ПНСТ 168-2016
Контроль состояния и диагностика машин. Вибрационный контроль состояния машин. Часть 9. Методы диагностирования электродвигателей

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ РЕГУЛИРОВАНИЮ И МЕТРОЛОГИИ

ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ

НАЦИОНАЛЬНЫЙ

СТАНДАРТ

РОССИЙСКОЙ

ФЕДЕРАЦИИ

Контроль состояния и диагностика машин

ВИБРАЦИОННЫЙ КОНТРОЛЬ СОСТОЯНИЯ МАШИН

Часть 9

Методы диагностирования электродвигателей

(ISO/DIS 13373-9, ЮТ)

Издание официальное

Москва Стандарт* нформ 2017

ПНСТ 168—2016

Предисловие

1    ПОДГОТОВЛЕН Открытым акционерным обществом «Научно-исследовательский центр контроля и диагностики технических систем» (АО «НИЦ КД») на основе собственного перевода на русский язык англоязычной версии стандарта, указанного в пункте 4

2    ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 183 «Вибрация, удар и контроль технического состояния»

3    УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 28 ноября 2016 г. № 90-пнст

4    Настоящий стандарт идентичен проекту международного стандарта ISO/DIS13373-9 «Контроль состояния и диагностика машин. Вибрационный контроль состояния машин. Часть 9. Методы диагностирования электродвигателей» (ISO/DIS 13373-9 «Condition monitoring and diagnostics of machines — Vibration condition monitoring — Part 9: Diagnostic techniques for electric motors». IDT).

При применении настоящего стандарта рекомендуется использовать вместо ссылочных международных стандартов соответствующие им национальные и межгосударственные стандарты, сведения о которых приведены в дополнительном приложении ДА

5    ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Правила применения настоящего стандарта и проведения его мониторинга установлены в ГОСТР1.16—2011 (разделы 5 и 6).

Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии собирает сведения о практическом применении настоящего стандарта. Данные сведения, а также замечания и предложения по содержанию стандарта можно направить не позднее чем за девять месяцев до истечения срока его действия разработчику настоящего стандарта по адресу: 603950 г. Нижний Новгород. Московское ш.,д.213аив Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии по адресу: 109074 Москва. Китайгородский проезд, д. 7. стр. 1.

В случае отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячных изданиях: информационном указателе «Национальные стандарты» и журнале к Вестник Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии». Уведомление также будет размещено на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.gost.ru)

© Стандартинформ. 2017

Настоящий стандарт не может быть полностью или частично воспроизведен, тиражирован и распространен в качестве официального издания без разрешения Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии

II

ПНСТ 168—2016

ПНСТ 168—2016

Приложение В (рокомондуомоо)

Методология вибрационного диагностирования электродвигателей

В.1 Схемы вибрационного диагностирования

Схемы вибрационного диагностирования электродвигателей показаны на рисунках В.1—В.4.

Примечание — Аббревиатура ODS обозначает «форма изгибных колебаний работающей машины».

В.2 Описание методологии

В.2.1 Общие положения

Общие рекомендации по методологии диагностировании эксплуатируемых электродвигателей проиллюстрированы рисунками В.1—В.4. Процесс включает в себя в качестве основного элемента этапы визуального контроля. спектрального анализа [3] и испытания на резонанс. В дополнение к ним при необходимости используют анализ временною сигнала и фазовых соотношений, а также ODS-анализ. В случае электродвигателей характерным приемом для выявления причин повышенной вибрации является отключение питания (см. таблицу А.1).

