RU90199U1 - DIAGNOSTIC DEVICE FOR AC ELECTRIC MOTORS AND MECHANICAL EQUIPMENT ASSOCIATED WITH THEM - Google Patents

DIAGNOSTIC DEVICE FOR AC ELECTRIC MOTORS AND MECHANICAL EQUIPMENT ASSOCIATED WITH THEM Download PDF

Info

Publication number
RU90199U1
RU90199U1 RU2008100770/22U RU2008100770U RU90199U1 RU 90199 U1 RU90199 U1 RU 90199U1 RU 2008100770/22 U RU2008100770/22 U RU 2008100770/22U RU 2008100770 U RU2008100770 U RU 2008100770U RU 90199 U1 RU90199 U1 RU 90199U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
equipment
electric motors
vibration
repair
analog
Prior art date
Application number
RU2008100770/22U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Анатольевич Новиков
Василий Владимирович Тихомиров
Владимир Александрович Мельников
Original Assignee
ГОУ ВПО Военный инженерно-технический университет
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ГОУ ВПО Военный инженерно-технический университет filed Critical ГОУ ВПО Военный инженерно-технический университет
Priority to RU2008100770/22U priority Critical patent/RU90199U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU90199U1 publication Critical patent/RU90199U1/en

Links

Landscapes

  • Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)

Abstract

Устройство диагностики электродвигателей переменного тока и связанного с ними механического оборудования, состоящее из корпуса с внешними разъемами для датчиков измерения вибрации, излучаемой электродвигателем по трем осям, и размещенными внутри корпуса измерительным блоком с аналого-цифровым преобразователем (АЦП) и персональным компьютером, отличающееся тем, что корпус устройства выполнен герметичным, а аналого-цифровой преобразователь соединен с выходами датчиков через мультиплексор.Diagnostic device for AC electric motors and associated mechanical equipment, consisting of a housing with external connectors for measuring vibration emitted by an electric motor along three axes, and located inside the housing by a measuring unit with an analog-to-digital converter (ADC) and a personal computer, characterized in that the device case is sealed, and the analog-to-digital converter is connected to the outputs of the sensors through a multiplexer.

Description

Способ диагностики электродвигателей переменного тока и связанного с ними механического оборудования и устройство его реализующее.A method for the diagnosis of AC electric motors and associated mechanical equipment and a device for realizing it.

Изобретение относится к области эксплуатации технического оборудования, преимущественно электродвигателей переменного тока и связанного с ними механического оборудования.The invention relates to the field of operation of technical equipment, mainly AC electric motors and associated mechanical equipment.

Известен способ диагностики механических устройств, преимущественно пневмогидравлических агрегатов и трубопроводов, включающий измерение до начала эксплуатации, и определение реального технического состояния оборудования в процессе эксплуатации (см. патент Российской Федерации 2253096, МПК7 G01М 15/00, F15 В 19/00, публикация от 27.05.2005 г.)-[1].A known method for the diagnosis of mechanical devices, mainly pneumohydraulic units and pipelines, including measuring before operation, and determining the real technical condition of the equipment during operation (see patent of the Russian Federation 2253096, IPC 7 G01M 15/00, F15 B 19/00, publication from May 27, 2005) - [1].

Недостатками этого способа является применение его преимущественно для пневмогидравлических агрегатов и трубопроводов, а также отсутствие указания конкретных диагностических параметров необходимых для определения реального технического состояния оборудования в процессе эксплуатации.The disadvantages of this method is its use mainly for pneumohydraulic units and pipelines, as well as the lack of indication of specific diagnostic parameters necessary to determine the real technical condition of the equipment during operation.

Известен способ диагностики механических устройств, а именно подшипников качения и устройство для его осуществления, включающий испытательный стенд, измерение диагностируемых параметров и сопоставление с аналогичными результатами «эталонных*** подшипников (см. заявка на изобретение РФ 2004108229, МПК7 С01М 13/04, публикация от 20.10.2005 г.)-[2].A known method for the diagnosis of mechanical devices, namely rolling bearings and a device for its implementation, including a test bench, measurement of diagnosed parameters and comparison with similar results of "reference *** bearings (see application for invention of the Russian Federation 2004108229, IPC 7 С01М 13/04, publication of October 20, 2005) - [2].

Недостатками этого способа является установка подшипников в переналаживаемую оснастку испытательного стенда, для чего необходимо разбирать диагностируемое оборудование, а также данный способ применим только для одного элемента диагностируемого оборудования - подшипника качения.The disadvantages of this method is the installation of bearings in the portable equipment of the test bench, for which it is necessary to disassemble the diagnosed equipment, and this method is applicable only to one element of the diagnosed equipment - the rolling bearing.

Известен способ диагностики механических устройств, а именно подшипников качения, включающий измерение вибрации диагностируемого подшипника и определение его технического состояния (см. заявка на изобретение РФ 2003124988, МПК7 G01М 13/04, публикация от 10.02.2005 г.) - [3].A known method for the diagnosis of mechanical devices, namely rolling bearings, including measuring the vibration of the diagnosed bearing and determining its technical condition (see application for invention of the Russian Federation 2003124988, IPC 7 G01M 13/04, publication of 02/10/2005) - [3].

Недостатком этого способа является применимость его только для определения технического состояния подшипников качения, исключая остальные элементы оборудования.The disadvantage of this method is its applicability only to determine the technical condition of rolling bearings, excluding the rest of the equipment.

