maszyny wirnikowe

maszyny wirnikowe, Akademia Morska w Szczecinie, Diagnostyka

[ Pobierz całość w formacie PDF ]
ROZDZIAŁ 4
SYSTEM OCENY STANU
DYNAMICZNEGO MASZYN
WIRNIKOWYCH
UNIFIKACJA OZNACZEŃ
WARTOŚCI KRYTERIALNE
DEFINICJE,NORMY
Znacząca część nieporozumień specjalistów, przy omawianiu zagadnień związanych z
dynamiką maszyn wirnikowych, ma swoje źródło w braku wspólnego języka. Każda
dyscyplinanaukowamaswojąspecyficznąterminologięiwłasnyżargontechniczny.Te
same terminy oznaczają często coś innego w różnych środowiskach specjalistów. Ter-
minologia i oznaczenia dotyczące drgań są w znacznym stopniu znormalizowane. W
praktycejednak niezawsze są onew tej postaci stosowane. W polskiej literaturze na-
ukowej z dziedziny drgań funkcjonują określenia z literatury anglojęzycznej, czasami
wzięte dosłownie, spolszczone, bądźw wolnym tłumaczeniu. Podobnie jest zliterowy-
mioznaczeniamiwielkościfizycznych,którymiprzeważniesąpierwszelitery,lubskróty
angielskich określeń tych wielkości. W każdym jednak wypadku niezbędne jest wyja-
śnienie użytych oznaczeń i niestandardowych terminów. Temu między innymi celowi
służyniniejszyrozdział.
Niemalwszystkieniesprawnościtechnicznemaszynwirnikowychuwidaczniająsięw
drganiachelementówmaszyn.Doocenyichstanudynamicznegowykorzystujesięprzede
wszystkim diagnostyczną informatywność drgań maszyn. Podstawą wibroakustycznej
oceny stanu dynamicznego maszyny jest intensywność drgań. Za miarę intensywności
drgańmożnaprzyjąćkażdąwielkośćcharakteryzującąstandrganiowymaszyny.Dlapo-
trzebzaawansowanejanalizydynamikiwirnikówzaproponujemyjednolitysystemprzed-
stawiania drgań elementów maszyn wirnikowych szczególnie użyteczny ze względu na
systemkomputerowyMESWIRijegomożliwościwizualizacjiwyników(patrz:rozdział
3). Na system ten składają się charakterystyczne arkusze, na których zestawione są
międzyinnymikartydiagnostyczne,wykresyanalizywidmowej,tabeleamplituddrgań
orazkartywykresówsłupkowych.
Niektórezelementówtycharkuszybyłyjużprezentowanewcześniej(rozdział3).
284
4.Systemocenystanudynamicznegomaszynwirnikowych
W niniejszym rozdziale omówimy jedynie po jednym przykładzie każdej z tych form
prezentacji wyników. Zastosujemy tu ten sam, jednolity system oznaczeń i określeń,
uprzednio szczegółowo zdefiniowany. W następnych rozdziałach niniejszej monografii
systemtenbędziewielokrotniewykorzystywany.
Osobny podrozdział zawiera zestawienie różnych wartości kryterialnych stanowią-
cych poziom odniesienia dla pomierzonych lub obliczonych drgań maszyn: znormali-
zowanych, a także tych stosowanych w praktyce przez system diagnostyczny DT200,
o którym była już mowa w rozdziale 3. Szczególnie interesujące dla Czytelnika mo-
gą być ARKUSZE-A,B i D oraz tabele nr 10 i 11 zawierające komplet tego rodzaju
danychodnoszącychsiędodużegoobiekturzeczywistego.Naogółdaneteniesąpubli-
kowane i stanowią poufnymateriał dysponentów obiektów. Również tabele nr15 i 16
przedstawiająinteresującedanedotyczącewartościgranicznychkonkretnychjednostek
energetycznych.
Przedstawimytakżewsposóbprosty,alematematycznieścisłypojęciastosowanew
analizie drgań, a mianowicie pasma analizy widmowej i logarytmiczną skalę poziomu
intensywnościdrgań,wyrażanąwdecybelach.Wrozdziale przedstawimyteżfragment
analizy odnoszący się do niestabilności hydrodynamicznej łożysk ślizgowych, podamy
przyczyny tego zjawiska i sposoby ograniczenia jego wpływu. Na końcu w sposób en-
cyklopedycznywyjaśnimygłówneterminyużywanewdziedziniedynamikiwirnikówze