В.2.2 Визуальный контроль

Перед проведением любых испытаний работающего электродвигателя рекомендуется сначала провести его визуальный осмотр. Часто такие проблемы, как ослабление соединений с опорой или фундаментом или повышенные механические напряжения из-за деформации подсоединенного трубопровода, могут быть обнаружены невооруженным глазом. Предполагается, что прежде, чем перейти к обследованию машины, все болтовые соединения двитателя с основанием должны быть затянуты. Также следует проверить соединение всех трубопроводов. Следует убедиться в надежности и отсутствии перекосов в болтовых креплениях всех фланцевых соединений двигателя со вспомогательными системами (водяного охлаждения, подачи смазки). Определенные неисправности двигателя могут сопровождаться специфическим акустическим шумом во время пуска или при работе в нормальном режиме. Наличие такого шума должно быть заретистрировано.

В.2.3 Спектральный анализ

Спектральный анализ является ключевой процедурой диагностирования машин вращательного действия (см. рисунки С. 1. С.2. С.4. С.6 и С.7). Обычно анализируемой величиной является скорость вибрации, но могут быть также использованы ускорение в случае высокоскоростных машин или перемещение для низкоскоростных машин и компрессоров. Кроме того, с помощью бесконтактного датчика вибрации получают сигнал перемещений вала, который может быть полезен при анализе радиальных резонансных колебаний ротора или состояния гидродинамических подшипников.

Сигнал вибрации для анализа снимают со всех подшипников в трех ортогональных направлениях, вертикальном. осевом и горизонтальном. Чтобы определить характерные частоты, на которых проявляются неисправности, надо знать тип конструкции и характер работы электродвигателя. В частности, важно знать тип обмотки ротора, поскольку разные типы обмотки имеют свои повреждения, которым соответствуют свои характерные частотные составляющие спектра вибрации. Целью анализа является выявление вибрации на частотах, характерных для тех или иных неисправностей. Если амплитуда всех составляющих не превышает заданных пределов, то работу машины считают нормальной. В противном случае необходимо связать выделяющиеся составляющие с характерными частотами машины, которыми в случае электродвигателей являются частота вращения ротора и частота питания сети. Следует, однако, иметь в виду, что ряд неисправностей может быть обнаружен по изменениям формы спектра, не обязательно сопровождающимися появлением в нем высокоамплитудных сигналов.

Частоты, на которых наблюдается повышенная вибрация, можно разделить на три группы:

a)    1-я гармоника частоты вращения.

Есть много неисправностей, которые приводят к появлению в спектре вибрации составляющей на частоте вращения вала. Среди них — механический и тепловой дисбалансы ротора, изгиб вала, близость рабочей скорости к критической скорости ротора. Чтобы определить, какая именно из возможных неисправностей имеет место в конкретной ситуации, следует выполнить дополнительные измерения, которые включают в себя определение: временной формы сигнала, фазовых соотношений, форм изгибных колебаний работающей машины:

b)    частоты (отличные от первой гармоники), характерные для машин данного вида.

Примером может служить уменьшение амплитуд гармоник частоты вращения ротора. Такое поведение обычно характерно для ослабления механических соединений в подшипниках или опорах машины. У грехфазных двигателей переменного тока может быть обнаружена составляющая вибрации в виде 2-й гармоники частоты питания, причины появления которой рассмотрены в приложении А и разделе В.1;

c)    частоты, которые нельзя связать с конкретным видом неисправности.

9

ПНСТ 168—2016

Содержание

1    Область применения...................................................1

2    Нормативные ссылки..................................................1

3    Термины и определения................................................2

4    Измерения.........................................................2

5    Начальный этап анализа................................................3

6    Анализ специфических неисправностей электродвигателей..........................3

Приложение А (рекомендуемое) Структурный подход к анализу вибрации электродвигателей.....4

Приложение В (рекомендуемое) Методология вибрационного диагностирования электродвигателей. 9

Приложение С (справочное) Примеры из практики анализа вибрации электродвигателей.......15

Приложение D (справочное) Выявление и анализ неисправностей на основе модельного подхода

к описанию токов и напряжений...................................21

Приложение ДА (справочное) Сведения о соответствии ссылочных международных стандартов

национальным и межгосударственным стандартам......................23

Библиография........................................................24

Введение

Настоящий стандарт устанавливает процедуры, применяемые при вибрационном диагностировании электродвигателей. Эти процедуры включают в себя анализ структурных схем диагностирования, таблиц процессов и неисправностей и обобщены в виде логически структурированной последовательности шагов по диагностированию машин данного вида.