Известен способ диагностики машинного оборудования, включающий размещение остронаправленного микрофона в зоне диагностируемого узла, снятие электрического сигнала с выхода микрофона, выделение из этого сигнала информационного параметра, по которому определяют уровень зарождения и развития дефекта (см. патент Российской Федерации 2090853, МПК7 G01М 17/00, публикация от 20.09.1997 г.) - [4].There is a known method for diagnosing machinery, including placing an oversized microphone in the area of the diagnosed node, removing the electrical signal from the microphone output, extracting from this signal an information parameter that determines the level of origin and development of the defect (see patent of the Russian Federation 2090853, IPC 7 G01M 17 / 00, publication of September 20, 1997) - [4].

Недостатком этого способа является применение в качестве датчика микрофона, на показания которого может влиять состояние окружающей среды.The disadvantage of this method is the use of a microphone as a sensor, the readings of which can be influenced by the state of the environment.

Известен способ диагностики электротехнического оборудования, включающий воздействие на конструкцию посредством возбудителя вибрации и оценка сигнала отклика конструкции, в качестве сигнала отклика регистрируют спектральную плотность мощности вибрации, возникающей в результате вибрационного воздействия, и по форме спектральной плотности мощности вибрации устанавливают диагноз (см. заявка на изобретение РФ 2003120314, МПК7 G01N 7/00, публикация от 10.01.2005 г.)-[5].A known method for the diagnosis of electrical equipment, including the impact on the structure by the pathogen of vibration and the assessment of the response signal of the structure, as the response signal, record the spectral density of the vibration power resulting from vibration exposure, and determine the shape of the spectral density of the vibration power (see application for invention RF 2003120314, IPC 7 G01N 7/00, publication of January 10, 2005) - [5].

Недостатком этого способа является применение дополнительного оборудования для возбуждения вибрации, и как следствие остановка диагностируемого оборудования.The disadvantage of this method is the use of additional equipment to excite vibration, and as a result, stop the diagnosed equipment.

Известен способ диагностики оборудования, включающий спектральный анализ принудительного акустического отклика памяти эмиссионно- адсорбционных структурных изменений (см. заявка на изобретение РФ 2003134817, МПК7 G01N 29/14, публикация от 10.05.2005 г.) - [6].A known method for diagnosing equipment, including spectral analysis of the forced acoustic response memory of emission-adsorption structural changes (see application for invention of the Russian Federation 2003134817, IPC 7 G01N 29/14, publication of 05/10/2005) - [6].

Недостатком этого способа является применение его для прогноза остаточного ресурса металла оборудования, что применимо для видимых частей элементов оборудования, а для диагностики элементов находящихся внутри оборудования, возникает необходимость в разборе диагностируемого оборудования, а также данный способ возможен только с применением дополнительного оборудования - возбудителя вибрации.The disadvantage of this method is its use for predicting the residual life of the equipment metal, which is applicable for the visible parts of equipment elements, and for diagnosing the elements inside the equipment, it becomes necessary to parse the diagnosed equipment, and this method is possible only with the use of additional equipment - a vibration exciter.

Прототипом предлагаемого изобретения является способ диагностики электродвигателей переменного тока и связанных с ними механических устройств, при котором в течение заданного интервала времени производят измерения и запись значений, с помощью датчиков, преобразуют полученный сигнал из аналоговой в цифровую форму, производят спектральный анализ полученного сигнала и сравнение значений амплитуд на характерных частотах, измерения и их анализ производят с определенной периодичностью, создают из них базу данных, по которой контролируют развитие повреждений по времени и определяют остаточный ресурс оборудования (см. заявка на изобретение РФ 2005110648, МПК7 G01R 31/34, публикация от 20.10.2006 г.) -[7].The prototype of the invention is a method for diagnosing AC electric motors and related mechanical devices, in which during a given time interval they measure and record values, using sensors, convert the received signal from analog to digital, perform a spectral analysis of the received signal and compare the values amplitudes at characteristic frequencies, measurements and their analysis are carried out with a certain periodicity, they create a database from which they control the development of damage over time and determine the residual life of the equipment (see application for invention of the Russian Federation 2005110648, IPC 7 G01R 31/34, publication of 10/20/2006) - [7].

Недостатком этого способа является необходимость остановки диагностируемого оборудования, частичная разборка для подключения датчиков, что может привести к ошибкам ремонтного персонала и сокращению ресурса оборудования до 30%.The disadvantage of this method is the need to stop the diagnosed equipment, partial disassembly for connecting sensors, which can lead to errors in the repair personnel and reduce the life of the equipment up to 30%.

Задача решаемая изобретением следующая: диагностика электродвигателей переменного тока и связанного с ними механического оборудования безразборным методом, без отключения диагностируемого оборудования.The problem solved by the invention is as follows: diagnostics of alternating current electric motors and associated mechanical equipment using the CIP method, without shutting down the diagnosed equipment.

Указанная задача решается тем, что в течение заданного интервала времени производят измерения значений вибрационного сигнала излучаемого электродвигателем по трем осям, с помощью соответствующих датчиков вибрации, показания которых записывают через аналого-цифровой преобразователь на постоянное запоминающее устройство персонального компьютера, производят спектральный анализ полученного сигнала и сравнение значений амплитуд на характерных частотах, измерения и их анализ производят с определенной периодичностью, создают из них базу данных, по которой контролируют развитие повреждений по времени и определяют остаточный ресурс оборудования, при этом измерения производят без разбора диагностируемого работающего оборудования, при помощи внешнего крепления датчиков на его корпус.This problem is solved by the fact that during a given time interval, the values of the vibration signal emitted by the electric motor are measured in three axes using the appropriate vibration sensors, the readings of which are recorded through an analog-to-digital converter on a personal computer storage device, spectral analysis of the received signal is made and comparison values of amplitudes at characteristic frequencies, measurements and their analysis are carried out with a certain frequency, create from them ba from the data on which control the development of lesions in time and determining the remaining service life of equipment, while the measurements are made indiscriminately diagnosed operating equipment, via an external sensor mounting on the casing.

