Вибродиагностика базируется на анализе вибраций, генерируемых работающим оборудованием. Любой механический компонент компрессора, будь то подшипник, вал, шестерня или поршень, при возникновении дефекта начинает вибрировать иначе, чем в исправном состоянии. Эти изменения в вибрационном спектре несут в себе информацию о типе, размере и местоположении дефекта.

Основными параметрами, характеризующими вибрацию, являются:

• амплитуда. Амплитуда - величина отклонения от равновесного положения, характеризует интенсивность вибрации;
• частота. Частота - количество колебаний в единицу времени, связана с частотой вращения вала и другими рабочими параметрами компрессора;
• фаза: Фаза - относительное положение колебаний в определенный момент времени, позволяет определить источник вибрации.

Для анализа вибраций используются различные методы представления данных, такие как:

• временной сигнал, отображает изменение вибрации во времени;
• спектр частот (FFT), показывает распределение амплитуды вибрации по различным частотам;
• огибающая спектра, выделяет модулированные частоты, характерные для определенных типов дефектов;
• временная диаграмма формы волны (TFA), позволяет анализировать кратковременные импульсы и переходные процессы.

1. Типичные дефекты компрессоров

Компрессоры, в силу своей сложной конструкции и интенсивного режима работы, подвержены широкому спектру дефектов. Правильная интерпретация вибрационных сигналов требует понимания взаимосвязи между конкретным дефектом и его вибрационным отпечатком. Рассмотрим наиболее распространенные дефекты и их соответствующие вибрационные характеристики.

• Дисбаланс ротора. Вызывает вибрацию на частоте вращения вала (1x обороты). Амплитуда вибрации пропорциональна степени дисбаланса.
• Расцентровка валов. Проявляется в виде вибрации на частотах 1x, 2x и 3x обороты, часто сопровождающейся осевой вибрацией.
• Износ подшипников. Генерирует широкополосный шум в спектре частот, с пиками на частотах дефектов подшипника (BPFO, BPFI, BS, FTF).
• Ослабление креплений. Вызывает вибрацию на низких частотах, а также может усиливать вибрацию на частотах, связанных с другими дефектами.
• Проблемы с зубчатыми передачами (в винтовых компрессорах). Характеризуются вибрацией на частоте зацепления зубьев и ее гармониках.
• Дефекты клапанов (в поршневых компрессорах). Проявляются в виде импульсов вибрации, связанных с моментом открытия и закрытия клапанов.
• Гидравлические пульсации (в центробежных компрессорах). Вызывают вибрацию на частотах, связанных с рабочей средой.

2. Осуществление вибродиагностики промышленных компрессоров

• Выбор точек измерения. Точки измерения должны располагаться в местах, наиболее чувствительных к вибрации, генерируемой дефектами. Обычно это места крепления подшипников, корпусы редукторов, фундаментные плиты. Необходимо учитывать конструктивные особенности компрессора и предполагаемые типы дефектов.
• Выбор датчиков вибрации. Тип датчика вибрации (акселерометр, виброметр, датчик перемещения) выбирается в зависимости от частотного диапазона вибрации и амплитуды. Важно правильно закрепить датчик для обеспечения надежного контакта с поверхностью оборудования.
• Настройка параметров измерения. Необходимо правильно настроить параметры измерения, такие как частотный диапазон, разрешение по частоте, количество усреднений. Эти параметры влияют на качество получаемых данных и возможность выявления дефектов.
• Сбор данных. Сбор данных должен проводиться в условиях нормальной работы компрессора. Важно записывать информацию о рабочих параметрах компрессора (давление, температура, расход) для последующей интерпретации вибрационных данных.
• Анализ данных. Анализ данных включает в себя обработку вибрационных сигналов, построение спектров частот, огибающих спектров, временных диаграмм. Для выявления дефектов необходимо сопоставлять полученные данные с базовыми уровнями вибрации и известными вибрационными характеристиками дефектов.

3. Методы анализа вибрационных данных: от классики к современным технологиям

Методы анализа вибрационных данных постоянно развиваются, предлагая все более точные и эффективные инструменты для выявления дефектов.

• Спектральный анализ (FFT). Классический метод, позволяющий разложить вибрационный сигнал на частотные компоненты. Позволяет выявлять дефекты, связанные с определенными частотами вращения и частотами дефектов подшипников.
• Анализ огибающей спектра. Используется для выявления модулированных частот, характерных для дефектов подшипников и зубчатых передач.
• Временной анализ. Позволяет анализировать кратковременные импульсы и переходные процессы, связанные с дефектами клапанов и другими ударными процессами.
• Цепстр (Cepstrum). Метод, используемый для выявления периодических повторений в спектре частот, например, связанных с дефектами зубчатых передач.
• Вейвлет-анализ. Обеспечивает анализ сигнала во временной и частотной областях одновременно, что позволяет выявлять нестационарные сигналы, например, возникающие при развитии дефекта.
• Методы машинного обучения (Machine Learning). Современные методы, позволяющие автоматически выявлять дефекты и прогнозировать остаточный ресурс оборудования на основе анализа больших объемов данных.

4. Преимущества и экономическая эффективность вибродиагностики

Внедрение системы вибродиагностики позволяет получить значительные преимущества, в том числе:

• предотвращение аварийных остановок, раннее выявление дефектов позволяет предотвратить внезапные поломки оборудования, приводящие к простоям и убыткам;
• снижение затрат на ремонт, своевременное выявление дефектов позволяет проводить плановый ремонт оборудования, снижая затраты на экстренный ремонт и замену дорогостоящих компонентов;
• продление срока службы оборудования, устранение дефектов на ранних стадиях позволяет продлить срок службы оборудования и отсрочить необходимость замены;
• оптимизация режимов работы, вибродиагностика позволяет оптимизировать режимы работы компрессора, снижая энергопотребление и увеличивая производительность.

Экономическая эффективность вибродиагностики складывается из снижения затрат на ремонт, предотвращения убытков от простоев и продления срока службы оборудования. Инвестиции в систему вибродиагностики окупаются в течение короткого времени.

5. Перспективы развития вибродиагностики компрессоров

Вибродиагностика компрессоров продолжает развиваться, предлагая новые возможности для повышения эффективности мониторинга состояния оборудования.

• Разработка более совершенных датчиков вибрации. Миниатюрные беспроводные датчики, работающие от аккумуляторов, позволяют проводить мониторинг состояния оборудования в труднодоступных местах.
• Внедрение облачных технологий. Облачные платформы позволяют собирать, хранить и анализировать данные о вибрации с различных компрессоров, обеспечивая централизованный мониторинг состояния оборудования.
• Развитие методов машинного обучения. Методы машинного обучения позволяют автоматически выявлять дефекты и прогнозировать остаточный ресурс оборудования на основе анализа больших объемов данных.
• Интеграция с системами управления производством (MES). Интеграция вибродиагностики с системами управления производством позволяет принимать решения о ремонте и обслуживании оборудования на основе данных о его состоянии.

Вибродиагностика является эффективным методом неразрушающего контроля, позволяющим выявлять дефекты компрессоров на ранних стадиях, предотвращать аварийные остановки, снижать затраты на ремонт и продлевать срок службы оборудования. Развитие технологий вибродиагностики открывает новые возможности для повышения эффективности мониторинга состояния компрессорного оборудования и обеспечения его надежной работы. Внедрение вибродиагностики – это инвестиция в будущее вашего производства.