Повышенная вибрация вентилятора является одной из его главных «бед», вызывая преждевременный выход из строя узлов, деталей, рабочего колеса, лопаток, подшипниковых опор, муфты, разрушение фундамента и самого вентилятора в целом.

Причины вибрации вентиляторов:

• дисбаланс вала;
• нарушение центровки привода;
• износ или повреждения подшипников;
• дефекты электромагнитной части привода (электродвигателя);
• дефекты зубчатых передач (если есть промежуточный редуктор);
• влияние аэрогидродинамических сил;
• резонансные явления и др.

Уровень вибрации вентиляторов наиболее точно отражает текущее техническое состояние вентилятора, качество его сборки и установки. Иными словами, контролируя уровень вибрации вентилятора, можно выявить все вышеназванные огрехи и принять своевременные меры по их устранению, обеспечивая безаварийную работу вентилятора.

Методика измерений вибрации промышленных вентиляторов мощностью до 300 кВт регламентируется , а более мощных – ГОСТ ИСО 10816-3 . В данной статье мы рассмотрим промышленные вентиляторы мощностью до 300 кВт и методику контроля их вибрационного состояния с целью определения некоторого базового уровня вибрации и тенденции ее изменения.

Прежде всего, отметим, что все промышленные вентиляторы мощностью до 300 кВт классифицируются по уровню допустимой вибрации и дисбалансу на BV-категории (см. табл.1):

В соответствии с требованиями ГОСТ 31350-2007 (ИСО 14694:2003) измерения вибрации проводятся на подшипниковых опорах в направлениях, перпендикулярных оси вращения вала. Рекомендуемые точки измерения приведены на рис. 1.


а) для горизонтального осевого вентилятора


б) для горизонтального радиального вентилятора одностороннего всасывания

в) для горизонтального радиального вентилятора двухстороннего всасывания

г) для вертикального осевого вентилятора

Рисунок 1. Точки и направления измерений вибрации вентиляторов

Измерения абсолютной вибрации на опорах подшипников производятся с помощью виброметров BALTECH VP-3410 (серия «VibroPoint») с контактными датчиками инерционного типа – пьезоакселерометрами (датчики ускорения). При проведении измерений следует четко соблюдать стандартные требования к надежности крепления, направлению установки, и отсутствию существенного влияния массы и размеров датчика на результаты измерений. В целом, допускается суммарная неопределенность измерений в пределах ± 10% от измеряемого параметра. Виброметры компании «БАЛТЕХ» универсальные и позволяют в зависимости от требований производителя вентиляторов измерять три параметра вибрации (виброперемещение, виброскорость или виброускорение).

Допустимые пределы вибрации вентиляторов в период эксплуатации приведены в Таблице 2. Следует отметить, что за счет массы и жесткости системы опоры на месте эксплуатации, данные значения несколько выше значений вибрации при заводских испытаниях.

Таблица 2. Предельные значения вибрации при эксплуатации вентиляторов.

Уровню «Пуск в эксплуатацию» должны соответствовать все новые вентиляторы. По мере наработки и износа деталей, уровень вибрации вентилятора неизбежно увеличивается и при достижении уровня «Предупреждение» необходимо исследовать причины повышения вибрации и принять меры по их устранению. Работа вентилятора в таком состоянии должна быть ограничена по времени до проведения ремонтных работ.

При достижении уровня «Останов» вентилятор должен быть немедленно остановлен и приняты меры по устранению источников критического уровня вибраций. В противном случае возможны серьезные повреждения, ведущие к разрушению вентилятора. В целом же, на основе статистики эксплуатации вентиляторного оборудования, считается необходимым принятие мер по устранению источников повышенных вибрации, когда ее уровень превышает базовое значение в 1,6 раза или на 4 дБ.

При виброконтроле вентилятора важно обращать особое внимание на скачкообразное изменение уровня вибрации со временем. Скачок вибрации является явным свидетельством возникновения каких-то неполадок и в данном случае необходимо провести осмотр вентилятора и устранить обнаруженные недостатки.

В некоторых случаях дополнительно проводят измерение перемещения вала относительно корпуса подшипника с помощью бесконтактных датчиков вибрации – индукционных, вихретоковых и др. В Таблице 3 приведены допустимые значения перемещения вала, которые следует понимать только как рекомендуемые – на самом же деле данные значения могут быть и другими в зависимости от типа и размеров подшипника скольжения, величине и направления нагрузки и т.д.

