Назначение виброакустической диагностики.

Вибродиагностика, являясь разделом технической диагностики, есть отрасль знаний, включающая в себя теорию и методы организации процессов распознавания технических состояний машин и механизмов по исходной информации, содержащейся в виброакустическом сигнале.

Основным физическим носителем информации о состоянии элементов работающего оборудования в вибродиагностике является виброакустический сигнал — собирательное понятие, включающее информацию о колебательных процессах (вибрационных, гидро — или газодинамических и пр.) и акустическом шуме механизма в окружающей среде. Следовательно вибродиагностированию может подвергаться любое оборудование, функционирование которого сопровождается возбуждением колебательных процессов.

В данной книге рассматриваются в основном проблемы диагностирования дефектов узлов роторных машин и механизмов (в дальнейшем агрегатов). Всякое отклонение параметров функционирования оборудования от нормы приводит к изменению характера взаимодействия его элементов и к изменению сопровождающих взаимодействия виброакустических процессов.

Возможные состояния оборудования.

Различают следующие состояния оборудования:

исправности - состояния, при котором исследуемый агрегат соответствует всем требованиям, установленным нормативно — технической документацией;

работоспособности — состояния, при котором исследуемый агрегат способен выполнять заданные функции в пределах, установленных нормативно -т ехнической документацией; проверку работоспособности исследуемого агрегата осуществляют при выводе из монтажа или ремонта и на стадии эксплуатации, она может быть менее полной, чем проверка исправности, т. е. может оставлять необнаруженные неисправности, не препятствующие применению его по назначению;

правильности функционирования — состояния исследуемого агрегата, при котором он выполняет в текущий момент времени предписанные ему алгоритмы функционирования; проверка правильности менее полна, чем проверка работоспособности, так как она позволяет убедиться лишь в том, что исследуемый агрегат правильно функционирует в данном режиме работы в данный момент времени;

предельного (аварийного) — состояния исследуемого агрегата (отказа), при котором его дальнейшая эксплуатация невозможна вследствие ухода его параметров за недопустимые пределы.

Совокупность технических параметров оборудования, характеризующих возможное отклонение функционирования оборудования от нормального, определяет состояние оборудования в текущий момент времени (диагноз). Поиск неисправностей — одна из важнейших задач диагностики состояния оборудования.

Множество возможных состояний оборудования вследствие непрерывности их изменения во времени бесконечно. Их можно разделить по крайней мере на два подмножества:

работоспособные состояния, позволяющие оборудованию выполнять возложенные на него функции;

состояния, соответствующие возникновению в оборудовании неисправностей, приводящих к потере им работоспособности, или предельные аварийные состояния (отказ оборудования).

Первое подмножество (работоспособные состояния) включает множество состояний, различающихся запасом работоспособности, который характеризуется приближением агрегата к предельно допустимому . Переход из одного состояния в другое может объясняться возникновением неисправностей, не приводящих к потере работоспособности. Такие неисправности называют зарождающимися дефектами.

Второе подмножество — предельные состояния (аварийные, отказ), соответствующие возникновению в оборудовании неисправностей, характеризуется мощностью, определяющейся количеством неисправностей, подлежащих обнаружению.

Для того, чтобы правильно поставить диагноз, все возможные состояния оборудования разбивают на некоторое конечное число классов, подлежащих распознаванию. Число классов может определяться, например, количественной мерой контролируемых параметров работы оборудования с одной стороны и числом возможных отказов (неисправностей) с другой. Такая классификация состояний оборудования позволяет разделить процесс диагностирования на несколько этапов.

На первом этапе устанавливают принадлежность данного агрегата по состоянию к одному из подмножеств: работоспособное состояние или предельное (аварийное) состояние, соответствующие возникновению в агрегате неисправностей. Этот этап называют определением работоспособности.

На втором этапе устанавливают состояние агрегата в подмножестве работоспособных состояний, т.е. проводят анализ характера изменения его работоспособности и в ряде случаев предсказание момента перехода агрегата в предельные состояния, и, следовательно, прогнозирование состояния оборудования. На данном этапе происходят деградационные процессы в узлах агрегата и связанные с ними изменения свойств вибропроцессов. Диагностирование состояния оборудования на данном этапе называют диагностированием зарождающихся дефектов или диагностированием дефектов на ранней стадии развития.

На третьем этапе определяют, в каком из предельных (аврийных) состояний находится диагностируемый агрегат. Этот этап называют обнаружением возникшей неисправности (дефекта).

Поиск диагностических признаков технического состояния эксплуатируемого оборудования — важнейшая задача вибромониторинга и вибродиагностики. От способа построения системы диагностических признаков и конкретизации перечня этих признаков существенно зависит успех последующей классификации технических состояний объекта.

В качестве диагностических признаков могут фигурировать различные характеристики колебательных процессов: частота и амплитуда спектрального компонента, компонент кепстра, модуляционные характеристики, характеристики временных реализаций вибрации и ряд других.

В большинстве ситуаций распознавание технического состояния оборудования осуществляется в условиях ограниченной информации при большом уровне помех, источником которых являются: несоблюдение постоянства внешних условий, неполнота описания классов состояний, неопределенность границ между классами состояний и соответствующих им классов диагностических признаков.

Совокупность последовательных действий при постановке диагноза называется алгоритмом диагностирования. Алгоритм диагностирования опирается на диагностическую модель, которая устанавливает связь между состояниями агрегата и их отображениями в пространстве диагностических признаков. Диагностическая модель процессов возбуждения и распространения колебаний в агрегате в ряде случаев помогает сформировать систему характерных диагностических признаков.

Алгоритмы диагностирования включают формирование системы информативных диагностических признаков, построение эталонных изображений для каждого класса технических состояний и разработку правил принятия решений о принадлежности к тому или иному классу состояний.

Если к дефекту агрегата отнесена его выходящая за допустимые пределы виброактивность, то необходимым этапом диагностического исследования является локализация источников повышенного уровня колебательной энергии. При этом различаются два возможных варианта: либо источники вибрации независимы, либо статистически связаны. Необходимость разделения влияния коррелированных источников намного усложняет процедуру диагностирования.

Эффективность процессов постановки диагноза определяется не только качеством алгоритма диагностирования, но и, в неменьшей мере, средств диагностирования. Эффективная организация системы сбора и обработки информации, увеличивающая достоверность диагностирования, уменьшающая влияние субъективных факторов, затраты времени, труда и средств, должна определяться Регламентом предприятия.

Существуют два вида систем диагностирования: тестовая функциональная. Тестовое диагностирование заключается в подаче на механизм специально организуемых тестовых воздействий. Функциональное диагностирование в качестве входных воздействий использует рабочие воздействия, предусмотренные алгоритмом функционирования механизма. Настоящая книга затрагивает второй подход, поскольку специфика эксплуатации оборудования, с одной стороны, и взаимодействия деталей и узлов механизмов, с другой, не всегда позволяют заменить естественные воздействия искусственно сформированными.

Особенность методов диагностирования дефектов, особенно на ранней стадии развития, заключается в использовании разнообразных приемов повышения чувствительности компонентов вибросигнала к изменению технического состояния механизма, поскольку на стадии зарождения дефектов во многих случаях помеха значительно превышает уровень полезного сигнала, содержащего информацию об изменении технического состояния.