Техническа диагностика

МашиниСтатииСп. Инженеринг ревю - брой 6, 2010

Техническа диагностикаТехническа диагностика

Приложения на вибродиагностиката за мониторинг на технически системи

    В предходни броеве на сп. Инженеринг ревю ви запознахме с определението и основните задачи на техническата диагностика на машините и с методите на вибродиагностиката.
В настоящия брой на списанието продължаваме темата с приложението на вибродиагностиката за периодичното или непрекъснато наблюдение (мониторинг) на състоянието на сложни технически системи.
Техническото обслужване на промишленото оборудване обикновено се извършва по време на експлоатацията при получаване на неизправност или планово-профилактично обслужване по календарни срокове или по ресурс. За повишаване на качеството и надеждността на машините много фирми използват средствата на техническата диагностика и преминават към техническо обслужване по състояние - мониторинг и диагностика.
Мониторингът на състоянието на една машина се състои в периодичен контрол на вибрациите в определени контролни точки на системата - on-line или off-line. Системите за мониторинг и вибродиагностика условно могат да се разделят на четири групи в зависимост от степента на сложност, използваната апаратура и програмното осигуряване.

Елементарна система за мониторинг на механичните трептения
може да се реализира чрез комбинация от преносим виброметър и стробоскоп. Виброметърът се използва за измерване на параметрите на общите вибрации (преместване, скорост и ускорение) в стандартните честотни диапазони. При наличие на филтри за настройка в диапазоните на ниски и високи честоти, този уред може да измерва вибрации и в други честотни диапазони. Стробоскопът измерва честотата на въртене на вала на машината и относителното преместване на детайлите, а също отчита и неравномерността на въртене на ротора. Желателно е към виброметъра да се включват слушалки и регистрираща апаратура - осцилограф и анализатор.
Характерно за тази система е, че подготовката на персонала за осъществяване на виброконтрол е сравнително кратка. За сметка на това откриването на отклонения от нормалната работа на машината се осъществява само при съществени неизправности, които трудно се идентифицират по резултатите от виброконтрола. За определяне на причините за увеличаване на вибрациите е възможно да се анализират законите за изменение на няколко параметъра на вибрацията, резултатите от измерването им в различни честотни диапазони и в различни контролни точки, но за това се необходими опитни специалисти.

Оперативна система за мониторинг на вибрациите
се реализира с преносими портативни анализатори. Такива уреди се предлагат от известни фирми-производители на измервателна апаратура. Анализаторът обикновено разполага и с вграден датчик за оборотите на вала.
За решаване на задачите на вибродиагностиката подобни уреди извършват анализ на спектъра на вибрациите на мястото на експлоатация на обекта, веднага правят оценка на техническото състояние на лагерите и определят евентуалните дефекти. За целите на диагностиката двуканалните анализатори използват корелационния анализ на колебанията, взаимните спектри и функцията на кохерентност. Неизправностите се определят по диагностичен речник. Системата изисква подготовка на квалифициран персонал и време за определяне на причините за изменение на вибрациите.

Полустационарна система за мониторинг и вибродиагностика
се изгражда на базата на персонален компютър с разделение на функциите за коректно събиране на данни на място и тяхната лабораторна обработка от експерт-професионалист. Използват се анализатори с магнетофонна лента, или с аналогова или цифрова памет.
Анализаторът с измерителен магнетофон позволява многократно обработване на данните и е необходим при изследванията на нови типове машини за изучаване на нестационарността на вибрационните процеси и причините за нетрадиционни откази. На място в предприятието се използват регистратори на данни - портативни анализатори. Те притежават памет за спектрите на регистрираните трептения и данни за тяхната идентификация - място на работа, модел и технологичен номер на машината, номер и дата на измерването, контролна точка, параметър на вибрацията, характеристика на теснолентовия спектър). Освен това анализаторът извършва анализ на нестационарността на вибрационния процес и модален анализ на съставните части на контролирания обект, балансиране на въртящите се части върху монтираните на тях лагери и други.
Недостатък на тази система е периодичният контрол на техническото състояние. Като правило, при стационарен режим на работа отказите на елементите и възлите на машината рядко имат внезапен характер. От възникването на определена неизправност и достигането й до развит стадий (пределно състояние на машината) изминават няколко седмици, даже месеци. Периодичността на пълното виброобследване трябва да се уточнява в зависимост от статистическите данни за "наработка до отказ" на най-слабото звено на машината. Ако няма такива данни, се препоръчва анализът на изменение на спектрите на вибрациите да се провежда през всеки 800 - 1200 часа работа на машината.
В съответствие с изискванията на нормативните документи машините се снабдяват със системи за управление и контрол на основните параметри на работния режим. На базата на тези системи се реализира параметрична система на мониторинг и диагностика
която допълва виброакустичната система. По такъв начин полустационарната система с ежедневен контрол на вибрациите, съчетана с непрекъснат контрол на основните работни параметри на машината (температура, налягане и др.), позволява своевременно откриване на неизправностите на обекта и провеждане на мерки за отстраняването им. При използването на многоканален анализатор такава система може временно да се използва и като стационарна система за мониторинг и вибродиагностика.

