Способы крепления вибродатчиков 3 страница

 

 

Вообще говоря, строить тренды можно не только по виброскорости, но и по целому ряду других диагностических признаков, которые получаются в результате использования более сложных методов анализа вибрации. Тем неимение, вид трендов для большинства диагностических признаков качественно будет похож на график, рассмотренный нами для виброскорости. Изучим его подробнее. При рассмотрении трендов можно обнаружить три участка, на которых значение диагностического параметра изменяется монотонно. Первый из них называется «приработкой». Эта стадия, на которой значение диагностического признака монотонно уменьшается. Это явление объясняется приработкой отдельных узлов агрегата, и проявляется на новых машинах, или когда они вышли из ремонта. Ясно, что мы можем его не обнаружить, если начнем мерить вибрацию не сразу после начала эксплуатации машины. Второй участок, характеризует стадию нормальной работы машины. Поскольку вероятность[17] выхода агрегата из строя прямо пропорциональна диагностическому признаку, то на этой стадии работы возможность того, что машина выйдет из строя, минимальна. Третий участок, на котором увеличивается скорость роста диагностического параметра, характеризует износ агрегата. Наибольший практический интерес для нас представляет вторая стадия и начало третьей, так как нам требуется определить, когда и по каким причинам контролируемая машина выйдет из строя. Анализ причин, вызывающих неисправность мы рассмотрим позже, а сейчас научимся определять момент, до которого агрегат можно эксплуатировать.

Чтобы заглянуть в «будущее», нам потребуется две вещи. Первая заключается в выборе модели развития дефекта, или что для нас практически то же самое, тенденции развития диагностического признака. И вторая, это предел, выше которого диагностический признак не должен вырасти. Этот предел величина условная, так как, нельзя со 100% гарантией сказать, что при его превышении машина сломается, и наоборот, не все агрегаты смогут «добраться» до такого значения параметра. За пределы для значений скорости вибрации обычно берут уровни, описанные в ГОСТах на соответствующий тип оборудования. А что касается первого, то здесь, в зависимости от скорости роста диагностического признака, можно пользоваться различными тенденциями.

Экстраполяция (от экстра... и лат. polio – приглаживаю, изменяю) это распространение выводов, полученных из наблюдения над одной частью явления, на другую часть его. В нашем случае это будет распространением установленных в «прошлом» тенденций развития диагностического признака на будущий период времени. В рамках нашего курса мы познакомим вас с линейной экстраполяцией.

 

Пусть мы имеем две точки, характеризующиеся своими координатами t₁, v₁: и t₂, v₂:, тогда уравнение прямой, проходящей через эти точки будет иметь вид:

(*)

где

 

Тогда, мы сможем воспользоваться нашей формулой для определения момента времени которой произойдет достижение диагностическим параметром предельного значения. Но очевидно что, во-первых, использовать две точки слишком мало для выполнения прогноза, во-вторых, о могут иметь значительную погрешность. Для получения удовлетворительного прогноза нужно использовать гораздо большее число контрольных замеров (точек). Но встает вопрос: как же провести через них прямую? Для решения этого вопроса нам подойдет регрессионный[18] анализ. С (помощью мы подберем прямую, проходящую через средние значения диагностического параметра. Для нахождения коэффициентов в уравнении (*) воспользуемся формулами:

 

где

.

 

N - число наблюдений (контрольных замеров).

Следует помнить, что при таких расчетах, мы не учли возможность внезапного выхода машины из строя. Достоверный прогноз может быть получен на срок, не превышающий 20% времени наблюдения.

 

 

Понятие об узкополосных измерениях

значение оощего уровня (полоса анализа

До сих пор мы с вами имели дело с широкополосными вибрационными измерениями. Т.е. мы мерили вибрацию в широкой полосе частот. Такие измерения имеют один существенный недостаток. В отличие от узкополосного замера вибрации, замер общего уровня дает нам лишь некоторую количественную суммарную оценку (т.е. сопоставляет сложный широкополосный вибрационный сигнал, с некоторым простым, эквивалентным[19] ему гармоническим колебанием). Такая оценка является правильной не всегда. Очевидно, что она хорошо описывает колебания, имеющие бедный частотный состав и обладает наибольшей чувствительностью по отношению к максимальной гармонической составляющей. Для пояснения этого достаточно рассмотреть простой пример: пусть сигнал вибрации имеет две гармонические составляющие (Рис. 43): оборотную (10 мм/с) и составляющую, несущую информацию о развитии дефекта (1 мм/с). На рисунке они показаны черным цветом. В результате развития дефекта составляющая вибрации на частоте неисправности увеличилась вдвое, т. е. мы имеем развитый (!!!) дефект (на рисунке показано красным цветом), а

