Diagnostika valivých ložisek, vibrační diagnostika valivých ložisek, vady valivých ložisek, diagnostické znaky, metody diagnostiky ložisek, metody vibrační diagnostiky | BALTECH

Jak ukazuje praxe, většina případů poruch rotačních strojů je spojena s vadami ložisek. Proto je vibrační diagnostika valivých ložisek tak důležitá, protože umožňuje odhalit původ vad a předvídat jejich vývoj, a tím včas přijmout opatření k jejich odstranění a zcela eliminovat výskyt havarijních poruch. Specialisté společnosti BALTECH se již více než dvacet let zabývají diagnostikou rotačních zařízení, jejichž hlavními prvky jsou valivá a kluzná ložiska.

1. Rychlosti otáčení ložiskových prvků

Uvažujme nejběžnější typ valivého ložiska s pevným vnějším a rotujícím vnitřním kroužkem. Pro určení vibračních frekvencí ložiska je nutné znát frekvenci otáčení stroje. n (otáčky za minutu) a parametry hlavního ložiska: d_н – vnější průměr;d_в – vnitřní průměr;d_tk – průměr valivých těles; z – počet valivých těles; α – kontaktní úhel valivých těles s oběžnou dráhou. Nejprve určíme rychlosti otáčení jednotlivých ložiskových těles:

Kromě harmonických složek vibrací uvažovaných u valivých ložisek jsou pozorovány i náhodné složky vibrací způsobené třecími silami. V bezvadném ložisku jsou třecí síly konstantní, a proto zůstává konstantní i výkon náhodných vibrací. Pokud se objeví vady, které způsobují změnu třecích sil, je výkon náhodných vibrací modulován výše uvažovanými frekvencemi ložisek nebo jejich kombinacemi.

1. Vady zjištěné vibrační diagnostikou ložisek

Diagnostika valivých ložisek umožňuje identifikovat následující vady valivých ložisek:

• nerovnoměrné opotřebení valivých ploch kroužků a valivých těles
  • diagnostické příznaky vibrací:
    • zvýšení nízkofrekvenčních vibrací ložisek (kinematických vibrací rotoru) a buzení vysokofrekvenčních vibrací v důsledku modulace třecích sil.
    • diagnostické příznaky:
      • buzení vysokofrekvenčních vibrací v důsledku opotřebení kluzných ploch + dodatečná modulace nízkofrekvenčních vibrací rotoru v důsledku opotřebení separátoru.
      • diagnostické příznaky:
        • buzení rázových vibrací v rozsahu středních a vysokých frekvencí.
        • diagnostické příznaky:
          • zvýšení kinematických vibrací při středních frekvencích a buzení vysokofrekvenčních vibrací v důsledku modulace třecích sil.
          • diagnostické příznaky:
            • narušení periodicity kinematických vibrací ložisek (zejména při rozjezdu stroje) a buzení vysokofrekvenčních rázových vibrací.
            • diagnostické příznaky:
              • buzení ultrazvukových vibrací v důsledku prasknutí mazací vrstvy a nárazů valivých těles na stacionární kroužek.

              

              Tabulka 1. Tabulka diagnostických vlastností valivých ložisek V souladu s tabulkou 1, aby se v nastavení vibračního analyzátoru BALTECH VP-3470-Ex nebo CSI 2140 pokryly všechny možné vady valivých ložisek, je horní mezní frekvence f_gr jsou určeny následujícími poměry:

              (V tomto případě musí spektrum vibračního signálu obsahovat alespoň 1600–3200 čar).

              

              Fáze vývoje vad valivých ložisek jsou velmi přehledně ilustrovány grafy změn úrovně pozadí a hodnot amplitudy píku v čase (viz obr. 1): Obr. 1 Graf závislosti efektivní hodnoty pozadí a špičkových hodnot v vadném ložisku

              • Krok 1 odpovídá prakticky ideálnímu stavu ložiska, kdy se jakékoli závady teprve objevují a celková úroveň pozadí je výrazně nižší než normované úrovně „Varování“ a „Stop“. Tomuto stupni obvykle odpovídají všechna ložiska testovaná na stojanu „PROTON-SPP-UVH“ a instalovaná v zařízení (do 12 měsíců provozu).
              • Krok 2 – fáze vzniku a prohlubování defektu, doprovázená rázovými impulsy, jejichž amplituda se rychle zvyšuje. Zároveň se úroveň pozadí stále mění nevýznamně, protože defekt je lokálního charakteru a neovlivňuje celkový stav ložiska. Defekt lze určit pomocí přístroje BALTECH VP-3450 nebo metodou PeakVue v analyzátoru CSI 2140.
              • Krok 3, při kterém amplituda rázových impulsů dosahuje téměř maximální hodnoty a defekt se nejen intenzivně prohlubuje, ale také se jeho zóna rozšiřuje.
              • Krok 4 – fáze přechodu od silné vady k úplné degradaci ložiska. V této fázi je zóna geometrického vývoje tak velká, že ložisko začíná ztrácet svůj hlavní účel a silný nárůst třecích sil vede k významnému zvýšení úrovně pozadí.
              • Krok 5 – poslední fáze vývoje vady, kdy pokrývá téměř celé ložisko a znemožňuje jeho provoz. Úroveň pozadí dosahuje maximální hodnoty a překračuje standardizované úrovně „Varování“ a „Stop“.
              1. Základní metody diagnostiky valivých ložisek

              V současné době bylo vyvinuto poměrně dost metod pro vibrační diagnostiku valivých ložisek, které se liší stupněm pracnosti, použitými nástroji, jakož i stupněm informačního obsahu a spolehlivosti výsledků.