Устройство для реализации предложенного способа содержит внешние датчики вибрации прикрепляемые на корпус диагностируемого оборудования при помощи внешних держателей, герметичный корпус с персональным компьютером, аналого-цифровым преобразователем и мультиплексором с разделенными входами аналого-цифрового преобразователя, и разъемы для подключения датчиков измерения вибрации излучаемой электродвигателем по трем осям.A device for implementing the proposed method contains external vibration sensors attached to the body of the diagnosed equipment using external holders, a sealed case with a personal computer, an analog-to-digital converter and a multiplexer with separate inputs of the analog-to-digital converter, and connectors for connecting vibration measurement sensors emitted by the electric motor in three axes.

При разработке представленного способа проводились исследования эксплуатационной надежности, которые являются базой для решения вышеизложенных задач. Исследования проводились по двум основным направлениям, а именно ретроспективного и структурно-типового анализа. Ретроспективный анализ имел целью выявление закономерностей старения и повреждения узлов и элементов электродвигателей. Структурно-типовой анализ -определение наименее надежных узлов и элементов электродвигателей.When developing the presented method, studies of operational reliability were carried out, which are the basis for solving the above problems. The studies were conducted in two main directions, namely, retrospective and structural-type analysis. A retrospective analysis aimed to identify patterns of aging and damage to components and elements of electric motors. Structural-type analysis - determination of the least reliable components and elements of electric motors.

Как показал проведенный анализ, велика роль ремонтного персонала в поддержании надежной и безопасной работы систем электроснабжения. Снижение нарушений по вине ремонтного персонала, сокращение сроков ремонта непосредственно приводит к повышению надежности.As the analysis showed, the role of repair personnel in maintaining reliable and safe operation of power supply systems is important. Reducing violations due to the fault of the repair personnel, reducing the repair time directly leads to increased reliability.

В 2002 году доля нарушений в работе систем электроснабжения по вине персонала составила 39%. Треть из них произошла по вине ремонтного персонала.In 2002, the proportion of disruptions in the operation of power supply systems through the fault of personnel was 39%. A third of them occurred through the fault of the repair staff.

Если рассмотреть распределение нарушений по ремонтным производственным участкам, то на долю производственного участка по ремонту электродвигателей приходится 40,3%, на участок по ремонту комплектных распределительных устройств - 6/0,4 кВ - 26,8%, на участок по ремонту открытых распределительных устройств - 330/750 кВ - 21,9%. На остальные ремонтные участки приходится менее 10%.If we consider the distribution of violations among repair production sites, then the share of the production site for the repair of electric motors accounts for 40.3%, the section for the repair of complete switchgear - 6 / 0.4 kV - 26.8%, and the site for the repair of open distribution devices - 330/750 kV - 21.9%. The remaining repair sites account for less than 10%.

Распределение нарушений по видам оборудования, показало, что наибольшее число нарушений приходится на коммутационную аппаратуру -44%, на электродвигатели - 34%, на трансформаторы и реакторы - 8%, на турбогенераторы - 4%. На первые два вида оборудования приходится около 80% нарушений.The distribution of violations by type of equipment showed that the largest number of violations occurred in switchgear — 44%, electric motors — 34%, transformers and reactors — 8%, and turbine generators — 4%. The first two types of equipment account for about 80% of violations.

Распределение нарушений по вине ремонтного и обслуживающего персонала по электродвигателям с учетом уровня напряжения: 0,4 кВ - 60,5%, 6 кВ - 39,5%. По узлам электродвигателя: вводная коробка - 38,4%, переходной ящик зажимов - 26,1%, подшипниковые узлы - 16,7%, обмотка статора - 12%, прочие узлы - 7%.Distribution of violations due to fault of repair and maintenance personnel on electric motors, taking into account the voltage level: 0.4 kV - 60.5%, 6 kV - 39.5%. According to the nodes of the electric motor: input box - 38.4%, adapter box of clamps - 26.1%, bearing units - 16.7%, stator winding - 12%, other units - 7%.

Анализ показал, что наибольшее число нарушений в работе электрооборудования (44,7%) связано с повреждением электрических контактных соединений (плохой контакт, обрыв).The analysis showed that the largest number of violations in the operation of electrical equipment (44.7%) is associated with damage to electrical contact connections (poor contact, open circuit).

Часто встречающиеся причины неисправностей электродвигателей, по актам расследования цеховых отказов составляют 55,2%, классифицируется как некачественный ремонт.Frequently encountered causes of motor failures, according to acts of investigation of workshop failures account for 55.2%, is classified as poor repair.

Затем следуют ошибки при техобслуживании (11,4%).This is followed by maintenance errors (11.4%).

Следует отметить, что в некоторых актах не указывается, в чем же конкретно выразился некачественный ремонт или техобслуживание, что, в свою очередь, не позволяет провести более глубокий анализ причин и выработать адекватные меры по предотвращению нарушений.It should be noted that some acts do not indicate what exactly poor repair or maintenance was expressed in, which, in turn, does not allow for a more in-depth analysis of the causes and the development of adequate measures to prevent violations.

Следующая причина нарушений (11,4%) - небрежность, невнимательность, излишняя самоуверенность. Пример: при опробовании по графику наcoca выявлено обратное вращение агрегата. При осмотре обнаружено, что перепутаны фазы при подключении питающего кабеля.The next reason for violations (11.4%) is negligence, carelessness, excessive self-confidence. Example: when tested according to the coca schedule, the reverse rotation of the unit was revealed. Upon examination, it was found that the phases were reversed when the power cable was connected.