Таблица 3. Предельное перемещение вала внутри подшипника

Виброконтроль и вибромониторинг вентиляторов наиболее удобно проводить с помощью переносного портативного прибора «ПРОТОН-Баланс-II ». Его основное преимущество перед простыми виброметрами заключается в возможности проведения балансировки вентиляторов в собственных опорах в соответствии с требованиями ГОСТ 31350-2007 (ИСО 14694:2003) , а также контроля температуры подшипниковых узлов и контроля частоты оборотов вентилятора.

Для обучения методике проведения измерений вибрации вентиляторов и получения навыков работы с виброметром-балансировщиком «ПРОТОН-Баланс-II » и другими виброметрами компании «БАЛТЕХ», рекомендуется пройти обучение на курсе ТОР-103 «Основы вибродиагностики. Вибрация вентиляторов ГОСТ » в Учебном центре повышения квалификации нашей компании в Санкт-Петербурге, в Астане или в Любеке (Германия).

Вибродиагностика вентиляторов – эффективный метод неразрушающего контроля, позволяющий своевременно выявить зарождающиеся и выраженные дефекты вентиляторов и, тем самым, предупредить возникновение аварийных ситуаций, прогнозировать остаточный ресурс деталей, и сократить затраты на обслуживание и ремонт вентиляторов (вент. агрегатов).

1. Характерные частоты вибрации вентиляторов

• Основной составляющей вибрации ротора с рабочим колесом является гармоническая составляющая с частотой вращения ротора , обусловленная либо дисбалансом ротора с рабочим колесом, либо гидродинамической/аэродинамической неуравновешенностью рабочего колеса. (Гидродинамическая/аэродинамическая неуравновешенность рабочего колеса может возникнуть из-за конструктивных особенностей лопаток, создающих подъемную силу, не равную нулю в радиальном направлении).
• Второй по значимости составляющей вибрации вентилятора является лопаточная (лопастная) составляющая, обусловленная взаимодействием рабочего колеса с неоднородным воздушным потоком. Частота данной составляющей определяется как: f л =N*f вр , где N – число лопаток вентилятора
• В случае неустойчивого вращения ротора в подшипниках качения/скольжения, возможны автоколебания ротора на половине оборотной частоты или меньше, и, в результате, в спектре вибрации появляются гармонические составляющие на частоте автоколебаний ротора.
• При обтекании лопаток потоком возникают турбулентные пульсации давления, которые возбуждают случайную вибрацию рабочего колеса и вентилятора в целом. Мощность данной составляющей случайной вибрации может периодически модулироваться частотой вращения рабочего колеса, лопастной частотой или частотой автоколебаний ротора.
• Более сильным источником случайной вибрации (по сравнению с турбулентностью) является кавитация, которая также возникает при обтекании лопастей потоком. Мощность данной составляющей случайной вибрации также модулируется частотой вращения рабочего колеса, лопастной частотой или частотой автоколебаний ротора.

1. Вибродиагностические признаки дефектов вентиляторов

Таблица 1. Таблица диагностических признаков вентиляторов

1. Приборы для вибродиагностики вентиляторов

Вибродиагностика вентиляторов проводится с помощью стандартных методов анализа спектров вибрации и спектров огибающей высокочастотной вибрации. Точки измерения спектров, также как и при виброконтроле вентиляторов, выбираются на подшипниковых опорах. В качестве прибора вибродиагностики и виброконтроля специалисты компании «БАЛТЕХ» рекомендуют использовать 2-х канальный виброанализатор BALTECH VP-3470-Ex. С его помощью можно получить не только качественные автоспектры и спектры огибающей и определить общий уровень вибрации, но и провести балансировку вентилятора в собственных опорах. Возможность балансировки (до 4-х плоскостей) является важным преимуществом анализатора BALTECH VP-3470-Ех, так как основной источник повышенных вибраций вентилятора – неуравновешенность вала с рабочим колесом.

