WWW.DISS.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА
(Авторефераты, диссертации, методички, учебные программы, монографии)

 

Pages:   || 2 | 3 |

«СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ ОЦЕНКИ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ НАСОСНОГО И ВЕНТИЛЯЦИОННОГО ОБОРУДОВАНИЯ НА УСТАНОВКАХ КОМПЛЕКСНОЙ ПОДГОТОВКИ ГАЗА ...»

-- [ Страница 1 ] --

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НЕФТЯНОЙ

ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

ГАРЕЕВ РУСТЭМ РАШИТОВИЧ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ ОЦЕНКИ ТЕХНИЧЕСКОГО

СОСТОЯНИЯ НАСОСНОГО И ВЕНТИЛЯЦИОННОГО ОБОРУДОВАНИЯ

НА УСТАНОВКАХ КОМПЛЕКСНОЙ ПОДГОТОВКИ ГАЗА

Специальность 05.02.13 – «Машины, агрегаты и процессы»

(нефтегазовая отрасль)

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель доктор технических наук профессор Ямалиев В.У.

Уфа –

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………..….…

1 АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ СИСТЕМ ТЕХНИЧЕСКОГО

ОБСЛУЖИВАНИЯ И МЕТОДОВ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ……………........ 1.1 Формы технического обслуживания оборудования …………………... 1.2 Технологическое оборудование на УКПГ и методы оценки их технического состояния …………………………………………….…... 1.3 Анализ методов диагностирования подшипниковых узлов……….….. 1.4 Выводы по главе……………………………………………………….....

2 СИСТЕМА ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ РОТОРНОГО

ОБОРУДОВАНИЯ ПО ФАКТИЧЕСКОМУ СОСТОЯНИЮ…….………........ 2.1 Переход к системе обслуживания по фактическому состоянию….….. 2.1.1 Реализация системы обслуживания в производственных условиях……………………………………………………..…... 2.1.2 Основные принципы диагностирования роторного оборудования..………………………………………………....... 2.2 Вибропригодность роторного оборудования………………………...... 2.2.1 Свойства вибросигнала роторных механизмов……………..... 2.2.2 Классификация роторного оборудования по уровню вибрации………………………………………

2.2.3 Статистика отказов и ремонтов роторного оборудования…... 2.3 Мониторинг технического состояния механизма и подшипников.….. 2.3.1 Применяемые приборы диагностирования для сбора данных……………………………………………………….





.…. 2.3.2 Техническая реализация системы мониторинга……………..... 2.4 Выводы по главе……………………………………………………...….. 3 ДИАГНОСТИРОВАНИЕ ДЕФЕКТОВ АГАРЕГАТА………………………..... 3.1 Анализ соосности валов агрегатов в производственных условиях.….. 3.2 Методы диагностирования расцентровки в экспертной системе…….. 3.3 Выводы по главе……………………………………………………….… 4 ДИАГНОСТИРОВАНИЕ ДЕФЕКТОВ МЕХАНИЗМА…………………..….… 4.1 Диагностирование дисбаланса…………………………………..…….… 4.1.1 Статический дисбаланс…………………………………..……... 4.1.2 Динамический небаланс……………………………………..….. 4.1.3 Дисбаланс консольного ротора………………………………..... 4.1.4 Алгоритм диагностирования дисбаланса в экспертной системе………………………………………………………….… 4.1.5 Динамическая балансировка ротора в собственных опорах…... 4.1.6 Зависимость уровня вибрации механизма от степени дисбаланса ротора……………………………………………....... 4.2 Выводы по главе………………………………………………………....... 5 ДИАГНОСТИРОВАНИЕ ДЕФЕКТОВ ПОДШИПНИКОВ……………..…….... 5.1 Частотные составляющие дефектов подшипников качения……..…...... 5.2 Влияние дефектов подшипника на вибрацию……………………........... 5.2.1 Влияние дефектов изготовления и сборки на вибрацию……………………………………………………........... 5.2.2 Влияние дефектов эксплуатации на вибрацию подшипника...... 5.2.3 Влияние толщины смазочной пленки подшипника на параметры вибрации и ударных импульсов………....……….… 5.3 Методы технического диагностирования подшипников ……………...... 5.3.1 Диагностирование подшипников по СКЗ виброскорости…....... 5.3.2 Метод анализа прямого спектра вибросигнала…...……….….... 5.3.3 Метод ПИК-фактора..………………………..……………….….. 5.3.4 Метод анализа огибающей спектра вибросигнала..………..…. 5.3.5 Диагностирование подшипников по параметрам ударных импульсов…………………………………………………........... 5.3.6 Диагностирование подшипников методом прямого спектра ударных импульсов………………………………........ 5.3.7 Сравнительный анализ методов диагностирования подшипников качения………………………………………….. 5.4 Вибрационный контроль подшипников качения в производственных условиях………………………………………….… 5.5 Прогнозирование остаточного ресурса подшипников качения………. 5.5.1 Расчет остаточного ресурса подшипников ………………....... 5.5.2 Разработка программы корректировки остаточного ресурса подшипника

5.6 Выводы по главе ……………………………………………………….. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ..……………………………………... БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК………………………………………….….. Приложение А……………………………………………………………..………... Приложение Б……………………………………………………………..……….... Приложение В……………………………………………………………..……....... Приложение Г………………………………………………………………….…… Приложение Д……………………………………………...…………………..…… Приложение Е……………………………………...……………………………..… Приложение Ж………………...………………………………………………..…... Приложение И…………………………………...………………………………...... Приложение К…………………………………………………..…

Приложение Л………………………………………...……………..…

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы Насосное и вентиляционное оборудование составляет более 30% от общего числа технологического оборудования на установках комплексной подготовки газа (УКПГ) и ремонтируется согласно графику планово-предупредительных ремонтов (ППР). При этом зачастую возникает необходимость проведения ремонта технически исправного оборудования, либо объем ремонта не соответствует (как правило превышает) степени дефектного состояния.





В соответствии с руководящим документом ОАО «Газпром» по порядку проведения технического обслуживания и ремонта технологического оборудования, регламентированный ремонт насосного и вентиляционного оборудования проводится, как правило, при невозможности его ремонта по техническому состоянию.

При переходе к обслуживанию по фактическому состоянию наблюдается снижение удельных эксплуатационных затрат на поддержание оборудования в исправном состоянии более чем в 1,5 раза, за счет строгого соответствия объема и характера требуемых ремонтных работ в определенный момент времени степени поврежденности механизма и его узлов. Актуальность данного вопроса обусловленна необходимостью оптимизации эксплуатационных затрат на поддержание оборудования в исправном состоянии, которая является наиболее регулируемой статьей проиводственных затрат предприятия.

Эффективность системы обслуживанию по фактическому состоянию зависит в первую очередь от точности определения текущего технического состояния механизма и возможности обнаружения деградационных процессов, протекающих при эксплуатации. Идентификация фактического технического состояния, прогнозирование динамики этого состояния в процессе эксплуатации и определение остаточного ресурса – это задачи диагностирования, решение которых позволяет обеспечить безотказное функционирование механизма в течение назначенного периода времени.

Для реализации системы обслуживания по фактическому состоянию насосного и вентиляционного оборудования на установках комплексной подготовки газа необходимо применение современных диагностических приборов и повышение точности оценки технического состояния механизма в процессе эксплуатации.

Тема и содержание диссертационной работы соответствует области исследования специальности 05.02.13 «разработка и повышение эффективности методов технического обслуживания, диагностики, ремонтопригодности и технологии ремонта машин и агрегатов в целях обеспечения надежной и безопасной эксплуатации и продления ресурса.

Цель работы Повышение точности оценки фактического технического состояния насосного и вентиляционного оборудования в процессе эксплуатации на установках комплексной подготовки газа.

Основные задачи

исследования 1 Определение критериев диагностирования насосного и вентиляционного оборудования на установках комплексной подготовки газа.

2 Исследование влияния расцентровки валов насосного оборудования и дисбаланса рабочего колеса вентиляционного оборудования на параметры вибрации.

3 Исследование влияния дефектов подшипников качения на параметры вибрации и ударных импульсов. Разработка методики расчета остаточного ресурса подшипника качения насосного и вентиляционного оборудования.

4 Разработка экспертной системы для оценки технического состояния роторного оборудования в процессе эксплуатации и алгоритма ее использования для реализации системы обслуживания по состоянию на установках комплексной подготовки газа.

Научная новизна виброскорости, определяющие границы зон вибрационных состояний для каждой марки вентиляционного оборудования на установках комплексной подготовки газа, соответствующие неограниченной (зона А), допустимой (зона В), ограниченно допустимой (зона С) и недопустимой (зона D) возможности дальнейшей эксплуатации механизма.

2 Установлены зависимости изменения значения параллельной и угловой расцентровки валов насосного агрегата, величины дисбаланса рабочего колеса вентиляционного оборудования от СКЗ виброскорости.

3 Установлена зависимость, позволяющая производить корректировку базового расчетного ресурса подшипника насосного и вентиляционного оборудования в зависимости от СКЗ виброускорения подшипниковых опор механизма, уровня смазки тел качения и температурного режима работы подшипника.

Практическая ценность Разработаны и приняты к использованию в ООО «Газпром добыча газоконденсатном промысле №1А следующие технические решения (приложение А):

- «Приспособление для контроля технического состояния подшипников качения на промысле»;

динамической балансировки рабочих колес вентиляционного оборудования в собственных опорах»;

- «Расчет массы и места установки компенсационного груза для динамической балансировки рабочего колеса методом трех разгонов», реализованная на языке программирования «Delphi»;

- «Реализация системы контроля технического обслуживания и ремонта динамического оборудования в АСУ ТП на базе технических средств Allen Bradley на основе автоматического учета фактической наработки»;

- «Упрощение процесса центровки валов насосных агрегатов путем установки регуляторов перемещения электродвигателя в горизонтальной плоскости»;

агрегатов».

Методы решения поставленных задач Для решения поставленных задач использовались методы вибрационного диагностирования, теория колебаний роторных механизмов, спектральнокорреляционный анализ данных, аналитические и экспериментальные методы исследования работы и влияния дефектов динамического оборудования и подшипников на параметры вибрации и ударных импульсов. Информация для измерения параметров вибрации и контроля соосности валов насосных агрегатов.

Основные защищаемые положения 1 Результаты промысловых исследований по определению граничных оборудования на установках комплексной подготовки газа.

2 Результаты промысловых исследований по анализу влияния изменений подшипников в процессе эксплуатации на вибрационное состояние механизма.

3 Корректировка базового расчетного ресурса подшипника качения виброускорения подшипниковых опор механизма, уровня смазки тел качения и температурного режима работы подшипника.

4 Система диагностических правил определения технического состояния насосного и вентиляционного оборудования по параметрам вибрации и ударных импульсов.