szczególnymuwzględnieniemdrgańichelementów.Załączymyteżwykaznormzwiąza-
nychzprzedmiotemrozważań.
4.1 Metodypomiarustanudynamicznegomaszyn
wirnikowych
Prawie wszystkie uszkodzenia maszyn wirnikowych mają swoje odbicie w drga-
niach.Stądteżpodstawowymsygnałemdiagnostycznymdlategotypumaszynsą
sygnałydrganiowe[4.1]-[4.13].
W praktyceeksploatacjimaszynwirnikowychnajważniejszajestocena drgań
obiektu na podstawie pomiarów wykonanych na częściach nie wirujących. Cho-
dzitugłównieopomiarybezwzględnychprędkościdrgańnastojakachłożyskśli-
zgowych oraz w określonych miejscach korpusów. Pomiary tego rodzaju można
przeprowadzićniemal zawszei dość łatwo,bez ingerencji w strukturę maszynyi
podczasjejruchu,atakżestosunkowoniskimkosztem.Pomiarytedostarczająin-
formacjiowieluuszkodzeniachobjawiającychsięwzrostemdrgańkorpusów,choć
czasemsątrudnointerpretowalne.
Pomiarydrgańnawirującychelementachmaszynsąbardziejkłopotliwe,wy-
magają specjalnego, stosunkowodrogiego oprzyrządowaniapomiarowegomonto-
wanego na stałe, zwykle wewnątrz korpusów łożysk. Przedmiotem pomiarów są
w tym przypadku względne przemieszczenia drgań, zwykle drgań czopów łoży-
skowych względem panwi. Pomiary prowadzi się głównie za pomocą wiroprądo-
wych czujników przemieszczeń względnych, mocowanych na stałe do panwi ło-
żyskowych. Te układy pomiarowe stanowią zazwyczaj element zarówno systemu
kontroliinadzoru,jakielementsystemudiagnostycznego.Pomiarydrgańwzględ-
nychwirującychwałówsąkłopotliwe.Jednakprzysprawniedziałającymsystemie
pomiaruwzględnychprzemieszczeńwałudostarczaondużoinformacjiopracyło-
4.1.Metodypomiarustanudynamicznegomaszynwirnikowych 285
żyskmaszyny,ostaniewyważeniawirnika(aprzeztoioubytkachwelementach
wirujących, np. w ułopatkowaniu), o stanie wygięcia wału, o stanie sprzęgieł, o
przemieszczeniu podpór łożyskowych względem linii kinetostatycznej oraz o in-
nych zjawiskach odzwierciedlających się w położeniu środka czopa w kole luzów
łożyskaczywkształcietrajektoriiśrodkaczopa.
Na rys. 4.1 przedstawiono schemat typowego węzła pomiarowego dużej ma-
szynywirnikowej,naprzykładturbogeneratora,jakimjestłożyskowrazzestoja-
kiemłożyskowym.Rysunekpokazujerozmieszczenieczujnikówdopomiarudrgań
bezwzględnychkorpusułożyskaiczujnikówdopomiarudrgańwzględnychczopa
względempanwiłożyskowej.Narysunkupokazanotakżeschematycznieprzebieg
sygnałówpomiarowych,sposóbichprzetwarzaniai wykorzystania.Tegorodzaju
oprzyrządowaniepomiarowejeststandardemwprzemyśleenergetycznym(np. w
elektrowniach).
Rys.4.1.Schemat typowego oczujnikowania pojedynczego węzłapomiarowego (ło-
żyska) dużej maszyny wirnikowej, stosowanego standardowo w przemy-
śle[4.29]. Oznaczenia:
A
u
,A
v
–amplitudy drgań względnychp-pwkie-
runku
u, v
;
V
x
,V
y
–prędkościdrgańbezwzględnychRMSwkierunku
x, y
286
4.Systemocenystanudynamicznegomaszynwirnikowych
4.2 Ocena stanu dynamicznego maszyny na pod-
stawie pomiarów drgań
Podstawąwibroakustycznejocenystanu dynamicznego maszynyjest
intensyw-
ność drgań.
Za miarę intensywności drgań można przyjąć każdą wielkość cha-
rakteryzującą stan drganiowy maszyny. Wybór takiej wielkości zależy od wielu
czynnikówiniejestsformalizowany.Zależyodrodzajumaszynyczyteżelementu
maszyny,któregodrganiasięanalizuje,aleprzedewszystkimodrodzajuinforma-
cji,którąchcesięotrzymaćiceluanalizy.Wpraktyceeksploatacyjnejprzyjętesą
jednakpewnejednolitezasady,zktórychczęśćjestznormalizowana.
Dla stałych (nie wirujących)
częścimaszynmożnazgrubszaprzyjąć,że:
•