ограничена синими линиями) практически не изменилось (DОУ=1%!!!). В тоже время, если бы мы мерили уровень в узких полосах около первой и второй гармонических составляющих, то это изменение нами пропущено не было бы.

Цель узкополосного анализа – разложить значение общего уровня вибрации на несколько узких полос, с определенными частотными диапазонами, в которых сосредоточены локальные максимумы энергии колебания. Такое разложение дает более точное представление о распределении энергии колебаний по частотам.

Формирование норм для контролируемых полос

При использовании узкополосных измерений встает основной вопрос о выборе допустимых значений для вибрации в этих полосах. Как вы уже знаете, существуют два основных типа норм на вибрацию машины. Первый тип, связан с абсолютными (безотносительными) значениями вибрации агрегата. В выбранных для измерения узких полосах частот скорей всего нет готовых допустимых значений. Их надо будет определять вам самостоятельно. Как это сделать, мы обсудим чуть позже, а пока поговорим об втором способе оценки вибрационного состояния машины. В нем определяют не абсолютные значения вибрации, а их изменение. Значительные изменения вибрации, в 2 раза -«относительное превышение» и 2,5 раза - «относительная авария» (совсем необязательно рост, но и уменьшение!) практически всегда требуют безотлагательного вмешательства в работу агрегата. Выбор этих норм, вообще говоря, индивидуален для каждого агрегата, и цифры, приведенные выше, ориентировочны и даны для справки.

Для получения абсолютных цифр допустимых значений нужна группа (например, 5 и более) однотипных агрегатов. Причем, важно, чтобы все контролируемые машины при измерениях находились на одинаковых режимах, имели одинаковые условия крепления и фундаменты. На основании группы замеров вибрации в контролируемой узкой полосе, определяют среднее значение х вибрации по всем машинам. Кроме этого находят дисперсию (рассеяние) а значений вибрации около среднего значения. Нормальной будет считаться вибрация, не превышающая уровень X + s, значение предупреждения - х + 2s, и аварийный уровень - х + 3s.

Понятие об узкополосных измерениям

Пример расчета предельных значений вибрации

Пусть у нас есть 9 одинаковых агрегатов, вибрация которых в о определенной полосе составляет:

 

i
X	2,10	2,12	2,11	2,20	1,82	1,66	2,11	1,84	2,28

Среднее значение: .

дисперсия: .

нормы:

• хорошо, когда вибрация ниже: х + s = 2,07;

• уровень «предупреждение»: х + 2s= 2,11;

• аварийные значения будут превышать значение: х + 3s = 2,15.

Для интереса, сравним полученные нормы с нашими машинами. Предельные значения вибрации имеются на машинах №№ 4 и 9, на них мы обращаем внимание в первую очередь. Хорошие машины №№ 5, 6 и 8 удовлетворительную вибрацию имеют агрегаты №№м 1. 3 и 7.

Рекомендуемые для контроля частотные полосы

Прежде чем выбрать рациональные для анализа полосы, нужно изучить конструкцию машины. Цель анализа заключается в поиске возможных источников вибрации. Ими в агрегате могут быть ротор, муфты подшипники, зубчатые передачи и т.п. Определившись с источниками, мы можем выбрать частотные диапазоны, необходимые для контроля вибрации от потенциальных дефектов находящихся на отдельных узлах агрегата. В данном разделе вам предлагаются полосы частот для периодического измерения вибрации, а подробности диагностирования будут изложены позже. Сейчас ваша главная задача начать измерять вибрацию, пусть пока некоторые замеры вам еще не ясны, но они обязательно пригодятся в будущем. И еще раз напоминаем, эти замеры не исключают необходимость контроля ОУ вибрации в соответствии с ГОСТом.