5 Технические и программные решения при разработке экспертной системы для диагностирования технического состояния роторного оборудования в процессе эксплуатации, основанные на обработке параметров вибрации и ударных импульсов.

6 Реализация метода обслуживания по фактическому состоянию насосного и вентиляционного оборудования, основанная на использовании экспертной системы.

Апробация работы Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались:

- на заседаниях кафедры нефтегазопромыслового оборудования УГНТУ;

- научно-технических конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых (Уфа, УГНТУ, 2012, 2013 г.);

- научно-практических конференциях УГПУ ООО «Газпром добыча Уренгой» (Новый Уренгой, 2010, 2011, 2012, 2013 г.);

- научно-практических конференциях молодых ученых и специалистов ООО «Газпром добыча Уренгой» (Новый Уренгой, 2011, 2012 г.);

- региональной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов на базе ООО «Газпром добыча Уренгой» (Новый Уренгой, 2012 г.);

- научно-практической конференции молодых ученых и специалистов ООО «Газпром добыча Ямбург» (Новый Уренгой, 2013 г.);

- всероссийской научно-технической конференции на базе УГНТУ (Уфа, 2010 г.);

- всероссийской научно-практической конференции молодых ученых и специалистов на базе РГУ им. Губкина (Москва, 2013 г.).

Публикации Основные результаты диссертационной работы изложены в 12 печатных работах, в том числе 7 статьях (3 из которых входят в перечень ВАК РФ) и тезисах 5 докладов.

Объем и структура работы Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, основных выводов, библиографического списка и приложений.

Работа изложена на 202 страницах машинописного текста, содержит 77 рисунка, 18 таблиц, библиографический список из 139 наименований, 10 приложений.

1 АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ СИСТЕМ ТЕХНИЧЕСКОГО

ОБСЛУЖИВАНИЯ И МЕТОДОВ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ

1.1 Формы технического обслуживания оборудования Основная задача применяемой системы обслуживания на производстве – поддержание технологического оборудования в исправном состоянии. Каждое предприятие берет на себя ответственность при выборе системы обслуживания, которое определяет в дальнейшем работоспособность, надежность, безаварийность и безопасность эксплуатируемого оборудования, а также экономические затраты, которые связанны с необходимостью снабжения материально-техническими ресурсами (МТР) и функционированием ремонтнообслуживающего персонала. Затраты на эксплуатацию оборудования в различных отраслях производства и промышленности составляют значительную часть удельной стоимости готовой продукции - от 6 до 18% [122]. Их величина сопоставима с доходами предприятия, особенно при транспортировке нефти и газа. Изучению вопросов методов обслуживания технологического и роторного оборудования посвящены работы А.Р. Ширмана, А.Б. Соловьева, М.А. Берлина, С.Б. Хвостиченко, П.П. Якобсона, А.В. Баркова, В.В. Тулугурова, Н.А. Баркова, Г.А. Баркова и др. [7, 8, 12, 118, 122].

Эксплуатационные затраты технологического оборудования являются наиболее гибкой и регулируемой статьей производственных расходов, снижение которых в результате повышает эффективность работы и производительность предприятия. Нестабильная работа технологического оборудования приводит к срыву производства, ухудшению качества и уменьшению прибыли предприятия.

Для уменьшения затрат на эксплуатацию, с обеспечением необходимой безопасности персонала, сохранностью оборудования и удовлетворением требований технологического процесса, необходимо совершенствование структуры и методов технического обслуживания (ТО) оборудования на предприятии [122].

Практика проведения ремонтов позволила определить следующие основные системы ТО оборудования:

- реактивное ("реагирующее"), т.е. обслуживание по отказу [122];

регламентированное обслуживание по графику [93];

- обслуживание по фактическому ТС [111, 122];

- проакивное ТО [122].

При реактивном ТО ремонт производится только при отказе оборудования.

Основные недостатки реактивного обслуживания заключаются в вероятности внеплановых остановок и простоев, высокой стоимости и продолжительности ремонтов из-за возможности внезапного отказа и влияния дефектов на другие детали и узлы механизма. Данная система обслуживания не позволяет механизмов, объем требуемого РТО которого может превысить фактические возможности ремонтного персонала предприятия. Данная система ремонтов повсеместно применялась вплоть до 70-х годов [122].

При планово – профилактическом ремонте и ТО основой является график проведения предупредительных работ заданного объема на оборудовании. Данная система ремонтов введена в 70-80-х годах прошлого века и применяется в ООО «Газпром Добыча Уренгой» до сих пор [111]. Реализуется это путем составления и соблюдения календарного плана исполнения предупредительных ремонтов в объеме текущего, среднего или капитального через установленные интервалы предотвращение непредвиденных расходов, путем планирования и проведения ТО до момента вероятного среднестатистического выхода из строя для данного обслуживания, формируемый отделом главного механика (ОГМ), который также отслеживает бюджет, определяет повседневную деятельность ремонтномеханической службы и выполняет многие дополнительные административные принадлежностями (ЗИП), анализ функционирования системы обслуживания и др.) [93 - 96].

Обслуживание по графику ППР является наиболее распространенным видов ТО, поскольку данная стратегия обеспечена методически и появилась раньше других методов.

Система ППР позволяет обеспечить высокое управление оборудованием и качество ТО по сравнению с обслуживанием по отказу. Как показала практика, наблюдается снижение общих эксплуатационных затрат оборудования на 30% [122].

Техническое и теоретическое обеспечение системы ППР основано на статистических данных истории выходов из строя оборудования. Информация о характере развития дефектов механизма в процессе изнашивания деталей, в зависимости от наработки, позволяет определить оптимальный межремонтный интервал эксплуатации оборудования, при котором минимальна вероятность отказа и интенсивного износа. Ремонт определенного объема оборудования по завершению очередного межремонтного периода значительно снижает вероятность развития дефекта и внезапного отказа [122].

Но в производственных условиях однозначная зависимость между наработкой и ТО агрегата не прослеживается (рисунок 1.1) [122].

Рисунок 1.1 – Классическая схема, лежащая в основе системы ППР В большинстве случаев назначенный объем ремонтно-профилактического обслуживания превышает требуемый для устранения дефектного состояния механизма, либо необходимость ремонтного вмешательства совсем отсутствует и производится с целью обеспечения гарантированной безотказной работы в установленный межремонтный период [122].

Развитие контрольно-измерительных приборов позволило не только оценить фактическое состояние механизма путем мониторинга его технических параметров, но и на основании анализа изменений данных параметров предсказывать проведение ремонта определенного объема, т.е. планировать только необходимый ремонт конкретного механизма. Данный вид обслуживания носит предупредительный характер, и называется обслуживанием по фактическому состоянию (ОФС) [122].

Основная идея ОФС заключается в предотвращении отказов оборудования, за счет использования методов распознавания ТС по генерируемому в процессе функционирования механизма виброакустическому сигналу, выявлении дефектов, определении объема, оптимального времени и продолжительности проведения ремонта [122].

Технически система ОФС базируется на существующей взаимосвязи между подконтрольными диагностируемыми параметрами технического состояния и возможными неисправностями механизма [122].

Каждый распознаваемый дефект роторного механизма имеет свои отличительные диагностические признаки, позволяющие определить присутствие неисправности и оценить степень их развития. В зависимости от вида дефекта и глубины обследования диагностические признаки могут включать вибропараметры, технические и технологические параметры функционирования (температура, напор, КПД, производительность и т.д.). Мониторинг ТС механизма основан на периодической регистрации диагностируемых параметров и сравнении с допустимыми значениями, определяемыми нормативами или заводом изготовителем [122].

Основные преимущества системы ОФС в отличие от ППР заключаются в следующем [122]:

1 Постоянный доступ к информации о ТС подконтрольных мониторингу механизмов, что позволяет планировать ТО и ремонт в процессе эксплуатации, тем самым исключив внеплановые отказы. Внедрение системы ОФС позволяет использовать более рационально финансовые и трудовые ресурсы предприятия, результатом которого является улучшение производственной эффективности от 2% до 10% [122];

2 Снижение совокупных расходов на эксплуатацию, за счет сокращения общего количества не требующих проведения ремонтов, и увеличения межремонтного периода эксплуатации исправного оборудования (ремонтные расходы при достижении оборудования предельного состояния более чем в 10 раз превосходят стоимость превентивного ремонта) [122];

послеремонтного (например, несоблюдения правильности сборки) и входного приемочного вибрационного обследования механизма (приблизительно от 2 до 10% новых деталей имеют заводские неисправности или отклонения, которые приводят к скорому выходу замененной детали или механизма из строя, а также влияют на функционирование других деталей и узлов) [122];

4 Рациональное планирование трудовых, финансовых ресурсов предприятия, производственных активов, ЗИП, инструмента и т.д.;

5 Повышение качества конечной продукции, на которое может оказывать значительное воздействие оборудование, имеющее механические дефекты и повреждения;

6 Обеспечение требований промышленной безопасности и охраны труда, т.к. проведение работ в условиях возможного внезапного отказа и остановки технологического процесса повышает риск получить травму;

7 Экономия электроэнергии и энергоресурсов за счет уменьшения влияния источников вибрации (несоосность, дисбаланс и т.д.);

8 Возможность документального обоснования по параметрам вибрации отклонения ТС от нормального в процессе пуска, приработки и эксплуатации для использования его гарантийного ремонта;

9 Снижение объема проводимых работ и увеличение на 25…40% межремонтного периода механизма в отличие от системы ППР, за счет исключения необходимости обслуживания технически исправных узлов и деталей [122].

Основой системы ОФС роторного оборудования является вибромониторинг.

Наблюдения показали, что первоначальные затраты на вибромониторинг и вибродиагностику обычно окупаются за пол года использования [122].

Группа вибродиагностики на первоначальном этапе формирования состоит только из нескольких специалистов, и плановое диагностирование производится только ответственного оборудования. Но по мере приобретения достаточного опыта от использования системы ОФС и получения технического или экономического эффекта парк диагностируемого оборудования увеличивается и включает вспомогательное оборудование, за счет которого и достигается наибольший положительный экономический эффект [122].

Система ОФС опирается на методы ТД и распознавания ТС, сочетание которых позволяет повысить степень достоверности определения дефектов и расширить их диапазон.

Результаты анализа затрат на ТО, отнесенных на единицу потребляемой мощности (1 л.с.), по данным научно-исследовательского института электроэнергетики (Electric Power Research Institute) представлены на рисунке 1. [137].

Анализ совокупных эксплуатационных затрат при обслуживании одного и того же парка технологического оборудования показал, что использование системы ППР взамен обслуживания по отказу позволяет снизить затраты в 1, раза, а при внедрении ОФС практически в 2 раза [122].

