Dołącz do czytelników
Brak wyników

Diagnostyka eksploatacyjna uszkodzeń napędów elektrycznych w przemyśle

Artykuł | 22 grudnia 2020 | NR 5
0 103

Wzrastająca wartość maszyn i urządzeń w przemyśle kieruje uwagę służb utrzymania ruchu i służb eksploatacyjnych na unowocześnianie zasad eksploatacji i serwisu wyposażenia technicznego. W wielu krajach technicznie i ekonomicznie wysoko rozwiniętych, w tym również coraz częściej i w Polsce, dostrzega się znaczące źródło efektów ekonomicznych, jakie daje przyjęcie zasad eksploatacji maszyn uzależnionych od ich stanu technicznego. Odchodzi się od zasad eksploatacji do awarii oraz zasad uwzględniających normatywy czasu pracy. Wprowadza się diagnostykę, bieżący nadzór oraz monitorowanie stanu technicznego maszyn i urządzeń.

 

Uwagi ogólne

Intensywnie rozwijający się przemysł zwłaszcza w ostatnich latach wytwarza coraz to bardziej skomplikowane maszyny i urządzenia i korzysta z nich. Stawiane są żądania wysokiej efektywności i niezawodności. Od inżynierów żąda się maksymalnego skrócenia i potanienia procesu wytwarzania danego produktu oraz jak najdłuższego utrzymywania maszyn i urządzeń produkcyjnych w stanie zdatności do prawidłowego działania. Pociąga to za sobą konieczność opracowania i ciągłego udoskonalania metod umożliwiających zbieranie oraz analizowanie informacji o właściwościach funkcjonujących maszyn, o ich stopniu zdatności do wykonywania przewidzianych przez inżynierów zadań. Można powiedzieć, że stawia się co chwilę pytania: jaki jest stan techniczny maszyny?, jak się ona zachowuje?, czy ma jakieś uszkodzenia? Efektywna organizacja procesów zmierzających do odpowiedzi na postawione wcześniej pytania jest podstawowym zadaniem diagnostyki technicznej [4-8, 10-15]. Przesłanki [4-7] do obiektywnej oceny stanu danej maszyny dają pomiary dostępnych do obserwacji symptomów (objawów) stanu technicznego i następnie wnioskowania na podstawie otrzymanych danych. Symptom stanu zawiera w sobie trzy grupy parametrów i charakterystyk możliwych do obserwacji:

  • parametry funkcjonalne, robocze maszyny elektrycznej (np. moc, prędkość, prąd),
  • parametry i charakterystyki będące bezpośrednim symptomem zużycia (np. luzy, odchyłki kształtu i wymiarów w stosunku do wzorca),
  • badanie procesów resztkowych (np. drgania, hałas, strumień osiowy, wyładowania niezupełne).

Każda maszyna przechodzi cztery fazy swego istnienia: konstruowanie, wytwarzanie, eksploatację i złomowanie. Na etapie każdego z nich należy prowadzić stosowną diagnostykę. W oparciu o analizę sygnałów generowanych przez maszyny i urządzenia określa się ich stan, przewidując przy tym terminy koniecznych przeglądów i remontów. Spośród nowoczesnych metod badań diagnostycznych maszyn należy wyróżnić bardzo efektywne badania, opierające się na wykorzystaniu informacji zawartych w sygnałach towarzyszących normalnej pracy maszyn. Sygnałami tymi są m.in. sygnały wibroakustyczne, które towarzyszą każdemu procesowi wytwórczemu i eksploatacyjnemu. Informują one o procesach dynamicznych zachodzących w maszynach w zakresie drgań strukturalnych i zjawisk akustycznych, których zakres częstotliwości leży w granicach od ułamka Hz do kilkudziesięciu MHz [1-8, 10-12, 15]. Sygnały wibroakustyczne towarzyszące pracy maszyn, jak wykazują badania [4-7, 10-12, 15], stanowią odbicie najistotniejszych zjawisk fizycznych zachodzących w maszynach, takich jak odkształcenia i naprężenia, współdziałanie poszczególnych części i podzespołów maszyn, stany przedawaryjne i awaryjne. Od przebiegu tych procesów w sposób zasadniczy zależy zdolność maszyn do prawidłowego ich funkcjonowania. Sygnał wibroakustyczny towarzyszący pracy danej maszyny przedstawia sobą swoiste odwzorowanie stanu technicznego wspomnianej maszyny. Przyjmuje się [1, 2, 4, 10-12], że aby sygnał mógł być wykorzystany jako nośnik informacji o stanie maszyny, musi istnieć jednoznaczna relacja pomiędzy stanem maszyny a strukturą sygnału. Zmiana stanu źródła może być procesem ciągłym lub skokowym.

Możliwość odwzorowania stanu maszyny jest zależna od cech fizycznych źródła sygnału wibroakustycznego oraz od parametrów samego sygnału. Zakres zastosowań sygnałów wibroakustycznych towarzyszących pracy maszyn, w tym maszyn elektrycznych, do oceny ich stanu jest bardzo duży. Wynika to m.in. z faktu, że procesy wibroakustyczne generujące sygnały wibroakustyczne mają dużą pojemność informacyjną i dużą szybkość przekazywania informacji o stanie dynamicznym maszyny. Z teorii maszyn i z praktyki eksploatacji maszyn wynika, że na ich dynamikę istotny wpływ wywierają właściwości dynamiczne elementów sprzęgających poszczególne części maszyn oraz elementy maszyn najczęściej ulegające uszkodzeniom. Wynika z tego wniosek, że analizując drgania danej maszyny, trzeba zwrócić szczególną uwagę na drgania generowane przez te właśnie elementy. Oznacza to w przypadku analizy drgań silników elektrycznych konieczność określenia właściwości dynamicznych łożysk jako elementów sprzęgających część nieruchomą (stojan, korpus) z ruchomą – wirnikiem. Zdolność do przenoszenia informacji przez sygnał wibroakustyczny o szerokości widma ΔF [Hz] i czasie trwania T [s] zależy od względnego stosunku mocy sygnału użytecznego Ns do sygnału zakłócającego Nn. Określa to wzór Shannona [12]:

 

 

Szybkość przekazywania informacji określa relacja:

 

 

Dla przykładu rozpatrzmy silnik elektryczny klatkowy będący napędem wentylatora spalin. Załóżmy, że mamy ocenić stan techniczny łożysk tocznych silnika. Obserwację, pomiar i analizę sygnału drganiowego węzłów łożyskowych, a konkretnie przyspieszenia drgań prowadzimy w paśmie F = 0 ÷ 40 kHz w punktach pomiarowych przedstawionych na rys. 1. Załóżmy, że stosunek sygnału użytecznego do sygnału zakłóceń wynosi Ns/ Nn = 15. Korzystając ze wzoru (2), obliczamy C = 8 104 bitów/s. Z przytoczonego przykładu widać, że szybkość przekazywania informacji o stanie łożyska tocznego silnika przez sygnał wibroakustyczny jest bardzo duża. Zrozumiałe jest więc szerokie zastosowanie diagnostyki wi...

Dalsza część jest dostępna dla użytkowników z wykupionym planem

Przypisy