Вибродиагностика центробежного насоса: точки замера, дефекты, нормы

Вибрацию центробежного насоса меряют на корпусах подшипников насоса и двигателя в горизонтальном, вертикальном и осевом направлениях на установившемся режиме. Общий уровень СКЗ виброскорости сравнивают с зонами ISO 10816-7, а причину находят по спектру: 1x — дисбаланс, 2x и осевая составляющая — расцентровка, ряд гармоник — ослабление, несинхронные пики — подшипники, лопастная частота — гидравлика.

Точки и направления замера

Типовой горизонтальный насосный агрегат «двигатель + муфта + насос» имеет четыре подшипниковые опоры. Схема узлов насоса — в статье «Устройство центробежного насоса: шесть узлов и чем контролировать каждый».

Точка	Где	Направления
1	Подшипник двигателя со стороны вентилятора	Горизонтальное, вертикальное
2	Подшипник двигателя со стороны муфты	Горизонтальное, вертикальное, осевое
3	Подшипник насоса со стороны муфты	Горизонтальное, вертикальное, осевое
4	Подшипник насоса со свободного конца	Горизонтальное, вертикальное

Правила, от которых зависит достоверность:

• Датчик ставят на жёсткую часть корпуса подшипника, а не на тонкий кожух, и каждый раз в одну и ту же размеченную точку.
• Замер делают на установившемся режиме и записывают расход, давление нагнетания и всасывания. Вибрация насоса сильно зависит от рабочей точки: в примере Hydraulic Institute общий уровень при 71 % расхода от точки наилучшего КПД (BEP) был почти вдвое выше, чем при 93 %.
• Проверьте фоновую вибрацию на остановленном насосе. По ISO 10816-7 (в изложении Europump), если фон превышает 25 % от уровня работающего насоса, может понадобиться устранить его влияние.
• Для вертикальных насосов с длинным валом ISO 9905 и ISO 9908 предписывают замер на верхнем фланце при жёсткой муфте и у верхнего подшипника насоса при гибкой.

Нормы вибрации насоса по ISO 10816-7

Для насосов ISO 10816-3 больше не применяют: Europump указывает, что её заменила часть 7 — ISO 10816-7:2009 «Динамические насосы для промышленного применения». Она распространяется на динамические насосы мощностью свыше 1 кВт с числом лопаток рабочего колеса больше трёх. Разделения на жёсткие и податливые опоры, как в части 3, здесь нет; вместо него насосы делят на две категории:

• Категория I — насосы с высокими требованиями к надёжности, готовности или безопасности: токсичные и опасные жидкости, критичные применения, нефтегаз, специальная химия, атомные и тепловые электростанции.
• Категория II — насосы общего и менее критичного назначения, например для неопасных жидкостей. Вертикальные подвесные (полупогружные) насосы со скоростью выше 600 об/мин обычно относят к категории II.

Границы зон для СКЗ виброскорости на невращающихся частях (корпусах подшипников), мм/с:

Зона	Состояние	Кат. I, ≤ 200 кВт	Кат. I, > 200 кВт	Кат. II, ≤ 200 кВт	Кат. II, > 200 кВт
A	Новые машины, в предпочтительном диапазоне режимов	2,5	3,5	3,2	4,2
B	Длительная работа без ограничений	4,0	5,0	5,1	6,1
C	Ограниченная работа	6,6	7,6	8,5	9,5
D	Риск повреждения	> 6,6	> 7,6	> 8,5	> 9,5
—	Рекомендуемая уставка предупреждения (≈ 1,25 × граница B)	5,0	6,3	6,4	7,6
—	Рекомендуемая уставка отключения (≈ 1,25 × граница C)	8,3	9,5	10,6	11,9

Предупреждение и отключение рекомендуется выдавать, только если уровень держится выше уставки около 10 с: так исключают ложные срабатывания. Предпочтительный и допустимый диапазоны режимов (POR и AOR) указывает изготовитель насоса; POR обычно составляет 70–120 % от расхода в точке BEP. Вне допустимого диапазона вибрация может быть выше; кратковременно это допускается, но при длительной работе грозит повреждением.

Стандарт пересматривается: в ISO зарегистрирован проект ISO 20816-7, который должен прийти на смену ISO 10816-7:2009. Проверьте, какая редакция принята на вашем предприятии. Насосы для нефтегазовой отрасли по ISO 13709 (API 610) принимают по пределам этого стандарта: для консольных и межопорных насосов до 300 кВт на ступень и до 3600 об/мин общий уровень на корпусе подшипника при испытаниях — не более 3,0 мм/с в предпочтительном диапазоне режимов и 3,9 мм/с в допустимом.