Дальнейшее развитие системы ОФС позволило разработать стратегию на основе анализа и устранения источника возникновения неисправности механизма, которое в последствие получило название проактивное ТО [122].

Данный подход направлен на увеличение срока службы оборудования и снижения требуемого объема ремонтного обслуживания. По результатам систематизации наиболее часто возникающих дефектов в процессе эксплуатации механизма проводится анализ и определение основных причин их возникновения, устанавливается степень влияния их на межремонтный интервал и принимаются меры по предотвращению этих неисправностей в будущем.

Рисунок 1.2 – Удельные эксплуатационные затраты при различных методах ТО оборудования Также ведется постоянный контроль работы обслуживающего персонала и определение недостатков по результатам их работы (монтаж, центровка, балансировка), выявление недочетов в ремонтном процессе и применяемых технологиях, оснащении инструментом, материалом и т.д. Реализация данной системы становится возможным только после полноценного использования системы ОФС [122].

На сегодняшний день многие предприятия используют комбинированную систему ППР и ОФС, которая содержит основные преимущества обеих систем, и основывается на проведении ТД оборудования до начала запланированного ремонта (4…12 недель) по графику ППР [122]. При удовлетворительном заключении результатов обследования механизма службой вибродиагностики проведение обслуживания откладывается на несколько месяцев, в зависимости от типа и назначения оборудования. Таким образом, сроки проведения очередного ТО переносятся до тех пор, пока не будут обнаружены первые признаки присутствия дефекта и приближения предельного состояния [122].

Следующий этап реализации системы ОФС – формирование собственной службы вибродиагностики с приобретением специализированной аппаратуры и внедрением ее в существующую систему обслуживания [122]. Для этого необходимо наличие обученного квалифицированного персонала и специалистов по вибродиагностике. Наиболее оптимальное решение – это приобретение собственного специализированного диагностического оборудования, а привлечение сторонних специалистов позволит внедрить данное оборудование в систему вибромониторинга и обучить персонал предприятия до необходимого уровня квалификации.

1.2 Технологическое оборудование на УКПГ и методы оценки их технического состояния На сегодняшний день на УКПГ используется большое количество насоснокомпрессорного оборудования (НКО). В УГПУ ООО «Газпром добыча Уренгой»

для ведения технологических процессов подготовки газа применяется единиц оборудования. В таблице 1.1 представлен перечень технологического оборудования, используемое в УГПУ, количество, относительное соотношение и методы их диагностирования [116, 117].

Такое распределение характерно для большинства УКПГ. Роторное оборудование составляет 31% (5183 шт.) от общего числа технологического оборудования, к которому относится насосные и вентиляционные агрегаты [124].

Для роторного оборудования характерным является наличие вращающегося ротора, установленного на подшипниковых опорах корпуса. Соответственно, наиболее информативным методом для оценки ТС механизма и его деталей являются методы вибрационной диагностики. Связано это с тем, что параметры вибрации связаны с характером взаимодействия деталей роторного оборудования, происходящий по периодическому закону, источником которого является вращающийся ротор [32].

Таблица 1.1 – Перечень оборудования УГПУ и методы их диагностирования Изучению вопроса разработки методов определения технического состояния роторного оборудования посвящены работы В.А. Русова, А.С.

Гольдина, А.Р. Ширмана, Г.Ш. Розенберга, М.Д. Генкина, А.Г. Соколова, А.Б.

Соловьева, И.А. Биргера, С.Г. Бажайкина, Н.А. Баркова, Г.А. Баркова, А.С.

Галеева, Е.И. Ишемгужина, Р.Н. Сулейманова, В.Н. Костюкова, А.П. Науменко, О.В. Филимонова, И.В. Прахова, С.Г. Каминского и др. [4-6, 8, 13, 16, 18, 29, 30, 32, 70, 73, 98, 105, 106, 113, 115, 122].

Вибродиагностика является одним из направлений ТД. Это отрасль знаний, которая содержит в себе основные методы и теории определения ТС механизмов по виброакустическому сигналу [42, 122]. Назначение ТД, как основы системы ОФС, заключается в выявлении неисправностей и предупреждении отказов, поддержании эксплуатационных показателей в заданных пределах, прогнозировании состояния в целях полного использования доремонтного и межремонтного ресурса и определении фактического ТС по параметрам вибрации механизма [42].

Виброакустический сигнал включает информацию о колебательных процессах, происходящих в функционирующем механизме с вращающимся взаимодействующих поверхностей деталей, тем самым отражая фактическое ТС узлов и отдельных деталей механизма и их качество совместной работы. Следует, что методики вибродиагностирования подходит для любого оборудования с вращающимся ротором, который генерирует колебательные процессы. Любое незначительное изменение виброакустического сигнала является следствием изменения характера взаимодействия элементов механизма, а значит отклонения ТС механизма от нормального [122].

Именно вибросигнал, обладая достаточно емкой информацией о работе механизма и его деталей, может являться достоверным показателем его состояния. Эффективность метода обусловлена связью используемой диагностической информации, содержащейся в вибросигнале, с динамическими процессами возбуждения и характера распространения колебаний в конструкциях, а также в возможности автоматизации процесса сбора и анализа данных с помощью современных диагностических приборов и вычислительной техники [15].

Практически мгновенная реакция вибросигнала на изменение ТС механизма является незаменимым качеством в аварийных ситуациях, когда необходима быстрая постановка диагноза, а также оперативное и своевременное принятие решения [122].

Построенная система обслуживания насосного и вентиляционного оборудования по виброакустическому сигналу, путем мониторинга изменения параметров вибрации, является наиболее эффективным и информативным методом контроля ТС [122].

Система ОФС реализуется на основе данных непрерывного (стационарные системы диагностики) или периодического (мобильные переносные анализаторы) мониторинга ТС оборудования [36].

В зависимости от назначения ТД, основных задач, глубины обследования и ожидаемого результата вибродиагностика подразделяется на три уровня [115]:

1 Оценка состояния агрегата в целом, сопоставление ТС агрегата (по уровню вибрации) к одному из заранее установленных четырех вибрационных состояний: А (хорошее), В (удовлетворительное), С (допустимое) и D (недопустимое). На практике достаточно проведение замеров общего уровня вибрации механизма (СКЗ виброскорости) обычным виброметром [33];

2 Оценка ТС на основании анализа спектра вибросигнала, включающая выявление неисправностей агрегата, механизма и его узлов, и разработку общих рекомендаций по устранению дефектов механизма [82];

3 Прогнозирование ТС и оценка остаточного ресурса деталей и узлов механизма для планирования объема, времени и характера работ по обслуживанию [9, 12].

Реализация вибродиагностического обследования на предприятиях требует:

– повышения квалификации и обучения персонала, обслуживающих подконтрольное оборудование;

– приобретения диагностического оборудования;

– экономического стимулирования.

Для оценки состояния оборудования (вибродиагностика первого уровня) каждое предприятие должно иметь виброметр для измерения общего уровня вибрации, пользуясь которыми можно оценивать состояние эксплуатируемого роторного оборудования. При превышении допустимого значения вибрации для данного класса механизмов оборудование останавливается для обслуживания.

Выбор прибора для диагностики, учитывая разбросанность объектов, определяется следующими критериями: компактность, надежность, автономность питания, возможность длительного хранения данных замеров и перезаписи их в память стационарных компьютеров. На объектах ООО «Газпром добыча Уренгой» в качестве мобильного прибора для диагностики использован анализатор Leonova Infinity [83].

1.3 Анализ методов диагностирования подшипниковых узлов Надежность работы роторного оборудования, составляющее большую часть технологического оборудования предприятий (более 30% на УКПГ ООО «Газпром добыча Уренгой»), в значительной степени определяется состоянием его подшипников, который лимитирует ресурс механизма в целом.

минимально возможным коэффициентом трения и фиксацию друг относительно друга элементов механизма с вращательным характером движения, воспринимают статические и динамические усилия переменного действия, возникающие в процессе нормальной эксплуатации. Мониторинг ТС подшипников качения является основным и наиболее важным аспектом работ по диагностированию состояния роторного оборудования, определяющий работоспособность механизма и его межремонтный ресурс [91].

По статистике наиболее часто возникающих механических повреждений в насосных агрегатах на объектах ООО «Газпром нефтехим Салават», 41% отказов приходится на неисправность подшипников [98]. Для газотурбинных установок компрессорных станций данная цифра увеличивается до 80% [113].

Анализ наиболее часто возникающих механических повреждений насосных агрегатов позволил определить, что более 40% отказов происходит по причине эксплуатации в условиях повышенной вибрации. Это оказывает влияние на ТС подшипников и торцевых уплотнений, отказы которых составляют половину от всех отказов для центробежных насосов [91]. Отказы вентиляционного оборудования по причине выхода из строя подшипниковых узлов составляют более 30% [28]. Из этого следует, что надежность роторного оборудования, в первую очередь, определяется надежностью подшипниковых узлов механизма.

Опыт эксплуатации подшипников качения показывает, что только 10% дорабатывают назначенный ресурс, главным образом по причине неудовлетворительного обслуживания (40% отказов в связи с недостаточной или некачественной смазкой), неправильной установкой (30% отказов из-за перекоса, несоосности и т.д.), и только 20% по другим причинам (заводской брак, перегрузка и т.д.) [73].

Наиболее оптимальным, эффективным и экономичным способом оценки ТС подшипника является метод вибродиагностики, т.е. диагностирование по виброакустическому сигналу [29, 73]. В качестве основного вибрационного параметра для оценки ТС подшипника используется общее СКЗ виброскорости V, мм/с. Основанием служит принцип, что факторы, вызывающе погрешность вращения подшипника, также вызывают динамическую вибрацию элементов подшипника [58]. Изучению вопросов разработки методов определения ТС подшипников посвящены работы М.Д. Генкина, А.Г. Соколова, А.С. Гольдина, В.А. Русова, К.А. Аксенова, А.Р. Ширмана, А.Б. Соловьева, В.Ф. Кашина, А.С.

Галеева, А.В. Баркова, Г.А. Баркова, К.М. Рагульскиса, А.Ю. Юркаускаса, В.В.

Атступенаса, В.Н. Силантьева, J.S. Mitchell, А.Ф. Нафикова [2, 9, 10, 29, 32, 80, 102, 105, 122, 125, 126].

Каждый вид неисправности подшипника, такие как дефекты при изготовлении (например, нарушение форм, погрешности допусков), сборки (неудовлетворительный монтаж) и эксплуатации (неудовлетворительная система обслуживания), имеют свои отличительные признаки и характерные особенности, позволяющие диагностировать их на ранних стадиях развития, производить оценку текущего ТС подшипника и с достаточной вероятностью прогнозировать остаточный ресурс [122].