В ИСО 13373-1 представлены основные процедуры, используемые при анализе вибрационных сигналов в целях контроля состояния. Они включают в себя выбор преобразователей и мест их размещения. а также диапазона частот измерений для машин разных видов, выбор вида контроля вибрации (непрерывного или периодического), анализ потенциальных проблем в работе машины.

В ИС013373-2. который является вводным руководством к диагностированию, рассмотрены такие аспекты, как характеристики системы формирования сигнала, методы представления сигнала вибрации во временной и частотной областях, характерные формы сигналов и признаки, которым могут быть поставлены в соответствие типичные неисправности или особенности работы машины.

В ИСО 13373-3 установлены общие процедуры, применяемые при вибрационном диагностировании машин вращательного действия разных видов. Этими процедурами реализован структурированный подход к диагностированию, который включает в себя описание вибрации машины в качестве исходного материала для диагностирования, перечень инструментов диагностирования, выбор соответствующего инструмента для конкретного приложения и рекомендации по применению данного инструмента в разных приложениях. Вместе с тем. процедуры, изложенные в ИСО 13373-3, не исключают возможность применения других подходов к диагностированию.

Следует отметить, что согласно ИСО 17359 процедуры диагностирования могут:

-    последовать за обнаружением в ходе обычных процедур контроля состояния отклонений в поведении машины:

-    проводиться параллельно процедурам контроля состояния.

В настоящем стандарте рассмотрена только первая из двух вышеуказанных возможностей. В качестве основных инструментов в нем представлены структурные схемы и таблицы процессов диагностирования в сочетании с таблицами неисправностей, поскольку данный подход имеет давний опыт применения и хорошо зарекомендовал себя на практике.

Применение схем и таблиц процессов диагностирования отражает применение структурированного подхода к диагностированию, позволяющего с высокой степенью надежности обнаруживать неисправности электродвигателей и устанавливать причины их появления. Таблицы неисправности представляют собой перечень наиболее типичных неисправностей электродвигателей в сочетании с соответствующими вибрационными диагностическими признаками. Эти таблицы используют как вспомогательный инструмент для идентификации неисправности в рамках реализации структурного подхода.

IV

ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Контроль состояния и диагностика машин ВИБРАЦИОННЫЙ КОНТРОЛЬ СОСТОЯНИЯ МАШИН Часть 9

Методы диагностирования электродвигателей

Condition monitoring and diagnostics of machines. Vibration condition monitoring. Part 9. Diagnostic techniques for electric motors

Срок действия — с 2017—12—01 до 2020—12—01

1    Область применения

Настоящий стандарт устанавливает процедуры, применяемые при вибрационном диагностировании электродвигатепей. в рамках структурного подхода к диагностированию, установленного в ИС013373-3. Настоящий стандарт распространяется на электродвигатели следующих типов: асинхронный с короткозамкнутым ротором, асинхронный с фазным ротором, синхронный явнополюсный и постоянного тока.

Примечание — Методы диагностирования электродвигателей двух первых типов рассмотрены о ИСО 20958.

Применение установленных процедур дополнено примерами неисправностей, характерных для электродвигателей, и способов их диагностирования.

В ряде случаев процедуры, установленные настоящим стандартом, могут быть применены для электрических машин других видов, таких как электрогенераторы. Однако в общем для электрической машины каждого вида существуют свои специфические приемы диагностирования, которые в настоящем стандарте не рассматриваются.

