Источник: Н.А. Алиев. Раздел из методики "ВИБРОМОНИТОРИНГ ШАХТНЫХ НАСОСНЫХ АГРЕГАТОВ",

ВИБРОМОНИТОРИНГ ШАХТНЫХ НАСОСНЫХ АГРЕГАТОВ

Обследование вибрационных характеристик шахтных центробежных насосов в период их эксплуатации показало незнание обслуживающим персоналом стандартов вибросостояния ввиду отсутствия простейших виброизмерительных приборов и, как следствие эксплуатация насосного агрегата в запредельных режимах, приводящих в конечном итоге к аварийным ситуациям.

Производитель насосного оборудования обязан в сопроводительной технической документации на насос указывать нормы виброактивности, характеризующие качество изготовления (модернизации, ремонта) машины, а также эксплуатационные нормы допустимой вибрации, превышение которых требует технического обслуживания и ремонта или утилизации насоса.

Так, национальный стандарт Украины ДСТУ 2826-94. Стационарные компрессорные станции. Правила эксплуатации и ремонта, в п. 5.1 рекомендует в составе технической документации на установку иметь в том числе: паспорт вибрационной нагрузки, паспорт шумового режима, журнал оценки технического состояния по вибрационным характеристикам и основным параметрам назначения.

Дальнейшее развитие вибрационных стандартов VDI 2056 и ISO 2372 привело к введению в 1995-2000г. серии стандартов ISO 10816. В частности стандарт ГОСТ ИСО 10816-3-2000 [ГОСТ Р ИСО 10816-3-99] Вибрация. Контроль состояния машин по результатам измерения вибрации на не вращающихся частях. Часть 3. Промышленные машины номинальной мощности свыше 15кВт и номинальной скоростью вращения от 120 до 15000 об/мин, касающийся в том числе и насосного оборудования, оценивает техническое состояние насоса по техническим вибрационным характеристикам категориями "хорошо" (зона А) - минимально достижимые значения вибрационных характеристик составных частей оцениваемого типа насосного оборудования, имеющего номинальные технические параметры и работающего в номинальном режиме. Для категории "приемлемо" (зона В) - значение вибрационных характеристик составных частей, имеющих допустимые отклонения технических параметров или режима работы от номинальных значений.

Категория "допустимо" (зона С) - предельно допустимые значения вибрационных характеристик составных частей насоса, имеющих предельно допустимые отклонения технических параметров или режима работы, при которых дальнейшая его эксплуатация становится экономически невыгодной (из-за развития первичных и появления вторичных дефектов, снижения эффективности работы).

Категория "недопустимо" (зона D) - недопустимое значение вибрационных характеристик, при которых техническая эксплуатация невозможна (из-за большой вероятности нарушения работоспособности и безопасности эксплуатации).

Нормируемые количественные вибрационные характеристики - среднеквадратичное значение ( СКЗ ) виброскорости и вибросмещения в частотном диапазоне 10…1000Гц. Описанные нормативы приведены в таблице 1.

Примечание: Vскз, Sскз -среднеквадратичные значения виброскорости и вибросмещения соответственно. Категория 1 - технического уровня насоса по вибрационной безопасности и надежности, соответствующая предельно допустимому уровню для всех составных частей насосной установки.

Описанный норматив в сравнении с ISO 2372 более жёсток в назначении границ зон С и D, что связано с требованиям непрерывной работы турбомашины на протяжении 3-х лет. В стандарте ISO 10816-3-2000 установлены два критерия оценки вибросостояния машины.