Контроль оборотной составляющей

Достаточно большое число элементов машины дает вибрацию на оборотной частоте. Так, например, дисбаланс, остаточный прогиб вала, пониженная жесткость опорной системы и тепловые дисбалансы проявляются на оборотной составляющей. Для их контроля необходимо измерять амплитуду и фазу оборотной составляющей вибрации. Или, при невозможности ее измерения, можно контролировать вибрацию в узкой полосе частот около оборотной составляющей (на пример, ±10%).

Контроль второй гармоники от оборотной частоты

Большую диагностическую ценность представляет вторая гармоника от оборотной составляющей. Есть большое число дефектов, которые легко диагностировать, используя данные о второй гармонике. Например, дефекты муфт, нарушение центровки, пониженная жесткость опор, трещины в роторе и т.д. Для их контроля необходимо измерять амплитуду и фазу 2 гармоники от оборотной составляющей вибрации. Или, при невозможности ее измерения, можно контролировать вибрацию в узкой полосе частот около оборот! составляющей (на пример, ±10%).

Контроль НЧ вибрации

При наличии в машине таких узлов как подшипники скольжения, необходимо следить за низкочастотной составляющей вибрации. Контролируемый диапазон частот составляет 25%-75% оборотной составляющей.

Контроль ВЧ вибрации

Если в машине используются подшипники качения, зубчатые передачи, а так же возможны задевания и кавитация, то необходимо следить за высокочастотной составляющей вибрации. Подшипники качения удо диагностировать по вибрации, сосредоточенной на частотах порядка килогерц (50-70 гармоники от оборотной частоты). Дефекты зубчатых передач локализуются на частотах «зацепления», равных произведению частоты вращения шестерни на число зубьев, находящихся на ней. Контролируемая полоса должна включать в себя частоту зацепления. При вероятности возникновения задеваний, вибрация, так же как и при дефектах подшипников качения имеет всплеск на нескольких килогерцах. При наличии лопаточного аппарата, возникновении кавитации, появляется ВЧ вибрация с «лопаточной» частотой равной произведению числа лопаток на частоту вращения ротора.Понятие о мониторинге

Понятие о мониторинге

Периодичность измерения вибрации

Периодичность измерения вибрации обычно определяется ведомственными нормами и инструкциями. Если у вас нет возможности получить к ним доступ, то необходимо найти документацию на контролируемый агрегат. В ней должен быть указан межремонтный период эксплуатации агрегата. Для получения интервала измерений межремонтный период машины обычно делится на пять. Но тем неимение, период обследований агрегата не должен превышать шесть месяцев.

В момент пуска, на машине необходимо сделать полное виброобследование, чтобы не допустить эксплуатацию машины, имеющей повышенный уровень вибрации. Дальнейшие измерения проводим через рассчитанное нами время. В случае обнаружения роста вибрации, период обследований следует сократить. Причем, уменьшение интервала между измерениями будет зависеть от скорости роста вибрации. Если рост небольшой, то интервал между замерами уменьшается приблизительно в два раза. По мере роста вибрации, когда она приближается к уровню предупреждения, частоту обследований увеличиваем еще в два раза, получая интервал измерений, приблизительно равный 1/20 от срока службы агрегата.

Понятие о ресурсе

• Надежность является комплексным свойством агрегата и состоит в его способности выполнять заданные функции, сохраняя при этом свои основные характеристики (при определенных условиях эксплуатации) в установленных пределах. Надежность охватывает такие понятия как безотказность работы, долговечность, и ремонтопригодность. Показателями надежности могут служить, например, вероятность безотказной работы, наработка на отказ, технический ресурс, срок службы и др.

• Безотказность в технике — свойство изделия (объекта) сохранять работоспособность в течение некоторого времени или вплоть до выполнения определенного объема работы без вынужденных перерывов (например, на ремонт).

• Долговечность, свойство технического объекта сохранять (при условии проведения технического обслуживания и ремонтов) работоспособное состояние в течение определенного времени или вплоть до выполнения определенного объема работы. Долговечность характеризуется техническим ресурсом либо сроком службы.

• Технический ресурсом называют предельное суммарное время непрерывной эксплуатации машины или предельный объем работы, которую она способна выполнить.