На вибросигнал подшипника оказывают влияние три основные причины [122]:

– нелинейная жесткость материала подшипников, вызывающая колебание опор механизма;

подшипникового узла;

функционирования (эксплуатационные), либо ненадлежащего ТО (усталостное разрушение, повреждение материала и поверхностей деталей, нарушение смазки и т.д.).

К двум последним группам относятся дефекты сепаратора, тел качения, наружных и внутренних колец подшипника, повышенный радиальный зазор, перекос колец, некачественная либо недостаточная степень смазки и т.д. Каждый из представленных дефектов является следствием отклонения характеристик подшипника, его конструкции от нормативно-технической документации либо неправильного режима обслуживания и эксплуатации [122]. Например, чрезмерные статические и динамические нагрузки приводят к выкрашиванию материала дорожек наружных и внутренних колец подшипника. Процесс износа деталей подшипника приводит к увеличению зазоров в радиальном и осевом направлениях и соответственно к люфту, разболтанности и смещению ротора относительно своего изначального положения. Наиболее частый дефект подшипников с ленточными сепараторами – это повреждение сепаратора, которое является следствием действия значительных осевых нагрузок, нарушения сборки, перекоса и др. Проскальзывание тел качения относительно наружного и внутреннего кольца приводит к постепенному износу взаимодействующих поверхностей. Нарушение режима смазки и недостаточное количество приводит к ускорению всех абразивных и деградационных процессов, протекающих в подшипнике, тем самым многократно сокращая его остаточный ресурс [122].

Жизненный цикл любого подшипника состоит из пяти основных этапов, схематически представленных на рисунке 1.3.

Рисунок 1.3 – Поэтапное развитие повреждений подшипника На графике по вертикали отложен уровень вибрации подшипниковых опор механизма (СКЗ виброскорости, мм/с), а по горизонтали соответствующие этапы развития повреждений [105].

Для оценки ТС подшипников качения наибольшее распространение получили два основных метода [122]:

– основанный на анализе узкополосных дискретных составляющих виброспектра на основных дефектных частотах возбуждения колебаний. Вид и степень развития дефекта выражается на определенной частоте с соответствующей амплитудой гармоники виброспектра. Информативными признаками являются частота, амплитуда импульса, соотношение амплитуды к ковровому уровню, повторяемость и модуляции сигнала. Для выделения диагностических признаков используются корреляционные и спектральные методы, выделение огибающей и др;

– основанный на диагностировании и оценке ТС подшипника в общем.

Основополагающей идеей данного метода является то, что информация о виде дефекта, степени развития и характере влияния не представляет интереса.

Важно, что данный подшипник следует заменить. Поэтому ТС подшипника оценивается в целом, по общему уровню развития поврежденности.

Для реализации системы ОФС роторного оборудования необходимо обеспечение возможности точной оценки фактического ТС подшипника по диагностируемым параметрам. Достаточно широкое распространение получили методы диагностирования подшипников качения по параметрам вибрации. На сегодняшний день связь параметров вибрации с различными дефектами механизма, подшипника, а также его узлов и деталей достаточно хорошо изучена.

На практике нашло применение множество различных методов оценки ТС подшипников качения, основные из которых [105]:

1 Метод диагностирования подшипников по уровню вибрации (СКЗ виброскорости);

2 Метод анализа прямого спектра вибросигнала;

3 Метод ПИК-фактора;

4 Метод анализа спектра огибающей вибросигнала;

5 Метод анализа сигнала ударных импульсов [16, 82, 130];

6 Метод анализа прямого спектра сигнала ударных импульсов [82, 114, 130].

1.4 Выводы по главе 1 Роторное оборудование, к которому относится насосное и вентиляционное оборудование, является наиболее распространенным типом применяемого технологического оборудования на производстве.

2 Анализ различных систем обслуживания показал, что ОФС является наиболее оптимальным методом технического обслуживания для механизмов роторного типа, который позволяет поддерживать оборудование в исправном ТС с наименьшими эксплуатационными затратами.

3 Для реализации системы ОФС в производственных условиях необходимо точное определение фактического ТС механизма. Из существующих методов определения ТС оборудования в процессе эксплуатации наиболее информативным методом является вибродиагностика, поскольку параметры вибрации связаны с характером взаимодействия деталей и узлов механизма.

2 СИСТЕМА ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ РОТОРНОГО

ОБОРУДОВАНИЯ ПО ФАКТИЧЕСКОМУ СОСТОЯНИЮ

2.1 Переход к системе обслуживания по фактическому состоянию 2.1.1 Реализация системы обслуживания в производственных условиях Основные преимущества системы ОФС по сравнению с системой ППР:

– сокращение стоимости и времени ремонтов, за счет проведения своевременного, а не регламентированного РТО;

– соизмеримость ремонтного вмешательства степени развития дефектов и поломок;

– эффективность использования материально-технических ресурсов (МТР) благодаря возможности прогнозирования необходимости приобретения конкретных запасных частей и расходных материалов.

Основным недостатком системы ОФС является значительные финансовые затраты на первоначальном этапе внедрения, которые потребуются на приобретение средств диагностирования и автоматических систем управления (АСУ) за состоянием параметров деталей и узлов механизма, а также на обучение ремонтно-технического персонала. Выше указанные затраты в последующем позволят повысить экономичность ремонтов, не снижая надежности работы оборудования [122].

Необходимыми условиями применения системы ОФС являются [20]:

– экономическая целесообразность;

– наличие диагностической (приборной и инструментальной) базы;

– методики определения ТС и его прогнозирования;

– наличие соответствующего программного обеспечения;

– квалифицированный (обученный) персонал;

– контролепригодность оборудования.

Наименее трудозатратным способом реализация ОФС в производственных условиях возможна путем плавного перехода, на базе модернизации применяемой системы ППР [20].

Разработанная концепция обслуживания по состоянию роторного оборудования на УКПГ содержит в себе комплекс организационно-технических мероприятий, направленных на подготовку предприятия к плавному переходу с сохранением основных положений системы ППР и преимуществ ОФС, которая содержит в себе следующие основные положения [20]:

1 Приобретение специализированного диагностического оборудования;

2 Разработка технической документации;

3 Разработка электронной базы обслуживания;

4 Эффективная кадровая политика на предприятии.

Традиционная форма обслуживания согласно графику ППР предполагает проведение ТО, текущего ремонта (ТР), среднего ремонта (СР) и капитального ремонта (КР) [38] по заданному плану в строгой зависимости от наработки механизма (рисунок 2.1), в не зависимости от ТС узлов и деталей [93 - 96].

Согласно системе ОФС производится периодическое ТД оборудования с фиксацией полученных значений. По результатам анализа параметров ТС роторного оборудования (виброакустическому сигналу) принимается решение по дальнейшему режиму эксплуатации механизма, а также необходимости и объему ремонтного вмешательства. Выбор параметров ТС для мониторинга состояния определяется возможностью обнаружения основных причин отказов роторного оборудования [20].

Рисунок 2.1 – Принципиальные различия систем обслуживания: ППР и ОФС обслуживания роторного оборудования согласно схеме, приведенной на рисунке 2.2 [20]. При эксплуатации насосного и вентиляционного оборудования производится периодическое диагностирование (которое составляет 5-20 дней в зависимости от типа оборудования) посредством замера виброскорости во взаимно перпендикулярных направлениях (горизонтальном, вертикальном и осевом) на корпусе механизма (подшипниковый узел) и уровня ударных импульсов [16] в точках, расположенных как можно ближе к подшипнику (рисунок 2.11, 2.12).

Рисунок 2.2 – Алгоритм диагностирования роторного оборудования на УКПГ Затем производится анализ полученных данных, являющийся ключевым этапом, определяющий возможность дальнейшей безаварийной эксплуатации механизма, либо необходимость ремонтного вмешательства определенного объема.

На четвертом этапе производится непосредственное устранение обнаруженных дефектов силами эксплуатационного персонала предприятия. От степени достоверности интерпретации диагностируемых параметров зависит надежность и безопасность дальнейшей работы механизма, а также точность оценки уровня поврежденности деталей и узлов, для конкретизации объема планируемых ремонтных работ. Для анализа данных необходим высокий уровень квалификации обслуживающего персонала и наличие специальных знаний, что не всегда возможно реализовать в производственных условиях. По этой причине разработан программный продукт под наименованием «Экспертная система для оценки уровня поврежденности роторного оборудования» (далее ЭС) в программной среде «Delphi» [59], позволяющий в автоматизированном режиме производить анализ диагностических данных, тем самым исключая человеческий фактор вероятности некорректно оценить фактическое ТС механизма (рисунок 2.3) [24].

Рисунок 2.3 – Стартовое окно программы «Экспертная система для оценки уровня поврежденности роторного оборудования»

Подробное описание работы ЭС и методы обнаружения различных дефектов роторного оборудования приведены далее в соответствующих разделах и приложениях.

2.1.2 Основные принципы диагностирования роторного оборудования диагностирования, предполагает применение ЭС, для разработки которого были сформулированы основные принципы, упрощающие понимание процессов и методик обнаружения дефектов.

1 Работа любого механизма сопровождается вибрацией, независимо от качества используемых деталей, точности сборки и взаимодействия узлов.

Вибрация является конечным результатом качества взаимодействия деталей механизма и зависит от множества факторов, таких как: функциональное назначение агрегата, мощность, частота вращения, состояние фундамента, качество сборки, тип подшипников и т.д. Однозначно ответить на данный вопрос не представляется возможным, ввиду влияния различных обстоятельств, но можно условно классифицировать вибрацию агрегата на базовую, соответствующую нормальному режиму эксплуатации технически исправного оборудования, и вибрация, наведенная от тех или иных нарушений в агрегате, т.е.

результат отклонения от нормального ТС механизма. В данном случае задача сводится к обнаружению вибрации, вызванных отклонением ТС механизма от нормального, не принимая во внимание базовую вибрацию объекта. На практике встречаются случаи, когда нет возможности отнести к какой-либо категории присутствующую вибрацию и источник не удается выявить, возникает ситуация неопределенного состояния. Таким образом, вибрация свойственна всем агрегатам, но не везде она является признаком аварийного состояния, поэтому пока неисправность не достигла значения минимального информативного порога, ее невозможно идентифицировать [106].

2 Любая проекция вибросигнала на одну ось координат односторонне описывает процесс вибрации и не позволяет корректно проводить анализ.

Истинная вибрация всегда есть пространственная кривая прецессии контролируемой точки. Замер в каждой контролируемой точке следует сделать в трех основных направлениях (горизонтальном, вертикальном и осевом) [33, 34].

При анализе состояния оборудования по интегральным параметрам, например, по СКЗ виброскорости, следует применять модуль вектора вибрации в контролируемой точке. Числено модуль вектора вибрации определяется по формуле:

где: В, Г и О – вертикальная, горизонтальная и осевая составляющая СКЗ виброскорости [106].

