Назад в библиотеку

Достоверность предоставления информации о техническом состоянии энергетических машин

Автор: В.В. Нищета, В.В. Сафонов, В.А. Сидоров
Источник: Журнал "Вибрация машин: измерение, снижение, защита". – 2008. – №4. – С. 30 – 40.

Обеспечить технологическую безопасность мощных энергетических машин в настоящее время не возможно без измерения газодинамических, электрических и вибрационных параметров и получения достоверной информации о техническом состоянии. Задачей обеспечения безаварийной работы оборудования является своевременное диагностическое прогнозирование состояния технической системы [1]. В данной работе приведены исследования вибропараметров энергетической машины. Результаты анализа вибропараметров использованы для определения диагностических признаков, построения математических моделей вибропроцессов и разработки алгоритмов определения достоверного технического состояния машины.

Для получения качественной и достоверной диагностической оценки состояния оборудования необходимы критерии распознавания – решающие правила. Под критерием понимается численное значение параметра, разделяющее граничные состояния объектов. Известные методы позволяют оценить техническое состояние путем взаимного, относительного и абсолютного сравнения, что позволяет разделить оценку и контроль технического состояния по использованию методов взаимного, относительного и абсолютного сравнения.

Оценка технического состояния вращающегося оборудования роторного типа проводятся путем измерения уровней вибрации и сравнения их с нормативными значениями, регламентированными нормативными документами [2,3].

Контроль изменения технического состояния оборудования проводится путем многократных во времени измерений и определения тенденций в изменении параметров вибрации [4].

Прогнозирование изменения технического состояния оборудования проводится путем построения зависимостей уровней вибрации от времени эксплуатации оборудования [1]. Для практических целей диагностирования применена разновидность аналитического прогнозирования, в котором используются элементарные функции: линейные, линейные с периодическим уточнением угла наклона прямой; функции, описывающие характер или физическую картину (скорость) развития неисправности [5].

Информация, полученная в результате проведения измерений параметров вибрации, может быть представлена несколькими способами: табличные значения общего уровня вибрации, спектрограммы, временные зависимости, математические модели процесса и т.д. Каждый из способов позволяет решать определенный круг задач по распознаванию технического состояния оборудования. В качестве примера для определения диагностических признаков при анализе параметров вибрации исследованы данные вибропараметров турбовоздуходувки (ТВД) в составе компрессора К3250 и турбины П16.

1. Табличный способ оценки технического состояния ТВД.

Измерение параметров вибрации ТВД проводились 14 марта 2008 года с помощью переносного анализатора вибрации "795М".

Оценка технического состояния ТВД по вибропараметрам и сравнение с нормативными значениями для ТВД [3] показывает, что эксплуатация оборудования возможна без ограничений – среднеквадратичное значение виброскорости не превышают 4,5 мм/с. Состояние оборудования – хорошее и не требует проведения немедленных ремонтных воздействий.

Увеличение значений виброскорости в горизонтальном направлении по подшипниковым опорам компрессора может быть причиной ослабления резьбовых соединений крепления подшипниковых опор и рамы.

Повышенные значения виброускорения указывают на возможные повреждения подшипников скольжения или лопаток компрессора, степень повреждения – средняя, что не требует немедленного вмешательства. Рекомендуется выполнить затяжку резьбовых соединений и повторить вибрационное обследование.

Вывод 1:

  1. В результате проведенной табличной оценки технического состояния квалифицированный специалист может сделать соответствующие выводы, которые отразят техническое состояние установки на момент проведения измерений вибрации.
  2. Данный способ определения технического состояния оборудования применим для оперативной оценки оборудования имеющего хорошее или удовлетворительное состояние.
  3. Ухудшение технического состояния приводит к преобладанию случайных вибрационных процессов, изменению фактических значений контролируемых параметров и, соответственно, к неоднозначным ответам.

2. Спектральный способ оценки технического состояния ТВД.

Для углубленного анализа причин изменения параметров вибрации, определения неисправностей оборудования необходимо проведение более детальных измерений и анализа полученных данных при помощи спектрального анализа.

Спектральный анализ вибрации подшипниковых узлов ТВД проведенный с интервалом в 17 дней позволил использовать метод взаимного сравнения результатов измерений. Измерения спектров вибрации проводились в трех плоскостях. Измерялись параметры виброперемещения, виброскорости и виброускорения.