• Ремонтопригодность, одно из основных свойств технического объекта, характеризующее его надежность; заключается в приспособленности объекта к проведению работ по его техническому обслуживанию и ремонту.

Ресурс конкретного агрегата может существенно отличаться от среднего значения для нескольких машин. Он определяется множеством факторов, и в частности, сильно снижается при эксплуатации машины с повышенной вибрацией. Есть реальная возможность при прочих равных условиях, значительно продлить ресурс агрегата, уменьшая действующую на него вибрационную (динамическую) нагрузку. В качестве примера приведу следующие данные. Долговечность подшипника качения увеличивается до пяти раз при снижении дисбаланса ротора до допустимых для данного типа агрегата значений.

Цели и задачи мониторинга.

Зависимость частоты отказов от времени для любого оборудования, начиная от электрической лампочки и кончая космическим кораблем, можно разделить на три основных периода: период приработки, период стационарной нормальной работы и период старения и постепенного выхода из строя. В первый период происходит приработка (обкатка) оборудования. На этом периоде проявляются основные заводские дефекты, дефекты монтажа и прочие. Частота отказов довольно высокая, но по мере приработки она постепенно снижается. На втором периоде частота отказов минимальна, оборудование "прикаталось" и функционирует максимально надежно. Третий период наступает при постепенном износе оборудования и его старении. Частота отказов возрастает со временем и при непринятии соответствующих мер (ремонта) в конце концов, оборудование выходит из строя. Если при перегорании электрической лампочки ничего особо страшного не происходит, то аварии, например, мощных энергетических турбин могут привести катастрофическим последствиям, человеческим жертвам и огромным материальным ущербам.

Стратегии технического обслуживания оборудования можно разделить условно на три группы:

1. Фактически никакого обслуживания нет. Оборудование работает до выхода его из строя, после чего просто заменяется исправным. (Ну какое может быть обслуживание для той же самой электролампочки? Разве что пыль стряхнуть). Такой подход оправдан для дешевого второстепенного оборудования.

2. Стратегия планово-предупредительных ремонтов (ПНР). Для каждого конкретного типа оборудования на основе опыта и статистики его отказов определяется некоторый критический период его наработки по истечении которого оборудование должно быть выведено в ремонт с вполне определенным объемом. Подобная практика широко применялась и применяется в настоящее время, как для основного критического оборудования, так и для более сложного второстепенного. Практика ППР показывает, что достаточно часто вывод оборудования в ремонт не оправдан. Межремонтные сроки для однотипного оборудования оказываются либо большими либо заниженными, да и сам ремонт иногда не повышает надежность и работоспособность оборудования, а снижает их. Кроме того, затраты на ремонт сложного оборудования иногда недопустимо велики. (Представьте себе сколько стоит остановить мощную энергетическую турбину, разобрать, отремонтировать, собрать и пустить ее снова. А ведь может оказаться - и часто так и происходит - что эта турбина могла бы надежно работать еще очень долго).

3. И, наконец, в последнее время все больше предприятий и технических служб переходят на систему обслуживания оборудования по техническому состоянию или, как ее еще называют программу прогнозируемого обслуживания (ППО). Подобная система предусматривает постоянный мониторинг технического состояния оборудования, отслеживание его изменения диагностирование развивающихся неисправностей с точностью до конкретного узла с прогнозированием его остаточного ресурса. За счет предупреждения аварийных ситуаций заблаговременного планирования проведения ремонтов конкретных узлов, уменьшения объемов ремонтов и увеличения межремонтных периодов грамотное применение системы ППО позволяет: снизить затраты на обслуживание оборудования вдвое.

Далее речь пойдет об организации именно программы прогнозируемого обслуживания. Как уже было отмечено выше, основой ППО является мониторинг технического состояния оборудования. Под мониторингом подразумевается периодический контроль и анализ параметров работы агрегатов, включая не только данные механической вибрации их узлов, но и технологические параметры (например, температуры, давления, расходы, электрические токи и напряжения и пр.), корреляции[20] этих параметров, контроль за их выходом из допускаемых пределов и прогнозирование их изменений в ближайшее время.

