Источник: Материалы 7-й Международной Молодежной Научной Конференции "Севергеоэкотех-2006". Ухта, 22-24 марта 2006 года (стр. 8-10).
Шахтная водоотливная установка является важнейшей стационарной установкой, которая потребляет до 30% электроэнергии, потребляемой всем электромеханическим оборудованием шахты. Для повышения эксплуатационной надежности водоотливной установки необходимо своевременно распознать такие изменения состояния машин, как износ, дефекты, возникающие повреждения и с помощью соответствующих мер вовремя предупредить разрушение агрегата. Поэтому возникает задача определения технического состояния каждого отдельного агрегата без его разборки. Основную роль в оценке механического состояния агрегата играет контроль его вибрационных параметров.
Динамические явления, сопровождающие процесс эксплуатации насосов, силы, возникающие при различных видах движения их элементов и узлов, обуславливает появление вибрации, которая в свою очередь может вызвать ряд неисправностей и даже выход из строя насосного агрегата. К последствиям вибрации относят: износ кинематических пар, необратимая деформация материала нагруженных элементов, перераспределение внутренних напряжений в материале элементов и их коробление в процессе длительной эксплуатации; коробление опорных узлов насосов и несущих конструкций под действием внешних нагрузок, появление и рост усталостных трещин в элементах и узлах [1].
К основным вибрационным параметрам относятся виброперемещение, виброскорость, виброускорение. Простейшей формой вибрации является гармоническое колебание тела, которое как функция времени представляет собой синусоиду. В реальных же условиях наиболее часто встречается узкополосная случайная вибрация[2]. Так, на рисунке 1а) приведен временной сигнал виброускорения дефектного подшипника насоса. Как видно из рисунка, такой сигнал как физический объект аналитического и практического исследований достаточно сложен. Поэтому в вибродиагностике наибольшее распространение получил спектральный способ представления сигналов в силу его физической наглядности и возможности содержательной интерпретации полученных результатов. Данный метод основан на аппроксимации сигнала в виде суммы гармонических составляющих различных частот. На рисунке 1б) приведена спектрограмма вибрации дефектного подшипника насоса. Как видно из рисунка превышение значения амплитуды вибрации характерно для частот, кратных частоте вращения приводного двигателя (fвр). Измерение спектра ведется в относительных единицах - децибелах, соответствующих изменению уровня вибрации в 1,012 раза.
| |
а)
 |
б)
Рисунок 1. Сигнал вибрации дефектного подшипника: а) временное представление; б) спектральное представление.
Автоматизированная система вибродиагностики насосного агрегата шахтной водоотливной установки должна выполнять следующие функции:
Структурная схема предлагаемой системы вибродиагностики насосного агрегата приведена на рисунке 2. Д1-Дn - технологические датчики, устанавливаемые в характерных точках насосного агрегата. Из всего разнообразия существующих методов и средств измерения вибрации наиболее рациональным в условиях шахты является применение датчиков с пьезоэлектрическими преобразователями, принцип действия которых основан на прямом пьезоэлектрическом эффекте [3]. Виброускорение, действующее в месте установки датчика, преобразуется в электрический сигнал - напряжение.
 |
Рисунок 2. Структурная схема автоматизированной системы вибродиагностики насосного агрегата шахтной водоотливной установки.
Схема согласования и защиты (ССЗ) предназначена для согласования уровней напряжения, для защиты от возможных перенапряжений в соединительных цепях датчиков, а также для обеспечения искробезопасности цепей. Со ССЗ сигналы поступают на аналоговый коммутатор (АК), который обеспечивает последовательный опрос всех датчиков. Работой АК управляет микроконтроллер (МК). Далее сигнал поступает в анализатор спектра (АС), который обеспечивает автоматическое представление электрического сигнала в виде спектра. В аналого-цифровом преобразователе (АЦП) сигнал с АС преобразуется в цифровой и затем поступает в МК. Микроконтроллер сравнивает реальные значения виброускорений с заданными и вырабатывает управляющие воздействия, которые поступают непосредственно на исполнительные механизмы (ИМ) водоотливной установки. Информация о дефектах и о номере сработавшего датчика поступает на пульт оператора (ПО).
Т.о., предлагаемая система диагностирования неисправностей на основе данных контроля вибрации позволит значительно повысить надежность и эффективность работы шахтной водоотливной установки, сократить время плановых ремонтов, ликвидировать внеплановые ремонты.
Перечень ссылок