1. Основные настройки анализатора при вибродиагностике вентиляторов

• Верхняя граничная частота спектра огибающей определяется из соотношения: f гр =2f л +2f вр =2f вр (N+1) Пусть, например, частота вращения рабочего колеса f вр =9,91 Гц, число лопаток N =12, тогда f гр =2*9,91(12+1) =257, 66 Гц и в настройках анализатора BALTECH VP-3470 выбираем ближайшее значение 500Гц в сторону увеличения
• При определении количества частотных полос в спектре придерживаются правила, чтобы первая гармоника на частоте вращения попала не менее, чем в 8-ю полосу. Из этого условия определяем ширину единичной полосы Δf=f вр /8=9,91/8=1,24Гц. Отсюда определяем необходимое число полос n для спектра огибающей: n=f гр /Δf=500/1,24=403 Выбираем ближайшее в сторону увеличения число полос в настройках анализатора BALTECH VP-3470 , а именно, – 800 полос. Тогда окончательная ширина одной полосы Δf=500/800=0,625Гц.
• Для автоспектров граничная частота должна быть не менее 800 Гц, тогда количество полос для автоспектров n=f гр /Δf=000/0,625=1280 . Выбираем ближайшее в сторону увеличения число полос в настройках анализатора BALTECH VP-3470 , а именно, – 1600 полос.

1. Пример спектров дефектных вентиляторов Трещина на ступице колеса центробежного вентилятора
   • точка измерений: на подшипниковой опоре электродвигателя со стороны рабочего колеса в вертикальном, осевом и поперечном направлении;
   • частота вращения f вр =24,375Гц ;
   • диагностические признаки: очень высокая осевая вибрация на частоте вращения f вр и доминирование второй гармоники 2f вр в поперечном направлении; присутствие менее выраженных гармоник большей кратности, вплоть до седьмой (см.рис.1 и 3).

Если квалификация ваших сотрудников не позволяет провести качественную вибродиагностику вентиляторов, то рекомендуем направить их на обучающий курс в Учебный центр переподготовки кадров и повышения квалификации компании «БАЛТЕХ», а вибродиагностику вашего оборудования доверить сертифицированным специалистам (ОТС) нашего предприятия, имеющим огромный практический опыт виброналадки и вибродиагностики динамического (роторного) оборудования (насосов, компрессоров, вентиляторов, электродвигателей, редукторов, подшипников качения, подшипников скольжения).

Рис. 6.7 (I - хорошее; П - удовлетворительное ТС; Ш - не­удовлетворительное).

Приведенные нормы относятся к измерениям в октавных полосах, в которые падает f o . При измерении в 1/3 октаве эти нормы долж­ны быть уменьшены в 1,2 раза.

6.7. Центробежные сепараторы

Оценка ТС производится по правильности их функционирования, в частности производительности, степени очистки топлива, пусковым характеристикам и работе органов управления. Наличие неисправнос­тей определяется по уровню ударных импульсов, вибрации, путем ос­мотра и неразрушающего контроля.

Качество их работы оценивается по содержанию воды в топливе и масле (до 0,01 %) и содержанию механических примесей (металлические частицы не более 1-3 мкм, частицы углерода не более 3-5 мкм). Оптимальная вязкость нефтепродукта при сепарации составляет 13-16 cСт, а предельная - 40 сСт . Максимальное содержание воды в обработанном топливе и масле достигается при конт­роле сепаратора на 65-40 % от номинальной производительности.

Контроль за потребляемой сепаратором мощностью (силой тока) при пуске и работе, а также временем пуска позволяет определить ТС привода сепаратора (тормоза, червячной передачи) и качество самоочистки барабана. При хорошем ТС время пуска должно состав­лять менее 7 мин., при удовлетворительном - (7-12) мин. и неудовлетворительном - более 12 мин.

При хорошем ТС ток нагрузки на электродвигателе сепаратора должен быть в пределах (14,5 - 16,5 А), неудовлетворительном - более 45 А (например, для сепаратора МАРХ 209).

Проверка ТС сепаратора может быть осуществлена по открытию и закрытию барабана. Здесь возможны следующие ситуации , например, при неудовлетворительном ТС;

Барабан не закрывается при подаче воды для образования гидравлического затвора, она не вытекает из патрубка отсепарированной вода через 10-15 с;

Барабан не открывается, очистка барабана не происходит при соответствующем положении крана управления механизма;

Барабан остается открытым (или открывается) при переключе­нии крана управления механизмом в положение, соответствую­щее сепарации.