2    Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ISO 1925¹» Mechanical vibration — Balancing — Vocabulary (Вибрация. Балансировка. Словарь)

ISO 2041 Mechanical vibration, shock and condition monitoring — Vocabulary (Вибрация, удар и контроль состояния. Словарь)

ISO 7919-1 Mechanical vibration of non-reciprocating machines — Measurements on rotating shafts and evaluation cnteria — Part 1: General guidelines (Вибрация машин без возвратно-поступательного движения. Измерения на вращающихся валах и критерии оценки. Часть 1. Общее руководство)

ISO 10816-1 Mechanical vibration — Evaluation of machine vibration by measurements on non-rotating parts — Part 1: General guidelines (Вибрация. Контроль вибрационного состояния машин по измерениям вибрации на невращающихся частях. Часть 1: Общее руководство)

ISO 13372 Condition monitoring and diagnostics of machines — Vocabulary (Контроль состояния и диагностика машин. Словарь)

¹¹ После пересмотра данному международному стандарту будет присвоен номер ИСО 21940-2.

Издание официальное

ISO 13373-1 Condition monitoring and diagnostics of machines — Vibration condition monitoring — Part 1: General procedures (Контроль состояния и диагностика машин. Вибрационный контроль состояния. Часть 1. Общие методы)

ISO 13373-2 Condition monitoring and diagnostics of machines — Vibration condition monitoring — Part 2: Processing, analysis and presentation of vibration data (Контроль состояния и диагностика машин. Вибрационный контроль состояния. Часть 2. Обработка, анализ и представление результатов измерений вибрации)

ISO 13373-3:2015 Condition monitonng and diagnostics of machines — Vibration condition monitoring — Part 3: Guidelines for vibration diagnosis (Контроль состояния и диагностика машин. Вибрационный контроль состояния. Часть 3. Руководство по диагностированию по параметрам вибрации)

ISO 20958 Condition monitoring and diagnostics of machine systems — Electrical signature analysis of three-phase induction motors (Контроль состояния и диагностика машин. Сигнатурный анализ электрических сигналов трехфазного асинхронного двигателя)

3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены термины по ИСО 1925, ИСО 2041, ИСО 13372 и ИСО 20958, а также следующие термины с соответствующими определениями:

3.1    якорь двигателя постоянного тока (СЮ armature): Ротор в виде пластинчатого сердечника с уложенной в его пазы двухслойной обмоткой возбуждения, концы которой соединены с коммутатором (коллектором) для питания постоянным током через щетки электродвигателя.

3.2    явнополюсный ротор (salient-pole rotor): Вал с выступающими полюсами, сплошными или пластинчатыми, с обмоткой возбуждения на каждом полюсе.

Примечание — Обмотки полюсов соединены друг с другом и с контактными кольцами или бесщеточным возбудителем, через которые осуществлено питание постоянным током.

3.3    частота питания (электродвигателя) (supply frequency): Частота тока в цепи литания двигателя переменного тока.

Примечание — Часто также называют «сетевая частота».

3.4    частота скольжения (ротора асинхронного двигателя) (slip frequency): Разность между частотой изменения магнитного потока статора и частотой вращения ротора.

3.5    число полюсов статора (number of stator poles): Величина, определяемая как **"•,

^б0Чие©

где n_syn — синхронная скорость двигателя, мин-¹; f_supp — частота питания, Гц.

Примечание — Число пар полюсов статора в два раза меньше числа его полюсов.

3.6    частота прохождения полюсов (асинхронного двигателя) (pole passing frequency): Произведение частоты скольжения ротора на число полюсов статора.

3.7    частота прохождения пазов статора (stator slot passing frequency): Произведение частоты вращения ротора на число пазов статора.

3.8    частота прохождения пазов ротора (rotor slot passing frequency): Произведение частоты вращения ротора на число пазов ротора.

3.9    частота прохождения стержней ротора (rotor bar passing frequency): Произведение частоты вращения ротора на число стержней беличьей клетки ротора.

