Соударения в кулачковой муфте

Кулачковые муфты с эластичным демпфирующим элементом достаточно распространены на предприятиях, к их центровке предъявляются более низкие требования, чем к упругим втулочно-пальцевым, но по личному опыту это не спасает от возникающих с ними проблем. В данной статье разберем практический пример диагностики дефекта двухшарнирной кулачковой муфты.

Итак, вызов на посторонний шум от насоса рециркуляции теплоносителя котельной HPK-LS 080-200 (7,5 кВт). Скорость вращения регулируется от ЧРП, проводим измерения вибрации на эксплуатационной частоте вращения 619 об/мин и 1393 об/мин. Вблизи источник шума определить не удается, по ощущениям от подшипникового узла насоса. Конструкция достаточно простая, поэтому отмечаем для себя три возможных варианта: дефект подшипника насоса, задевание крыльчатки обдува подшипникового узла насоса о статорные элементы, дефект муфты.

Рис. 1. Точки измерения вибрации

СКЗ виброскорости (от 5 до 1000 Гц) при 619 об/мин, мм/с:

Направление	1	2	3
В	0,9	0,6	0,6
П	1,7	1,9	1,1
О	-	0,7	0,4

СКЗ виброскорости (от 5 до 1000 Гц) при 1393 об/мин, мм/с:

Направление	1	2	3
В	2,9	1,0	1,8
П	2,9	2,6	2,2
О	-	1,2	1,1

Допуск ≤ 2,8 мм/с. При полной нагрузке (максимальной частоте вращения) наблюдаем небольшое превышение вибрации.

Для начала по месту смотрим вариант с дефектом подшипника №3 по спектрам виброскорости и огибающей виброускорения (выберем точку 3П, в остальных точках подшипникового узла спектры аналогичны).

Рис. 2. Спектр виброскорости в точке 3П при 619 об/мин (сверху) и 1393 об/мин (снизу)

Рис. 3. Спектр огибающей в точке 3П при 619 об/мин (сверху) и 1393 об/мин (снизу)

Видим высокую гармоническую активность оборотной частоты, дефекты в подшипнике насоса отсутствуют. Отмечаем наличие достаточно высокой 6-ой гармоники при 619 об/мин и 1-2 гармоники при 1393 об/мин в спектрах виброскорости. Высокими уровнями гармоник в районе 150-200 Гц пренебрегаем, так как они связаны с резонансом. Для подтверждения своему коллеге снял спектр собственных частот.

Рис. 4. Спектр собственных частот в точке 3П

В огибающих отмечаем преобладание четных гармоник при 619 об/мин и 1-2 гармоник при 1393 об/мин.

Аналогичные спектры и на втором подшипнике электродвигателя.

Рис. 5. Спектр виброскорости в точке 2П при 619 об/мин (сверху) и 1393 об/мин (снизу)

Рис. 6. Спектр огибающей в точке 2П при 619 об/мин (сверху) и 1393 об/мин (снизу)

Для исключения варианта задевания крыльчатки обдува подшипникового узла насоса при помощи стробоскопа определено количество лопастей - 7. Крыльчатка исключается.

Дополнительно при помощи наушников подключенных к виброанализатору (SPM Leonova Diamond) выполнено прослушивание подшипниковых узлов №2, 3. Шум примерно одинаков и источник скорее всего находится между этими двумя подшипниками.

Судя по всему мы имеем дефект муфты, причем с ударами в ней. Наиболее быстрым способом определить неисправность и выдать точные рекомендации является осмотр муфты, что мы и делаем.

При снятии поддона ограждения муфтового соединения в глаза бросается наличие мелкодисперсной ржавчины, что может являться следствием истирания металла о металл и дальнейшего окисления частиц.

Рис. 7. Ржавчина на поддоне ограждения

Вообще, я настоятельно рекомендую специалистам по диагностике при любых подозрениях на дефекты муфт не стесняться заглядывать под ограждения. Зачастую там находятся как горки мелкодисперсной смеси резины и стали (при разрушении втулочно-пальцевых муфт), так и куски резины (при деградации упругих кулачковых муфт). Кулачковые муфты также иногда полезно осматривать с помощью стробоскопа - края резиновой звездочки имеющей разрыв будут выходить за габариты муфты.

Как и ожидалось, причина постороннего шума была в муфтовом соединении.

На обеих муфтах в зоне работы кулачков обнаружен неравномерный торцевой зазор. Судя по таким различиям в зазорах проблема банальна - вертикальная расцентровка, вал двигателя находится ниже вала насоса. Количество кулачков в каждой муфте равно 6, что и объясняет 6-ую гармонику (за один оборот каждый кулачек бьется об ответную часть).

Что интересно, во время измерений машинист поведал нам что муфты были заменены (сняты с другого насоса). Причина та же - посторонний шум, который так и остался. Поэтому и вызвали диагностику. Очень жаль, что на расцентровку совсем не обратили внимания и сделали лишнюю работу.

Без анализа постфактум статья была бы не полной. Нас же интересуют диагностические признаки данного дефекта? Из предыдущих спектров мы выяснили - наличие гармонической активности оборотной частоты, 6-ая гармоника в прямом спектре виброскорости (и кратные ей гармоники) при низких оборотах, при высоких оборотах признаки расцентровки (1-2 гармоники).

Теперь попробуем визуализировать полученные при измерениях данные с помощью круглограмм временных сигналов виброскорости, виброускорения и огибающей. Это вместо спектров, для большего понимания.

Рис. 8. Круглограммы виброскорости при 619 об/мин (сверху) и 1393 об/мин (снизу)

Рис. 9. Круглограммы виброускорения при 619 об/мин (сверху) и 1393 об/мин (снизу)

Рис. 10. Круглограммы огибающих при 619 об/мин (сверху) и 1393 об/мин (снизу)

Из этих данных можно сделать следующие выводы:
1. Удары более четко проявляются при низкой частоте вращения.
2. При высокой динамике процессы соударения становятся более нестабильными и прослеживаются в основном их направления.
3. В условиях наложения частот на резонансные зоны и наличии других частотных составляющих (электромагнитные и другие дефекты) круглограммы виброскорости искажаются (а соответственно и диагностика по спектрам затруднена).
4. Виброускорение также достаточно информативно (при условии небольшого высокочастотного шума).
5. Диагностика по огибающим выглядит наиболее предпочтительной (что логично). В направлении ударов огибающие более явно выражены.

Производителям приборов на заметку: было бы неплохо сделать доступными построение круглограмм в виброанализаторах, такая визуализация очень сократила бы время на диагностику по месту эксплуатации.