Вывод 2:

Проведенный спектрального анализа позволил уточнить диагноз технического состояния машины:

  1. Состояние турбовоздуходувки ТВД – хорошее и не требует проведения ремонтных воздействий, возможна эксплуатация оборудования без ограничений – среднеквадратичное значение виброскорости не превышает нормативного значения величины равной 4,5 мм/с.
  2. Зафиксирован рост амплитуд гармоник виброскорости в горизонтальном направлении по подшипниковым опорам компрессора, что подтверждает вывод 1 (пункты 2 и 3) и является причиной ослабления резьбовых соединений крепления подшипниковых опор и рамы.
  3. Зафиксировано увеличение амплитуд гармоник виброускорения, которые указывают на возможные повреждения подшипников скольжения или лопаток турбины. Подтверждено, что степень повреждения – средняя, не требует немедленного вмешательства.
  4. Получены симптомы характерные для несоосности валов.
  5. Получены дополнительные данные – причины появления, которых не были определены, но были зафиксированы:
    • значения виброперемещения по подшипниковым узлам турбины возросли в 2,25…2,75 раза;
    • увеличилась вибрация по всем направлениям;
    • степень увеличения не соответствует квадратичной зависимости увеличения неуравновешенных сил при изменении частоты вращения (1,1…1,15 Гц) относительно предыдущих измерений (73,2 Гц, 74,5 Гц);
    • амплитуда гармоник виброперемещения по подшипниковым опорам компрессора осталась практически без изменений, а в осевом направлении виброперемещение уменьшилось, что свидетельствует о наличии причин повышенной вибрации, связанных со всей турбиной – нарушение стабильности подачи пара, ослабление резьбовых соединений, появление дополнительных источников колебаний;
  6. Значения виброускорения имеют тенденцию к увеличению по подшипниковым узлам турбины и тенденцию к снижению по подшипниковым узлам компрессора, значения виброускорения нестабильны, даже в интервалах коротких временных промежутков.
  7. Сравнительный анализ результатов измерений выполненных с интервалом в 17 дней указывает на стабильность работы оборудования. Изменение значений виброускорения в контрольных точках связано с изменением режима работы компрессорной установки. Значения виброускорения в основном уменьшились в 1,5…4,5 раза, увеличение значений виброускорения указывает на стабилизацию в развитии повреждений.
  8. Значения виброскорости изменяются в пределах 20 % – это характеризует исправное состояние оборудования, состояние оборудования за две недели осталось прежним – хорошим.

Недостатки способа контроля.

  1. Для постановки диагноза необходимо одновременно записывать и анализировать спектрограммы в четырех контрольных точках одновременно и в двух или трех направлениях. Выполнить это "в ручном" режиме – невозможно.
  2. Отсутствует сложившийся словарь неисправностей. Вариации в проявлении неисправностей могут менять соотношение между амплитудами составляющих гармоник.
  3. Выяснить причины изменения амплитуд и состав гармоник измеренных в различное время при различной частоте вращения невозможно.

3. Прогнозирование изменения технического состояния оборудования.

Использование спектральных характеристик вибропараметров и их анализ развития во времени позволяет строить диагностическую систему оценки технического состояния машины в реальном масштабе времени.

В результате выполненной работы специалистами АО "Специальные научные исследования и конструирование оборудования" разработана математическая модель поверхности допустимых значений вибропараметров для различных оборотов ТВД в различных частотных интервалах. Используя фиксированную поверхность приведенной математической модели и вводя доверительные границы исправного состояния возможно определять техническое состояние узлов ТВД в автоматическом режиме.

Вывод 3:

  1. Оценка технического состояния ответственного энергетического оборудования с помощью приборов, которые представляют значения вибропараметров в виде таблиц, приемлема лишь при хорошем или удовлетворительном состоянии оборудования.
  2. Контроль технического состояния ответственных энергетических машин с помощью приборов, которые представляют значения вибропараметров в виде спектров, не позволяет выяснить причины изменения амплитуд и состав гармоник измеренных в различное время при различной частоте вращения. Невозможно, при использовании одноканального анализатора вибрации зафиксировать мгновенное значение параметров вибрации по всем точкам контроля одновременно.
  3. Для применения методов прогнозирования технического состояния оборудования в реальном масштабе времени наиболее приемлем метод, основанный на использовании спектральных характеристик вибропараметров и их развития и обработки в реальном масштабе времени.

Литература

  1. Биргер И.А. Техническая диагностика. – М.: Машиностроения, 1978. – 240 с.
  2. ГОСТ ИСО 10816-1-97. Вибрация. Контроль состояния машин по результатам измерений вибрации на невращающихся частях. Межгосударственный совет по стандартизации, метрологии и сертификации. – Минск, 1997. – 13 с.
  3. ГОСТ 25364-97. Агрегаты паротурбинные стационарные. Нормы вибрации опор валопроводов и общие требования к проведению измерений. Межгосударственный совет по стандартизации, метрологии и сертификации. – Минск, 1998. – 8 с.
  4. ГОСТ 27165-97. Агрегаты паротурбинные стационарные. Нормы вибрации валопроводов и общие требования к проведению измерений. Межгосударственный совет по стандартизации, метрологии и сертификации. – Минск, 1997. – 6 с.
  5. Голуб Е.С., Мадорский Е.З., Розенберг Г.Ш. Диагностирование судовых технических средств: Справочник. – М.: Транспорт, 1993. – 150 с.