Прогнозна поддръжка на редуктори

• Надеждността на редукторите оказва пряко влияние върху експлоатационната достъпност на оборудването, производствената ефективност и разходите за поддръжка
  
  
• Прогнозната поддръжка дава възможност за откриването на ранен етап на проблеми като износване, несъосност, прекомерни натоварвания и др.
  
  
• Сред утвърдените методи в областта са вибрационният анализ, анализът на смазочното масло, инфрачервената термография и акустичният мониторинг

Индустриалните редуктори работят в тежки условия в широк спектър от производствени и технологични приложения. Тяхната надеждност оказва пряко влияние върху експлоатационната достъпност на оборудването, производствената ефективност и разходите за поддръжка. Износването на зъбните колела и лагерите, проблемите със смазването, несъосността и прекомерните натоварвания могат постепенно да влошат работните параметри на редуктора, вследствие на което да се стигне до повреда и прекъсване на производството.

Прогнозната поддръжка дава възможност за откриването на тези изменения на ранен етап чрез мониторинг на действителното състояние на редуктора по време на работа. Вместо да разчитат единствено на фиксирани интервали за обслужване или да реагират след възникване на неизправност, екипите по поддръжка използват измервания и диагностични методи, за да определят кога е необходима намеса. Вибрационният анализ, анализът на смазочното масло, инфрачервената термография и акустичният мониторинг предоставят допълваща се информация за механичното състояние на оборудването, смазването и топлинните му показатели.

Вибрационен анализ

Вибрационният анализ е един от утвърдените методи за мониторинг на състоянието на индустриалните редуктори. Зацепването на зъбните колела, въртенето на валовете и работата на търкалящите лагери генерират характерни вибрационни сигнали при нормална експлоатация. Промените в амплитудата, честотата или формата на тези сигнали могат да са индикатор за механични дефекти в развитие.

За измерванията се използват сензори, най-често акселерометри, които се монтират в подходящи точки върху корпуса на редуктора, обикновено в близост до лагерите и други критично важни компоненти. Получените сигнали се анализират във времевата и честотната област, за да се разграничат нормалните вибрации от характеристиките, свързани с повреди. Качеството на измерването зависи от разположението и начина на закрепване на сензорите, честотата на дискретизация и работните условия по време на събирането на данни.

Повредите по зъбните колела често предизвикват вибрационни компоненти, свързани със скоростта на въртене на валовете и честотата на зацепване. Локални дефекти, като отчупени или напукани зъби, могат да генерират периодични импулси при контакта между повредените повърхности. Те могат да се проявят и като странични честотни компоненти около честотата на зацепване, които дават информация за характера и местоположението на дефекта. Промените във вибрациите при характерните честоти на лагерите могат да сигнализират за износване, точкова (питингова) корозия или други повреди.

Несъосността, разбалансирането на валовете и хлабините също имат специфични вибрационни характеристики. Дисбалансът обикновено води до повишени вибрации при честотата на въртене, докато несъосността може да предизвика увеличаване на вибрациите при основната честота и нейните хармоници, включително в аксиално направление. Хлабините могат да доведат до множество хармоници или неравномерни вибрационни сигнали. Тъй като отделните признаци могат да се припокриват, надеждната диагностика изисква отчитане на конструкцията на редуктора, скоростта на въртене на валовете, натоварването и историята на експлоатация.

Проследяването на тенденциите във времето е особено полезно за прогнозната поддръжка. Единичното измерване може да отразява временно изменение в работните условия, докато трайното нарастване на вибрациите или постепенното изменение на характерна честота може да показват развитие на дефект. Сравняването на измервания, направени при сходни условия, повишава надеждността на оценката и помага да се определи колко спешна е необходимата намеса.

Анализ на маслото

Смазочното масло намалява триенето, ограничава износването и подпомага отвеждането на топлината от зъбните колела и лагерите. Състоянието му предоставя ценна информация и за вътрешния статус на редуктора, тъй като наличието на частици и замърсители в смазочния материал, както и промените в свойствата му, могат да разкрият проблеми, които все още не се проявяват при външните измервания.

Анализът включва лабораторни изпитвания, а в някои приложения и мониторинг в реално време. В зависимост от вида на редуктора и използваното масло се изследват показатели като вискозитет, съдържание на вода, замърсяване с частици, окисление и концентрация или състав на металите, отделени при износването. Всеки от тези показатели дава различна информация за пригодността на смазочния материал и състоянието на оборудването.