Состояние верхнего подшипника, расположенного в демпферном устройстве, оценивается путем измерения уровня ударных импульсов на корпусе сепаратора, несущего демпферное устройство. Определение степени ТС производится путем установления относительного измене­ния уровня импульсов от заведомо хорошего ТС. Его увеличение в 2 раза свидетельствует о достижении подшипником предельного значения. Состояние нижнего подшипника вертикального вала контроли­руется в точке, расположенной на корпусе подшипника.

Состояние навешенных шестеренных насосов контролируется по уровню ударных импульсов на корпусе насоса. Следует иметь в ви­ду, что уровень ударных импульсов на корпусе насоса возрастает при работе на хорошем топливе.

Уровень вибрации сепаратора по виброскорости определяется на частотах привода (f пр) и барабана (f бар). В зависимости от ТС она может превалировать на одной из этих частот. Уровни виброскорости в зависимости от мощности для различных категорий ТС сепараторов приведены на рис. 6.8. .

Нормы вибрации сепараторов

Рис. 6.8. (I - хорошее ТС; П - удовлетворительное; III -неудовлетворительное).

Приведенные уровни виброскорости относятся к основным элементам сепаратора (горизонтальному и вертикальному приводам), электродвигателю привода сепаратора и навешенным насосам. Нор­мы относятся к измерениям в октавных полоcах, в которые попа­дает f пр и f бар. При измерении в 1/3 октаве эти нормы должны быть уменьшены в 1,2 раза.

Уровень ТС сепаратора может быть определен и при их ос­мотрах путем обмеров узлов (например, определения положения напорного и управляющего диска по высоте, стыка запорного коль­ца по меткам, положения по высоте, биения верхней части вала барабана, зазора в уплотнении подвижного дна барабана) и проверки состояния всех уплотнений. Осмотр червячной передачи и тормо­за обычно совмещаются с очисткой и разборкой барабана сепаратора.

Неразрушающий контроль барабана и его вала в районе посад­ки барабана и резьбового соединения на вале гайки крепления ба­рабана проводится при очередном освидетельствовании.

6.8. Поршневые компрессоры

Их ТС может быть оценено по правильности функционирования, в частности производительности и параметрам сжатого воздуха. Наличие неисправностей определяется по уровню ударных импуль­сов, вибрации, температуре деталей, а также при проведении ос­мотра и в процессе неразрушающего контроля.

В качестве основной характеристики работы поршневых компре­ссоров рекомендуется использовать относительное снижение производительности.

σV = [(V исх – V кс)/V исх ]*100% , (6.4)

где V исх - номинальная производительность; м 3 /ч

V кс = 163*10 3 - производительность компрессора при контроле; м 3 /ч;

V δ - объем воздухохранителя, наполняемого при контроле, м 3 ;

P 1 , P 2 - давление воздуха в воздухохранителе соответственно в начале и конце контроля МПа;

Т 2 - температура поверхности воздухохранителя, К;
Θ - время повышения давления в воздухохранителе от значения P 1 до P 2 , мин.

Нормы относительного снижения производительности для трех категорий ТС составляют: I - (хорошее) - < 25 %; П (удовлетво­рительное) - (25-40)%; Ш (неудовлетворительное) - >40 %.

Другим способом оценки ТС компрессоров является контроль уровня вибрации. Она измеряется в вертикальной плоскости на крыш­ках цилиндров (на оси компрессора) и в горизонтальной плоскости на верхних кромках блока цилиндра (на оси цилиндра).

Уровень виброскорости, измеренный в горизонтальной плоскос­ти на основной частоте вращения коленчатого вала, позволяет судить о состоянии крепления и зазоров в рамовых подшипниках, а на час­тотах 2f 0 и 4f 0 - о зазорах между поршнем и втулкой, а также о состоянии колец. Аналогичные измерения, произведенные в вертикальной плоскости на тех же частотах, позволяют оценивать величину зазоров в головных и мотылевых подшипниках. Следует отметить, что вибрация, связанная с неисправностями головных подшипников, может проявиться на частоте от 500 до 1000 гц.

Типовые спектры вибрации компрессоров приведены на рис. 6.9..