Затем идут некачественная регулировка или ее непроведение, нарушение сроков (периодичности) ремонта, выполнение техобслуживания и ремонта не в полном объеме, соответственно, 7,8%, 5,7% и 3,2%.Then there are poor-quality adjustment or its failure, violation of the terms (periodicity) of the repair, the performance of maintenance and repair not in full, respectively, 7.8%, 5.7% and 3.2%.

На недостатки контроля по актам приходится 3,2%. Эта цифра, похоже, тоже занижена, так как значительной части нарушений можно было бы избежать при контроле выполнения ответственных ремонтных операций и тщательной приемке оборудования из ремонта.The deficiencies in control of acts account for 3.2%. This figure also seems to be underestimated, since a significant part of the violations could have been avoided by monitoring the implementation of responsible repair operations and carefully accepting equipment from repair.

Исходя из вышеизложенного, видно что, в последнее время все предприятия вынуждены искать способы повышения эффективности работы своих ремонтных служб. Наилучшие результаты при этом получаются при переходе от системы обслуживания оборудования - планово предупредительных ремонтов (ПНР) к системе обслуживания по техническому состоянию. Известно, что не следует разбирать и ремонтировать еще хорошее оборудование. Простая разборка и сборка оборудования, даже без замены деталей, может уменьшить ресурс его работы на 30 процентов. Так же нет гарантии, что Вы при ремонте установите комплектующие лучшего качества. А если еще учесть неизбежную послеремонтную приработку узлов агрегата, то вместо пользы будет… Но нельзя и откладывать необходимый ремонт. Обычно все дефекты имеют тенденцию к дальнейшему саморазвитию, разрастаясь до целого комплекса причин, одна из которых приводит в конечном итоге к аварийной остановке агрегатов. Самый дешевый и быстрый ремонт - своевременное устранение первопричины аварии. Это достигается за счет оперативной оценки текущего технического состояния оборудования, своевременного выявления дефектов, оптимального планирования сроков проведения ремонтов, на все эти вопросы дает ответ вибродиагностика вращающегося оборудования. Вибрация - наиболее универсальный параметр, учитывающий практически все аспекты состояния агрегата, позволяющий "безразборно", в рабочих режимах, определять техническое состояние оборудования. Основная цель вибродиагностики - реализация системы обслуживания оборудования по фактическому техническому состоянию, в соответствии с которым обслуживание проводится только в том случае и в том месте, где оно оказывается абсолютно необходимым. Основой для определения текущего состояния оборудования являются измерения среднеквадратичного значения (СКЗ) виброскорости (мм/сек) в диапазоне от 10 до 1000 Гц в трех направлениях -"Вертикальном", "Поперечном" ("Горизонтальном") и "Осевом". Сравнение измеренных значений с нормативными позволяет оценить состояние агрегата. Выбор такой единицы измерения связан наличием ряда российских и международных норм и рекомендаций по допустимым уровням вибрации (в единицах виброскорости) для различных типов оборудования, например, рекомендации ISO 2372. В этих рекомендациях значения предельного уровня вибрации зависит от мощности двигателя агрегата, от числа оборотов вала агрегата, от типа фундамента. При этом данные рекомендации не учитывают условия монтажа каждого агрегата, условий эксплуатации и обслуживания, технологической нагрузки, срока эксплуатации и т.д. Проведение работ по вибродиагностике дает реальный экономический эффект, так как способствует:Based on the foregoing, it is clear that, recently, all enterprises are forced to look for ways to improve the efficiency of their repair services. The best results are obtained during the transition from the equipment maintenance system - scheduled preventive repairs (NDP) to the technical maintenance service system. It is known that you should not disassemble and repair still good equipment. Simple disassembly and assembly of equipment, even without replacing parts, can reduce its life by 30 percent. There is also no guarantee that you will install the best quality components during the repair. And if we take into account the inevitable after-repair run-in of the units of the unit, then instead of benefit it will be ... But you cannot put off the necessary repairs. Usually, all defects tend to further self-development, expanding to a whole range of reasons, one of which ultimately leads to an emergency stop of the units. The cheapest and fastest repair is the timely elimination of the root cause of the accident. This is achieved through an operational assessment of the current technical condition of the equipment, timely detection of defects, optimal planning of the timing of repairs, all of these questions are answered by the vibration diagnostics of rotating equipment. Vibration is the most universal parameter that takes into account almost all aspects of the state of the unit, which allows it to "determine" in working conditions to determine the technical condition of the equipment. The main purpose of vibration diagnostics is the implementation of the equipment maintenance system according to the actual technical condition, according to which maintenance is carried out only in the case and in the place where it is absolutely necessary. The basis for determining the current state of the equipment is the measurement of the rms value (RMS) of the vibration velocity (mm / s) in the range from 10 to 1000 Hz in three directions - “Vertical”, “Cross” (“Horizontal”) and “Axial”. Comparison of the measured values with the standard allows you to assess the state of the unit. The choice of such a unit of measurement is due to the presence of a number of Russian and international norms and recommendations on permissible vibration levels (in units of vibration velocity) for various types of equipment, for example, ISO 2372 recommendations. In these recommendations, the values of the maximum vibration level depend on the engine power of the unit, on the number of shaft revolutions unit, depending on the type of foundation. At the same time, these recommendations do not take into account the installation conditions of each unit, operating and maintenance conditions, technological load, operating life, etc. Carrying out works on vibration diagnostics gives a real economic effect, as it helps:

- увеличению времени между ремонтами - и как следствие, это рост производительности и снижение затрат на проведение ремонтов;- an increase in time between repairs - and as a result, this is an increase in productivity and a decrease in the cost of repairs;

- предотвращению прогнозируемых поломок - что способствует повышению надежности работы;- prevention of predicted breakdowns - which contributes to increased reliability;

- устранению вторичных поломок, например, поломки редуктора из-за неисправностей подшипника;- elimination of secondary breakdowns, for example, gearbox breakdowns due to bearing malfunctions;

- устранению ненужного расхода деталей, исключению замены еще исправных деталей;- elimination of unnecessary consumption of parts, the exclusion of the replacement of still serviceable parts;

- уменьшению объема запасных частей, т.к. заранее известны номенклатура и количество необходимых деталей и запасных частей;- reducing the volume of spare parts, as the nomenclature and quantity of necessary parts and spare parts are known in advance;

- уменьшению общей продолжительности ведения ремонтных работ, т.к. все необходимые работы планируются заранее.- reducing the total duration of the repair work, because All necessary work is planned in advance.

Анализ статистики отказов электродвигателей показал, что:Analysis of failure statistics of electric motors showed that:

- 46,8% отказов электродвигателей происходит в результате неисправностей в подшипниковых узлах;- 46.8% of motor failures occur as a result of failures in the bearing units;

- 33,6% отказов из-за неисправности в обмотке статора;- 33.6% of failures due to a malfunction in the stator winding;

- 5,5% отказов вызывает нарушение центровки;- 5.5% of failures cause misalignment;

- 4,0% отказали из-за изгиба лап электродвигателей (обобщенное название, которое включает в себя как сами искривления лап, так и различные деформации рам, на которых установлены агрегаты);- 4.0% failed due to the bending of the paws of the electric motors (a generic name that includes both the curvature of the paws themselves and various deformations of the frames on which the units are mounted);

- 3,2% отказов спровоцировали дефекты в муфтах;- 3.2% of failures provoked defects in the couplings;

- 6,9% электродвигателей выходят из строя из-за отказа прочих узлов (дисбаланс ротора агрегата, недостаточная жесткость крепления агрегата, несносность картера подшипников с корпусом насоса, физический износ оборудования, перекос оси линии валов, структурный резонанс, коррозийно-эрозионный износ.- 6.9% of electric motors fail due to a failure of other components (imbalance of the rotor of the unit, insufficient rigidity of the mounting of the unit, wear of the bearing housing with the pump housing, physical wear of the equipment, skew axis of the shaft line, structural resonance, corrosion-erosion wear.

Как видно из приведенного выше анализа, наиболее распространенным видом неисправностей являются - нарушения в подшипниковых узлах. Данный вид неисправности может быть вызван следующими факторами:As can be seen from the above analysis, the most common type of malfunctions are - violations in the bearing assemblies. This type of malfunction can be caused by the following factors:

- дефекты в наружном кольце подшипника;- defects in the outer ring of the bearing;

- дефекты на внутреннем кольце подшипника;- defects on the inner ring of the bearing;

- дефекты тел качения;- defects in rolling elements;

- нарушение смазки.- violation of lubrication.

В результате проведенных теоретических и экспериментальных исследований, были получены выражения для вычисления частот отражающих факторы вызывающие нарушения в подшипниковых узлах.As a result of theoretical and experimental studies, expressions were obtained for calculating the frequencies of reflecting factors causing disturbances in the bearing assemblies.

Для вычисления частоты вибрации при дефектах в наружном кольце подшипника, используется выражение:To calculate the frequency of vibration with defects in the outer ring of the bearing, the expression is used:

где DB - диаметр внутреннего кольца;where D B is the diameter of the inner ring;

DH - диаметр наружного кольца;D H is the diameter of the outer ring;

N- количество тел качения;N is the number of rolling bodies;

fp - частота вращения ротора электродвигателя.f p - frequency of rotation of the rotor of the electric motor.

Дефекты на внутреннем кольце подшипника проявляются на частоте, вычисляемой по формуле:Defects in the inner ring of the bearing appear at a frequency calculated by the formula:

Частота отображающая дефекты тел качения, определяется по формуле:The frequency reflecting the defects of the rolling elements is determined by the formula:

где Dш - диаметр тел качения.where D W - the diameter of the rolling elements.

При нарушении смазки подшипника, наблюдается рост амплитуды вибрации на всех, вышеперечисленных частотах одновременно.If the lubrication of the bearing is impaired, an increase in the amplitude of vibration is observed at all of the above frequencies simultaneously.

Вибрация электродвигателя напрямую зависит от вращающего момента в электродвигателе. Так как остальные виды неисправностей (неисправности в обмотке статора, нарушение центровки, изгиб лап электродвигателей, дефекты в муфтах) оказывают влияние на вращающий момент, они вызывают изменение вибрации электродвигателей.Vibration of the electric motor directly depends on the torque in the electric motor. Since other types of malfunctions (malfunctions in the stator winding, misalignment, bending of the legs of the electric motors, defects in the couplings) affect the torque, they cause a change in the vibration of the electric motors.