По первому критерию оценивается само значение вибропараметра, а по второму его изменение. Если увеличение вибрации превышает 25% от значения верхней границы зоны В ("приемлемо"), то оно существенно. В приведенном стандарте установлены ограничения на функционирование машины. Определены уровни "предупреждение" и "остановка". Уровень "предупреждение" установлен относительно некоторого базового значения для конкретной машины и определенных точек контроля, исходя из опыта эксплуатации данной машины. Этот уровень рекомендовано устанавливать относительно базового выше на 25% от значения верхней границы зоны В. Уровень "остановка" определен в границах зон С или D. Он не должен превышать верхнюю границу зоны С более чем в 1,25 раза. Базовый уровень вибрации машины рекомендовано периодически уточнять - после ремонта, изменения условий эксплуатации. На начальном уровне вибромониторинга насосов базовый уровень виброактивности может быть обоснован данными вышеприведенного нормативного документа ГОСТ ИСО 10816. Оценку виброактивности приводного электродвигателя производят по ГОСТу 20815-93. Машины электрические вращающиеся. Механическая вибрация некоторых видов машин с высотой оси вращения 56 мм и более. Измерение, оценка и допустимые значения, по которому максимальное СКЗ виброскорости в частотном диапазоне от оборотной частоты до 2000 Гц не более 2,8 мм/с на холостом ходу.

Таким образом начальный вибромониторинг шахтных насосных агрегатов, основанный на стандарте ГОСТ ИСО 10816 устанавливает базовый уровень 4,5 мм/с (верхняя граница зоны В - "приемлемо") и увеличение его в 1,25 раза - до 5,6 мм/с ("предупреждение") - предполагает инициирование процедуры поиска виброактивных составных частей насоса, т.е. вибродиагностики.

Аналогично увеличение CКЗ виброскорости выше граничного значения зоны С ("допустимо") в 1,25 раза, т.е., выше 7,1х1,25=8,9 мм/с предполагает немедленную остановку насосного агрегата.

У составной части насосного агрегата - электродвигателя, базовый уровень - 2,8 мм/с, тогда согласно вышеприведенному, уровень "предупреждение" - 3,5 мм/с, уровень "остановка" - 4,4 мм/с, что близко к верхней границе (4,5 мм/с) зоны В - "приемлемо".

Превышение вибрации норматива в определенной точке вибромониторинга насоса при наличии портативного виброспектроанализатора позволяет производить поиск источников виброактивности составных частей насосной установки и оценивать их уровень по спектральному разложению.

Расшифровка спектров облегчается при наличии таблицы кинематических частот возбуждения вибрации конкретного насосного агрегата. Далее, в качестве примера, приведена такая таблица 2 для насоса ЦНСШм 300.

Точки вибромониторинга насосного агрегата должны быть строго определены и неизменны в последующих измерениях, что связано с экстраполяцией трендовых характеристик для определения остаточного ресурса составных частей.

На рисунке 1 приведено расположение точек вибромониторинга шахтного центробежного насоса и его приводного электродвигателя.

Рисунок 1. Точки вибромониторинга шахтного насосного агрегата. В - вертикальная установка пьезодатчика, П - поперечная, О - осевая.

Структурные параметры шахтных насосных установок состоят из параметров агрегата в целом, так и его составных частей.

Монтажные параметры включают в себя: качество фундамента, фундаментной рамы, крепление насоса и двигателя на ней, качество центровки и балансировки, правильность монтажа трубопроводов.

Так, качество центровки определяется относительным расположением полумуфт: угловая несоосность (мм/100мм) "отлично" - 0,05мм, "допустимо" - 0,08мм, параллельное смещение (мм) "отлично" - 0,05мм, "допустимо" - 0,1мм для скорости вращения 1000…2000 об/мин.

Нормируется остаточный дисбаланс рабочих колес насосов по IV классу - 660 г/мм (ГОСТ 22061-76 Система классов точности балансировки. Основные положения.), что составляет на радиусе коррекции 185 мм 3,6 г дисбалансной массы, вызывающей дополнительную центробежную силу при числе оборотов ротора насоса 1500 об/мин <1,6 кг.

В перечень структурных динамических параметров насосного агрегата входит: механический дисбаланс ротора и двигателя, гидродинамический дисбаланс, касания роторами насосов, осевой сдвиг ротора, остаточный изгиб ротора, трещины вала насоса, обрыв деталей ротора, проскальзывание деталей по ротору.

В остановленном агрегате - качество сопряжения опорных поверхностей, состояние резьбовых соединений и их затяжка, состояние и крепление анкерных болтов, посадки подшипников качения на вал и в корпус, качество центровки, состояние фундамента.