Вибровыключатели как эффективное средство виброзащиты оборудования: сравнение, выбор

В статье рассматриваются особенности вибровыключателей, показано, что это действенный и надежный способ предохранить работающее оборудование от разрушительного действия повышенной вибрации. На примере оборудования от компании РСВ Piezotronics кратко охарактеризованы вибровыключатели разных типов: механические и электронные. Описано их устройство, перечислены плюсы и минусы.

ООО «ВиброТест», г. Москва

скачать pdf >>

Проблемы повышенной вибрации и диагностика

Работа любого промышленного оборудования, где существует вращение ва­ла в подшипниках, приводимого в движение электродвигателем, двигателем внутреннего сгорания или другими устройствами, сопровождается вибрацией, на которую накладывается вибрация от побочных сопутствующих факторов, обусловленных спецификой рабочего процесса агрегата. Бесспорно, необходимо контролировать вибрацию и выявлять ее усиление, поскольку повышенная вибрация – признак начала разрушения вращающихся деталей работающих механизмов и, как следствие, ускоренного разрушения этих механизмов в целом, что может привести к непоправимым последствиям. Поэтому важно не только обнаружить повышенную вибрацию сразу после появления, но и контролировать ее уровень, определяя допустимую и аварийную вибрацию.

Существует множество методов диагностирования работоспособности промышленного оборудования по различным параметрам: как текущего его состояния, так и с прогнозом на ближайшее время. И один из основных параметров, которые необходимо контролировать, – вибрация работающего агрегата. Разберем метод, позволяющий надежно защитить промышленное оборудование, – речь идет о контроле вибрации и виброзащите с помощью вибровыключателей.

Вибровыключатели как эффективное средство защиты от повышенной вибрации

Для контроля вибрации применяют различные системы вибродиагностики, но нужно различать задачи, которые ставят перед собой владельцы оборудования и эксплуатирующие организации. Для разного оборудования могут потребоваться различные методы контроля, а именно:
- вибромониторинг и виброзащита;
- только виброзащита.

Как правило, для крупных и сложных агрегатов (например, турбин, насосов, компрессоров и других механизмов от 100 кВт и выше) применяют оборудование для вибромониторинга. Для более простых, до 100 кВт, бывает достаточно виброзащиты.

Оборудование для системы вибромониторинга – сложное и дорогостоящее. В его состав может входить множество вибродатчиков для контроля абсолютной вибрации по нескольким осям и в нескольких точках, датчики относительной вибрации, датчики температуры, тахометры, контроллеры с программным обеспечением.

Но и задачи у такого оборудования непростые, оно должно не только собирать всю информацию о состоянии машины в онлайн-режиме, но и сохранять историю показаний, по которым проводится анализ слабых мест и делается прогноз о работе машины на ближайшее будущее. И конечно же при необходимости на основании текущих показаний может сработать защита от повышенной вибрации (реле контроллеров), то есть произойдет аварийная остановка машины.

В отличие от систем вибромониторинга, для виброзащиты нужно только оборудование, контролирующее вибрацию. В случае ее повышения сначала срабатывает ре­ле предупредительной сигнализации (это может быть световая или звуковая индикация), а затем, при дальнейшем повышении вибрации, – реле, останавливающее питание и саму машину, чтобы предотвратить ее разрушение.

Из сказанного следует, что для реализации виброзащиты можно обойтись оборудованием с более ограниченным набором функций. Подойдут вибродатчики и контроллер со встроенным реле. Однако существует устройство, совмещающее в се­бе функции как вибродатчика, так и контроллера с реле, – это вибровыключатель.

Теперь представьте, сколько средств можно сэкономить, применив вместо датчика, контроллера и ре­ле устройство «три в одном» – вибровыключатель, если вам нужно обеспечить виброзащиту своего несложного агрегата без потери качества. Ведь задача виброзащиты – выявление аварийного уровня вибрации и автоматическое срабатывание реле аварийной сигнализации или отключения агрегата. Эту задачу и решает вибровыключатель.

Виды вибровыключателей

Вибровыключатель применяется исключительно в системах виброзащиты промышленного оборудования. Вибровыключатели бывают:
- механические или электронные;
- со встроенным или выносным вибродатчиком;
- для простых или взрывозащищенных зон;
- с дополнительными выходными сигналами для мониторинга (в электронных вибровыключателях).