Вращающий момент в асинхронной машине создается в результате взаимодействия вращающегося поля и токов, наведенных им в обмотке ротора. Его значение можно найти, исходя из закона электромагнитных сил, вращающий момент равен ([8] - См. глава 3, § 3-13):Torque in an asynchronous machine is created as a result of the interaction of a rotating field and currents induced by it in the rotor winding. Its value can be found on the basis of the law of electromagnetic forces, the torque is equal to ([8] - See chapter 3, § 3-13):

где BM - максимальная индукция в воздушном зазоре, всек/см2;where B M is the maximum induction in the air gap, all / cm 2 ;

l - активная длина проводника, см;l is the active length of the conductor, cm;

N - число проводников обмотки статора;N is the number of stator winding conductors;

D' - диаметр ротора;D 'is the diameter of the rotor;

Ψ2 - сдвиг между ВM и I2M (в электрических радианах);Ψ 2 is the shift between B M and I 2M (in electric radians);

I2M максимальный ток роторной цепи. Так как:I 2M maximum current of the rotor circuit. As:

где i1 - ток в обмотке статора электродвигателя;where i 1 is the current in the stator winding of the electric motor;

ω1 - число витков в обмотке;ω 1 - the number of turns in the winding;

l - активная длина проводника;l is the active length of the conductor;

гдеWhere

где E2 - э.д.с.в обмотке ротора электродвигателя;where E 2 - emf in the winding of the rotor of the electric motor;

r2 - активное сопротивление обмотки ротора;r 2 is the active resistance of the rotor winding;

x2 - индуктивное сопротивление обмотки ротора;x 2 - inductive resistance of the rotor winding;

s - рабочее скольжение.s is the working slip.

Сопоставив виды неисправностей с приведенными выше формулами, видно, что:Comparing the types of malfunctions with the above formulas, it is seen that:

- неисправности в обмотке статора влияют на вращающий момент из-за изменения числа проводников в обмотке статора (N), активной длины проводника (l) и изменения максимальной индукция в воздушном зазоре (BM);- malfunctions in the stator winding affect the torque due to a change in the number of conductors in the stator winding (N), the active length of the conductor (l) and changes in the maximum induction in the air gap (B M );

- нарушение центровки и дефекты в муфтах оказывают влияние в связи с изменением нагрузки на валу электродвигателя и следовательно изменения рабочего скольжения (s);- misalignment and defects in the couplings have an effect due to a change in the load on the motor shaft and, consequently, changes in the working slip (s);

- изгиб лап электродвигателей приводит к изменению воздушного зазора между обмоткой статора и ротором, что приводит к изменению максимальной индукция в воздушном зазоре (BM) и как следствие к изменению вращающего момента М- the bending of the paws of the electric motors leads to a change in the air gap between the stator winding and the rotor, which leads to a change in the maximum induction in the air gap (B M ) and, as a consequence, to a change in the torque M

Для того, что бы определить частоты на которых неисправности проявляют себя, необходимо рассмотреть вращающий момент как функцию времени. В результате проведенных теоретических и экспериментальных исследований, были получены выражения для вычисления частот отражающих виды неисправностей электродвигателей.In order to determine the frequencies at which faults manifest themselves, it is necessary to consider the torque as a function of time. As a result of theoretical and experimental studies, expressions were obtained for calculating the frequencies of reflecting types of malfunctions of electric motors.

Для определения наличия межвитковых замыканий, необходимо провести анализ на частоте, определяемой по формуле:To determine the presence of inter-turn faults, it is necessary to analyze at a frequency determined by the formula:

где fU - частота питающей сети;where f U is the frequency of the supply network;

k - коэффициенты, определяемые частотой вращения ротора;k are the coefficients determined by the rotor speed;

s - рабочее скольжение;s is the working slip;

p - число пар полюсов.p is the number of pole pairs.

Нарушение центровки и дефекты в муфтах определяются на частотах, вычисляемой по формуле:Alignment and defects in the couplings are determined at frequencies calculated by the formula:

Изгиб лап электродвигателей проявляет себя на частоте, вычисляемой по формуле:The bend of the paws of electric motors manifests itself at a frequency calculated by the formula:

Неисправности приводимого оборудования проявляют себя на характерной лопаточной частоте, которая определяется следующим образом:Failures of the driven equipment manifest themselves at the characteristic blade frequency, which is determined as follows:

где fл - частота вращения рабочего колеса;where f l - the frequency of rotation of the impeller;

Zл, - количество лопаток рабочего колеса.Zl - the number of impeller blades.

Измерение вибрации производится с определенной периодичностью, из полученных данных создают базу данных, определяют остаточный ресурс и формируют план технического осмотра и ремонта оборудования на основе данных о фактическом техническом состоянии оборудования.Vibration measurement is carried out with a certain periodicity, from the obtained data create a database, determine the residual life and form a plan for technical inspection and repair of equipment based on data on the actual technical condition of the equipment.

На фиг.1 схематично представлена принципиальная схема устройства, реализующего способ.Figure 1 schematically shows a schematic diagram of a device that implements the method.

На фиг.2 - фотография устройства, реализующего способ. Устройство для реализации предложенного способа (по фиг.1) содержит внешние датчики вибрации 1 по трем осям (1а, 1в и 1 с), герметичный корпус 2 с персональным компьютером 3, аналого-цифровым преобразователем 4 и мультиплексором с разделенными входами аналого-цифрового преобразователя 5, и разъемы для подключения датчиков измерения вибрации излучаемой электродвигателем по трем осям 6, а так же диагностируемого электродвигателя 7 с оборудованием 8.Figure 2 is a photograph of a device that implements the method. A device for implementing the proposed method (Fig. 1) contains external vibration sensors 1 along three axes (1a, 1c and 1 s), a sealed housing 2 with a personal computer 3, an analog-to-digital converter 4 and a multiplexer with separate inputs of an analog-to-digital converter 5, and connectors for connecting vibration measurement sensors emitted by the electric motor along three axes 6, as well as the diagnosed electric motor 7 with equipment 8.