 

Базы данных

Необходимые программные и аппаратные средства

Мониторинг технических параметров оборудования известен и применяется очень давно. Всем хорошо знакомы журналы состояния оборудования, в которые на протяжении десятилетий с определенной периодичностью заносились и заносятся обслуживающим персоналом показания контрольно-измерительных приборов и прочие данные, полученные, например, при периодических измерениях вибрации с помощью простейших приборов. Переход на систему прогнозируемого обслуживания требует увеличения измеряемой и хранимой информации во много раз. Ручной ввод, хранение и обработка этих данных становятся невозможными.

Для сбора данных для мониторинга технического состояния оборудования применяются так называемые коллекторы данных, представляющие собой автономные портативные микропроцессорные приборы, позволяющие измерять и запоминать различные данные (в том числе и большие их массивы - спектры и сигналы) с помощью разнотипных датчиков, как переносных, так и стационарно установленных на оборудовании. Коллекторы данных должны позволять производить максимально автоматизированный сбор данных, запись и хранение их в памяти достаточное время и разгрузку этих данных в соответствующую базу данных. Современные коллекторы данных удовлетворяют всем этим требованиям и позволяют производить периодические обследования оборудования даже неквалифицированному техническому персоналу.

Как уже было сказано, обработка огромных массивов данных вручную становится невозможной. Поэтому второй основной составляющей системы ППО должна являться достаточно мощная компьютерная система хранения, обработки, анализа и отображения собираемых данных.

Программное обеспечение (ПО) должно обеспечивать возможность создания гибкой иерархической[21] системы хранения данных, возможность двустороннего обмена данными с коллекторами, необходимые функции обработки и отображения данных и формирование всевозможных отчетных материалов (желательно в форме, которую предпочитает непосредственный пользователь).

Существенными дополнениями ПО являются функции автоматического диагностирования состояния оборудования и прогнозирования его изменений (экспертная система). В дальнейшем описывается ПО "Диамант-2" разработки и производства фирмы "ДИАМЕХ - 2000" (Рис. 44).

 

Но основой любой системы, несомненно, должен быть человек, специалист-аналитик. Несмотря на любую, самую высшую степень автоматизации системы мониторинга, окончательное решение за ним.

Получаемые результаты

Основными результатами внедрения системы мониторинга, как уже говорилось, должны быть:

а) Предотвращение внезапных аварий и отказов оборудования;

б) Диагностирование дефектов с точностью до узла;

в) Прогнозирование развития выявленных дефектов и планирование сроков и объемов ремонтных работ;

г) И как следствие всего этого - значительное снижение затрат на обслуживание оборудования.

Базы данных

Технологические параметры агрегата

Для механического роторного оборудования (турбины, насоса, компрессора и т.д. вплоть до электробритв и кофемолок) наиболее информативным параметром для контроля их технического состояния является вибрация. Это обусловлено тем, что именно вибрация является самым первым следствием механического движения. Кроме того, превалирование показателей вибрации в обшей массе контролируемых параметров объясняется относительной простотой ее измерения и преобразования в электрический сигнал и далее - в цифровой вид. Несмотря на это, ограничиваться измерениями вибрации при мониторинге ни в коем случае нельзя. Эти данные необходимо коррелировать с другими технологическими параметрами работы оборудования. С этой целью системе "Диамант2" для каждого типа оборудования (модели) предусмотрена возможность задания до 12 вводимых вручную основных технологических параметров его работы. Подобными параметрами могут быть нагрузка, мощность, электрические напряжения и токи, температуры рабочих жидкостей и газов, значения линейных тепловых расширений и прочие. Значения технологических параметров хранятся вместе с данными вибрации и используются для приведения этих данных и в диагностических формулах и критериях экспертной системы.

 

Оборотные

В системе "Диамант2" для каждого типа агрегата (модели) предусмотрено задание до 3-х оборотных, механически связанных или нет. Под "оборотным" подразумевается частота вращения конкретного валопровода агрегата. Понятие оборотных введено для возможности идентификации гармонических "рядов с различных валопроводов, расчета характерных частот неисправностей и использования в диагностических формулах и критериях экспертной системы. Для каждого оборотного можно задать передаточное число по отношению к первому (основному). Если передаточное число задается нулевым, подразумевается, что данный оборотный механически с основным не связан. В этом случае их частоты вращения пересчитаны быть не могут. Если передаточное не нулевое - валопроводы механически связаны (например, через редуктор) и при вводе или измерении частоты вращения одного оборотного коллектор автоматически пересчитывает и перезаписывает частоты вращения всех связанных оборотных.

