критическая скорость соответствует первой собственной частоте, вторая — второй и так далее;
- этот тест дает экспериментальное подтверждение аналитических прогнозов; и
- он широко используется для проверки моделей, построенных по методу конечных элементов.
Определение коэффициента демпфирования
Четкость каждого резонансного пика свидетельствует о состоянии системы демпфирование:
- острые высокие пики свидетельствуют о низком коэффициенте демпфирования;
- широкие, низкие пики указывают на высокий коэффициент демпфирования;
- который коэффициент демпфирования может быть рассчитан по ширине и амплитуде пика; и
- Этот показатель имеет решающее значение для прогнозирования уровня вибрации при эксплуатации в будущем.
Оценка распределения дисбаланса
- Взаимосвязь фаз при критических скоростях показывает, как дисбаланс распределяется по ротору;
- они могут отличить статический от моментный дисбаланс; и
- они помогают разработать стратегию балансировки до того, как будет добавлен какой-либо груз.
2. Процедура испытания на выбег
Подготовка
- Установите датчики: Разместите акселерометры или датчики скорости в местах опоры, как в горизонтальном, так и в вертикальном направлениях.
- Установите тахометр: оптический или магнитный тахометр для отслеживания скорости вращения и обеспечения фазовой привязки.
- Настройка сбора данных: настройте непрерывную запись с подходящей частотой дискретизации.
- Определите диапазон скоростей: как правило, от рабочей скорости до 10–20 % от нее или до полной остановки машины.
Исполнение
- Достигните рабочей скорости: работать на нормальной скорости до достижения теплового равновесия и стабильной вибрации.
- Запустите выбег: отключить питание привода — двигателя, турбины или другого приводного механизма — и дать ему возможность замедлиться самопроизвольно.
- Осуществляйте постоянный мониторинг: регистрировать амплитуду, фазу и скорость колебаний на протяжении всего процесса замедления.
- Соблюдайте меры безопасности: следите за чрезмерной вибрацией, которая может свидетельствовать о неожиданном резонансе или нестабильность.
- Полное торможение: продолжайте запись до тех пор, пока машина не остановится или не достигнет минимальной интересующей вас скорости.
Параметры сбора данных
- Частота дискретизации: достаточно высокая, чтобы охватить все интересующие частоты — как правило, в 10–20 раз превышающая максимальную частоту.
- Продолжительность: зависит от инерции ротора и может составлять от 30 секунд до 10 минут.
- Измерения: амплитуду, фазу и скорость во всех точках расположения датчиков.
- Синхронная выборка: данные, полученные с постоянным угловым шагом, для обеспечения порядковый анализ.
3. Анализ и визуализация данных
Диаграмма Боде
Стандартный вид данных о торможении — это График Боде:
- Верхний след: зависимость амплитуды вибрации от скорости;
- нижний след: фазовый угол в зависимости от скорости;
- характеристика критической скорости: пик амплитуды с соответствующим сдвигом фазы на 180°; и
- за место: отдельные графики для каждой точки измерения и направления.
Водопадный график
A водопадная диаграмма (каскадная схема) дает трехмерное представление:
- Ось X: частота (Гц или порядки);
- Ось Y: скорость (об/мин);
- Ось Z (цвет): амплитуда колебаний;
- компонент 1× отображается в виде диагональной линии, отражающей скорость;
- собственных частот выглядят как горизонтальные линии с постоянной частотой; и
- их пересечение — точка, в которой линия 1× пересекается с линией собственной частоты, — это критическая скорость.
Полярный график
- векторы вибрации отображаются при различных скоростях;
- при прохождении каждой критической скорости с понижением скорости образуется характерная спираль; и
- изменение фазы хорошо видно при вращении вектора.
4. Испытания на выбег и разгон
Преимущества выбега
- Внешнее питание не требуется: просто отсоедините привод и дайте машине остановиться по инерции.
- Более плавное замедление: Более длительное время нахождения на каждой скорости обеспечивает более высокое частотное разрешение.
- Более безопасно: система теряет энергию, а не получает её.
- Меньше стресса: критические скорости достигаются за счет снижения энергии.
Преимущества разбега
- Контролируемое ускорение: можно задать скорость в диапазоне критических скоростей.
- Является частью обычного запуска: a анализ разгона могут быть собраны во время планового запуска.
- Действующие условия: имеются рабочие нагрузки, поэтому данные в большей степени отражают реальные условия эксплуатации.