Устройство, реализующее предложенный выше способ работает следующим образом: измеряется в течение заданного интервала времени значений вибрационного сигнала излучаемого электродвигателем 7 по трем осям, с помощью соответствующих внешних датчиков вибрации 1 (1a, 1в и 1 с), подключенных к разъемам 6, далее через мультиплексор 5, сигнал передается на аналого-цифровой преобразователь 4 и после преобразования сигнала из аналоговой формы в цифровую передается в переносной компьютер 3, где производится запись сигнала на постоянное запоминающее устройство с последующей обработкой включающей быстрое преобразование Фурье с взвешиванием спектральных полос оконной функцией по отдельным информативным частотам.A device that implements the above method works as follows: measured over a specified time interval of the values of the vibration signal emitted by the electric motor 7 in three axes, using the appropriate external vibration sensors 1 (1a, 1c and 1 s) connected to the connectors 6, then through the multiplexer 5, the signal is transmitted to an analog-to-digital converter 4 and after converting the signal from an analog form to digital, it is transmitted to a portable computer 3, where the signal is recorded on a read-only memory roystvo followed by treatment consisting of a fast Fourier transform weighted spectral bands windowed informative over separate frequencies.

Таким образом: предлагаемый способ позволяет определить наличие неисправностей электродвигателей и связанного с ними оборудования, в том числе зарождающихся неисправностей, безразборным диагностированием электродвигателя и связанного с ним оборудования с применением разработанного устройства. Это дает возможность определять фактическое техническое состояние электродвигателей и связанного с ним оборудования в реальном времени с разными рабочими режимами его эксплуатации, что позволяет сократить расходы на техническое обслуживание и технический ремонт за счет устранения зарождающихся неисправностей и упрощенное обслуживание исправного оборудования.Thus: the proposed method allows to determine the presence of malfunctions of electric motors and related equipment, including incipient malfunctions, in-place diagnosis of the electric motor and related equipment using the developed device. This makes it possible to determine the actual technical condition of electric motors and related equipment in real time with different operating modes of its operation, which reduces the cost of maintenance and technical repair by eliminating incipient malfunctions and simplified maintenance of serviceable equipment.

Вышеприведенная совокупность признаков по формуле изобретения не известна в настоящее время из уровня техники и не следует из общеизвестных правил диагностики электродвигателей переменного тока и связанного с ними механического оборудования, это доказывает соответствие критерию "изобретательский уровень".The above set of features according to the claims is not currently known from the prior art and does not follow from the well-known rules for the diagnosis of AC electric motors and associated mechanical equipment, this proves compliance with the criterion of "inventive step".

Предложенные способ и устройство его реализующее являются новыми для диагностики электродвигателей переменного тока и связанного с ними оборудования, что соответствует критерию изобретения: "новизна".The proposed method and device realizing it are new for the diagnosis of AC electric motors and related equipment, which meets the criteria of the invention: "novelty."

Конструктивная реализация устройства диагностирующего электродвигатели переменного тока и связанные с ними механическое оборудование с указанной совокупностью существенных признаков не представляет никаких конструктивно-технических и технологических трудностей, отсюда следует соответствие критерию "промышленная применимость".The constructive implementation of the device diagnosing AC electric motors and associated mechanical equipment with the indicated set of essential features does not present any structural, technical and technological difficulties, hence the compliance with the criterion of "industrial applicability" follows.

ЛитератураLiterature

1. Пат. РФ №2253096 от 27.05.2005 г., кл. G01M 15/00, F15B 19/00 (Способ оценки технического состояния оборудования).1. Pat. RF №2253096 dated 05/27/2005, class G01M 15/00, F15B 19/00 (Method for assessing the technical condition of equipment).

2. Заявка на изобретение РФ №2004108229, от 20.10.2005 г., кл. G01M 13/04 (Способ комплексной диагностики подшипников качения и устройство для его осуществления).2. Application for the invention of the Russian Federation No. 2004108229, dated 10.20.2005, class. G01M 13/04 (Method for the comprehensive diagnosis of rolling bearings and a device for its implementation).

3. Заявка на изобретение РФ №2003124988, от 10.02.2005 г., кл. G01M 13/04 (Способ диагностики подшипников качения).3. Application for the invention of the Russian Federation No. 2003124988, dated 10.02.2005, class. G01M 13/04 (Method for the diagnosis of rolling bearings).

4. Пат. РФ №2090853 от 20.09.1997 г., кл. G01M 17/00 (Способ виброакустической диагностики машинного оборудования).4. Pat. RF №2090853 from 09.20.1997, class G01M 17/00 (Method for vibro-acoustic diagnostics of machinery).

5. Заявка на изобретение РФ №2003120314 от 10.01.2005 г., кл. G01N 7/00 (Способ диагностики электротехнического оборудования).5. Application for the invention of the Russian Federation No. 2003120314 of 01/10/2005, class. G01N 7/00 (Method for the diagnosis of electrical equipment).

6. Заявка на изобретение РФ №2003134817 от 10.05.2005 г., кл. G01N 29/14 (Способ прогноза остаточного ресурса неразрушающим контролем при экспертизе промышленной безопасности оборудования).6. Application for the invention of the Russian Federation No. 2003134817 from 05/10/2005, class. G01N 29/14 (Method for predicting the residual life by non-destructive testing in the examination of industrial safety of equipment).

7. Заявка на изобретение РФ №2005110648 от 20.10.2006 г., кл. G01R 31/34 (Способ диагностики электродвигателей переменного тока и связанных с ними механических устройств) - прототип.7. Application for the invention of the Russian Federation No. 2005110648 from 10.20.2006, class. G01R 31/34 (Method for the diagnosis of AC electric motors and related mechanical devices) - prototype.