dla maszyn o małej częstotliwości drgań podstawowych (prędkości obroto-
wych),poniżej10-30Hzpodstawąocenyintensywnościdrgańsąprzemiesz-
czeniadrgań,
•
dlamaszynpracującychwszerokimiśrednimzakresieprędkościobrotowych
iczęstotliwościdrgańpodstawowychodok.10-30Hzażdo1000-1500Hz–
podstawąocenyintensywnościdrgańjestprędkośćdrgań,
•
dlamaszynowysokichczęstotliwościachdrgańpodstawowych,powyżej1000-
1500Hz,podstawąocenyintensywnościdrgańjestprzyspieszeniedrgań.
Wynika stąd, że dla większości maszyn wirnikowych i większości analizowanych
zjawiskdynamicznychpodstawąocenyintensywnościdrgańelementówniewiru-
jącychjestprędkośćdrgań.
Dlawirujących elementówmaszyn
(wirników,wałów,tarcz)ocenęinten-
sywnościdrgańprowadzisięzwyklewoparciuoprzemieszczeniadrgań,niezależnie
odprędkościwirowania.
Zewzględunasposóbpomiaru,związanyzużywanymsprzętempomiarowym,
drganiaelementówniewirującychmierzysięzwyklejakobezwzględne(winercjal-
nym układzie odniesienia), natomiast drgania elementów wirujących mierzy się
jakowzględne(względemelementumaszynyprzyjętegojakostałyelementodnie-
sienia),doktóregomocujesięczujnikiprzemieszczeńwzględnych.
Jako
miary(estymaty)
intensywnościdrgańzwykleprzyjmujesię:
•
dlaprzemieszczeńdrgań–amplitudęcałkowitą,
•
dlaprędkościdrgań–wartośćskuteczną.
Wpraktyceocenęstanudynamicznegośrednichidużychmaszynwirnikowych,o
średnichprędkościachobrotowych(a więc zdecydowanejwiększości)dokonujesię
woparciuonastępującewielkościpochodzącezpomiarów:
•
V
(
V
sk
lub
V
RMS
)–prędkośćskutecznądrgańbezwzględnych–dlastałych
(nie wirujących) elementów maszyn, takich jak korpusy, stojaki łożyskowe
itp.,
•
A
pp
(
S
c
lub
S
p
−
p
)–całkowitąamplitudęprzemieszczeńdrgańwzględnych–
dlawirującychelementówmaszyn,takichjakwirniki,wały,czopy,itp.
4.3.Jednolitysystemoznaczeń
287
Syntetycznezestawieniepowyższychuwarunkowańzawartowtabeli4.1.
Tabela4.1.Ogólnezasady ocenymaszynywirnikowej napodstawie drgań[4.29]
Miejscepomiaru:
stałe elementy ma-
szyn
wirująceelementymaszyn
Oznaczeniewielkościmierzonej:
V
(
V
sk
,V
RMS
)
A
pp
(
S
c
,S
p
−
p
)
Podstawa oceny intensywności
drgań:
prędkośćdrgań przemieszczeniedrgań
Miaraintensywnościdrgań: wartośćskuteczna amplitudacałkowita
Rodzajdrgań:
bezwzględne względne
Kierunekpomiaru:
poziom,pion dwusiecznakątamiędzypo-
ziomemipionem
Narzędziapomiarowe: elektrodynamiczne
czujniki prędkości
drgań
wiroprądowe czujniki prze-
mieszczeńdrgań
4.3 Jednolity system oznaczeń
Wniniejszejmonografiiprzyjętyzostałwłasny,jednolitysystemoznaczeńdlapod-
stawowychwielkościcharakteryzującychintensywnośćdrgań.Poniżejwyjaśniono
znaczenieużywanychsymboliorazzilustrowanojenarysunku.Wtabeli4.2poda-
nosymbolewedługsugerowanychoznaczeńwłasnychwzestawieniuzoznaczeniami
wgPNioznaczeniamiliteraturowymi(zwyklezaczerpniętymizliteraturyanglo-
języcznej). Tabela 4.3 zawiera własne oznaczenia złożone z oznaczeń z tab. 4.2
i z wyszczególnionych poniżej tab. 4.2 indeksów. Oznaczenia te zilustrowano na
rys.4.2natleprzykładowejtrajektorii.
Tabela4.2.Porównanie oznaczeń stosowanych do opisu stanu dynamicznego ma-
szyn
Oznaczenie
własne
Oznaczenie
wgPN
Oznaczenie
ang.
Znaczenie
A
A
sz
A
o
−
p
szczytowa wartość amplitudy przemieszczeń
drgań
A
pp
A
c
A
p
−
p
całkowitaamplitudaprzemieszczeńdrgań
V
V
sk
V
RMS
średniokwadratowawartośćprędkościdrgań
Indeksystosowanedooznaczeniakierunkupomiaru:
x
–składowawkierunku
x
(składowapozioma),
y
–składowawkierunku
y
(składowapionowa),
[ Pobierz całość w formacie PDF ]

zanotowane.pl

doc.pisz.pl

pdf.pisz.pl

mement.xlx.pl