Недостатком использования в диагностике СКЗ является его комплексность (частотная) и отсутствие учета фазовых соотношений между проекциями вибрации.

Но практические исследования подтвердили высокую диагностическую информативность и достоверность этого параметра, поскольку СКЗ виброскорости по своему физическому смыслу является энергетическим параметром вибрации, т. е. характеризует количество энергии, передаваемое на контролируемую точку в результате возникновения дефекта [33, 34].

3 Распределение вибрации, гармоник, фазового и пространственного состава вибросигналов вдоль агрегата – очень информативные параметры состояния оборудования, которые следует учитывать при ТД [106].

Основные причины повышенного уровня вибрации могут быть правильно диагностированы только при учете пространственного распределения гармоник вдоль оси агрегата, поэтому для правильного диагноза в данной контролируемой точке необходимо знание вибраций в соседних точках [106].

Основные причины повышенного уровня вибрации разделены на [106]:

– дефекты агрегата (несоосность валов агрегата, проблемы монтажа механизмов в агрегате, некорректная установка подшипников, муфт, различные смещения, не закреплённость к фундаменту, дефекты ременных передач и т. д.);

– дефекты механизма (внутренние проблемы механизмов - небалансы, изгибы валов, осевые смещения, расцентровка валов в механизме и т. д.);

– дефекты отдельного подшипника (общий износ, увеличенные зазоры, ослабление крепления).

Данный подход делает возможным правильно определить причины повышенного уровня вибрации и корректно оценить остаточный ресурс агрегата, механизма и подшипника. Кроме того, это позволяет на каждой контролируемой точке разделить собственные и наведенные от других точек – источников вибрации.

4 Каждая причина повышенного уровня вибрации характеризуется своей, специфической картиной увеличения вибрации в различных проекциях. Вклад горизонтальную и осевую всегда неодинаков. Другими словами, одни причины повышенного уровня вибрации проявляются только в одной из трех проекций вибрации, другие в двух, но есть и такие, которые влияют на все три проекции [106].

5 Все диагнозы имеют свою достоверность. Степень достоверности поставленного диагноза определяется квалификацией вибродиагноста или экспертной системы. Любой поставленный диагноз является относительным, и реальная картина определяется только при ремонте и вскрытии механизма [78].

2.2 Вибропригодность роторного оборудования 2.2.1 Свойства вибросигнала роторных механизмов В роторном оборудовании основным источником вибрации является вал, который подчинен периодическому закону вращательного движения, и соответственно, генерирует колебания, которые в наиболее простом виде можно представить как сумма гармонических составляющих, кратных основной частоте возбуждения, т.е. в виде полигармонической вибрации [122]:

где r – угловая частота вращения ротора.

Виброспектр колебаний роторного механизма, как правило, дискретный, со сосредоточенными спектрами на оборотной частоте и кратных ему (kfr), амплитуда и скорость изменения которых с увеличением наработки представляет основную информацию о ТС механизма [122].

Основные дефекты роторных агрегатов – дисбаланс и несоосность проявляются в основном на оборотной и двойной частоте вращения вала. Кроме представленных частот в виброспектре могут присутствовать другие составляющие [122]:

где z – число взаимодействующих элементов на роторе (например, число лопастей рабочего колеса вентилятора).

Полигармоническая модель описания колебательного процесса роторных механизмов позволяет рассматривать спектр как результат вклада в каждую узкополосную составляющую от соответствующей неисправности оборудования.

Для обнаружения определенных дефектов можно анализировать только ту часть спектра, на которой отражается данная неисправность [122].

Следует отметить, что в производственных условиях дискретные линии полигармонических колебаний, как правило, размыты и наблюдается флуктуация амплитуды. Вызвано это погрешностью изготовления и сборкой механизма, температурными изменениями геометрических размеров деталей и вязкостью смазки, искажением формы и ухудшением качества взаимодействующих поверхностей с наработкой, нестабильностью частоты вращения вала, и множеством других случайных причин [122].

Поэтому более реальная модель колебательного процесса является сумма узкополосных составляющих с кратными средними частотами:

где kr – где частота узкополосного спектра, Ak(t) – огибающая узкополосного спектра, k(t) – фаза, (t) – уровень шума [122].

Энергия колебания сосредоточена в узкополосных спектрах в окрестности частот kfr (рисунок 2.4).

Рисунок 2.4 – Спектр полигармонического колебания Для оценки ТС механизма следует использовать не только амплитудное значение гармоник спектра, но и уровень шума (t), который отражает характер взаимодействия деталей и износ поверхностей (например, подшипников качения).

[122].

2.2.2 Классификация роторного оборудования по уровню вибрации Для оптимизации процесса диагностирования следует имеющийся парк технологического оборудования предприятий классифицировать на категории, в зависимости от сложности обслуживания, массы, габаритов и т.д.

Категория вентилятора – это единица классификации, которая определяет назначение вентилятора, класс их точности при проведении балансировки и рекомендуемые значения уровня вибрации [52].

Согласно ГОСТ 10816-1-97 [33] установлены нормы СКЗ виброскорости для определения зон четырех вибрационных состояний А, В, С, D в зависимости от класса механизма (таблица 2.1).

Таблица 2.1 – Границы зон вибрационных состояний для машин различных классов Класс механизма определяется по следующим критериям:

Класс 1 – Отдельные механизмы или агрегаты с мощностью привода до кВт, работающие в нормальных условиях эксплуатации.

Класс 2 – Машины или агрегаты средних размеров с мощностью привода от 15 до 75 кВт.

Класс 3 – Мощные двигатели с вращающимся ротором на массивных фундаментах, жестких в направлении проведения замеров.

Класс 4 – Механизмы, двигатели или агрегаты мощностью более 10 МВт [33].

Значения уровня вибрации определяют границы зон вибрационных состояний, соответствующие возможности неограниченной (зона А), допустимой (зона В), ограниченно допустимой (зона С) и недопустимой (зона D) эксплуатации механизма [33].

Парк вентиляционного оборудования в Уренгойском газопромысловом управлении ООО «Газпром добыча Уренгой» включает 16 различных марок вентиляторов, общее количество которого составляет около 4 тыс. шт. Согласно ГОСТ 10816-1-97 данные вентиляторы классифицируются на два класса (1 и 2), в зависимости от мощности привода, с соответствующими допустимыми СКЗ виброскорости для каждой зоны вибрационного состояния.

Согласно ГОСТ 31350-2007 [52] классификация для вентиляционного оборудования предусматривает всего 2 группы (BV-3, BV-4) для обширного парка применяемого вентиляционного оборудования промысла в зависимости от мощности привода:

предъявляемым требованиям, позволяющие перейти к обслуживанию по состоянию на УКПГ, и не обладает достаточной степенью индивидуализации нормируемых значений параметров вибрации для различных механизмов одного класса, поэтому возникает необходимость разграничить различные механизмы одного класса, сгруппировав их по основным признакам.

Для этого установлены СКЗ виброскорости, определяющие границы зон вибрационных состояний (А, В, С, D) для каждой марки вентилятора, эксплуатируемые на УКПГ.

оборудования определяется по критерию 2, описанному в ГОСТ ИСО 10816-1- [33].

Критерий 2 основан на сравнении полученных значений виброскорости с предварительно установленными нормативами для данной марки механизма в нормальном режиме эксплуатации.

Значительное увеличение или уменьшение уровня вибрации может потребовать определенных действий даже если значение границы С еще не достигнуто (таблица 2.1) [33].

При определении уровня вибрации следует проводить замеры при одних и тех же положениях, ориентациях преобразователя вибрации, в одинаковых условиях, режиме работы механизма и точках замера. Определяющим фактором является наличие значительных изменений, которое предупреждает о возникновении опасной ситуации, значение которого установлено соответствующими стандартами и рекомендациями завода-изготовителя. Кроме того, не следует забывать о спектральных составляющих вибросигнала и возможном превышении в узкополосной составляющей.

По этой причине произведен анализ уровня вибрации значительного числа вентиляционного оборудования различных марок. Произведены замеры СКЗ виброскорости подшипниковых опор вентиляторов в горизонтальных, вертикальных и осевых направлениях, результаты которого приведены в приложении Б.

По полученным данным произведен расчет среднего арифметического значения уровня вибрации для определенных точек измерений и частотных полос вентиляторов УКПГ:

где vi – уровни вибрации i-го измерения, мм/с; n – число измерений [16].

Параметры вибрации, как правило, подчиняются нормальному закону распределения. Исходя из этого, корень квадратный из дисперсии вычисляется по формуле [16]:

Верхние границы зон вибрационных состояний А, В и С соответственно принимаются [16]:

Значения четырех зон вибрационных состоянии приведены в таблице 2.2.

Таблица 2.2 – Определение границ зон вибрационных состояний для вентиляционного оборудования на УКПГ Допустимые значения виброскорости четырех зон вибрационных состояний для каждой марки вентилятора на УКПГ позволяют индивидуализировать критерии диагностирования вентиляционного оборудования, тем самым обеспечив обнаружение дефектов на более ранних стадиях их развития.

Полученные данные позволили установить зависимость допустимого значения виброскорости зон вибрационных состояний от приведенного мощностного диапазона привода вентилятора (рисунок 2.5).

Для других марок вентиляторов определение значений границ зон вибрационных состояний А, В, С, D производится по приведенному мощностному диапазону привода вентилятора, который определен исходя из имеющегося в наличии на УКПГ вентиляционного оборудования. При установке вентилятора другой марки, отличного от применяемого, граничные значения зон вибрационных состояний определяются в зависимости от подходящего диапазона мощности. Например, для диапазона мощности N = 0,180,25 кН граничные значения виброскорости для зон вибрационных состояний составляют: А 0, мм/с; В 0,89 мм/с; С 1,36 мм/с; D 1,36 мм/с.

Рисунок 2.5 – Гистограмма определения границ СКЗ виброскорости зон вибрационных состояний А, В, С и D по мощности привода вентилятора 2.2.3 Статистика отказов и ремонтов роторного оборудования Как показала практика эксплуатации вентиляционного оборудования на УКПГ ООО «Газпром Добыча Уренгой», по причине повышенного уровня вибрации [52] (основной причиной которого является дисбаланс рабочего колеса) приходится 60-75% отказов, а на долю подшипниковых узлов – 30% отказов (рисунок 2.5) [21, 124]. На долю отказов центробежных насосов (составляющее более 50% от общего парка насосного оборудования) по причине повышенной вибрации приходится 38-45% всех отказов [24].

Уровень вибрации при работе насосных агрегатов в значительной степени зависит от соосности осей валов, то есть от их центровки.