8. П.С.Сергеев. Электрические машины. Учебник для вузов. // Москва.8. P.S. Sergeev. Electric cars. Textbook for high schools. // Moscow.

Claims (1)

Устройство диагностики электродвигателей переменного тока и связанного с ними механического оборудования, состоящее из корпуса с внешними разъемами для датчиков измерения вибрации, излучаемой электродвигателем по трем осям, и размещенными внутри корпуса измерительным блоком с аналого-цифровым преобразователем (АЦП) и персональным компьютером, отличающееся тем, что корпус устройства выполнен герметичным, а аналого-цифровой преобразователь соединен с выходами датчиков через мультиплексор.
Figure 00000001
Diagnostic device for AC electric motors and related mechanical equipment, consisting of a housing with external connectors for measuring vibration emitted by an electric motor along three axes, and located inside the housing by a measuring unit with an analog-to-digital converter (ADC) and a personal computer, characterized in that the device case is sealed, and the analog-to-digital converter is connected to the outputs of the sensors through a multiplexer.
Figure 00000001
RU2008100770/22U 2008-01-17 2008-01-17 DIAGNOSTIC DEVICE FOR AC ELECTRIC MOTORS AND MECHANICAL EQUIPMENT ASSOCIATED WITH THEM RU90199U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008100770/22U RU90199U1 (en) 2008-01-17 2008-01-17 DIAGNOSTIC DEVICE FOR AC ELECTRIC MOTORS AND MECHANICAL EQUIPMENT ASSOCIATED WITH THEM

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008100770/22U RU90199U1 (en) 2008-01-17 2008-01-17 DIAGNOSTIC DEVICE FOR AC ELECTRIC MOTORS AND MECHANICAL EQUIPMENT ASSOCIATED WITH THEM

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU90199U1 true RU90199U1 (en) 2009-12-27

Family

ID=41643482

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008100770/22U RU90199U1 (en) 2008-01-17 2008-01-17 DIAGNOSTIC DEVICE FOR AC ELECTRIC MOTORS AND MECHANICAL EQUIPMENT ASSOCIATED WITH THEM

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU90199U1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2578044C1 (en) * 2014-11-14 2016-03-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ижевский государственный технический университет имени М.Т. Калашникова" Device for diagnostics and evaluation of technical state of mechatronic drives
RU2677947C1 (en) * 2017-12-01 2019-01-22 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВО ИрГУПС) Method for determining dynamic condition of traction engine with support and axial suspension
RU2804260C1 (en) * 2023-04-05 2023-09-26 Общество с ограниченной ответственностью "Инжиниринговый центр "Русэлпром" Method and device for monitoring temperature and vibration of electrical machinery

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2578044C1 (en) * 2014-11-14 2016-03-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ижевский государственный технический университет имени М.Т. Калашникова" Device for diagnostics and evaluation of technical state of mechatronic drives
RU2677947C1 (en) * 2017-12-01 2019-01-22 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВО ИрГУПС) Method for determining dynamic condition of traction engine with support and axial suspension
RU2804260C1 (en) * 2023-04-05 2023-09-26 Общество с ограниченной ответственностью "Инжиниринговый центр "Русэлпром" Method and device for monitoring temperature and vibration of electrical machinery

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Thomson et al. Motor Current Signature Analysis To Detect Faults In Induction Motor Drives-Fundamentals, Data Interpretation, And Industrial Case Histories.
Culbert et al. Using current signature analysis technology to reliably detect cage winding defects in squirrel cage induction motors
US6460013B1 (en) Shaft voltage current monitoring system for early warning and problem detection
CN102707232B (en) Motor apparatus state on_line monitoring device and monitoring method thereof
EP2728367B1 (en) A method for detecting a fault condition in an electrical machine
US10184985B2 (en) Systems and methods for crack detection in doubly-fed induction generators
RU2300116C2 (en) Mode of diagnostics od electrical engines of alternating current and of mechanical arrangements involved with them
Fenger et al. Development of a tool to detect faults in induction motors via current signature analysis
US7034706B1 (en) Early warning and problem detection in rotating machinery by monitoring shaft voltage and/or grounding current
Pollock et al. Vertical hydraulic generators experience with dynamic air gap monitoring
RU2339049C1 (en) Diagnostic method of alternating current motor and associated mechanical appliances
Thomson et al. Industrial application of current signature analysis to diagnose faults in 3-phase squirrel cage induction motors
EP3339638B1 (en) Systems for crack detection in doubly-fed induction generators
KR102126493B1 (en) Electric Motor Failure Remote Diagnosis System
CN106989879B (en) Modal testing method for steam turbine generator base
KR100969243B1 (en) Method for testing a fault of a rotating component by modeling transfer function indicated by power signature line of a motor, electric generator
Kapler et al. Recent endwinding vibration problems in air-cooled turbine generators
RU90199U1 (en) DIAGNOSTIC DEVICE FOR AC ELECTRIC MOTORS AND MECHANICAL EQUIPMENT ASSOCIATED WITH THEM
KR101267946B1 (en) Method for estimating an expected life span of a motor
Iorgulescu et al. Noise and vibration monitoring for diagnosis of DC motor's faults
Misra et al. An experimental study of rotor fault detection using motor current signature analysis based on neural networks
RU2730109C1 (en) Vibration monitoring method of brush-collector units of direct-current motors
CN114062910A (en) Motor online diagnosis system and method
Treml et al. Broken rotor bar fault detection in asynchronous machines using vibration analysis
Sadda et al. Vibration data and analysis of a large rating induction motor with bent shaft: Some aspects

Legal Events

Date Code Title Description
MM1K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20100123