Вискозитетът е особено важен, тъй като определя в значителна степен способността на маслото да образува смазочен филм между контактните повърхности. Прекалено ниският вискозитет може да не осигури достатъчно разделяне на повърхностите при натоварване, докато прекалено високият увеличава загубите от триене и може да затрудни циркулацията, особено при пускане в ход на студен двигател. Окислението и термичното разграждане също променят свойствата на маслото с течение на времето. Попадането на вода може да влоши смазването, да предизвика корозия и да ускори разрушаването на компонентите.

Анализът на отделените вследствие на износване частици помага за установяване на необичаен контакт между движещите се повърхности. Повишената концентрация на желязо например може да е показателна за износване на стоманени компоненти, а наличието на други елементи може да насочи към съответните конкретни материали. Размерът, формата и съставът на частиците допълват диагностичната информация и спомагат за разграничаване между нормалното износване и по-сериозните повреди.

Инфрачервена термография

Промените в температурата могат да сигнализират за прекомерно триене, недостатъчно смазване, претоварване или проблеми с отвеждането на топлината. Инфрачервената термография позволява да се изследва температурното разпределение по повърхността на редуктора, без да е необходим контакт с оборудването и прекъсване на работата му.

Термовизионните камери регистрират инфрачервеното излъчване на повърхностите и преобразуват стойностите от измерванията в термограми. Тези изображения показват разпределението на топлината по корпуса на редуктора, в зоните около лагерите, уплътненията и други компоненти. Участъци с температура, значително по-висока от тази на съпоставими елементи, могат да бъдат сигнал за необходимост от допълнителна проверка.

Необичайното нагряване може да е следствие от повредени лагери, увеличено триене между зъбите, неподходящ вискозитет на маслото или недостатъчно количество смазочен материал. Прекомерното натоварване, несъосността на валовете и ограниченото охлаждане също могат да повишат работната температура.

Основно предимство на метода е възможността за бърза инспекция на множество компоненти, и то докато оборудването продължава да работи. Многократните термографски обследвания позволяват да се проследяват постепенни изменения на температурата и да се определи приоритетът на инспекциите. Стационарни термовизионни камери могат да бъдат интегрирани и в системи за непрекъснат мониторинг, когато оборудването е с особено критично значение или е труднодостъпно.

Температурата на повърхността обаче невинаги отразява непосредствено температурата или състоянието на вътрешните компоненти. Топлината трябва да премине през конструкцията на редуктора, преди да се прояви на корпуса, поради което вътрешен дефект може да не предизвика незабавна или ясно различима температурна аномалия. Измерванията се влияят и от околната температура, излъчвателната способност на повърхността, отраженията и въздушните потоци.

За да бъдат резултатите съпоставими, измерванията трябва да се извършват на едни и същи места и, доколкото е възможно, при сходни натоварвания и условия на околната среда. Термографията е най-ефективна, когато се интерпретира заедно с експлоатационните данни и резултатите от други диагностични методи.

Акустичен мониторинг

Акустичният мониторинг се различава от традиционния анализ на вибрациите по вида на сигналите, които изследва. Вместо да се съсредоточава основно върху механичните вибрации при въртене, той регистрира краткотрайни еластични вълни, възникващи при бързо освобождаване на енергия в материала или в зоните на контакт между повърхностите. Такива събития могат да настъпят при развитие на пукнатини, деформация на материала или триене между повредени компоненти.

Акустичните сензори обикновено се монтират върху корпуса на редуктора и регистрират високочестотните сигнали, породени от тези процеси. Системите за обработка на данни оценяват параметри като брой на регистрираните събития, амплитуда, енергия и честотни характеристики. Промените в тези показатели могат да са индикатор за необичайна активност в наблюдаваното оборудване.

Едно от приложенията на метода е откриването на ранни признаци на уморно разрушаване на зъбите и лагерите. Малки пукнатини, локални повърхностни дефекти и начални етапи на разрушаване на материала могат да генерират краткотрайни сигнали още преди характерните признаци да станат отчетливи при конвенционалния вибрационен анализ. По този начин акустичният мониторинг допълва останалите методи, особено когато целта е да се установи нововъзникваща повреда, а не само вече развит механичен дефект.

Методът може да помогне и за откриване на процеси на триене, свързани с недостатъчно смазване или необичаен контакт между компонентите. Сигналите обаче се влияят от скоростта на въртене, натоварването, контакта между сензора и корпуса, разпространението на вълните през конструкцията и фоновия шум от намиращи се в съседство машини. Тези фактори затрудняват интерпретацията на измерванията и налагат създаването на базови референтни стойности за конкретното приложение.