По данным фирмы Fixtur-Lazer (Швеция), расцентровка валов в 49% случаях является причиной преждевременных отказов механизмов, а для насосного оборудования составляет до 60% [119].

Несоосность валов насосных агрегатов – одна из наиболее часто встречающихся дефектов, которая является основной причиной возникновения повышенного уровня вибрации.

Повышенная вибрация сказывается на ТС торцевых уплотнений и подшипников. Отказы этих узлов составляют 40-53% от всех отказов насосов [67].

В связи с данным распределением отказов вопросы диагностирования состояния вращающихся частей и подшипниковых узлов роторного оборудования становятся очень актуальными.

Следует, что вибродиагностирование оборудования, включая анализ ударных импульсов (для определения состояния подшипников), позволяет предотвратить 90% отказов вентиляционного оборудования и 85% отказов насосного оборудования (рисунок 2.6) [20].

Следует обратить внимание, что в процессе работы механизма возникают эксплуатационные факторы (вибрация, дисбаланс, расцентровка валов и т.д.), которые, как правило, приводят к отказу того или иного узла механизма.

Статистика ремонтов (рисунок 2.7), как конечный результат причины отказа механизма, отличается от первопричин, вызвавших выход из строя данного узла.

Расцентровка насосного агрегата является причиной повышенного уровня вибрации, и соответственно, ведет к повышенной нагрузке на подшипниковые узлы и детали механизма, которая может привести в конечном итоге к преждевременному износу подшипников, муфты, частичной потери функциональности торцевых уплотнений и т.д.

Рисунок 2.6 – Распределение отказов роторного оборудования Статистика по ремонту деталей и узлов насосных агрегатов марки НК 210/200 за последние 8 лет показала закономерность, представленную на рисунке 2.7. Можно видеть, что основная доля ремонтов, соответственно отказов, приходится на подшипниковые узлы (23%) и уплотнения (38%) [67].

Рисунок 2.7 – Статистика по ремонту деталей и узлов насосных агрегатов марки НК 210/ Сосредоточив основное внимание на первоисточнике причин, приводящих в конечном итоге к выходу из строя узлов, и соответственно, механизма в целом, был проведен детальный анализ каждого из основных видов отказов насосного и вентиляционного оборудования, определены причины, вызвавшие выход их из строя, и исходя уже из этого обозначено направление диагностирования различных ТС механизма в ЭС.

2.3 Мониторинг технического состояния механизма и подшипника 2.3.1 Применяемые приборы диагностирования для сбора данных Первый этап внедрения системы ОФС в ООО «Газпром добыча Уренгой»

включала в себя внешний осмотр и контроль на предмет обнаружения дефектов и повреждений, которые могли возникнуть при транспортировке, монтаже и приработке механизма, а также сбор и анализ параметров вибрации (СКЗ виброскорости) для оценки общего состояния механизма.

В совокупности это позволяет контролировать ТС механизма по вибропараметрам, а наблюдение за изменением отклонений указанных параметров в динамике и принятие по ним действий – как мониторинг развития неисправностей [9, 111].

Первые шаги по внедрению системы ОФС были сделаны в 2006 году, с приобретением анализатора ударных импульсов SРМ А 2011 (рисунок 2.8) [84] для измерения ударных импульсов и виброскорости подшипниковых узлов насосного оборудования перекачки конденсата на установке комплексной подготовки газа № 11В (УКПГ-11В) [111].

Затем был приобретен более современный диагностический прибор Leonova Infinity [83] (рисунок 2.9), спектр возможностей которого шире предыдущего аналога. Прибор позволяет производить следующие замеры [83, 130]:

– температура, скорость вращения, альтернативные измерения (поток, давление, уровень, напряжение, сила тока и пр.);

– интенсивность вибрации по ISO 2372 [132], интенсивность вибрации по ГОСТ 10816 [33], спектральный анализ вибрации, двухканальные измерения вибрации;

– уровень ударных импульсов, спектральный анализ ударных импульсов, тест на удар;

– однополосная и двухплоскостная балансировка, лазерная центровка горизонтальных и вертикальных валов, анализ орбит;

– сбор данных и хранение результатов в памяти прибора и передача в компьютер для анализа и систематизации результатов.

Рисунок 2.8 – Анализатор ударных импульсов SPM А Рисунок 2.9 – Анализатор Leonova Infinity 2.3.2 Техническая реализация системы мониторинга технологического оборудования [36]:

– мобильная, посредством переносных анализаторов (например Leonova Infinity), при котором осуществляется периодическое диагностирование по заданному маршруту измерений механизмов в предварительно обозначенных точках;

непосредственно на корпусе механизма.

На рисунке 2.10 представлен датчик ударных импульсов стационарного типа, установка которого непосредственно на корпусе (как можно ближе к контролируемому подшипнику) позволяет вести непрерывный контроль ТС механизма. Крепление датчика производиться посредством резьбового крепления головки датчика к корпусу с отверстием.

Рисунок 2.10 – Датчик ударных импульсов SPM Отличительной особенностью стационарной установки датчиков является непрерывный мониторинг ТС механизма, подшипника и его узлов, т.е. контроль параметров в любой момент времени (рисунок 2.11).

производится только при снятии регистрируемых параметров, периодичность которых определяется в зависимости от ответственности, количества оборудования, возможностей предприятия по обеспечению кадрового состава и количества мобильных анализаторов. Мобильная система обходится значительно дешевле, т.к. отсутствует необходимость закупки большого числа датчиков на каждую единицу оборудования с кабелями и монтажа аппаратуры.

Рисунок 2.11 – Особенности по конструктивной установке датчиков на диагностируемом оборудовании Для проведения исследований были использованы традиционные места крепления датчиков измерительных приборов на подшипниковых узлах насосного оборудования, а также смонтированы дополнительные места (рисунок 2.12, 2.13).

К приборам диагностирования Рисунок 2.12 - Принципиальная схема подключения датчиков измерения ударных импульсов и виброскорости подшипниковых узлов Рисунок 2.13 – Места стационарной установки датчиков анализатора SPM А 2011 на насосном агрегате марки ГДМ 2.4 Выводы по главе 1 Для реализации системы ОФС в производственных условиях разработан алгоритм диагностирования, где ключевым этапом является анализ данных, определяющий возможность дальнейшей эксплуатации, либо объем и характер необходимого ремонтного вмешательства.

2 Разработана экспертная система на языке программирования «Delphi», позволяющая диагностировать роторное оборудование и подшипники в режиме реального времени, производить анализ данных, и выдавать техническое заключение о фактическом состоянии механизма и прогнозируемый остаточный ресурс, которое является обоснованием возможности дальнейшей эксплуатации механизма, либо необходимости проведения ТО.

Набор различных методов диагностирования в ЭС позволяет оценить степень обнаружения неисправностей: для насосного оборудования составляет 85%, для вентиляционного 90%.

вибрационных состояний (А – хорошее, В – нормальное, С – удовлетворительное, D – неудовлетворительное) для каждой марки вентилятора, эксплуатируемые на УКПГ. Это позволяют индивидуализировать критерии диагностирования вентиляционного оборудования каждой марки, тем самым обеспечив обнаружение дефектов на более ранних стадиях их развития.

применяемый парк вентиляционного оборудования УКПГ, и для других марок вентиляторов определение значений границ зон вибрационных состояний А, В, С, D производится по приведенным мощностным диапазонам привода вентилятора.

3 ДИАГНОСТИРОВАНИЕ ДЕФЕКТОВ АГАРЕГАТА

вибродиагностировании роторного оборудования УКПГ, предложенные В.А.

Русовым [105, 106], реализованы в ЭС. Согласно предложенной классификации дефекты условно разделены по причине происхождения на три категории неисправностей: агрегата, механизма и подшипника.

К категории неисправностей насосного и вентиляционного оборудования относятся дефекты всего агрегата, такие как:

- правильность монтажа;

- центровка валов;

- ослабление креплений механизма и всего агрегата к фундаменту;

- правильность выставки опор;

- установка муфт;

- целостность фундамента.

Агрегат рассматривается как целая функционирующая система без учета характера взаимодействия его отдельных деталей и узлов. Разработка общих принципов диагностирования для каждой категории неисправностей позволяет упростить процесс поиска дефектов.

3.1 Анализ соосности валов агрегатов в производственных условиях Расцентровка является частой и распространенной причиной повышенного уровня вибрации насосных агрегатов. Согласно исследованиям фирмы FixturLazer (Швеция) в 60% случаях причиной отказа и преждевременного наступления предельного состояния насосного оборудования является значительная вибрация вследствие некачественной центровки и недопустимого значения параллельной и угловой расцентровки валов, а для машинного оборудования доля отказов по этой причине составляет 49% [119].

Проведенные исследования лабораторией вибродиагностики Октябрьского филиала УГНТУ показали, что 90% из всех насосных агрегатов эксплуатируются с неудовлетворительным значением параллельной расцентровки валов, превышающий 0,1мм [115].

По этой причине вопрос диагностирования и предотвращения расцентровки валов машинных агрегатов является актуальной проблемой эксплуатирующих организаций.

Расцентровка валов диагностируется следующими основными методами [119]:

- прямыми измерениями значений параллельного смещения и углового излома валов с использованием специализированных приборов;

- вибродиагностированием, т.е. оценка по вибропараметрам механизма;

- по температуре деталей механизма (согласно исследованиям фирмы Fixture-Lazer (Швеция), увеличение параллельной расцентровки валов механизма мощностью 2 кВт на 0,025 мм приводит к повышению температуры деталей на 10 С) [115];

- косвенно (например, по повышенному расходу масла через уплотнения).

Наиболее точным методом является непосредственный, путем прямого замера степени расцентровки валов, но и наиболее трудоемким, т.к. требует остановки механизма, монтажа специализированного оборудования и проведения замеров.

Применение других способов определяется степенью достоверности получаемого результата, наибольшее распространение из которых получил контроль расцентровки по уровню вибрации. Существующие диагностические признаки, отраженные в работах А.С. Гольдина и В.А. Русова, носят обобщенный характер и требуют специальных исследований [32, 105, 106].

Проведенные исследования насосных агрегатов на ГКП-1А методом прямого замера показали, что, как правило, СКЗ виброскорости корпусных деталей не превышал допустимого порога, установленным согласно ГОСТ (таблица 2.1) для первого (0,71 мм/с) и второго класса (1,12 мм/с) механизмов [33]. При этом большинство энергомеханического оборудования, применяемого на УКПГ, является оборудованием только первого и реже второго класса. При проверках центровки валов лазерным центровщиком «Fixture-Lazer» [85] у 70% насосов наблюдалось превышение допустимого значения радиальной и угловой расцентровки валов, согласно нормам, предложенным М.Л. Каминским (таблица 3.1) [70].