Аспекты, которые следует учитывать при сравнении
- Температура: разгон обычно выполняется в холодном состоянии; выбег начинается из горячего рабочего состояния.
- Жесткость подшипника: Может различаться в зависимости от режима: при разгоне (набирании скорости) и при торможении (замедлении)
- Трение и демпфирование: оба зависят от температуры и смещают амплитуды пиков.
- Сравнение данных: различия между кривыми разгона и выбега могут сами по себе свидетельствовать о влиянии температурных факторов или нагрузки.
5. Применение и сценарии использования
Ввод нового оборудования в эксплуатацию
- убедиться, что критические скорости соответствуют расчетным прогнозам;
- убедиться в достаточности запасов по расстоянию;
- проверить динамическую модель ротора; и
- создать исходные данные на будущее.
Устранение неисправностей, связанных с вибрацией
- определить, связана ли сильная вибрация со скоростью (резонанс);
- выявить ранее неизвестные критические скорости;
- оценить последствия модификации или ремонта; и
- отделить резонанс от других источников колебаний.
Процедуры балансировки
- для гибких роторов, функция coastdown определяет, какие режимы требуют балансировки;
- это помогает выбрать подходящие скорости балансировки; и
- это позволяет убедиться в улучшении после модальная балансировка.
Проверка модификаций
- после замены подшипников необходимо убедиться в смещении критической скорости;
- после изменения массы или жесткости проверьте прогнозируемое изменение собственной частоты; и
- сравнить выбеги до и после, чтобы количественно оценить улучшение.
6. Передовой опыт проведения испытаний на выбег
Требования безопасности
- убедитесь, что все окружающие знают о том, что проводится тест;
- внимательно следить за вибрацией на предмет появления неожиданных резонансов;
- обеспечить возможность аварийного отключения;
- освободить пространство вокруг оборудования; и
- если возникнет сильная вибрация, лучше остановиться в экстренном порядке, чем дожидаться полной остановки.
Качество данных
- Правильная скорость замедления: не настолько быстро, чтобы на каждую скорость приходилось слишком мало точек данных, и не настолько медленно, чтобы во время теста изменились тепловые условия.
- Стабильные условия: свести к минимуму изменения технологических параметров во время испытания.
- Многократный запуск: проведите два-три выбега для проверки повторяемости.
- Все местоположения сразу: записывать все точки измерения одновременно.
Документация
- регистрировать рабочие параметры — температуру, нагрузку, конфигурацию;
- собирать полные данные о вибрации и скорости;
- Создание стандартных графиков анализа (Боде, водопад, полярный)
- выявлять и отмечать каждую обнаруженную критическую скорость; и
- сравнить с расчетными прогнозами или данными предыдущих испытаний, а затем заархивировать.
7. Интерпретация результатов
Определение критических скоростей
- обратите внимание на пики амплитуды на диаграмме Боде;
- подтвердить, что у каждого из них фазовый сдвиг составляет 180°;
- обратите внимание на скорость, с которой достигается пик; и
- рассчитать запас по скорости до предельной рабочей скорости.
Оценка уровня вибрации
- Пиковая амплитуда: До какой величины возрастает амплитуда колебаний при критической скорости?
- Пиковая резкость: резкий пик означает низкий коэффициент демпфирования и возможную проблему.
- Рабочая дистанция: насколько близка рабочая скорость к критической скорости?
- Приемлемость: Как правило, требуется диапазон отклонения около ±15–20 %.
Расширенный анализ
- извлечь формы колебаний на основе многоточечных измерений;
- рассчитать коэффициенты демпфирования по характеристикам пиковых значений;
- отличать движение вперед от движения назад вихрь режимы; и
- сравнить результаты с Диаграмма Кэмпбелла прогнозы.
8. Выбег в полевых условиях
На месте для измерения торможения накатом не требуется специальный испытательный стенд — его можно зарегистрировать с помощью портативного прибора сразу после отключения привода. Двухканальный анализатор, такой как Balanset-1A, лазерный тахометр которого служит фазовым эталоном, непрерывно регистрирует амплитуду, фазу и скорость по мере замедления ротора, благодаря чему инженер может сразу определить пики критической скорости по полученной диаграмме Боде. Тот же набор данных, который позволяет определить резонанс, также подтверждает наличие влияния однократного дисбаланса, что облегчает диагностику и последующие балансировка на месте работы по результатам одного прогона. Одним словом, испытания на выбег дают эмпирические данные, которые дополняют аналитические прогнозы и раскрывают истинное динамическое поведение вращающегося оборудования в реальных условиях эксплуатации.