 

Понятие стационарности

Технологические параметры работы агрегатов и значения частот вращения их валопроводов могут быть практически неизменными (например, частота вращения валопровода энергетической турбины на рабочем режиме), могут несколько изменяться за достаточно большой промежуток времени и могут достаточно значительно изменяться в процессе проведения обследований. Для учета этих факторов в системе "Диамант2" введены для всех параметров и оборотных три степени стационарности, определяющие необходимость ввода соответствующих значений при проведении обследований.

1. "Постоянный". Значение параметра или оборотного считается неизменным и при проведении обследований ввод этого значения не запрашивается. Оператор, несомненно, имеет возможнность ввести или изменить эти значения, но, по умолчанию, вместе с данными записываются значения параметров и оборотных, заданные для соответствующей модели агрегата номинальными.

 

 

Базы данных

2. "Стационарный". Значение параметра или частоты вращения оборотного считается неизменным на протяжении некоторого периода времени, задаваемого в установках коллектора данных (по умолчанию - 3 часа). Ввод этих значений запрашивается при первом измерении и потом - по прошествии установленного времени стационарности.

3. "Переменный". Подразумевается, что значение параметра или частоты вращения изменяется при проведении измерений в каждой измерительной точке. При переходе на следующую измерительную точку коллектор данных будет запрашивать ввод нового значения или подтверждение старого.

Рекомендуемые места установки датчиков

В системе мониторинга для измерения вибрации могут использоваться как автономные датчики, устанавливаемые в точки измерения с использованием магнита или винтовой шпильки или удерживаемые вручную при использовании измерительного щупа, так и стационарно установленные штатные датчики системы непрерывного контроля вибрации. При определении наиболее информативных точек для измерения вибрации необходимо учитывать имеющийся опыт эксплуатации агрегатов, а в большинстве случаев необходимо производить специальные предварительные виброобследования агрегата, что может сделать только специалист. В подавляющем большинстве случаев измерительные точки располагают на подшипниковых узлах и опорах агрегатов. Это легко объяснимо тем, что именно через опоры и подшипниковые узлы вибрационные силы от вращающихся роторов передаются на статор агрегата.

Чем ближе расположен датчик вибрации к источнику (а источником вибрации роторных машин, несомненно являются их валопроводы), тем более информативным будет его сигнал. Следует всегда помнить, что высокочастотная составляющая вибрации при удалении датчика от ее источника затухает очень быстро.

Трудно привести какие-либо общие рекомендации по выбору измерительных точек. Этот выбор зависит от целей измерений и от типа агрегата. Не последнюю роль играют условия при проведении измерений, в частности, температура. К некоторым достаточно "интересным" с точки зрения измерений вибрации точкам просто бывает невозможно физически подобраться, да и не любой датчик может выдержать температурные условия.

Создание моделей

Модели агрегатов предусмотрены в системе "Диамант2" с несколькими целями:

1. Для обеспечения автоматической работы различных функций с однотипными агрегатами.

2. Для возможности тотального внесения изменений в однотипные агрегаты.

3. Для обеспечения автоматической работы экспертной системы.

4. Для возможности простого создания однотипных агрегатов "тиражированием" модели.

 

В системе "Диамант2" модель агрегата создается как шаблон определенного типа оборудования с описанием всех измерительных точек, замеров, оборотных, технологических параметров и дополнительных измерительных датчиков. Кроме того, к модели "привязываются" диагностические правила и критерии экспертной системы, схема и бланки отчетных протоколов.

Базы данных

Создание структуры БД

Структура базы данных представляет собой иерархическую многоуровневую древовидную систему и является основой построения БД. В системе "Диамант2" структура БД имеет пять уровней:

• Станция - это уровень некоторой территориально-производственной единицы (компрессорная или насосная станция, цех и пр.). Уровень станции используется только для иерархической организации БД. Всего может быть описано до 255 станций.