Таблица 3.1 – Регламентируемые величины допускаемой параллельной ресцентровки валов агрегатов Скорость Допускаемые отклонения центровки по полумуфтам, мм (при вращения диаметре муфты до 500) вала, мин-1 Муфта жесткая Муфта упругая пальцевая Муфта зубчатая Данные нормативные значения регламентируемых величин допускаемых ресцентровок валов агрегатов заложены шведской фирмой Fixture-Lazer в приборе лазерной центровки (рисунок 3.1).

Рисунок 3.1 – Лазерная центровка валов насосных агрегатов прибором Fixture-Lazer Процедура проведения центровки заключается в установке лазерных датчиков на центрируемых валах агрегата, и путем последовательного вращения через каждые 1200 определения величины параллельного смещения и углового излома осей валов в каждом из положений. Результат анализа данных выводится на мониторе прибора в виде информации о присутствии степени параллельной и угловой расцентровки валов, а также рекомендаций по необходимости перемещения в заданной плоскости электродвигателя на необходимую величину [85].

Для различных насосных агрегатов марки ВВН-12М [89] на ГКП-№1А ООО «Газпром добыча Уренгой» (зав.№3117, 3247, 3562, 3022) были проведены исследования влияния различной степени угловой и параллельной расцентровки валов на уровень вибрации (СКЗ виброскорости) механизма.

Имитация расцентровки производилась при помощи установленных на лапах электродвигателя регуляторов пространственного перемещения в горизонтальной и вертикальной плоскости (рисунок 3.2).

Рисунок 3.2 – Модель электродвигателя с регуляторами пространственного перемещения Регуляторы пространственного перемещения были реализованы на насосных агрегатах марки ВВН-12М (рисунок 3.3, 3.4).

Рисунок 3.3 – Практическая реализация модели на базе насосного агрегата марки ВВН-12М Рисунок 3.4 – Регулируемая опора электродвигателя насосного агрегата марки ВВН-12М предложений, которые приняты к использованию на газоконденсатном промысле №1А ООО «Газпром добыча Уренгой», под наименованиями «Упрощение процесса центровки валов насосных агрегатов путем установки регуляторов перемещения электродвигателя в горизонтальной плоскости» и «Регулируемая опора электродвигателя для центровки насосных агрегатов» (приложение А).

(горизонтальном, вертикальном, осевом) в двух точках насосного агрегата. Было установлено, что точка замера, расположенная ближе к муфте, является наиболее восприимчивой к параллельной и угловой расцентровке валов, поэтому для расчетов приняты результаты замера только данной точки в горизонтальном направлении, т.к. уровень вибрации [33] подразумевает максимальное значение из трех направлений замеров (приложение В).

Проведенные эмпирические (экспериментальные) исследования позволили установить функциональные зависимости [76] СКЗ виброскорости насосных агрегатов марки ВВН-12М от величины параллельной (S, мм) и угловой (a, град) расцентровки валов.

Методом наименьших квадратов [65] получены эмпирические формулы, дающие аналитическое выражение функциональной зависимости между где V – СКЗ виброскорости, мм/с; S – величины параллельной расцентровки, мм; a – величины угловой расцентровки, град.

Согласно методу вид аппроксимации и коэффициенты эмпирической формулы определяются в зависимости от суммы квадратов отклонений экспериментальных значений (VЭ1, VЭ2,….VЭn) от расчетных (VР1, VР2,….VРn), которое должно быть минимальным [76]:

Геометрически задача сводится к построению по эмпирической формуле кривой, расположенной максимально близко к опытным результатам. Линия тренда позволяет графически отобразить тенденцию данных и прогнозировать их дальнейшее изменение. Подобный анализ называется также регрессионным анализом [65].

Степень близости линии тренда к практическим точкам полученных результатов определяется величиной достоверности (точности) аппроксимации где yxi – значения результатов эмпирических замеров; yi – значения результатов теоретической (аппроксимированной) кривой; – математическое ожидание.

Линия тренда наиболее соответствует действительности, когда значение R стремится к единице.

Существует шесть различных видов линий тренда, выбор которого определяется типом данных: линейная, логарифмическая, полиномиальная, степенная, экспоненциальная, скользящая средняя [120].

Линейная аппроксимация – это прямая линия, которая применяется в наиболее простых случаях, когда точки прямой расположены близко к прямой.

При этом наблюдается, как правило, увеличение или уменьшение величины с постоянной скоростью [138].

Линейная аппроксимация функциональной зависимости СКЗ виброскорости от значения параллельной расцентровки валов позволила получить эмпирическую Величина достоверности аппроксимации R2 = 0,919.

Рисунок 3.5 – Линейная аппроксимация функциональной зависимости СКЗ виброскорости от значения параллельной расцентровки валов насосного агрегата марки ВВН-12М Экспоненциальная аппроксимация полезна при непрерывном возрастании скорости изменения данных. Для данных с нулевыми или отрицательными значениями данный вид приближения неприменим [120].

Экспоненциальная аппроксимация выражена зависимостью:

Величина достоверности аппроксимации R2 = 0,965 (рисунок 3.6).

Рисунок 3.6 – Экспоненциальная аппроксимация эмпирической зависимости СКЗ виброскорости от значения параллельной расцентровки валов насосного агрегата марки ВВН-12М Полиномиальная аппроксимация используется для попеременно возрастающих или убывающих величин, например, для анализа нестабильных значений функции. Степень полинома определяется количеством экстремумов (максимумов и минимумов) кривой. В данном случае использован полином второй степени для описания одного максимума или минимума [120].

В результате проведенной аппроксимаций различными методами из шести способов наиболее приближенную зависимость позволила получить полиномиальная (рисунок 3.7):

Величина достоверности аппроксимации R2 = 0,973.

Полученная эмпирическая зависимость для насосного агрегата марки ВВНМ позволила установить норму параллельной расцентровки валов S = 0,2 мм, согласно норме виброскорости V = 1,12 мм/с для насосного агрегата 2 класса по ГОСТ 10816 [33].

Для данного насосного агрегата с упругой пальцевой муфтой и частотой вращения вала 2950 мин-1 в соответствии с таблицей 3.1 норма параллельной расцентровки составляет 0,06 мм.

Рисунок 3.7 – Полиномиальная аппроксимация эмпирической зависимости СКЗ виброскорости от значения параллельной расцентровки валов насосного агрегата марки ВВН-12М Для функциональной зависимости СКЗ виброскорости от значения угловой расцентровки для насосного агрегата марки ВВН-12М аналогичным образом были проведены следующие виды аппроксимаций:

– экспоненциальная (рисунок 3.9): V = 0,48e3,11a, R2 = 0,917; (3.8) – полиномиальная (рисунок 3.10): V = 3,14a2 + 1,88a + 0,47, R2 = 0,984. (3.9) Рисунок 3.8 – Линейная аппроксимация эмпирической зависимости СКЗ виброскорости от значения угловой расцентровки валов насосного агрегата марки ВВН-12М Рисунок 3.9 – Экспоненциальная аппроксимация эмпирической зависимости СКЗ виброскорости от значения угловой расцентровки валов насосного агрегата марки ВВН-12М Рисунок 3.10 – Полиномиальная аппроксимация эмпирической зависимости СКЗ виброскорости от значения угловой расцентровки валов насосного агрегата марки ВВН-12М Наибольшая степень достоверности получена при полиномиальной аппроксимации.

Для насосного агрегата марки ВВН-12М установлена норма угловой расцентровки валов а = 0,120, исходя их нормы виброскорости V=1,12 мм/с для насосного агрегата 2 класса по ГОСТ 10816.

Установленные в результате полиномиальной аппроксимации эмпирические зависимости позволяют в ЭС по значению СКЗ виброскорости корпусных деталей механизма в процессе эксплуатации определить степень параллельной и угловой расцентровки валов для насосного агрегата марки ВВН-12М.

3.2 Методы диагностирования расцентровки в экспертной системе В ЭС было реализовано два способа ТД расцентровки валов насосных агрегатов [105]:

по СКЗ виброскорости подшипниковых опор (рисунок 3.11 поз. 3);

- по спектру вибрации (рисунок 3.11 поз. 4).

Рисунок 3.11 – Окно программы ЭС для диагностирования насосного агрегата (поз.1 – отчет по диагностике; поз.2 – диагностирование дисбаланса ротора; поз.3 – диагностирование расцентровки по СКЗ виброскорости; поз.4 – диагностирование расцентровки по спектру вибрации; поз.5 – диагностирование состояния рабочего колеса) Диагностирование расцентровки валов в ЭС насосного агрегата производится согласно разработанным диагностическим правилам.

Для проведения диагностирования необходимо произвести замер виброскорости в различных направлениях (горизонтальном, вертикальном, осевом) в четырех точках агрегата (рисунок 3.12). Несмотря на трудоемкость и необходимость сбора большого количества данных, способ имеет высокую практическую эффективность и достоверность. Нормы СКЗ виброскорости определяются в зависимости от заданного класса вибрации механизма, согласно установленным нормам виброскорости для зон вибрационных состояний механизма (A,B,C,D) [33].

Рисунок 3.12 – Окно программы ЭС диагностирования расцентровки валов насосного агрегата по СКЗ виброскорости Алгоритм диагностирования расцентровки по СКЗ виброскорости механизма представлен на рисунке 3.13, согласно которому возможны шесть основных вариаций расцентровки валов:

1 Отсутствие расцентровки;

2 Горизонтальная расцентровка;

3 Горизонтальная расцентровка с изломом оси;

4 Вертикальная расцентровка;

5 Вертикальная расцентровка с изломом оси;

6 Комбинированная расцентровка.

Исходными данными для работы диагностического правила являются значения СКЗ виброскорости в четырех точках насосного агрегата (например подшипниковые опоры насосного агрегата), в трех направлениях: поперечном (П1, П2, П3), вертикальном (В1, В2, В3) и осевом (О1, О2, О3).

Присутствие расцентровки определяется исходя из условия превышения 0, (40%) значения отношения среднего арифметического максимальных значений виброскорости в точках замера на норму виброскорости для данного класса где Р=(мах(СКЗ:1В,П)+мах(СКЗ:2В,П)+мах(СКЗ:3В,П)+мах(СКЗ:4В,П)/4/СКЗнорм;

СКЗ:1В – СКЗ виброскорости в точке №1; СКЗнорм - норма виброскорости для данного класса оборудования.

Описание алгоритма и реализация на языке программирования «Delphi»

приведена в приложении Г.

Рисунок 3.13 – Алгоритм работы диагностического правила определения расцентровки по СКЗ виброскорости Результат диагностирования расцентровки по СКЗ виброскорости для насосного агрегата марки НК-12/40 [90] отображен на рисунке 3.12.