Общая схема конструкции вибровыключателя приведена на рис. 1. Внешний вид вибровыключателей разного типа отражен на рисунках со 2‑го по 5‑й. Для примера мы выбрали оборудование фирмы РСВ Piezotro­nics в различных исполнениях. Механические вибровыключатели представлены на рис. 2, электронные – на рис. 3. В качестве чувствительного элемента обычно используется вибродатчик, он может быть как встроенным в корпус вибровыключателя, так и выносным (рис. 4). Вибровыключатель для взрывозащищенных зон (1ExdIIB+H2N4 Gb) показан на рис. 5.

Рис. 1. Схема конструкции вибровыключателя

Рис. 2. Механический вибровыключатель

Рис. 3. Электронные вибровыключатели

Рис. 4. Вибровыключатели со встроенным и выносным датчиком

Рис. 5. Вибровыключатель для взрывозащищенных зон

Обычно вибровыключатели оборудованы двумя реле, первое срабатывает при достижении предупредительного уровня вибрации, второе – при аварийном уровне. Эти уровни вибрации для каждого оборудования свои и определяются производителем оборудования в конкретных точках контроля вибрации агрегата. Реле может срабатывать как на замыкание (включение аварийной сигнализации), так и на размыкание цепи, если через него бы­ло включено питание работающего оборудования (виброзащита).

Сравнение механических и электронных вибровыключателей

В механическом вибровыключателе в качестве чувствительного элемента выступает пружинно-магнитный механизм, расположенный вместе с ре­ле в металлическом корпусе с кабельным вводом и кнопкой механического сброса реле. Принцип его работы основан на равновесии сил: с одной стороны пружина, с другой – металлическая пластина подпружинивают друг друга, сила давления пружины регулируется винтом настройки чувствительности срабатывания вибровыключателя. При нормальной вибрации сила давления пружины и пластины уравновешены и реле открыто. В момент роста вибрации, при определенном значении этого показателя сила вибрации вступает в резонанс с силой давления пружины, преодолевает ее и реле срабатывает, замыкая/размыкая группу контактов вибровыключателя, тем самым замыкая цепь сигнализации и (или) размыкая цепь питания работающего оборудования. Так срабатывает виброзащита. Чувствительный элемент и ре­ле механического вибровыключателя показаны на рис. 6.

Рис. 6. Механические вибровыключатели: внутреннее устройство

В электронном вибровыключателе чувствительным элементом, как уже упоминалось, является вибродатчик – встроенный или выносной. Кроме датчика прибор снабжен электрической схемой преобразования сигнала, подающей команду на срабатывание встроенным реле (сухой контакт) и дополнительно – выходные сигналы 4–20 мА, 100 мВ/g. Таким образом, в прибор встроен мини-контроллер, управляющий схемой вибровыключателя.

Принцип работы электронного вибровыключателя понятен: сигнал с вибродатчика приходит на преобразователь, где запрограммированы уровни срабатывания реле (уставки). При достижении этих уровней дается команда на срабатывание реле.

Сравнивая механические и электронные вибровыключатели, мы можем обнаружить свои плюсы и минусы в устройствах и того и другого типа.

Плюсы механических вибровыключателей:
- простота в эксплуатации;
- могут иметь дистанционный сброс;
- не зависят от электропитания;
- работа встроенного реле до 5 A постоянного и 480 В переменного тока 2 А.

Минусы:
- большие габаритные размеры и вес, проблема с установкой в труднодоступных местах;
- ограниченные настройки;
- большая погрешность в уставках.

Плюсы электронных вибровыключателей:
- могут иметь небольшие габаритные размеры и вес;
- большое количество настроек (задержка контроля вибрации, задержка срабатывания реле, учет шумового фона и пр.);
- повышенная точность срабатывания;
- возможны дополнительные выходные параметры (4–20 мА, 100 мВ/g).

Минусы:
- трудоемкий процесс установки/переустановки параметров срабатывания (программирование параметров);
- требуется электропитание.

Подробней о сравнении вибровыключателей PCB Piezotronics различных моделей можно посмотреть в видео под названием «Вибровыключатели PCB, сравнение» на YouTube.

При выборе вибровыключателя следует учесть все плюсы и минусы как его типа, так и конкретной модели. Кроме того, необходимо понимать, насколько он подойдет к вашему оборудованию в процессе эксплуатации. Специалисты компании «ВиброТест», официального дистрибьютора PCB Piezotronics на территории России, помогут вам сделать оптимальный выбор, подробно проконсультируют и возьмут на себя поставку оборудования.

Опубликовано_в журнале ИСУП № 1(85)_2020

Н.В. Ряковский, технический директор, 
ООО «ВиброТест», г. Москва,
тел.: +7 (495) 768‑9803,
e‑mail: info@vibrotest.net,
сайт: vibrotest.net