4 Измерения

4.1 Измерения вибрации

Измерения вибрации выполняют с применением преобразователей двух основных типов:

-    бесконтактного (индуктивных, емкостных, вихретоковых) для измерений вибрации вала;

-    инерционного (сейсмического) для измерений на конструктивно неподвижных частях машины, таких как подшипниковая опора.

Существует ряд нормативных документов, посвященных оценке вибрации с использованием двух указанных видов измерений, в частности стандарты серий ИСО 7919 и ИСО 10816. Руководство по выбору соответствующего стандарта приведено в [2].

2

ПНСТ 168—2016

Для определения неисправности электродвигателя важно сделать правильный выбор преобразователя, устройства согласования, методов получения и обработки данных измерений. Например, при идентификации проблем, связанных с ротором, важно обеспечить высокое разрешение в спектре вибрации, чтобы увидеть составляющую на частоте скольжения В ряде случаев перед проведением измерений вибрации следует рассмотреть условия заземления и электрические поля машины.

Руководство по выбору преобразователей, систем и методов измерений приведено в ИС013373-1 и ИСО 13373-2.

4.2 Измерения рабочих характеристик машины

Вибрация машины и соответствующие диагностические признаки в значительной степени зависят от конструкции машины и способа ее установки (например, горизонтального или вертикального расположения вала, жесткого или податливого основания) и текущих значений рабочих характеристик машины, что необходимо учитывать при проведении диагностирования. Поэтому наряду с измерениями вибрации необходимо измерять также такие характеристики, как скорость вращения ротора, приложенная нагрузка, температура и т. п. Указанные характеристики определяют, работает ли машина в установившемся или переходном режиме.

5    Начальный этап анализа

Начальный этап анализа проводят в соответствии с руководством, изложенным в ИС013373-3:2015 (приложение А). На нем рассматривают вопросы безопасности, связанные с работой машины, ее вибрационное состояние, тренд контролируемых параметров, влияние рабочих характеристик, а также возможные решения в отношении продолжения работы машины и их последствия. При проведении анализа учитывают такие факторы, как особенности установки электродвигателя, его расположение относительно других машин вращательного действия, конструкцию помещения, условия окружающей среды и пр. Ряд неисправностей общего вида, связанных с установкой машины и ее подшипниками, рассмотрены в ИСО 13373-3:2015 (приложения В—D).

6    Анализ специфических неисправностей электродвигателей

Электродвигатели используют в качестве устройства привода во многих промышленных и бытовых машинах и агрегатах, таких насосы, вентиляторы, компрессоры. В настоящем стандарте приведена диагностическая информация в отношении электродвигателей наиболее распространенных видов: асинхронных, синхронных и двигателей постоянного тока. Диагностические признаки для основных неисправностей, приводящих к повышению вибрации, приведены в приложении А. Вместе с тем. в приложении А не рассматривают неисправности, связанные с механическими ослаблениями в опоре, гидродинамическими подшипниками и подшипниками качения, вотношении которых следует обращаться к ИСО 13373-3:2015 (приложения С и D). В приложении В приведена общая методология диагностирования электродвигателей, а в приложении С — примеры из практики.

Использование невибрационных характеристик, таких как электрическое напряжение и сила тока, для выявления и анализа неисправностей, приводящих к изменению вибрации электродвигателя, рассмотрено в приложении D.

3

ПНСТ 168—2016

Приложонио А (рекомендуемое)

Структурный подход к анализу вибрации электродвигателей

В отношении электродвигателей структурный подход к диагностированию, установленный ИСО 13373-3:2015. применяют с использованием таблицы неисправностей, приведенной в таблице А.1.

Примечание — Теоретические основы вибрационного диагностирования электродвигателей с указанием соответствий разным неисправностям характерных частотных составляющих и друтих диагностических признаков изложены в (3) и [4].

4

ЛИСТ 16S-2016