Второй способ диагностирования расцентровки в ЭС – по спектру вибрации (рисунок 3.11, поз. №4). Диагностическое правило базируется на контроле спектра вибрации в двух точках рядом с муфтой. Алгоритм диагностирования расцентровки по спектру вибросигнала представлен на рисунке 3.14.

Аналогичным образом диагностируется расцентровка при превышении 0, (40%) отношения максимальной второй оборотной гармоники в точках замера к норме виброскорости для данного класса механизма [105]:

Р3 = Мax(Мax(2Г:1В,П); Мax(2Г:2В; П))/СКЗнорма 0,4 (3.11) Далее определяется вид расцентровки согласно условиям, приведенным в алгоритме. Реализация диагностического правила на языке программирования «Delphi» приведена в приложении Д.

Рисунок 3.14 – Алгоритм диагностирования расцентровки по спектру вибросигнала Разработка и использование данных правил позволяет успешно диагностировать расцентровку по уровню вибрации двумя основными способами.

Для распознавания других видов дефектов роторного оборудования в ЭС (механические ослабления корпуса, элементов на валу, креплений к фундаменту, нарушение целостности фундамента) использованы предложенные В.А. Русовым [105, 106] диагностические правила оценки степени присутствия дефектов.

3.3 Выводы по главе 1 Расцентровка является основной причиной повышенной вибрации насосных агрегатов, которая приводит к преждевременному износу элементов механизма и выходу его из строя. На ГКП-1А у 70% насосных агрегатов наблюдалось превышение допустимого значения радиальной и угловой расцентровки валов. Поэтому обнаружение и устранение расцентровки валов агрегатов роторного типа являются важными задачами эксплуатирующих предприятий.

2 Установлены эмпирические зависимости параметров вибрации от изменения значения параллельной и угловой расцентровки валов насосного агрегата марки ВВН-12М. Это позволяет определить по параметрам вибрации насоса в процессе эксплуатации объем необходимого ремонтного вмешательства по устранению радиальной и угловой расцентровки валов.

3 Впервые установлено допустимое значение углового (0,120) излома и скорректирована допустимая величина параллельного (0,2 мм) смещения осей валов для насосного агрегата марки ВВН-12М, исходя их нормы виброскорости V=1,12 мм/с для механизмов 2 класса по ГОСТ 10816.

При проведении центровочных работ это позволяет определить допустимую степень расцентровки валов при котором возможна дальнейшая безаварийная эксплуатация насосного агрегата марки ВВН-12М.

4 ДИАГНОСТИРОВАНИЕ ДЕФЕКТОВ МЕХАНИЗМА

Диагностирование дефектов на уровне механизма предполагает обнаружение проблем деталей механизма, например дефектов рабочего колеса (дисбаланс, повреждение, сколы), искривления вала, повреждение муфты, кавитация и т.д., кроме дефектов подшипников [105].

Подшипниковый узел определяет эксплуатационные показатели роторных механизмов, и, как правило, лимитирует его ресурс. Поскольку практически все повреждения подшипников непременно ведут к аварийному входу из строя механизма в целом, и соответственно, к экономическим потерям, поэтому мониторинг состояния подшипников является основным и наиболее важным аспектом работ по диагностированию состояния роторного оборудования. В связи с этим диагностированию подшипниковых узлов посвящена отдельная глава, в которой детально проработана методика диагностирования, с позиции обособленно функционирующей сложноустроенной детали насосного и вентиляционного оборудования.

4.1 Диагностирование дисбаланса Надежность большинства механического оборудования напрямую определяется состоянием вращающихся узлов и деталей, испытывающих высокие динамические нагрузки и подверженные наибольшему износу. Наличие на вращающейся детали неуравновешенных масс называется дисбалансом [40], который является наиболее распространённым видом дефекта и приводит к значительному повышению уровня вибрации [33]. Это приводит к резкому возрастанию динамической нагрузки на подшипниковые опоры, изменению режима работы механизма, повреждению и ускоренному разрушению деталей и узлов.

Как показывает практика эксплуатации вентиляционного оборудования в ООО «Газпром добыча Уренгой», от 60 до 75% отказов происходит по причине повышенного уровня вибрации, которое является следствием присутствия дисбаланса (рисунок 4.1) [21, 124].

Проблема обнаружения и диагностики наличия дисбаланса механизма в процессе эксплуатации и своевременное проведение регулировочных и вибродиагностики на предприятии.

Рисунок 4.1 – Основные причины отказов вентиляционного оборудования в ООО «Газпром добыча Уренгой»

Несбалансированные массы с каждым оборотом ротора создают одно циклическое силовое воздействие на опору, поэтому частота события будет равняться собственной частоте вращении вала, либо кратно ему [32].

Дисбаланс может возникнуть под влиянием условий эксплуатации, конструктивных особенностей, а также множества различных причин, многообразие которых можно классифицировать на следующие основные группы [105]:

– заводской дефект изготовления вала и ротора, недостаточный выходной контроль на заводе и входной на эксплуатирующем предприятии;

– дефекты неудовлетворительных условий хранения, перевозки;

– дефекты монтажа, сборки, установки, некачественный ремонт;

– дефект повреждения ротора (сломы, сколы, изгибы и т.д.);

процесса и т.д., которые могут вызвать локальные тепловые расширения материала конструкции.

Дисбаланс по условиям происхождения и характеру проявления в вибросигнале подразделяется на статический и динамический [105].

Основные признаки наличия дисбаланса в роторном механизме следующие [105]:

допустимого значения для данного класса оборудования амплитудного значения гармоники на оборотной частоте вращения вала;

– значения амплитуд гармоник и субгармоник на других частотах, отличных от оборотной, как правило, меньше в 2-5 раза. Если сравнивать распределение мощности вибросигнала по частоте, то не менее 60% сосредоточено в гармонике на оборотной частоте. Данное диагностическое правило использовано при диагностировании дисбаланса. Подобное распределение гармонического состава вибросигнала в спектре характерно во всех радиальных направлениях проведения замеров: горизонтальном и вертикальном;

– отношение амплитуд гармоник на обротных частотах в горизонтальных и вертикальных направлениях находится в диапазоне 0,7 1,2, т.е. колебание распространяется во всех направлениях, причем с большим вкладом в горизонтальном направлении. В осевом направлении значение вибрации, как правило, меньше других направлений измерений.

– в зависимости от расположения неуравновешенных масс ротора относительно подшипниковых опор дисбаланс может проявляться на обеих При отсутствии влияния других факторов вибросигнал от дисбаланса практически не связан с режим работы механизма.

Присутствие дисбаланса приводит к усилению других видов дефектов механизма, и можно заметить, что при балансировке их вклад в спектральную составляющую снижается. Исчезновение или появление вибрации от дисбаланса приводит к увеличению или уменьшению составляющих вибросигнала, вызванных другими причинами, поэтому необходимо проводить спектральный анализ для точности определения текущего ТС механизма и причины дефектного состояния [105].

4.1.1 Статический дисбаланс Это наиболее постой вид дисбаланса и легко распознаваемый без необходимости применения специализированного оборудования и инструмента.



Pages:   || 2 | 3 |
 
Похожие работы:

«ФИЛАТОВ Александр Николаевич РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ И МОДЕЛЕЙ ПАРАЛЛЕЛЬНОГО НИСХОДЯЩЕГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЙ ТЕХНИКИ В ЕДИНОМ ИНФОРМАЦИОННОМ ПРОСТРАНСТВЕ ПРЕДПРИЯТИЯ...»

«Чигиринский Юлий Львович ОБЕСПЕЧЕНИЕ ТОЧНОСТИ И КАЧЕСТВА ПОВЕРХНОСТЕЙ ПРИ МНОГОПЕРЕХОДНОЙ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ НА ОСНОВЕ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ И МАТЕМАТИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ПРОЕКТИРУЮЩЕЙ ПОДСИСТЕМЫ САПР ТП 05.02.08 – Технология машиностроения 05.13.06 – Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (в машиностроении) диссертация на...»

«ГОРЕЛКИН Иван Михайлович РАЗРАБОТКА И ОБОСНОВАНИЕ СПОСОБОВ ПОВЫШЕНИЯ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ НАСОСНОГО ОБОРУДОВАНИЯ КОМПЛЕКСОВ ШАХТНОГО ВОДООТЛИВА Специальность 05.05.06 – Горные машины Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук Научный руководитель...»

«Кикин Андрей Борисович РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ДЛЯ СТРУКТУРНОКИНЕМАТИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ РЫЧАЖНЫХ МЕХАНИЗМОВ МАШИН ЛЕГКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ Специальность 05.02.13 - Машины, агрегаты и процессы (легкая промышленность) Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук V ;г, 7 Г.^ТЗ ~ \ Научный консультант ^' '^-^•'-^зн(-,1\^/1\. 1 и1'^А, 5 д.т.н. проф. Э.Е. Пейсах „, Наук Санкт-Петербург...»

«Карапузова Марина Владимировна УДК 621.65 ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУИРОВАНИЯ КОМБИНИРОВАННОГО ПОДВОДА ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА Специальность 05.05.17 – гидравлические машины и гидропневмоагрегаты Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук Научный руководитель Евтушенко Анатолий Александрович канд. техн. наук, профессор Сумы – СОДЕРЖАНИЕ ПЕРЕЧЕНЬ...»

«УДК 622.673.4:621.625 Васильев Владимир Иванович ОБОСНОВАНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ ДИНАМИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНОГО ТОРМОЖЕНИЯ ШАХТНЫХ ПОДЪЕМНЫХ УСТАНОВОК Специальность 05.02.09 – динамика и прочность машин Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук Научный руководитель – доктор технических наук, профессор В. М. Чермалых Киев - СОДЕРЖАНИЕ...»

«Горбунов Сергей Андреевич ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ И РАЗРАБОТКА ВЫСОКОНАГРУЖЕННЫХ, АДАПТИВНЫХ, РАДИАЛЬНОВИХРЕВЫХ ПРЯМОТОЧНЫХ ВЕНТИЛЯТОРОВ МЕСТНОГО ПРОВЕТРИВАНИЯ Специальность 05.05.06 – Горные машины Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук Научный руководитель – доктор технических наук Макаров Владимир Николаевич Екатеринбург – 2014 2 СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ.. 1. Анализ состояния, проблемы и критерии...»

«Викулов Станислав Викторович МЕТОДЫ ПОСТРОЕНИЯ АЛГОРИТМОВ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ СУДОВЫХ ДИЗЕЛЕЙ НА ОСНОВЕ СИСТЕМНОГО ПОДХОДА Специальность 05.08.05. – Судовые энергетические установки и их элементы (главные и вспомогательные) ДИССЕРТАЦИЯ на соискание учёной степени доктора технических наук Научный консультант : доктор...»






 
© 2013 www.diss.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Авторефераты, Диссертации, Монографии, Методички, учебные программы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.