              • Diagnostika valivých ložisek pomocí efektivní hodnoty rychlosti vibrací
              • Nejjednodušší a nejdostupnější metoda, realizovaná s pomocí jednoduchých vibrometrů BALTECH VP-3410 a používaná pro „hromadnou“ diagnostiku levných rotačních strojů. Hlavní nevýhodou této metody je poměrně pozdní detekce vady (od poloviny 3. fáze trendu), kdy je vada dostatečně rozvinutá a je doprovázena výrazným zvýšením celkové úrovně vibrací.

              Specialisté technického servisního oddělení společnosti BALTECH doporučují monitorovat efektivní hodnotu rychlosti vibrací (RMS) pomocí vibrometrů řady BALTECH VP.

              • Diagnostika valivých ložisek pomocí autospekter (spektrální metoda)
              • Tato metoda umožňuje detekci vad ložisek ve fázi uprostřed 2. fáze, kdy se energie rezonančních kmitů stává patrnou v obecném frekvenčním rozložení vibračního signálu. Kromě vad ložisek umožňuje analýza autospekter detekci mnoha dalších vad rotačních strojů. Pro implementaci metody je vyžadován kvalitní vibrační analyzátor a vysoká úroveň školení diagnostika. Specialisté oddělení technického servisu (TSD) společnosti BALTECH doporučují analýzu spekter pomocí vibračního diagnostického zařízení ložisek BALTECH VP-3470 a pro pokročilé školení jsou všichni zájemci zváni k absolvování kurzu pokročilého školení. TOR-103 „Základy vibrační diagnostiky. Spektrální analýza“ do školicího centra naší společnosti.
              • Vibrační diagnostika valivých ložisek pomocí poměru vrchol/pozadí
              • Podstata této metody je ilustrována výše uvedeným obr. 1 a vady ložisek jsou detekovány na konci 1. fáze. V současné době se používá několik praktických implementací této metody: metoda HFD (High Frequency Detection) – metoda detekce vysokofrekvenčního signálu; metoda SPM (Shock Pulse Measurement) – metoda rázových pulzů; metoda SE (Spike Energy) – metoda měření energie pulzů. Všechny tři tyto metody jsou přibližně stejně účinné, ale podle specialistů z oddělení technických služeb (TSD) společnosti BALTECH je nejjednodušší implementovat metodu rázových pulzů s použitím testeru BALTECH VP-3450.
              • Vibrační diagnostika valivých ložisek pomocí obalového spektra
              • Klasická metoda diagnostiky valivých ložisek, která umožňuje detekci vad téměř v nejranější fázi jejich vzniku – přibližně od poloviny 1. fáze. Podrobný popis metody je uveden v článcích tohoto webu „Metody vibrační diagnostiky“ a „Obálková metoda“, zde také uvádíme, že pro implementaci této metody doporučujeme použít vibrační analyzátor BALTECH VP-3470, který má nejlepší poměr cena/kvalita/funkčnost a je nyní k dispozici i v nevýbušném provedení Ex.

              Vibrační diagnostika valivých ložisek je pouze součástí celkové diagnostiky stroje, jehož úplná analýza stavu se obvykle provádí pomocí spekter vibračních signálů, obálkových spekter nebo spekter PeakVue.

              1. Příklady obálkových spekter valivých ložisek

              Obr. 2 Spektrum obálky vibrací během odvalování vnějšího (stacionárního) kroužku ložiska	Obr. 3. Spektrum obálky vibrací pro nerovnoměrné radiální napětí v ložisku.
              Obr. 4. Obálkové spektrum se zkoseným vnějším kruhem.	Obr. 5 Spektrum obálky vibrací během opotřebení vnějšího kroužku ložiska.
              Obr. 6 Spektrum vibrační obálky s pláštěm na vnějším prstenci	Obr. 7 Spektrum vibrační obálky za přítomnosti dutiny na vnitřním kroužku.
              Obr. 8 Spektrum vibrační obálky v přítomnosti trhliny na vnitřním kroužku.	Obr. 9 Spektrum vibrační obálky během opotřebení valivých těles a separátoru.
              Obr. 10 Spektra vibrační obálky pro dutiny a třísky na valivých tělesech.	Obr.11 Spektrum obálky vibrací během prokluzování vnějšího kroužku.

              Technické servisní oddělení (TSD) společnosti BALTECH poskytuje kompletní škálu služeb v oblasti vibrační diagnostiky valivých ložisek. Vyřazujeme nekvalitní ložiska (ve fázi vstupní kontroly) pomocí skříní PROTON-SPP-II a vibrační diagnostiku ložisek provozních zařízení – pomocí vibračního diagnostického komplexu BALTECH VP-3470 (analyzátor vibrací VP-3470 + software BALTECH-Expert). Kombinací různých metod vibrační diagnostiky specialisté TSD spolehlivě identifikují všechny existující vady ložisek bez ohledu na fázi jejich vývoje. Výsledky vibrační diagnostiky jsou poskytovány ve formě zpráv s doporučeními k odstranění zjištěných vad.