Стационарните системи за непрекъснат мониторинг и диагностика
се прилагат за много отговорни машини и агрегати, чийто отказ може да доведе до значителни загуби, до скъпи и продължителни ремонти и до повишена опасност за персонала и населението. Поради високата себестойност на такива системи контролните точки на обекта често се ограничават, т. е. не може да се счита, че е реализирано пълно диагностициране. Подобни системи обикновено се допълват от полустационарни такива.
Анализът и обработката на данните от виброконтрола се извършва от персонални компютри с помощта на пакети приложни програми за мониторинг и диагностика. Обикновено фирмите, които предлагат виброанализатори разработват и програмното им осигуряване. Понастоящем съществуват и се предлагат такива програми. Според обхвата си те могат да се разделят на четири равнища.

Четири равнища на програмно осигуряване
Първото равнище обхваща най-елементарните и евтини програми. Те позволяват създаването на база данни от резултатите на виброконтрола на машините и автоматизирането на оценката на техническото състояние на техните съставни части, според нормативното значение на вибрационните характеристики.
Второто равнище обхваща системите, които използват принципа на зададените "прагове на опасност" в определени честотни ленти от спектъра на вибрационните характеристики.
Програмите от третото равнище на системите за мониторинг и диагностика на машините позволяват да се обработват не само вибрационните характеристики, но и някои параметри от режима на работа (например честота на въртене на ротора и други едночислени данни, избрани от ползвателя на програмата).
Експертните системи се отнасят към четвъртото равнище на програмното осигуряване. Пакетът програми използва логическа схема, при която се отчита наличието или липсата на пикове на няколко честоти и в различни контролни точки. Важна тяхна особеност е използването на сложна логика за определяне на диапазоните и обработване на данните за цялата машина, а не за всеки спектър поотделно. За оценка на техническото състояние на търкалящи лагери по метода на ударните импулси е разработена система за мониторинг и диагностика, която успешно се използва в промишлеността.

Типичен пример за вибродиагностика
Като пример на фиг.1 е показана информацията, получена в пет зони на екрана. Това позволява бързо да се оцени текущото техническо състояние на възлите на машината, техният остатъчен ресурс и своевременно да се подготвят следващите етапи на обслужването - смяна на детайл, ремонт, смяна на масло и др.
При внедряване на системите за мониторинг на механичните трептения от значение е и оценката на ефективността на техническото обслужване въз основа на състоянието на машинното оборудване. В таблица 1 са дадени сведения за разходите и икономиите за оценка на ефективността на системите за техническо обслужване на обектите.

Ефектът от внедряване на система за диагностика е сериозен
Направени изследвания в областта на електроенергетиката в САЩ показват, че при преминаване от метода на аварийното обслужване (от повреда до повреда) към метода по фактическо техническо състояние се реализират икономии до 47%. Аналогично, при преминаване от метода на планово-предупредителните ремонти към метода на обслужване по състояние са отчетени икономии от разходите за обслужване до 32%. По този начин разходите за създаване на система за мониторинг и диагностика на машините имат бърза възвращаемост, а като се отчетат и ефектите върху екологията и човешкото здраве, социално-икономическият ефект би бил още по-голям.




ЕКСКЛУЗИВНО

Top