Дефекты и их вибрационные признаки

Дефект	Частота в спектре	Направление	Другие признаки
Дисбаланс	1x, почти без гармоник	Радиальное, горизонталь ≈ вертикаль	Синусоидальный сигнал, одно событие за оборот; мало осевой вибрации, кроме консольных роторов
Расцентровка, параллельная	2x, часто выше 1x	Радиальное	Периодичный сигнал, одно-два события за оборот
Расцентровка, угловая	1x и 2x (иногда 3x)	Осевое	Обычно сочетается с параллельной
Механическое ослабление	Ряд гармоник 1x, дробные гармоники (½x и др.), поднятый уровень шума	Радиальное, чаще вертикальное	Нестабильная фаза, хаотичные удары во временном сигнале
Дефект подшипника качения	Несинхронные пики (BPFO, BPFI, BSF, FTF) и их гармоники	Радиальное	Сначала высокочастотные пики малой амплитуды; на поздней стадии — «горбы» и «трава» в спектре
Кавитация, рециркуляция	Несинхронная широкополосная вибрация	Радиальное	Случайные удары во временном сигнале, зависимость от расхода и подпора
Гидравлика у языка улитки	Лопастная частота Z × n и её гармоники	Радиальное	Рост при уходе от BEP; если меняется со скоростью или расходом — проверить резонанс

Как читать сами спектры — в статье «Как читать спектр FFT: пять вибрационных сигнатур». Подробно о признаках кавитации — в статье «Кавитация насоса: признаки и диагностика».

Несколько уточнений:

• Дисбаланс и расцентровка могут давать похожую картину. Окончательно расцентровку подтверждают замером центровки, а дисбаланс — откликом на пробный груз.
• Ослабление лучше видно в спектре с логарифмической шкалой амплитуды: мелкие гармоники на линейной шкале теряются рядом с пиком 1x.
• Подшипники: высокочастотные пики удобнее смотреть в спектре виброускорения. Если геометрия подшипника неизвестна, частоты оценивают приближённо: BPFO ≈ 0,4 × N × n, BPFI ≈ 0,6 × N × n, где N — число тел качения, n — частота вращения.
• Лопастная частота равна числу лопаток рабочего колеса, умноженному на частоту вращения. На этой частоте действуют нестационарные гидравлические радиальные силы, которые есть в насосах любого типа.

Пример расчёта частот

Насос 1480 об/мин, рабочее колесо с 6 лопатками, подшипник с 9 шариками:

Составляющая	Расчёт	Частота
1x	1480 / 60	24,7 Гц
2x	2 × 24,7	49,3 Гц
Лопастная частота	6 × 24,7	148 Гц
BPFO (оценка)	0,4 × 9 × 24,7	≈ 89 Гц
BPFI (оценка)	0,6 × 9 × 24,7	≈ 133 Гц

Точные частоты подшипника берут по его обозначению из каталога изготовителя.

Порядок обследования насоса

1. Осмотрите агрегат: протечки уплотнений, трещины сварки, состояние подливки и анкерных болтов, кожух муфты.
2. Запишите режим: расход, давление всасывания и нагнетания, частоту вращения.
3. Снимите общий уровень СКЗ виброскорости во всех точках и направлениях и сравните с зонами ISO 10816-7 для своей категории и мощности.
4. В точках с наибольшим уровнем снимите спектр скорости, спектр ускорения и временной сигнал.
5. Найдите 1x, его гармоники, лопастную частоту и частоты подшипников; отнесите остальное к несинхронным составляющим.
6. При необходимости повторите замер на другом расходе: гидравлические составляющие (кавитация, рециркуляция, лопастная частота) зависят от расхода и подпора на входе.
7. Сохраните результат как базовую линию и повторяйте замеры по маршруту: тренд важнее единичного значения.

Каким прибором делать вибродиагностику насосов

• Спектральный анализ и маршрутный сбор с балансировкой на месте — Bently Nevada vb7: по паспорту изготовителя два канала с синхронной записью, спектр до 6400 линий, Fmax до 40 кГц, лазерный датчик оборотов, балансировка в двух плоскостях.
• Ультразвук подшипников, контроль смазки и вибрация на одном маршруте — SDT340: контактные и воздушные ультразвуковые датчики, акселерометр, встроенный инфракрасный датчик температуры и тахометр.
• Насосы, на которые трудно поставить датчик (погружные, в приямках) — Artesis AMT Pro: анализ токов и напряжений двигателя; в перечне выявляемых дефектов изготовитель указывает кавитацию насоса, дисбаланс, расцентровку и дефекты подшипников.

KEG TRK поставляет эти приборы в Казахстане и помогает подобрать комплект под парк насосов. Цена по запросу.

Источники

• Europump. Pump Vibration Standards Guidelines, 1st edition, July 2013 (ISO 10816-7, ISO 13709, ISO 5199).
• Institute for Standardization of Serbia. ISO/AWI 20816-7, статус проекта.
• Hydraulic Institute. Pump Vibration & Troubleshooting Strategies, Part 2.
• Emerson. Vibration Analysis for Machinery Health Diagnosis.
• ACOEM. Finding Unbalance and Misalignment on a Spectrum.
• Fluke Reliability. Linear vs. Non-Linear Systems Explained, Part 2.
• KSB. Centrifugal Pump Lexicon: Radial thrust.
• Bently Nevada. vb7 Portable Data Collector, Analyzer and Balancer, datasheet 116M5255 Rev. F.
• SDT Ultrasound Solutions. SDT340.
• NVMS (дистрибьютор Artesis). Artesis AMT Pro.