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:
- В результате проведенной табличной оценки технического состояния квалифицированный специалист может сделать соответствующие выводы, которые отразят техническое состояние установки на момент проведения измерений вибрации.
- Данный способ определения технического состояния оборудования применим для оперативной оценки оборудования имеющего хорошее или удовлетворительное состояние.
- 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:
- 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.
- 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.
- Зафиксировано увеличение амплитуд гармоник виброускорения, которые указывают на возможные повреждения подшипников скольжения или лопаток турбины. Подтверждено, что степень повреждения – средняя, не требует немедленного вмешательства.
- Получены симптомы характерные для несоосности валов.
- 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;
- 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.
- 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.
- Значения виброскорости изменяются в пределах 20 % – это характеризует исправное состояние оборудования, состояние оборудования за две недели осталось прежним – хорошим.
Недостатки способа контроля.
- 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.
- Отсутствует сложившийся словарь неисправностей. Вариации в проявлении неисправностей могут менять соотношение между амплитудами составляющих гармоник.
- 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:
- Оценка технического состояния ответственного энергетического оборудования с помощью приборов, которые представляют значения вибропараметров в виде таблиц, приемлема лишь при хорошем или удовлетворительном состоянии оборудования.
- 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.
- 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
- Биргер И.А. Техническая диагностика. – М.: Машиностроения, 1978. – 240 с.
- 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.
- 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.
- 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.
- Голуб Е.С., Мадорский Е.З., Розенберг Г.Ш. Диагностирование судовых технических средств: Справочник. – М.: Транспорт, 1993. – 150 с.